人教版高中化学选修4导学案13化学反应热的计算含答案.docx

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人教版高中化学选修4导学案13化学反应热的计算含答案

第三节　化学反应热的计算

　1.理解盖斯定律的内容，了解其在科学研究中的意义。

　2.能利用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

　盖斯定律

1．内容

不论化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。

2．特点

（1）反应的热效应只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关。

（2）同一反应的反应热总值一定，如图表示始态到终态的反应热。

则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。

3．应用

（1）科学意义：

有的反应进行得很慢，有些反应不直接发生，有些反应产品不纯，无法或较难通过实验测定这些反应的反应热，应用盖斯定律可间接地计算反应热。

（2）计算方法：

如求C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热ΔH。

根据盖斯定律可得：

ΔH1＝ΔH＋ΔH2，则：

ΔH＝ΔH1－ΔH2。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）一个反应一步完成或分几步完成，两者相比，经过的步骤越多，放出的热量越多。

（　　）

（2）化学反应过程，既遵循质量守恒定律，也遵循能量守恒定律。

（　　）

（3）不同的热化学方程式之间，因反应的物质不同，故热化学方程式不能相加减。

（　　）

（4）由C（金刚石，s）===C（石墨，s）　ΔH＝－1.9kJ/mol，可知：

金刚石比石墨更稳定。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×

2．一定量固态碳在炉膛内完全燃烧，放出热量为Q1kJ；向炽热的炉膛内通入水蒸气会产生水煤气，水煤气完全燃烧生成水蒸气和二氧化碳放出热量为Q2kJ。

若炉膛内燃烧等质量固态碳，则Q1____（填“＞”“＜”或“＝”）Q2。

解析：

根据盖斯定律，两种情况下的始态与终态相同，故放出的热量是相同的。

答案：

＝

1．盖斯定律应用的常用方法

（1）虚拟路径法

若反应物A变为生成物D，可以有两个途径：

①由A直接变成D，反应热为ΔH；

②由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，如图所示：

则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。

（2）加合法

将需要消去的物质先进行乘除运算，使它们的化学计量数相同，然后进行加减运算。

2．应用盖斯定律计算反应热时的注意事项

（1）热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。

（2）热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减（带符号）。

（3）将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”“－”号必须随之改变，但数值不变。

利用盖斯定律可由总反应和分反应来确定另一分反应的热效应，也可以确定反应物和生成物的相对稳定性。

反应放热，则生成物能量较低，生成物的稳定性较反应物的强；反之，则弱。

　已知：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

CO2（g）＋C（s）===2CO（g）　ΔH2

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH3

4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）　ΔH4

3CO（g）＋Fe2O3（s）===3CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH5

下列关于上述反应焓变的判断正确的是（　　）

A．ΔH1>0，ΔH3<0　　　B．ΔH2>0，ΔH4>0

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

[解析]　C或CO燃烧生成CO2均是放热反应，ΔH<0，A错误；C与CO2反应生成CO是吸热反应，则ΔH2>0，Fe与O2反应生成Fe2O3是放热反应，则ΔH4<0，B错误；将第2个方程式和第3个方程式相加可得第1个方程式，所以由盖斯定律得ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，C正确；由盖斯定律得ΔH3＝

ΔH4＋

ΔH5，D错误。

[答案]　C

（1）根据上述题目给出的热化学方程式求

C（s）＋

O2（g）===

CO2（g）的ΔH6。

（2）用ΔH2和ΔH5表示反应3C（s）＋2Fe2O3（s）===3CO2（g）＋4Fe（s）的ΔH7。

答案：

（1）ΔH6＝

ΔH1。

（2）将第2个方程式乘以3和第5个方程式乘以2相加可得目标方程式，所以由盖斯定律得ΔH7＝3ΔH2＋2ΔH5。

利用已知热化学方程式的焓变

求未知反应焓变的方法

（1）确定待求反应的热化学方程式。

（2）找出待求热化学方程式中各物质出现在已知方程式中的位置（是同侧还是异侧）。

（3）利用同侧相加、异侧相减进行处理。

（4）根据待求方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知反应的化学计量数，并消去中间产物。

（5）将调整后的化学方程式进行叠加并确定反应热的变化。

　盖斯定律及其应用

1．已知：

2Zn（s）＋O2（g）===2ZnO（s）　ΔH1＝－701.0kJ/mol　①，2Hg（l）＋O2（g）===2HgO（s）　ΔH2＝－181.6kJ/mol　②，则反应Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）的ΔH为（　　）

