学年高中化学人教版选修4教案第1章 第3节 化学反应热的计算 Word版含答案.docx

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学年高中化学人教版选修4教案第1章第3节化学反应热的计算Word版含答案

第三节　化学反应热的计算

1．从能量守恒的角度理解并掌握盖斯定律。

2．能正确运用盖斯定律解决具体问题。

（重点）

3．掌握化学反应热的有关计算。

盖斯定律

[基础·初探]

教材整理　

1．内容

不论化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热相同。

2．能量守恒定律

从S→L，ΔH1<0，体系放热；

从L→S，ΔH2>0，体系吸热；

结论：

（1）ΔH1＋ΔH2＝0；

（2）反应的热效应只与始态、终态有关，与途径无关。

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。

[探究·升华]

[思考探究]

已知①C（s）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH1＝－393.5kJ·mol－1

②CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH2＝－283.0kJ·mol－1

根据反应①和②，求出C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热。

方法之一是虚拟路径法：

问题思考：

（1）

上述转化关系中表示C（s）→CO2（g）有几种转化方式？

【提示】　有两种。

C（s）→CO（g）→CO2；C（s）→CO2（g）。

（2）上述转化关系中ΔH1、ΔH2、ΔH3有什么关系？

【提示】　ΔH1＝ΔH2＋ΔH3或ΔH3＝ΔH1－ΔH2。

（3）如何由已知两个热化学方程式快速求得C（s）→CO（g）的热化学方程式？

【提示】　热化学方程式

（1）－

（2）得：

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－110.5kJ·mol－1

[认知升华]

盖斯定律的应用

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）加和法：

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实施叠加并确定反应热的变化。

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。

[题组·冲关]

题组1　利用盖斯定律书写热化学方程式

1．已知①C（s）＋

O2（g）===CO（g）；②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）。

经过哪个计算过程可得到C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）（　　）

A．①－②B．①＋②

C．①－

②D．①＋

②

【答案】　C

2．肼（N2H4）是火箭发动机的一种燃料，反应时N2O4为氧化剂，生成N2和水蒸气。

已知：

①N2（g）＋2O2（g）===N2O4（g）

ΔH＝＋8.7kJ·mol－1

②N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－534.0kJ·mol－1

下列表示肼与N2O4反应的热化学方程式，正确的是（　　）

A．2N2H4（g）＋N2O4（g）===3N2（g）＋4H2O（g）

ΔH＝－542.7kJ·mol－1

B．2N2H4（g）＋N2O4（g）===3N2（g）＋4H2O（g）

ΔH＝－1059.3kJ·mol－1

C．N2H4（g）＋

N2O4（g）===

N2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝－1076.7kJ·mol－1

D．2N2H4（g）＋N2O4（g）===3N2（g）＋4H2O（g）

ΔH＝－1076.7kJ·mol－1

【解析】　根据盖斯定律，由②×2－①得2N2H4（g）＋N2O4（g）===3N2（g）＋4H2O（g）　ΔH＝－1076.7kJ·mol－1，故选D。

【答案】　D

3．

（1）高炉冶铁过程中，甲烷在催化反应室中产生水煤气（CO和H2）还原氧化铁，有关反应为：

【导学号：

29910010】

CH4（g）＋CO2（g）===2CO（g）＋2H2（g）　

ΔH＝＋260kJ·mol－1　①

已知：

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）

ΔH＝－566kJ·mol－1　②

则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为

______________________________________________________________。

（2）已知Na2CO3·10H2O（s）===Na2CO3（s）＋10H2O（g）　

ΔH＝＋532.36kJ·mol－1　①

Na2CO3·10H2O（s）===Na2CO3·H2O（s）＋9H2O（g）

ΔH＝＋473.63kJ·mol－1　②

写出Na2CO3·H2O脱水反应的热化学方程式：

__________________________。

【解析】　

（1）反应①×2＋②得：

2CH4（g）＋O2（g）===2CO（g）＋4H2（g）　ΔH＝－46kJ·mol－1。

（2）反应①－②得：

Na2CO3·H2O（s）===Na2CO3（s）＋H2O（g）　ΔH＝＋58.73kJ·mol－1。

【答案】　

（1）2CH4（g）＋O2（g）===2CO（g）＋4H2（g）　

ΔH＝－46kJ·mol－1

（2）Na2CO3·H2O（s）===Na2CO3（s）＋H2O（g）　

ΔH＝＋58.73kJ·mol－1

题组2　利用盖斯定律计算ΔH

4．在298K、100kPa时，已知：

（1）2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g）　ΔH1

（2）Cl2（g）＋H2（g）===2HCl（g）　ΔH2

（3）2Cl2（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＋2ΔH2B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2

