化学反应热的计算.docx

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化学反应热的计算

第三节化学反应热的计算

【学习目标】1．学会有关反应热的简单计算。

2．认识并简单应用盖斯定律。

【活动过程】

活动一：

学会有关反应热的简单计算。

1．25℃、101kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5kJ/mol、285.8kJ/mol、890.3kJ/mol、2800kJ/mol，则下列热化学方程式中正确的有哪些？

⑴C（s）＋

O2（g）＝CO（g）△H＝－393.5kJ/mol

⑵2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（g）△H＝＋571.6kJ/mol

⑶CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（g）△H＝－890.3kJ/mol

⑷

C6H12O6（s）＋3O2（g）＝3CO2（g）＋3H2O（l）△H＝－1400kJ/mol

1．⑷

2．人们把在298K、101kPa条件下，1molAB气态分子生成气态A原子和B原子的过程中所吸收的能量，称为AB间共价键的键能。

已知H－H的键能为436kJ/mol，H－N的键能为391kJ/mol。

根据热化学方程式N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）△H＝－92.4kJ/mol，则N≡N的键能是多少？

2．945.6kJ/mol

3．298K、101kPa时，将1.0g钠与足量的氯气反应，生成氯化钠晶体并放出17.87kJ的热量，求生成1mol氯化钠的反应热？

3．411.01kJ/mol

4．已知：

C（s）＋O2（g）＝CO2（g）△H＝－393.5kJ/mol

CaCO3（s）＝CaO（s）＋CO2（g）△H＝＋178.2kJ/mol

若要将1t碳酸钙煅烧成生石灰，理论上需用多少千克焦炭？

4．54.34kg

活动二：

认识并理解盖斯定律。

1．某人要从山下的A点到达山顶B点，他从A点出发，可以历经不同的途径和不同的方式。

你认为他有哪些可能的途径或方式？

当他到达B点后所发生的势能变化是否相同？

1．翻山越岭攀登而上或拾级蜿蜒而上或乘坐索道缆车直奔山顶势能变化相同

2．C（石墨）与O2（g）反应生成CO（g）、CO2（g）和H2（g）与O2（g）反应生成H2O（g）、H2O（l）的能量变化图如下图所示。

实验测得△H1＝－393.5kJ/mol、△H2＝－283.0kJ/mol、△H5＝－44.0kJ/mol、△H6＝－241.8kJ/mol；科学家通过研究发现△H3＝－110.5kJ/mol、△H4＝－285.8kJ/mol。

