高中化学 人教版选修4 第一章第三节 化学反应热的计算 教学设计教案学案.docx

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高中化学人教版选修4第一章第三节化学反应热的计算教学设计教案学案

第三节　化学反应热的计算

1．从能量守恒的角度理解盖斯定律。

　2.了解盖斯定律在科学研究中的意义。

　3.掌握化学反应热的有关计算。

　盖斯定律

1．内容：

不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。

换句话说，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。

2．从能量守恒角度理解

从S→L，ΔH1<0，体系放热；从L→S，ΔH2>0，体系吸热；根据能量守恒：

ΔH1＋ΔH2＝0。

3．应用

（1）科学意义

因为有些反应进行得很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯（有副反应发生），无法或较难通过实验测定这些反应的反应热，而应用盖斯定律可间接地计算出反应热。

（2）计算方法

根据如下两个反应，选用两种方法，计算出C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热ΔH。

Ⅰ.C（s）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH1＝－393.5kJ·mol－1

Ⅱ.CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH2＝－283.0kJ·mol－1

①虚拟路径法

反应C（s）＋O2（g）===CO2（g）的途径可设计如下：

则ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－110.5kJ·mol－1。

②加合法

a．写出目标反应的热化学方程式，确定各物质在已知反应中的位置：

C（s）＋

O2（g）===CO（g）。

b．将已知热化学方程式变形，得反应Ⅲ：

CO2（g）===CO（g）＋

O2（g）　

ΔH3＝＋283.0kJ·mol－1；

c．将相应热化学方程式相加，ΔH也相加：

Ⅰ＋Ⅲ得C（s）＋

O2（g）===CO（g）__ΔH＝ΔH1＋ΔH3，则ΔH＝－110.5kJ·mol－1。

1．正误判断：

正确的打“√”，错误的打“×”，并阐释错因或列举反例。

语句描述

正误

阐释错因或列举反例

（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）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）×　根据盖斯定律可知，放出的热量相同

（2）√

（3）×　该反应放热，石墨的能量低，更稳定

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：

＝

训练一　盖斯定律及其应用

1．已知：

①2Zn（s）＋O2（g）===2ZnO（s）　ΔH1＝－701.0kJ/mol；②2Hg（l）＋O2（g）===2HgO（s）　ΔH2＝－181.6kJ/mol。

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/molD．－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．在298K、101kPa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。

根据盖斯定律，由①＋②×2可得③，则ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。

训练二　根据盖斯定律书写热化学方程式

3．已知CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热分别为283.0kJ/mol和726.5kJ/mol。

请写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：

______________________________

________________________________________________________________________。

解析：

依据燃烧热的概念写出两个热化学方程式

①CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH1＝－726.5kJ/mol；

②CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－283.0kJ/mol。

根据盖斯定律，由①－②可得CH3OH（l）＋O2（g）===CO（g）＋2H2O（l），则ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－726.5kJ/mol－（－283.0）kJ/mol＝－443.5kJ/mol。

答案：

CH3OH（l）＋O2（g）===CO（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－443.5kJ/mol

4．已知25℃、101kPa时：

①4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）　ΔH＝－1648kJ·mol－1；

②C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393kJ·mol－1；

③2Fe（s）＋2C（s）＋3O2（g）===2FeCO3（s）　ΔH＝－1480kJ·mol－1。

FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3和CO2的热化学方程式是____________________。

解析：

根据盖斯定律，由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

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热化学方程式中的位置（是同侧还是异侧）。

（3）利用同侧相加、异侧相减进行处理。

（4）根据待求热化学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。

　反应热的计算

1．根据热化学方程式计算：

反应热的数值与反应中各物质的物质的量成正比。

[示例1]　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。

2．根据反应物和生成物的键能计算：

ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。

[示例2]　（2018·高考天津卷）CO2与CH4经催化重整，制得合成气：

CH4（g）＋CO2（g）

2CO（g）＋2H2（g）

已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：

化学键

C—H

C===O

H—H

C===←O（CO）

键能/

（kJ·mol－1）

413

745

436

1075

则该反应的ΔH＝________。

解析：

根据ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，该反应的ΔH＝（413×4＋745×2）kJ·mol－1－（1075×2＋436×2）kJ·mol－1＝＋120kJ·mol－1。