A．＋519.4kJ/mol　　　　　B．＋259.7kJ/mol

C．－259.7kJ/mol　　　　　D．－519.4kJ/mol

解析：

选C。

根据盖斯定律：

由①×

－②×

可得：

Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l），则ΔH＝

ΔH1－

ΔH2＝

×（－701.0kJ/mol）－

×（－181.6kJ/mol）＝－259.7kJ/mol。

2．盖斯定律认为能量总是守恒的，化学反应过程一步完成或分步完成，整个过程的热效应是相同的。

已知：

①H2O（g）===H2O（l）　ΔH1＝Q1kJ/mol

②C2H5OH（g）===C2H5OH（l）　ΔH2＝Q2kJ/mol

③C2H5OH（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）ΔH3＝Q3kJ/mol

若使23g液态酒精完全燃烧，最后恢复到室温，则放出的热量为（kJ）（　　）

A．Q1＋Q2＋Q3

B．1.5Q1－0.5Q2＋0.5Q3

C．0.5Q1－1.5Q2＋0.5Q3

D．0.5（Q1＋Q2＋Q3）

解析：

选B。

将③－②＋3×①就能得到46g液态酒精完全燃烧最后恢复到室温所放出的热量，然后将该热量再除以2即可。

　根据盖斯定律书写热化学方程式

3．已知金刚石和石墨在氧气中燃烧的热化学方程式分别为C（金刚石，s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－395.41kJ/mol，C（石墨，s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.51kJ/mol。

试写出金刚石转化成石墨的热化学方程式：

____________________________________。

解析：

将题给两个热化学方程式依次标为①和②，根据盖斯定律由①－②得：

C（金刚石，s）===C（石墨，s）　ΔH＝－1.9kJ/mol。

答案：

C（金刚石，s）===C（石墨，s）　ΔH＝－1.9kJ/mol

4．（2015·高考四川卷）已知25℃、101kPa时：

4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）ΔH＝－1648kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393kJ·mol－1

