高二化学新人教版选修4第1章 第3节化学反应热的计算 学案.docx

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高二化学新人教版选修4第1章第3节化学反应热的计算学案

第三节　化学反应热的计算

　1.了解盖斯定律的内容。

　2.理解盖斯定律的意义。

　3.掌握用盖斯定律和热化学方程式进行有关反应热的计算。

知识点一　盖斯定律

阅读教材P11～P12，思考并填空。

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．意义

利用盖斯定律，可以间接计算难以直接测定的反应热。

1．判断正误

（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）化学反应的反应热与化学反应的始态有关，与终态无关。

（　　）

（3）有些反应的反应热不能直接测得，可通过盖斯定律间接计算得到。

（　　）

（4）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。

（　　）

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________Q2（填“＞”“＜”或“＝”）。

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：

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]　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。

[答案]　C

　由例1反应①知：

Zn（s）＋

O2（g）===ZnO（s）及2ZnO（s）===2Zn（s）＋O2（g）的反应热分别为多少？

答案：

前者为－350.5kJ/mol，后者为＋701.0kJ/mol。

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．已知下列反应的热化学方程式：

6C（s）＋5H2（g）＋3N2（g）＋9O2（g）===2C3H5（ONO2）3（l）　ΔH1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH2

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH3

则反应4C3H5（ONO2）3（l）===12CO2（g）＋10H2O（g）＋O2（g）＋6N2（g）的ΔH为（　　）

A．12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1

B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3

C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1

D．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3

解析：

选A。

整理方程式如下：

将第1个方程式乘以2，并颠倒书写，将第2个方程式乘以5，将第3个方程式乘以12；然后将3个方程式相加得到要求的反应方程式。

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，然后将该热量再除去2即可。

涉及盖斯定律的热化学方程式书写

3．已知：

①Zn（s）＋

O2（g）===ZnO（s）

ΔH＝－348.3kJ·mol－1

②2Ag（s）＋

O2（g）===Ag2O（s）

ΔH＝－31.0kJ·mol－1

则Zn和Ag2O反应的热化学方程式为

_____________________________。

答案：

Zn（s）＋Ag2O（s）===2Ag（s）＋ZnO（s）　ΔH＝－317.3kJ·mol－1

4．已知：

①H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）ΔH1＝－241.8kJ·mol－1

②C（s）＋

O2（g）===CO（g）

ΔH2＝－110.5kJ·mol－1

写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：

_____________________________。

解析：

根据盖斯定律，由②－①可得：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝ΔH2－ΔH1＝（－110.5kJ·mol－1）－（－241.8kJ·mol－1）＝＋131.3kJ·mol－1。

答案：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH＝＋131.3kJ·mol－1

知识点二　反应热的计算

阅读教材P12～P13，思考并填空。

1．计算依据

（1）热化学方程式；

（2）燃烧热；（3）键能；（4）盖斯定律。

2．计算方法

例如，已知：

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

（2）CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－283.0kJ/mol

求C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热ΔH。

根据盖斯定律知：

则ΔH1＝ΔH＋ΔH2，

ΔH＝ΔH1－ΔH2

＝－393.5kJ/mol－（－283.0kJ/mol）

＝－110.5kJ/mol。

已知：

Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）

ΔH1＝＋234.1kJ/mol

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－393.5kJ/mol

则2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH是（　　）

A．－824.4kJ/mol　B．－627.4kJ/moL

C．－744.7kJ/molD．－169.4kJ/mol

解析：

选A。

根据盖斯定律，由第二个方程式乘以

再减去第一个方程式可得2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s），则ΔH＝

ΔH2－ΔH1≈－824.4kJ/mol。

反应热的计算

计算依据

计算方法

根据热化学方程式

热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数

根据盖斯定律

根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式（包括其ΔH）相加或相减，得到一个新的热化学方程式

根据燃烧热

可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热

根据化学键的变化

ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量和－生成物的化学键形成所放出的能量和

根据反应物和生成物的总能量

ΔH＝E（生成物）－E（反应物）

（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。

　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）上图是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键键能为x，故反应热ΔH＝－92kJ·mol－1＝（3×435＋943）kJ·mol－1－6×x，解得x＝390kJ·mol－1。

（3）由①－②×3可得：

4NH3（g）＋6NO（g）===5N2（g）＋6H2O（g）　ΔH＝（3b－a）kJ·mol－1，故1molNH3还原NO至N2，反应热ΔH3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

