四、反应热与盖斯定律计算
【归纳总结】
化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,在该过程中发生能量变化。
常见的命题角度:
利用键能求解、利用盖斯定律求解、利用物质的能量变化关系图求解。
进行反应热的有关计算时应注意以下几点:
(1)反应热数值与各物质的化学计量数成正比,因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时,其反应热数值需同时作相同倍数的改变。
(2)热化学方程式与数学上的方程相似,可以移项,同时改变正、负号;各项的系数,包括ΔH的数值,可以同时扩大或缩小相同的倍数。
(3)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。
(4)可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×燃烧热。
(5)热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全反应时的反应热。
(6)正、逆反应的反应热数值相等,符号相反。
【题型过关】
例题7已知下列反应的反应热为:
①CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l)ΔH1=-akJ·mol-1②C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-bkJ·mol-1③H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH3=-ckJ·mol-1,则反应:
2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为( )
A.ΔH=-(2c+2b-a)kJ·mol-1B.ΔH=-(a-2c-2b)kJ·mol-1
C.ΔH=-(a+b+c)kJ·mol-1D.ΔH=-(2c+2b+a)kJ·mol-1
答案
解析
A
③×2+②×2-①得2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l),该反应的反应热为-ckJ·mol-1×2+(-bkJ·mol-1×2)+akJ·mol-1=(-2c-2b+a)kJ·mol-1=-(2c+2b-a)kJ·mol-1
例题8
(1)运动会中的火炬一般采用丙烷为燃料。
丙烷热值较高,污染较小,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)盖斯定律认为:
不管化学过程是一步完成或分几步完成,整个过程的总热效应相同。
试运用盖斯定律回答下列问题:
①已知:
H2O(g)===H2O(l) ΔH1=-Q1kJ/mol(a),C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH=-Q2kJ/mol(b),C2H5OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g) ΔH3=-Q3kJ/mol(c)。
若使46g液态无水酒精完全燃烧,并恢复到室温,则整个过程中放出的热量为________kJ。
②碳(s)在氧气供应不充足时,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
解析
(1)①- ②C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-2215.0kJ/mol ③1∶3
(2)①3Q1-Q2+Q3 ②碳和CO的燃烧热
(1)①丙烷完全燃烧生成CO2和1molH2O(l)时放热,ΔH为负值。
②燃烧热是1mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量,所以表示丙烷燃烧热的热化学方程式为C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2215.0kJ·mol-1。
③n(二甲醚)×1455kJ·mol-1+×2215.0kJ·mol-1=1645kJ,解得n(二甲醚)=0.75mol,n(丙烷)=0.25mol。
(2)①由(a)×3-(c)-(b)可得C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH4=-(3Q1-Q2+Q3)kJ·mol-1,所以使46g液态无水酒精完全燃烧,并恢复到室温,整个过程中放出的热量为(3Q1-Q2+Q3)kJ。
②利用盖斯定律计算反应C(s)+O2(g)===CO(g)的ΔH,需要测得的实验数据有碳和CO的燃烧热
【单元过关演练】
一、选择题(本小题共7小题,每题只有一个正确选项,每题6分,共42分)
1.化学家借助太阳能产生的电能和热能,用空气和水作原料成功地合成了氨气。
下列有关说法正确的是( )
A.该合成中所有的电能和热能全部转化为化学能B.该合成氨过程不属于氮的固定
C.空气、水、太阳能均为可再生资源D.断裂N2中的N≡N键会释放出能量
2.已知热化学方程式2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH1<0,则关于2H2O(l)===2H2(g)+O2(g) ΔH2的说法不正确的是( )
A.热化学方程式中的化学计量数只表示分子数
B.该反应的ΔH2应大于零
C.该反应的ΔH2=-ΔH1
D.该反应可表示36g液态水完全分解生成气态氢气和氧气的热效应
3.下列说法正确的是( )
A.甲烷燃烧热的数值为890.3kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3kJ·mol-1
B.含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和,放出28.7kJ的热量,则稀醋酸和稀NaOH溶液反应的中和热为57.4kJ/mol
C.相同条件下,2mol氢原子所具有的能量小于1mol氢分子所具有的能量
D.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件的ΔH相同
4.据以下三个热化学方程式:
2H2S(g)+3O2(g)===2SO2(g)+2H2O(l) △H=-Q1kJ/mol;2H2S(g)+O2(g)===2S(s)+2H2O(l) ΔH=-Q2kJ/mol;2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(g) △H=-Q3kJ/mol。
则下列有关Q1、Q2、Q3三者关系判断正确的是( )
A.Q1>Q2>Q3B.Q1>Q3>Q2C.Q2>Q2>Q1D.Q2>Q1>Q3
5.已知热化学方程式:
C(金刚石,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1;C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2;C(石墨,s)===C(金刚石,s) ΔH3=+1.9kJ·mol-1下列说法正确的是( )
A.石墨转化成金刚石的反应是吸热反应B.金刚石比石墨稳定
C.ΔH3=ΔH1-ΔH2D.ΔH1>ΔH2
6.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-1
②CH4(g)+4NO(g)===2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-1160kJ·mol-1
下列说法不正确的是( )
A.若用标准状况下4.48LCH4还原NO2生成N2和水蒸气,放出的热量为173.4kJ
B.由反应①可推知:
CH4(g)+4NO2(g)===4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l) ΔH>-574kJ/mol
C.反应①②转移的电子数相同
D.反应②中当0.2molCH4反应完全时转移的电子总数为1.60mol
7.已知:
1mol晶体硅中含有2molSi—Si键。
工业上可通过下列反应制取高纯硅:
SiCl4(g)+2H2(g)Si(s)+4HCl(g),根据下表列举的化学键的键能数据,判断该反应的反应热(ΔH)为( )
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/kJ·mol-1
460
360
436
431
176
347
A.+412kJ·mol-1B.-412kJ·mol-1C.+236kJ·mol-1D.-236kJ·mol-1
二、非选择题(本小题共4小题,共58分)
8.