2Fe（s）＋2C（s）＋3O2（g）===2FeCO3（s）ΔH＝－1480kJ·mol－1

FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是______________________。

解析：

将所给热化学方程式标号：

4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）ΔH＝－1648kJ·mol－1　①

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393kJ·mol－1　②

2Fe（s）＋2C（s）＋3O2（g）===2FeCO3（s）ΔH＝－1480kJ·mol－1　③

根据盖斯定律：

①＋②×4－③×2可得：

4FeCO3（s）＋O2（g）===2Fe2O3（s）＋4CO2（g）　ΔH＝－260kJ·mol－1。

答案：

4FeCO3（s）＋O2（g）===2Fe2O3（s）＋4CO2（g）　ΔH＝－260kJ·mol－1

　反应热的计算

1．计算依据

（1）热化学方程式；

（2）能量；（3）键能；（4）燃烧热；（5）盖斯定律。

2．计算方法

（1）根据热化学方程式计算：

反应热与反应物各物质的物质的量成正比。

（2）根据反应物和生成物的能量计算：

ΔH＝生成物的能量总和－反应物的能量总和。

（3）根据反应物和生成物的键能计算：

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

（4）根据物质的燃烧热数值计算：

Q（放）＝n（可燃物）×|ΔH（燃烧热）|。

（5）根据盖斯定律计算：

将热化学方程式进行适当的“加”“减”等变形后，由过程的热效应进行计算、比较。

1．已知：

Na（s）＋

Cl2（g）===NaCl（s）　ΔH＝－411kJ·mol－1，则生成2molNaCl放出热量为_________________。

答案：

822kJ

2．已知16g固体硫完全燃烧时放出148.4kJ的热量，写出表示硫燃烧的热化学方程式：

________________________________________________________________________。

答案：

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH＝－296.8kJ/mol

3．已知：

温度过高时，WO2（s）转变为WO2（g）；

①WO2（s）＋2H2（g）W（s）＋2H2O（g）ΔH1＝＋66.0kJ·mol－1

②WO2（g）＋2H2（g）W（s）＋2H2O（g）ΔH2＝－137.9kJ·mol－1

则WO2（s）WO2（g）的ΔH＝________。

答案：

＋203.9kJ·mol－1

1．运用热化学方程式进行反应热的计算，可以从反应式中各物质的物质的量、质量、标准状况下气体体积、反应热等对应关系，列式进行简单计算。

2．注意热化学方程式中化学计量数只表示物质的物质的量，必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。

尤其是利用盖斯定律计算反应热时，热化学方程式可以直接相加减，化学计量数必须与ΔH相对应。

3．热化学方程式中的反应热是指按所给形式反应完全时的反应热。

4．正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。

（1）在微生物作用的条件下，NH

经过两步反应被氧化成NO

。

两步反应的能量变化示意图如下：

①第一步反应是____（填“放热”或“吸热”）反应，判断依据是___________________。

②1molNH

（aq）全部氧化成NO

（aq）的热化学方程式是__________________________。

（2）在298K、101kPa时，已知：

2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g）　ΔH1；Cl2（g）＋H2（g）===2HCl（g）　ΔH2；2Cl2（g）＋2H2O（g）===4HCl（g）＋O2（g）　ΔH3；则ΔH3与ΔH1和ΔH2之间的关系正确的是____。

A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2　　　B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2

C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2

（3）已知：

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）ΔH＝－566kJ·mol－1①

Na2O2（s）＋CO2（g）===Na2CO3（s）＋

O2（g）ΔH＝－226kJ·mol－1②

则CO（g）与Na2O2（s）反应放出509kJ热量时，电子转移数目为_________。

（4）已知H2（g）＋Br2（l）===2HBr（g）　ΔH＝－72kJ·mol－1，蒸发1molBr2（l）需要吸收的能量为30kJ，其他相关数据如下表：

物质

H2（g）

Br2（g）

HBr（g）

1mol分子中的化学键断

裂时需要吸收的能量（kJ）

436

200

a

则表中a＝____。

[解析]　

（1）由图可知：

NH

（aq）＋

O2（g）===NO

（aq）＋2H＋（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－273kJ·mol－1，NO

（aq）＋

O2（g）===NO

（aq）　ΔH＝－73kJ·mol－1，将两个热化学方程式相加即可得第②问答案。

（2）将题中三个热化学方程式依次编号为①、②、③，则③＝①＋②×2，所以ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。

（3）（①＋②×2）×

得：

CO（g）＋Na2O2（s）===Na2CO3（s）　ΔH＝－509kJ·mol－1，即该反应放出509kJ热量时转移2mole－。

（4）由题中热化学方程式及蒸发1molBr2（l）吸热30kJ可得：

H2（g）＋Br2（g）===2HBr（g）　ΔH＝－102kJ·mol－1，则436＋200－2a＝－102，a＝369。

[答案]　

（1）①放热　ΔH<0（或反应物的总能量大于生成物的总能量）　②NH

（aq）＋2O2（g）===NO

（aq）＋2H＋（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－346kJ·mol－1　

（2）A　（3）1.204×1024（或2NA）　（4）369

利用图示求ΔH的方法

放热反应（a、b、c

均大于0，下同）

ΔH＝（E2－E1）kJ/mol＝

（a－b）kJ/mol＝－ckJ/mol

吸热反应

ΔH＝（E2－E1）kJ/mol＝

（a－b）kJ/mol＝＋ckJ/mol

　利用燃烧热或热化学方程式计算反应热

1．（2015·高考海南卷）已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2215kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水，则放出的热量约为（　　）

A．55kJ　　　　　　　B．220kJ

C．550kJD．1108kJ

解析：

选A。

丙烷分子式是C3H8，燃烧热为ΔH＝－2215kJ·mol－1，1mol丙烷完全燃烧会产生4mol水，放热2215kJ。

丙烷完全燃烧产生1.8g水，水的物质的量为0.1mol，则消耗丙烷的物质的量为0.025mol，所以反应放出的热量Q＝0.025mol×2215kJ·mol－1＝55.375kJ，则放出的热量约为55kJ。