答案：

＋120kJ·mol－1

3．根据物质的燃烧热数值计算：

Q（放）＝n（可燃物）×|ΔH（燃烧热）|。

[示例3]　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．55kJB．220kJ

C．550kJD．1108kJ

解析：

选A。

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

1.8g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为0.025mol×2215kJ·mol－1＝55.375kJ，则放出的热量约为55kJ。

4．根据盖斯定律计算：

将已知热化学方程式进行适当的“加”“减”等变形后进行计算。

[示例4]　（2018·高考全国卷Ⅱ）CH4CO2催化重整反应为CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）。

已知：

C（s）＋2H2（g）===CH4（g）　ΔH＝－75kJ·mol－1；

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－394kJ·mol－1；

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－111kJ·mol－1。

该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

解析：

给已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由③×2－①－②得CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g），则ΔH＝（－111×2＋75＋394）kJ·mol－1＝＋247kJ·mol－1。

答案：

＋247

1．油酸甘油酯（相对分子质量为884）在体内代谢时可发生如下反应：

C57H104O6（s）＋80O2（g）===57CO2（g）＋52H2O（l）。

已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ。

油酸甘油酯的燃烧热ΔH为（　　）

A．3.8×104kJ·mol－1B．－3.8×104kJ·mol－1

C．3.4×104kJ·mol－1D．－3.4×104kJ·mol－1

解析：

选D。

燃烧热指的是1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。

燃烧1kg油酸甘油酯释放出热量3.8×104kJ，则1mol油酸甘油酯完全燃烧释放出的热量为

×3.8×104kJ≈3.4×104kJ，即油酸甘油酯的燃烧热ΔH＝－3.4×104kJ·mol－1。

2．已知H2（g）＋Br2（g）===2HBr（g）　ΔH＝－72kJ/mol，其他相关数据如下表：

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

a

369

则表中a为（　　）

A．404B．260

C．230D．200

解析：

选C。

反应的ΔH＝[（436＋a）－2×369]kJ/mol＝－72kJ/mol，解得a＝230。

3．（2019·济南高二质检）已知下列热化学方程式：

2Al2O3（s）===4Al（s）＋3O2（g）　ΔH1＝＋3351kJ·mol－1；

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH2＝－221kJ·mol－1；

2Al（s）＋N2（g）===2AlN（s）　ΔH3＝－318kJ·mol－1。

则反应3C（s）＋Al2O3（s）＋N2（g）===2AlN（s）＋3CO（g）的ΔH等于（　　）

A．＋342kJ·mol－1　　　　B．－342kJ·mol－1

C．－1026kJ·mol－1D．＋1026kJ·mol－1

解析：

选D。

令①2Al2O3（s）===4Al（s）＋3O2（g）　ΔH1＝＋3351kJ·mol－1，②2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH2＝－221kJ·mol－1，③2Al（s）＋N2（g）===2AlN（s）　ΔH3＝－318kJ·mol－1，根据盖斯定律，由（①＋3×②＋2×③）/2得3C（s）＋Al2O3（s）＋N2（g）===2AlN（s）＋3CO（g），则ΔH＝（＋3351kJ·mol－1－221kJ·mol－1×3－318kJ·mol－1×2）/2＝＋1026kJ·mol－1。

学习小结

1.盖斯定律是指化学反应的反应热只与反应体系的始态与终态有关，而与反应途径无关。

2.反应热的数值与反应中各物质的化学计量数成正比。

3.正、逆反应的反应热数值相同，符号相反。

4.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。

课后达标检测

一、选择题

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．化学反应的反应热取决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。

反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应过程无关，A错，B对；盖斯定律的实际作用很大，C错；任何化学反应过程均有能量变化，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完全燃烧放出的热量为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．26.0kJB．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为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．（2019·永城高二期末）工业制氢气的一个重要反应是CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）。

已知在25℃时：

①C（石墨）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH1＝－111kJ/mol；

②H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH2＝－242kJ/mol；

③C（石墨）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH3＝－394kJ/mol。

则25℃时，1molCO与水蒸气作用转化为氢气和二氧化碳反应的ΔH为（　　）

A．＋41kJ/molB．－41kJ/mol

C．－283kJ/molD．－131kJ/mol

解析：

选B。

根据盖斯定律，由③－②－①可得CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g），ΔH＝ΔH3－ΔH2－ΔH1＝－394kJ/mol－（－242kJ/mol）－（－111kJ/mol）＝－41kJ/mol。