请你仔细分析△H1、△H2与△H3之间或△H4、△H5与△H6之间分别存在怎样的关系？

2．△H3＝△H1－△H2或△H1＝△H2＋△H3△H4＝△H5＋△H6或△H6＝△H4－△H5

3．你上面所发现的关系在科学上称为“盖斯定律”，请你用语言表述该定律的内容。

3．一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的。

或者说一个化学反应的焓变仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关。

活动三：

体会盖斯定律的应用。

1．某次发射火箭，用N2H4（肼）在NO2中燃烧，生成N2、液态H2O。

已知：

N2（g）+2O2（g）＝2NO2（g）△H1＝+68kJ/mol

N2H4（g）+O2（g）＝N2（g）+2H2O（l）△H2＝－534kJ/mol

请写出该次发射火箭时燃烧反应的热化学方程式。

1．△H＝2△H2－△H1＝－1136kJ/mol

2N2H4（g）＋2NO2（g）＝3N2（g）+4H2O（l）△H＝－1136kJ/mol

2．已知：

①C（石墨，s）+O2（g）＝CO2（g）△H1＝－393.5kJ/mol

②C（金刚石，s）+O2（g）＝CO2（g）△H2＝－395.0kJ/mol

写出石墨变成金刚石的热化学方程式（25℃，101kPa时），这个热化学方程式说明了什么？

2．①-②得：

C（石墨，s）＝C（金刚石，s）△H＝＋1.5kJ/mol

石墨的能量略高于金刚石的能量；石墨较金刚石要稳定，它不会自动变成金刚石。

3．已知下列反应的反应热为：

⑴CH3COOH（l）＋2O2（g）＝2CO2（g）+2H2O（l）△H1＝－870.3kJ/mol

⑵C（s）＋O2（g）＝CO2（g）△H2＝—393.5kJ/mol

⑶H2（g）＋

O2（g）＝H2O（l）△H3＝—285.8kJ/mol

试计算下述反应：

2C（s）+2H2（g）+O2（g）＝CH3COOH（l）的反应热。

3．△H＝2△H2＋2△H3－△H1＝－488.3kJ/mol

4．已知H2（g）、C2H4（g）和C2H5OH

（1）的燃烧热分别是－285.8kJ·mol－1、－1411.0kJ·mol－1和－1366.8kJ·mol－1。

计算由C2H4（g）和H2O（l）反应生成C2H5OH（l）的△H。

4．－44.2kJ·mol－1

【反馈训练】

1．已知25℃、101kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为（）

C（石墨）＋O2（g）＝CO2（g）ΔH＝－393.51kJ·mol－1

C（金刚石）＋O2（g）＝CO2（g）ΔH＝－395.41kJ·mol－1

据此判断，下列说法中正确的是（）

A．由石墨制备金刚石是吸热反应，石墨的能量比金刚石的低

B．由石墨制备金刚石是吸热反应，石墨的能量比金刚石的高

C．由石墨制备金刚石是放热反应，石墨的能量比金刚石的低

D．由石墨制备金刚石是放热反应，石墨的能量比金刚石的高

2．已知：

2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）ΔH＝－571.6kJ/mol

2H2O（g）＝2H2（g）＋O2（g）ΔH＝＋483.6kJ/mol

现有1g液态H2O，蒸发时吸收的热量是（）

A．2.44kJB．4.88kJC．44.0kJD．88.0kJ

3．已知：

A（g）＋C（g）＝D（g）ΔH＝－Q1kJ/mol

B（g）＋C（g）＝E（g）ΔH＝－Q2kJ/mol

Q1、Q2均大于0。

若A与B组成的混合气体1mol与足量的C反应，放热为Q3kJ，则原混合气体中A与B物质的量之比为（）

A．

B．

C．

D．

4．已知下列热化学方程式：

Zn（s）＋

O2（g）＝ZnO（s）ΔH1＝－351.1kJ/mol

Hg（l）＋

O2（g）＝HgO（s）ΔH2＝－90.7kJ/mol

Zn（s）＋HgO（s）＝ZnO（s）＋Hg（l）ΔH3

则ΔH3的值是（）

A．－441.8kJ/molB．－254.6kJ/molC．－438.9kJ/molD．－260.4kJ/mol

5．一定条件下，充分燃烧一定量的丁烷放出热量为QkJ（Q＞0），用100mL5mol·L－1的KOH溶液吸收生成的二氧化碳，恰好生成正盐。

则此条件下反应C4H10（g）＋

O2（g）＝4CO2（g）＋5H2O（g）的ΔH为（）

A．8QkJ/molB．16QkJ/molC．－8QkJ/molD．－16QkJ/mol

6．完全燃烧一定质量的无水乙醇，放出的热量为Q，已知为了完全吸收生成的二氧化碳，消耗掉8mol·L－1的氢氧化钠溶液50mL，则无水乙醇的燃烧热不可能是（）

A．10Q　　B．大于10Q　　C．10Q～5Q　　D．小于5Q

7．结合下列反应方程式回答问题。

NH3（g）＋HCl（g）＝NH4Cl（s）ΔH＝－176kJ·mol－1

NH3（g）＋H2O（l）＝NH3·H2O（aq）ΔH＝－35.1kJ·mol－1

HCl（g）＝HCl（aq）ΔH＝－72.3kJ·mol－1

NH3·H2O（aq）＋HCl（aq）＝NH4Cl（aq）＋H2O（l）ΔH＝－52.3kJ·mol－1

则NH4Cl（s）＝NH4Cl（aq）是　热反应，其反应热为　　kJ·mol－1

【反馈训练答案】

1．A2．A3．A4．D5．D6．BD

7．吸16.3kJ·mol－1

【本节检测】

1．在一定条件下，CO和CH4的燃烧热分别是283kJ/mol和890kJ/mol。

现有1mol由CO与CH4组成的混合气体在上述条件下完全燃烧，生成CO2气体和液态水，释放出738.25kJ的热量，则混合气体中CO和CH4的体积比为（）

A．1∶3B．3∶1C．1∶2D．2∶1

2．相同条件下，下列各反应均为放热反应，其中ΔH值最小的是（）

A．2A（l）＋B（l）＝2C（g）ΔH1

B．2A（g）＋B（g）＝2C（g）ΔH2

C．2A（g）＋B（g）＝2C（l）ΔH3

D．2A（l）＋B（l）＝2C（l）ΔH4

3．已知下列热化学方程式：

CH4（g）＋2O2（g）→CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－889.5kJ/mol

2C2H6（g）＋7O2（g）→4CO2（g）＋6H2O（l）ΔH＝－3116.7kJ/mol

C2H4（g）＋3O2（g）→2CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－1409.6kJ/mol

2C2H2（g）＋5O2（g）→4CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－2596.7kJ/mol