2．已知：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ/mol；2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－483.6kJ/mol。

现有由炭粉和氢气组成的悬浮气0.2mol，在氧气中完全燃烧生成CO2（g）和H2O（g），共放出63.53kJ热量，则悬浮气中C与H2的物质的量之比为（　　）

A．1∶1　　　B．1∶2

C．2∶3　　　　D．3∶2

解析：

选A。

设悬浮气中炭粉的物质的量为xmol，氢气的物质的量为ymol，则：

解方程组得：

x＝0.1，y＝0.1，即两者的物质的量之比为1∶1。

　利用盖斯定律或其他条件计算反应热

3．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在生产、生活中有着重要作用。

（1）如图是N2（g）和H2（g）反应生成1molNH3（g）过程中能量变化示意图，请写出N2和H2反应的热化学方程式：

____________________________________。

（2）已知化学键键能是形成或拆开1mol化学键放出或吸收的能量，单位kJ·mol－1。

已知：

化学键

H—H

N≡N

键能/kJ·mol－1

435

943

试根据表中及图中数据计算N—H键的键能为____kJ·mol－1。

（3）用NH3催化还原NOx还可以消除氮氧化物的污染。

例如：

4NH3（g）＋3O2（g）===2N2（g）＋6H2O（g）ΔH1＝－akJ·mol－1　①

N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH2＝－bkJ·mol－1　②

若1molNH3还原NO至N2，则该反应过程中的反应热ΔH3＝____kJ·mol－1（用含a、b的式子表示）。

解析：

（1）由图像可知，该反应为放热反应，且生成1molNH3（g）时，放出的热量为（300－254）kJ＝46kJ，故N2和H2反应的热化学方程式为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92kJ·mol－1。

（2）设N—H键的键能为x，故反应热ΔH＝－92kJ·mol－1＝（3×435＋943）kJ·mol－1－6×x，x＝390kJ·mol－1。

（3）由①－②×3，可得：

4NH3（g）＋6NO（g）===5N2（g）＋6H2O（g），故其反应热ΔH＝（3b－a）kJ·mol－1，故1molNH3还原NO至N2，反应热为（3b－a）/4kJ·mol－1。

答案：

（1）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92kJ·mol－1　

（2）390　（3）（3b－a）/4

重难易错提炼

1.盖斯定律的实质是ΔH只与反应物、生成物的能量或键能有关，与反应过程及中间产物的能量无关。

2.热化学方程式可直接相加减，但必须遵循左加（减）左、右加（减）右、ΔH加（减）ΔH。

3.多个反应叠加时，若原理理解不透，计算易出错。

若已知反应中的物质与目标反应的物质同侧，则方程式相加；不同侧，则方程式相减。

如果化学计量数不同，则乘或除以一定系数，使已知反应物质的化学计量数与目标反应物质的化学计量数相等。

4.物质键能与物质所含能量两个概念易弄混。

物质化学键键能越大，其能量（及焓）越低，该物质越稳定。

反之，物质化学键键能越小，其能量（及焓）越高，该物质越不稳定。

课后达标检测

[基础巩固]

1．下列说法正确的是（　　）

A．化学反应的反应热与反应过程有密切的关系

B．化学反应的反应热决定于反应体系的始态和终态

C．盖斯定律只是一条简单的自然规律，其实际作用不大

D．有的化学反应过程没有能量变化

解析：

选B。

反应热与反应体系的始态和终态有关，与反应过程无关，A错，B对；盖斯定律的实际作用很大，C错；任何化学反应均有能量变化，D错。

2．已知：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－393.5kJ/mol；C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2＝－110.5kJ/mol；则2molC在O2中完全燃烧，放出的热量为（　　）