　已知2NO（g）＋O2（g）===2NO2（g）　ΔH4＝－ckJ·mol－1　③

若1molNH3还原NO2至N2，则由例2中可知，该反应过程中的反应热ΔH5＝________kJ·mol－1（用含a、b、c的式子表示）。

答案：

[3（b＋c）－2a]/8

利用图示求ΔH的方法

放热反应（a、b、c均大于0，下同）

吸热反应

利用热化学方程式及燃烧热计算反应热

1．乙醇的燃烧热为ΔH1，甲醇的燃烧热为ΔH2，且ΔH1＜ΔH2，若1mol乙醇和甲醇的混合物完全燃烧，反应热为ΔH3，则乙醇和甲醇的物质的量之比为（　　）

A.

　B．

C.

D．

解析：

选B。

设乙醇的物质的量为xmol，则甲醇为（1－x）mol，则x·ΔH1＋（1－x）ΔH2＝ΔH3，

解得：

x＝

，

1－x＝1－

＝

，

故乙醇与甲醇的物质的量之比为

＝

＝

。

本题也可用十字交叉法：

则

＝

。

2．由氢气和氧气反应生成4.5g水蒸气放出60.45kJ的热量，则反应：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）的ΔH为（　　）

A．－483.6kJ/molB．－241.8kJ/mol

C．－120.6kJ/molD．＋241.8kJ/mol

解析：

选A。

已知氢气和氧气反应生成4.5g水蒸气时放热60.45kJ，要求方程式中生成2molH2O（g）的ΔH，则有如下比例关系：

＝

，

解得Q＝483.6kJ，故ΔH＝－483.6kJ/mol。

应用盖斯定律比较和计算反应热

3．灰锡（以粉末状存在）和白锡是锡的两种同素异形体。

已知：

①Sn（白，s）＋2HCl（aq）===SnCl2（aq）＋H2（g）　ΔH1

②Sn（灰，s）＋2HCl（aq）===SnCl2（aq）＋H2（g）　ΔH2

③Sn（灰，s）

Sn（白，s）　ΔH3＝＋2.1kJ/mol

下列说法正确的是（　　）

A．ΔH1＞ΔH2

B．锡在常温下以灰锡状态存在

C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应

D．白锡器皿长期处在低于13.2℃的环境中，会自行毁坏

解析：

选D。

依据盖斯定律，由②－①得：

Sn（灰，s）===Sn（白，s）　ΔH＝ΔH2－ΔH1＝ΔH3＝＋2.1kJ/mol＞0，所以ΔH1＜ΔH2，故A、C项错误；常温下，温度高于13.2℃，灰锡易转化为白锡，B项错误；在低于13.2℃时白锡不稳定，会转化为灰锡，D项正确。

4．心脏起搏器电源——锂碘电池的电池反应为

2Li（s）＋I2（s）===2LiI（s）　ΔH

已知：

①4Li（s）＋O2（g）===2Li2O（s）　ΔH1

②4LiI（s）＋O2（g）===2I2（s）＋2Li2O（s）　ΔH2

则下列关系式正确的是（　　）

A．ΔH＝

ΔH1－ΔH2

B．ΔH＝

ΔH1＋ΔH2

C．ΔH＝

ΔH1－

ΔH2

D．ΔH＝

ΔH1＋

ΔH2

解析：

选C。

锂碘电池的电池反应可以由已知热化学方程式（①—②）÷2得到，所以ΔH＝

ΔH1－

ΔH2，故选C。

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．下列关于反应热的说法正确的是（　　）

A．当ΔH为“－”时，表示该反应为吸热反应

B．已知C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热为－110.5kJ/mol，说明碳的燃烧热为110.5kJ/mol

C．反应热的大小与反应物所具有的能量和生成物所具有的能量无关

D．化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关

解析：

选D。

A中的ΔH为“＋”时，反应为吸热反应，错误；B中生成物为CO，不是碳的稳定氧化物，错误；C中反应热的大小与反应物和生成物的能量有关，错误；D为盖斯定律，正确。

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．在298K、100kPa时，已知：

①2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g）　ΔH1

②Cl2（g）＋H2（g）===2HCl（g）　ΔH2

③2Cl2（g）＋2H2O（g）===4HCl（g）＋O2（g）　ΔH3

则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是（　　）

A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2

B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2

C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2

D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2

解析：

选A。

第三个方程式可由第二个方程式乘以2与第一个方程式相加得到，由盖斯定律可知ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。