C3H8（g）＋5O2（g）→3CO2（g）＋4H2O（l）ΔH＝－2217.8kJ/mol

现有由2mol上述五种烃中的两种组成的气体混合物，经充分燃烧后放出3037.6kJ热量，则下列哪些组合是不可能的（　）

A．CH4和C2H2B．C2H4和C3H8C．C2H6和C3H8D．C2H6和CH4

4．已知：

2KNO3（s）＝2KNO2（s）＋O2（g）ΔH1＝＋242.44kJ/mol

C（s）＋O2（g）＝CO2（g）ΔH2＝－392.00kJ/mol

为提供1molKNO3分解所需的热量，理论上需要燃烧碳（）

A．

molB．

molC．

mol　D．－

mol

5．称取等质量为（ag）胆矾两份。

把一份溶于bg水中，测知其溶解时吸收Q1kJ热量；把另一份脱水后溶于（b＋

a）g水中，测得其溶解时放热Q2kJ。

⑴胆矾溶解于水时，ΔH＝__________kJ·mol—1。

⑵无水硫酸铜的溶解热为______kJ·mol—1，是______过程。

⑶从以上数据可知，胆矾脱水是______过程，1mol胆矾脱水需______kJ热量。

6．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，生成氮气和水蒸气，放出256.652kJ的热量。

⑴写出液态肼与液态双氧水反应的热化学方程式：

。

⑵又已知H2O（l）＝H2O（g）；ΔH＝＋44kJ/mol，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。

⑶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。

7．理论上1g葡萄糖在体内完全氧化成CO2（g）和H2O（l）（有氧氧化）释放15.56kJ能量。

在体内这一氧化过程释放的能量由ATP截获被人体利用：

C6H12O6（s）＋6O2（g）＋38H3PO4（l）＋38ADP（s）→6CO2（g）＋44H2O（l）＋38ATP（s）

ATP（s）＋H2O（l）→ADP（s）＋H3PO4（l）；ΔH＝－30.6kJ/mol。

⑴葡萄糖完全氧化生成CO2（g）和H2O（l）的热化学方程式是；

⑵葡萄糖在体内完全氧化成CO2（g）和H2O（l），能量的利用率是%。

8．美国《科学美国人》杂志在1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了下表的数据。

太阳辐射能的几条主要去路

功率

直接反射

52000×109kJ·s－1

以热能方式离开地球

81000×109kJ·s－1

水循环

40000×109kJ·s－1

大气流动

370×109kJ·s－1

光合作用

40×109kJ·s－1

请选用以上数据计算：

⑴地球对太阳能的利用率约为_______________。

⑵通过光合作用，每年有____________kJ的太阳能转化为化学能（每年按365天计）。

9．某种发动机燃料由A、B两种物质混合而成，A、B两种物质含有C、H、O三种元素中的两种或三种。

已知常温下A、B及CO、H2的燃烧热如下：

物质

A

B

CO

H2

燃烧热/kJ·mol—1

725

5518

283

286

A、B不同比例混合的燃料91.2g，在足量的氧气中燃烧时，放出的热量Q与混合燃料中B的物质的量分数x的关系如右图。

（计算过程中保留两位小数）

⑴A的相对分子质量为__________，B的相对分子质量为___________。

⑵现有由A、B等物质的量混合而成的燃料73g，在160LO2中完全燃烧后，得到104L气体，通过碱石灰充分吸收后剩余3.2L（气体体积均在标准状况下测定）。

由此可求得混合物中N（C）∶N（H）∶N（O）＝__________，A分子式为_____________，B分子式为_____________。

⑶lmol由A、B等物质的量混合而成的燃料在一定量的氧气中燃烧，放出热量2980kJ，则反应中生成CO________________mol。

10．绿色植物在太阳光作用下，借叶绿素可以将空气中的CO2和H2O转变为葡萄糖，同时放出O2。

这个过程叫光合作用，可以用下列热化学方程式表示：

6CO2（g）＋6H2O（g）

C6H12O6（s）＋6O2（g）∆H＝＋288kJ/mol

这是生命世界最重要的最基本的化学反应之一。

按此化学方程式计算，每生成1kg葡萄糖，需要吸收多少千焦太阳能？

【本节检测答案】

1．A2．C3．AC4．D

5．⑴＋

⑵－

⑶吸热　

6．⑴N2H4（l）＋2H2O2（l）＝N2（g）＋4H2O（g）ΔH＝－641.63kJ/mol

⑵408.815kJ⑶产物不会污染环境

7．⑴C6H12O6（s）＋6O2（g）→6CO2（g）＋6H2O（l）ΔH＝－2800.8kJ/mol

⑵

＝41.5%

8．⑴

＝23.3%⑵1.26×1018⑶3.33×1017/Q

9．⑴32　　114⑵9∶22∶1　CH4O　C8H18⑶0.5

10．

×288kJ/mol＝1600kJ

[能力提升]