A．221kJ　　　　　　　　B．787kJ

C．393.5kJD．110.5kJ

解析：

选B。

C在O2中完全燃烧生成CO2，故2molC完全燃烧放出热量为2mol×393.5kJ/mol＝787kJ。

3．已知葡萄糖的燃烧热是2804kJ/mol，当它氧化生成1g水时放出的热量是（　　）

A．26.0kJ　　　　　　　B．51.9kJ

C．155.8kJD．467.3kJ

解析：

选A。

葡萄糖的燃烧热的热化学方程式：

C6H12O6（s）＋6O2（g）===6CO2（g）＋6H2O（l）　ΔH＝－2804kJ/mol，由此可知，生成6mol×18g/mol＝108g水放出2804kJ热量，则生成1g水时放出的热量为2804kJ÷108≈26.0kJ。

4．已知25℃、101kPa条件下：

①4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）

ΔH1＝－2834.9kJ·mol－1

②4Al（s）＋2O3（g）===2Al2O3（s）

ΔH2＝－3119.1kJ·mol－1

由此得出的正确结论是（　　）

A．等质量的O2比O3能量高，由O2变为O3为放热反应

B．等质量的O2比O3能量低，由O2变为O3为吸热反应

C．O3比O2稳定，由O2变为O3为吸热反应

D．O2比O3稳定，由O2变为O3为放热反应

解析：

选B。

已知25℃、101kPa条件下：

①4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）　ΔH1＝－2834.9kJ·mol－1，②4Al（s）＋2O3（g）===2Al2O3（s）　ΔH2＝－3119.1kJ·mol－1，根据盖斯定律①－②得到：

3O2（g）===2O3（g）　ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－2834.9kJ·mol－1－（－3119.1kJ·mol－1）＝＋284.2kJ·mol－1，氧气转化为臭氧是吸热反应，3mol氧气生成2mol臭氧吸收热量284.2kJ，故A错误；等质量的O2比O3的能量低，由O2变为O3是吸热反应，故B正确；由O2变为O3的化学反应为吸热反应，氧气的能量低，故氧气比臭氧稳定，故C、D错误。

5．已知：

Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH＝＋234.1kJ/mol；C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ/mol；则2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH是（　　）

A．－824.4kJ/mol　　　　　　　B．－627.6kJ/mol

C．－744.7kJ/mol　　　D．－169.4kJ/mol

解析：

选A。

观察热化学方程式①Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH1＝＋234.1kJ/mol；②C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－393.5kJ/mol；②×

－①可得2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s），则ΔH＝

ΔH2－ΔH1＝－824.35kJ/mol≈－824.4kJ/mol。

6．（2017·重庆渝中区月考）下表中列出了25℃、101kPa时一些物质的燃烧热数据。

物质

CH4

C2H2

H2

燃烧热（kJ/mol）

890.3

1299.6

285.8

已知键能：

C—H键：

413.4kJ/mol，H—H键：

436.0kJ/mol。

则下列叙述正确的是（　　）

A．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）ΔH＝－571.6kJ/mol

B．C—H键键长小于H—H键

C．C≡C键的键能为796.0kJ/mol

D．2CH4（g）===C2H2（g）＋3H2（g）　ΔH＝－376.4kJ/mol

解析：

选C。

A项，生成的水应为液态，错误；B项，C原子半径大于H原子半径，故C—H键键长大于H—H键键长，错误；由盖斯定律和已知数据可得2CH4（g）===C2H2（g）＋3H2（g）　ΔH＝＋376.4kJ/mol，设C≡C键的键能为x，由键能与反应热的关系可知＋376.4kJ/mol＝8×413.4kJ/mol－2×413.4kJ/mol－x－3×436.0kJ/mol，解得x＝796.0kJ/mol，故C项正确，D项错误。

7．氯原子对O3的分解有催化作用：

O3（g）＋Cl（g）===ClO（g）＋O2（g）　ΔH1，ClO（g）＋O（g）===Cl（g）＋O2（g）　ΔH2，大气臭氧层的分解反应是O3（g）＋O（g）===2O2（g）　ΔH，该反应的能量变化示意图如图所示，下列叙述中正确的是（　　）

A．反应O3（g）＋O（g）===2O2（g）的ΔH＝E1－E3

B．反应O3（g）＋O（g）===2O2（g）的ΔH＝E2－E3

C．O3（g）＋O（g）===2O2（g）是吸热反应

D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2

解析：

选D。

O3（g）与O（g）的总能量高于生成物O2（g）的能量，反应O3（g