4．（2016·嘉兴一联）用CH4催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。

例如：

①CH4（g）＋4NO2（g）===4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－574kJ/mol

②CH4（g）＋4NO（g）===2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－1160kJ/mol

下列说法中错误的是（　　）

A．等物质的量的CH4在反应①②中转移电子数相同

B．由反应①可推知：

CH4（g）＋4NO2（g）===4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＞－574kJ/mol

C．4NO2（g）＋2N2（g）===8NO（g）　ΔH＝＋586kJ/mol

D．若用标准状况下4.48LCH4把NO2还原为N2，整个过程中转移的电子总数为1.6NA

解析：

选B。

A项，反应①②中均有CH4～CO2～8e－，故等物质的量的CH4在反应①②中转移电子数相同；B项，相同条件下，生成液态水比生成气态水放热多，故ΔH＜－574kJ/mol；C项，根据盖斯定律，由①－②可得4NO2（g）＋2N2（g）===8NO（g）　ΔH＝＋586kJ/mol；D项，CH4最终全部转化为CO2，故转移的电子总数为

×8＝1.6mol，即1.6NA。

5．（2016·重庆渝中一模）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。

6．已知：

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566kJ/mol，

N2（g）＋O2（g）===2NO（g）　ΔH＝＋180kJ/mol，

则2CO（g）＋2NO（g）===N2（g）＋2CO2（g）的ΔH是（　　）

A．－386kJ/mol

B．＋386kJ/mol

C．－746kJ/mol

D．＋746kJ/moL

解析：

选C。

将第二个热化学方程式变形为2NO（g）===N2（g）＋O2（g）　ΔH＝－180kJ/mol，然后和第一个热化学方程式相加即可得到目标方程式，所以ΔH＝－746kJ/mol。

7．S（单斜）和S（正交）是硫的两种同素异形体。

已知：

①S（单斜，s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH1＝－297.16kJ/mol；

②S（正交，s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH2＝－296.83kJ/mol；

③S（单斜，s）===S（正交，s）　ΔH3。

下列说法正确的是（　　）

A．ΔH3＝＋0.33kJ/mol

B．单斜硫转化为正交硫的反应是吸热反应

C．S（单斜，s）===S（正交，s）　ΔH3＜0，正交硫比单斜硫稳定

D．S（单斜，s）===S（正交，s）　ΔH3＞0，单斜硫比正交硫稳定

解析：

选C。

根据盖斯定律得③＝①－②，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－0.33kJ/mol，说明反应③为放热反应，单斜硫的能量比正交硫高，正交硫更稳定。

8．使18g焦炭发生不完全燃烧，所得气体中CO占总体积的

，CO2占总体积的

，已知：

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－Q1kJ/mol；CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－Q2kJ/mol。

与这些焦炭完全燃烧相比较，损失的热量是（　　）

A.

Q1kJB．

Q2kJ

C.

（Q1＋Q2）kJD．

Q2kJ

解析：

选D。

18g焦炭的物质的量为1.5mol，其中有

生成CO，即0.5molC反应生成了CO气体，根据盖斯定律知损失的热量为0.5molCO燃烧生成CO2所放出的热量，即0.5Q2kJ。

9．（2016·开封高二检测）火箭推进器中盛有强还原剂液态肼（N2H4）和强氧化剂液态双氧水。

当它们混合反应时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量热。

已知：

0.4mol液态肼与足量液态双氧水反应，生成水蒸气和氮气，放出256.652kJ的热量。

（1）反应的热化学方程式为_____________________________。

（2）已知H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44kJ·mol－1，则16g液态肼与液态双氧水反应生成液态水时放出的热量是________kJ。

（3）此反应用于火箭推进，除释放大量热和快速产生大量气体外还有一个很大的优点是_____________________________。

（4）已知：

N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）

ΔH＝＋67.7kJ·mol－1①

N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－534kJ·mol－1②

肼和二氧化氮反应的热化学方程式为

_____________________________。

解析：

（1）0.4molN2H4反应放热256.652kJ，则1molN2H4反应放热641.63kJ。

（2）16gN2H4的物质的量为0.5mol。

由方程式知生成水的物质的量n（H2O）＝0.5mol×4＝2mol，则16gN2H4与H2O2反应生成H2O（l）放热为641.63kJ·mol－1×0.5mol＋2mol×44kJ·mol－1＝408.815kJ。

（3）产物为N2和H2O，无污染。

（4）由所提供方程式，利用盖斯定律，将②－①÷2可得肼和二氧化氮反应的热化学