11．依据叙述，写出下列反应的热化学方程式。

（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ。

则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为__________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）用NA表示阿伏加德罗常数，在C2H2（气态）完全燃烧生成CO2和液态水的反应中，每有5NA个电子转移时，放出650kJ的热量。

其热化学方程式为____________________

_______________________________________________________________________。

12.发射卫星时可用肼（N2H4）为燃料和二氧化氮（NO2）作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。

已知：

N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）ΔH＝＋67.7kJ·mol－1①

N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－543kJ·mol－1②

H2（g）＋

F2（g）===HF（g）ΔH＝－269kJ·mol－1③

H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－242kJ·mol－1④

（1）肼和二氧化氮反应的热化学方程式为______________________________________

________________________________________________________________________。

（2）有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，反应释放的能量更大，试写出肼和氟气反应的热化学方程式：

____________________________________________________

________________________________________________________________________。

13．“西气东输”是西部开发的重点工程，这里的气是指天然气，其主要成分是甲烷。

工业上将C与水在高温下反应制得水煤气，水煤气的主要成分是CO和H2，两者的体积比约为1∶1。

已知：

1molCO气体完全燃烧生成CO2气体放出283kJ热量；1molH2完全燃烧生成液态水放出285.8kJ热量；1molCH4气体完全燃烧生成CO2气体和液态水放出890kJ热量。

（1）写出H2完全燃烧生成液态水的热化学方程式：

_____________________________

________________________________________________________________________；

若1molCH4气体完全燃烧生成CO2气体和水蒸气，放出的热量__________890kJ（填“>”、“＝”或“<”）。

（2）忽略水煤气中其他成分，相同状况下若得到相等的热量，所需水煤气与甲烷的体积比约为________；燃烧生成的CO2的质量比约为________。

（3）以上数据和计算说明，以天然气代替水煤气作民用燃料，突出的优点是________。

14．把煤作为燃料可通过下列两种途径：

途径Ⅰ　C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1<0①

途径Ⅱ　先制成水煤气：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH2>0②

再燃烧水煤气：

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH3<0③

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH4<0④

请回答下列问题：

（1）途径Ⅰ放出的热量理论上________（填“大于”、“等于”或“小于”）途径Ⅱ放出的热量。

（2）ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的数学关系式是_____________________________________。

（3）已知：

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

②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）ΔH2＝－566kJ·mol－1

③TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（s）＋O2（g）ΔH3＝＋141kJ·mol－1

则TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（s）＋2CO（g）的ΔH＝__________________。

[拓展探究]

15．

（1）许多运动会使用的火炬内熊熊大火来源于丙烷的燃烧，丙烷是一种优良的燃料。

试回答下列问题：

①如图是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1molH2O（l）过程中的能量变化图，请在图中的括号内填入“＋”或“－”。

②写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：

____________________________________

________________________________________________________________________。

③二甲醚（CH3OCH3）是一种新型燃料，应用前景广阔。

1mol二甲醚完全燃烧生成CO2和液态水放出1455kJ热量。

若1mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水共放出1645kJ热量，则混合气体中，丙烷和二甲醚的物质的量之比为________。

（2）碳（s）在氧气供应不足时，生成CO同时还部分生成CO2，因此无法通过实验直接测得反应：

C（s）＋

O2（g）===CO（g）的ΔH。

但可设计实验、利用盖斯定律计算出该反应的ΔH，计算时需要测得的实验数据有________________________。

答案

1．B2．A　3．D　4．D　5．A6．D　7．C8．A　9．A　10．A　

11．

（1）CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－725.76kJ·mol－1

（2）C2H2（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）ΔH＝－1300kJ·mol－1

12．

（1）2N2H4（g）＋2NO2（g）===3N2（g）＋4H2O（g）ΔH＝－1153.7kJ·mol－1

（2）N2H4（g）＋2F2（g）===N2（g）＋4HF（g）ΔH＝－1135kJ·mol－1

13．

（1）2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）ΔH＝－571.6kJ·mol－1　<

（2）3∶1　3∶2　（3）燃烧热值高，减少了CO2的排放量，有利于保护环境

14．

（1）等于　

（2）ΔH1＝ΔH2＋（ΔH3＋ΔH4）/2（3）－80kJ·mol－1

15．

（1）①－　②C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（l）　ΔH＝－2215.0kJ·mol－1　③1∶3

（2）碳和CO的燃烧热