C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2

【解析】　由盖斯定律将热化学方程式

（1）＋

（2）×2可得：

2Cl2（g）＋2H2O（g）===4HCl（g）＋O2（g）　ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。

【答案】　A

5．已知：

CH3OH（l）的燃烧热为726.6kJ·mol－1，HCHO（g）的燃烧热为563.6kJ·mol－1。

反应CH3OH（l）＋

O2（g）===HCHO（g）＋H2O（l）的反应热为ΔH。

有关判断正确的是（　　）

A．0<ΔH<＋563.6kJ·mol－1

B．＋726.6kJ·mol－1>ΔH>＋536.6kJ·mol－1

C．ΔH>0

D．ΔH＝－163kJ·mol－1

【解析】　由题意知：

CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－726.6kJ·mol－1　①，HCHO（g）＋O2（g）===CO2（g）＋H2O（l）　ΔH＝－563.6kJ·mol－1　②，由盖斯定律①式－②式：

CH3OH（l）＋

O2（g）===HCHO（g）＋H2O（l）　ΔH＝－163.0kJ·mol－1。

【答案】　D

6．由盖斯定律结合下述反应方程式，回答问题：

（1）已知：

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1；

②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH2；

③TiO2（g）＋2Cl2（g）===TiCl4（s）＋O2（g）　ΔH3。

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

（列出关于ΔH1、ΔH2、ΔH3的表达式）

（2）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＝________。

【解析】　

（1）将热化学方程式①×2－②＋③得：

ΔH＝2ΔH1－ΔH2＋ΔH3。

（2）由①－②可得　WO2（s）WO2（g）　ΔH＝ΔH1－ΔH2＝（＋66.0kJ·mol－1）－（－137.9kJ·mol－1）＝＋203.9kJ·mol－1。

【答案】　

（1）2ΔH1－ΔH2＋ΔH3

（2）＋203.9kJ·mol－1

　反应热的计算

[探究·升华]

[思考探究]

已知下列信息：

①Na（s）＋

Cl2（g）===NaCl（s）

ΔH＝－411kJ·mol－1

②乙醇的燃烧热ΔH＝－1366.8kJ·mol－1

③已知下列反应的反应热

CH3COOH（l）＋2O2（g）===2CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH1＝－870.3kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH2＝－393.5kJ·mol－1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH3＝－285.8kJ·mol－1

问题思考：

（1）根据信息①，求生成2molNaCl的反应热。

【提示】　ΔH′＝2ΔH＝－411kJ·mol－1×2

＝－822kJ·mol－1

（2）根据信息②，求1kg乙醇充分燃烧后放出多少热量？

【提示】　Q＝n×1366.8kJ·mol－1

＝

×1366.8kJ·mol－1

≈29713.0kJ＝2.97×104kJ

（3）根据信息③，计算反应2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）===CH3COOH（l）的反应热。

【提示】　将已知中的后2个方程式分别乘以2，然后相加，最后减去第一个方程式即得要求的方程式，ΔH也进行相应计算处理。

即ΔH′＝－393.5kJ·mol－1×2＋（－285.8kJ·mol－1×2）－（－870.3kJ·mol－1）

＝－488.3kJ·mol－1

[认知升华]

反应热的计算

计算依据

计算方法

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）

[题组·冲关]

题组1　焓变的计算

1．已知：

①Zn（s）＋1/2O2（g）===ZnO（s）

ΔH1＝－351.1kJ/mol

②Hg（l）＋1/2O2（g）===HgO（s）

ΔH2＝－90.7kJ/mol

则反应Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）的焓变是（　　）

A．－441.8kJ/mol　　　　B．－254.6kJ/mol

C．－438.9kJ/molD．－260.4kJ/mol

【解析】　据盖斯定律①－②式可得：

Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）　ΔH＝－351.1kJ/mol－（－90.7kJ/mol）＝－260.4kJ/mol。