(1)比较下列各组热化学方程式中ΔH的大小关系。
①S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH1S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH2则ΔH1________ΔH2
②CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH2
则ΔH1_____ΔH2
③4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH14Fe(s)+3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH2则ΔH1____ΔH2
(2)已知丙烷(C3H8)的燃烧热是-2219.9kJ/mol,请写出丙烷燃烧的热化学方程式:
_____________,当它氧化生成1gH2O(l)时放出的热量是:
________________。
9.
(1)在一定条件下,S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。
反应过程中的能量关系可用下图简单表示(图中的ΔH表示生成1mol产物的数据)。
写出表示S8燃烧热的热化学方程式___________。
写出SO3分解生成SO2和O2的热化学方程式____________。
若已知1个S8分子中有8个硫硫键,硫氧键的键能为dkJ·mol-1,氧氧键的键能为ekJ·mol-1,则S8分子中硫硫键的键能为________________。
(2)金刚石和石墨均为碳的同素异形体,它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,在氧气充足时充分燃烧生成二氧化碳,反应中放出的热量如图所示。
在通常状况下,金刚石和石墨相比较,________(填”金刚石”或”石墨”)更稳定,石墨的燃烧热为________。
12g石墨在一定量的空气中燃烧,生成气体36g,该过程放出的热量为________。
(3)已知:
N2、O2分子中化学键的键能分别是946kJ·mol-1、497kJ·mol-1。
N2(g)+O2(g)===2NO(g) ΔH=+180.0kJ·mol-1,则NO分子中化学键的键能为_____kJ·mol-1。
10.将氧化铁还原为铁的技术在人类文明的进步中占有十分重要的地位。
炼铁高炉中发生的关键反应如下:
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ/mol,CO2(g)+C(s)===2CO(g) ΔH=+172.46kJ/mol,Fe2O3+CO―→Fe+CO2。
若已知:
2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s) ΔH=-824.21kJ/mol。
根据上面三个热化学方程式,回答下列问题:
(1)CO的燃烧热为________;写出其热化学方程式________。
(2)高炉内Fe2O3被CO还原为Fe的热化学方程式为________________。
(3)炼制1t(吨)含铁96%的生铁所需焦炭的理论用量是________t,实际生产中所需焦炭远高于理论用量,其原因是________________。
11.
(1)中和热测定的实验中,用到的玻璃仪器有烧杯、温度计、________、________。
(2)量取反应物时,取50mL0.50mol·L-1的盐酸,还需加入的试剂是________(填序号)。
A.50mL0.50mol·L-1NaOH溶液B.50mL0.55mol·L-1NaOH溶液C.1.0gNaOH固体
(3)由甲、乙两人组成的实验小组,在同样的实验条件下,用同样的实验仪器和方法进行两组测定中和热的实验,实验试剂及其用量如下表所示。
反应物
起始温度t1/℃
终了温度t2/℃
中和热/kJ·mol-1
A.1.0mol/LHCl溶液50mL、1.1mol/LNaOH溶液50mL
13.0
ΔH1
B.1.0mol/LHCl溶液50mL、1.1mol/LNH3·H2O溶液50mL
13.0
ΔH2
①甲在实验之前预计ΔH1=ΔH2。
他的根据是________;乙在实验之前预计ΔH1≠ΔH2,他的根据是________。
②实验测得的温度是:
A的起始温度为13.0℃、终了温度为19.8℃;B的起始温度为13.0℃、终了温度为19.3℃。
设充分反应后溶液的比热容c=4.184J/(g·℃),忽略实验仪器的比热容及溶液体积的变化,则ΔH1=________;ΔH2=________。
(已知溶液密度均为1g/cm3)
答案与解析
选择题
题号
答案