5．（2019·重庆高二月考）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－1）

890.3

1299.6

285.8

已知键能：

C—H键为413.4kJ/mol，H—H键为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键键长

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．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。

7．（2019·南昌高二质检）CH4和CO2可以制造价值更高的化学产品。

已知：

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝akJ·mol－1；

CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）　ΔH2＝bkJ·mol－1；

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH3＝ckJ·mol－1。

则反应CO2（g）＋CH4（g）===2CO（g）＋2H2（g）的ΔH可表示为（　　）

A．（a＋2b－c）kJ·mol－1

B．（a＋b－2c）kJ·mol－1

C．（2a＋2b－c）kJ·mol－1

D．（a＋2b－2c）kJ·mol－1

解析：

选D。

已知：

①CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH1＝akJ·mol－1；

②CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）　ΔH2＝bkJ·mol－1；

③2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH3＝ckJ·mol－1。

根据盖斯定律，由①＋2×②－2×③可得CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）　ΔH＝（a＋2b－2c）kJ·mol－1。

8．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<0B．ΔH2>0，ΔH4>0

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

解析：

选C。

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。

9．已知：

①CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH1＝－Q1；

②H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH2＝－Q2；

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH3＝－Q3。

常温下取体积比为4∶1的甲烷和氢气的混合气体11.2L（已折合成标准状况），经完全燃烧恢复到常温，放出的热量是（　　）

A．0.4Q1＋0.05Q2B．0.4Q1＋0.1Q2

C．0.4Q1＋0.05Q3D．0.4Q1＋0.1Q3

解析：

选D。

标准状况下，11.2L混合气体中，n（CH4）＝

×0.5mol＝0.4mol，则n（H2）＝0.1mol，由于完全燃烧恢复到常温时，水为液体，因此H2燃烧放出的热量应按反应③进行计算。

10．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．5ΔH2＋12ΔH3－2ΔH1

B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3

C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1

D．2ΔH1－5ΔH2＋12ΔH3

解析：

选A。

将已知方程式依次编号为①②③，利用盖斯定律，由②×5＋③×12－①×2得目标方程式，则ΔH＝5ΔH2＋12ΔH3－2ΔH1，A正确。

11．（2016·高考江苏卷）通过以下反应均可获取H2。

下列有关说法正确的是（　　）

①太阳光催化分解水制氢：

2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH1＝＋571.6kJ·mol－1

②焦炭与水反应制氢：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH2＝＋131.3kJ·mol－1

③甲烷与水反应制氢：

CH4（g）＋H2O（g）===CO（g）＋3H2（g）　ΔH3＝＋206.1kJ·mol－1

A．反应①中电能转化为化学能

B．反应②为放热反应

C．反应③使用催化剂，ΔH3减小

D．反应CH4（g）===C（s）＋2H2（g）的ΔH＝＋74.8kJ·mol－1

解析：

选D。

A项，反应①中光能转化为化学能，错误；B项，反应②的焓变为正值，属于吸热反应，错误；C项，催化剂不会改变反应的焓变，错误；D项，根据盖斯定律，由③－②得到所求反应，其焓变为（＋206.1kJ·mol－1）－（＋131.3kJ·mol－1）＝＋74.8kJ·mol－1，正确。

12．半导体工业用石英砂做原料通过三个重要反应生产单质硅：

①SiO2（石英砂，s）＋2C（s）===Si（粗硅，s）＋2CO（g）　ΔH＝＋682.44kJ·mol－1；

②Si（粗硅，s）＋2Cl2（g）===SiCl4（g）　ΔH＝－657.01kJ·mol－1；

③SiCl4（g）＋2Mg（s）===2MgCl2（s）＋Si（纯硅，s）　ΔH＝－625.63kJ·mol－1。

生产1.00kg纯硅的总反应热为（　　）

A．2.43×104kJB．－2.35×104kJ

C．－2.23×104kJD．－2.14×104kJ

解析：

选D。

利用盖斯定律，由①＋②＋③可得SiO2（石英砂，s）＋2C（s）＋2Cl2（g）＋2Mg（s）===Si（纯硅，s）＋2CO（g）＋2MgCl2（s）　ΔH＝－600.2kJ·mol－1。

生产1.00kg纯硅的总反应热为－600.2kJ·mol－1×

≈－2.14×104kJ。

二、非选择题

13．（2019·开封高二检测）火箭推进器中盛有强还原剂液态肼（N