【答案】　D

2．黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为：

S（s）＋2KNO3（s）＋3C（s）===K2S（s）＋N2（g）＋3CO2（g）　ΔH＝xkJ·mol－1

已知：

碳的燃烧热ΔH1＝akJ·mol－1

S（s）＋2K（s）===K2S（s）　ΔH2＝bkJ·mol－1

2K（s）＋N2（g）＋3O2（g）===2KNO3（s）　ΔH3＝ckJ·mol－1则x为（　　）

【导学号：

29910011】

A．3a＋b－cB．c－3a－b

C．a＋b－cD．c－a－b

【解析】　碳燃烧的热化学方程式为①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝akJ·mol－1，将另外两个热化学方程式进行编号，②S（s）＋2K（s）===K2S（s）　ΔH2＝bkJ·mol－1，③2K2（s）＋N2（g）＋3O2（g）===2KNO3（s）　ΔH3＝ckJ·mol－1，运用盖斯定律，①×3＋②－③得S（s）＋2KNO3（s）＋3C（s）===K2S（s）＋N2（g）＋3CO2（g）　ΔH＝（3a＋b－c）kJ·mol－1，则x＝3a＋b－c，故A正确。

【答案】　A

3．①CH4（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。

下列错误的是（　　）

A．等物质的量的CH4在反应①、②中转移电子数相同

B．由反应①可知：

CH4（g）＋4NO2（g）===4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（l）；ΔH>－574kJ·mol－1

C．4NO2（g）＋2N2（g）===8NO（g）；ΔH＝＋586kJ·mol－1

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1.6mol

【解析】　等物质的量的甲烷参加反应都转化成CO2，因此转移电子物质的量相等，故说法A正确；气态水转化成液态水是放热过程，因此ΔH<－574

kJ·mol－1，故说法B错误；①－②得出：

4NO2（g）＋2N2（g）===8NO（g）　ΔH＝1160－574kJ·mol－1＝＋586kJ·mol－1，故说法C正确；①＋②得出：

CH4（g）＋2NO2（g）===N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g），转移电子物质的量为4.48×8/22.4mol＝1.6mol，故说法D正确。

【答案】　B

题组2　有关反应热的计算

4．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】　丙烷的分子式是C3H8,1mol丙烷完全燃烧会产生4mol水，则丙烷完全燃烧生成1.8g水，物质的量为0.1mol，所以反应放出的热量Q＝（2215kJ/mol÷4）×0.1mol＝55.375kJ，因此数值与选项A接近。

故答案为A。

【答案】　A

5．已知下列热化学方程式：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－483.6kJ·mol－1现有0.2mol的炭粉和氢气组成的气、固混合物在氧气中完全燃烧，共放出63.53kJ热量，则炭粉与氢气的物质的量之比为（　　）

A．1∶1B．1∶2

C．2∶3D．3∶2

【解析】　设炭粉的物质的量为x，H2的物质的量为y，由题意知

解得x＝0.1mol，y＝0.1mol，则x∶y＝1∶1。

【答案】　A

6．已知：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝akJ·mol－1

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－220kJ·mol－1

H—H、O===O和O—H键的键能分别为436、496和462kJ·mol－1，则a为

（　　）

A．－332B．－118

C．＋350D．＋130

【解析】　根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。

根据题中给出的键能可得出热化学方程式：

③2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH3＝（2×436＋496－4×462）kJ·mol－1，即③2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH3＝－480kJ·mol－1，题中②2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH2＝－220kJ·mol－1，（②－③）×

得①C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH1＝（ΔH2－ΔH3）×

，即a＝（－220＋480）×

＝130，选项D正确。

【答案】　D

学业分层测评（四）

（建议用时：

45分钟）

[学业达标]

1．已知：

Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH＝＋234.1kJ·mol－1；C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1；则2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH是（　　）【导学号：

51182006】

A．－824.4kJ·mol－1B．－627.6kJ·mol－1

C．－744.7kJ·mol－1D．－169.4kJ·mol－1

【解析】　观察热化学方程式Fe2O3＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH1＝＋234.1kJ·mol－1①；C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－393.5kJ·mol－1②；②×

－①可得2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s），则ΔH＝

ΔH2－ΔH1＝－824.35kJ·mol－1≈－824.4kJ·mol－1。

【答案】　A

2．下列各组热化学方程式中，ΔH1>ΔH2的是（　　）

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1　C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2

②S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1　S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH1　2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2

④CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH1　CaO（s）＋H2O（l）===Ca（OH）2（s）　ΔH2

A．①B．②③④

C．④D．①②③

【解析】　①中C（s）→CO2（g）比C（s）→CO（g）放出热量多，|ΔH1|>|ΔH2|，故ΔH1<ΔH2<0；

②

，故ΔH1＝ΔH＋ΔH2，即|ΔH1|<|ΔH2|，故ΔH2<ΔH1<0；③中ΔH2＝2ΔH1，|ΔH2|>|ΔH1|，ΔH2<ΔH1<0；④中ΔH1>0，ΔH2<0，故ΔH1>ΔH2。

【答案】　B

3．已知25℃、101kPa条件下：

（1）4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）

ΔH＝－2834.9kJ·mol－1

（2）4Al（s）＋2O3（g）===2Al2O3（s）

ΔH＝－3119.1kJ·mol－1

由此得出的正确结论是（　　）

A．等质量的O2比O3能量低，由O2变为O3为吸热反应

B．等质量的O2比O3能量高，由O2变为O3为放热反应

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】　根据盖斯定律

（2）－

（1）得2O3（g）===3O2（g）　ΔH＝

－284.2kJ·mol－1，等质量的O2能量低。

【答案】　A

4．已知热化学方程式：

①2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　

ΔH1＝＋571.6kJ/mol

②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　

ΔH2＝－483.6kJ/mol

当1g液态水变为气态水时，其热量变化为（　　）

①放出　②吸收　③2.44kJ　④4.88kJ　⑤88kJ

A．②⑤B．①③

C．②④D．②③

【解析】　

可得H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44kJ·mol－1，则1g液态水变为气态水时，吸收的热量为

≈2.44kJ。

【答案】　D

5．已知C2H4（g）和C2H5OH（l）的燃烧热ΔH分别是－1411.0kJ·mol－1和－1366.8kJ·mol－1，则由C2H4（g）和H2O（l）反应生成C2H5OH（l）的ΔH为

（　　）【导学号：

29910012】

A．－44.2kJ·mol－1B．＋44.2kJ·mol－1

C．－330kJ·mol－1D．＋330kJ·mol－1

【解析】　由题意知

①C2H4（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH1＝－1411.0kJ·mol－1

②C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH2＝－1366.8kJ·mol－1

③C2H4（g）＋H2O（l）===C2H5OH（l）　ΔH

由盖斯定律，得：

③＝①－②，则ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－1411.0kJ·mol－1－

（－1366.8kJ·mol－1）＝－44.2kJ·mol－1，故选A。

【答案】　A

6．氯原子对O3分解有催化作用：

O3＋Cl===ClO＋O2　ΔH1　

ClO＋O===Cl＋O2　ΔH2

大气臭氧层的分解反应是：

O3＋O===2O2　ΔH，该反应的能量变化如图：

下列叙述中，正确的是（　　）

A．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E1－E3

B．O3＋O===2O2是吸热反应

C．ΔH＝ΔH1＋ΔH2

D．ΔH＝E3－E2>0

【解析】　A项，ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝E3－E2；B项，由E2>E3知反应物总能量大于生成物总能量，故O3＋O＝2O2为放热反应；C项，据盖斯定律将两式相加得ΔH＝ΔH1＋ΔH2；D项，由于O3＋O＝2O2放热，故ΔH＝E3－E2<0。

【答案】　C

7．物质的生成热可定义为：

由稳定单质生成1mol物质所放出的热量，如CO2气体的生成热就是1molC完全燃烧生成CO2气体时放出的热量，已知下列几种化合物的生成热分别是

化合物

葡萄糖

H2O（l）

CO2

生成热（kJ/mol）

1259.8

285.8

393.5

则1kg葡萄糖在人体内完全氧化生成CO2气体和液态水，最多可提供的能量为（　　）

A．3225kJB．2816kJ

C．6999kJD．15644kJ

【解析】　根据生成热的定义得下面三个热化学方程式：

6C（s）＋3O2（g）＋6H2（g）===C6H12O6（s）

ΔH＝－1259.8kJ/mol　①

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ/mol②

O2（g）＋2H2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ/mol③

由：

②×6＋③×3－①得：

C6H12O6（s）＋6O2（g）===6CO2（g）＋6H2（l）

ΔH＝－2816kJ·mol－1

故1kgC6H12O6（s）完全氧化时放出的热量为：

2816×

kJ≈15644kJ。

【答案】　D

8．发射卫星时可用肼（N2H4）为燃料，用二氧化氮作氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。

已知：

①N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）

ΔH1＝＋67.7kJ·mol－1

②N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）

ΔH2＝－534kJ·mol－1

试计算1mol肼与二氧化氮完全反应