《化学反应热的计算》word教案 人教版选修4.docx

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《化学反应热的计算》word教案人教版选修4

第3节

化学反应热的计算

（盖斯定律及应用）

●课标要求

能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

●课标解读

1.理解盖斯定律的含义。

2．掌握盖斯定律在反应热计算中的应用。

●教学地位

前面学生已经定性地了解了化学反应与能量的关系，通过实验感受到了反应热，并且了解了物质发生反应产生能量变化与物质的质量的关系，及燃烧热的概念。

在此基础上，本节介绍了盖斯定律，并从定量的角度来进一步认识物质发生化学反应伴随的热效应。

本节内容分为两部分：

第一部分，介绍了盖斯定律。

教科书以登山经验“山的高度与上山的途径无关”，浅显地对特定化学反应的反应热进行形象的比喻，帮助学生理解盖斯定律。

然后再通过对能量守恒定律的反证来论证盖斯定律的正确性。

最后通过实例使学生感受盖斯定律的应用，并以此说明盖斯定律在科学研究中的重要意义。

第二部分，利用反应热的概念、盖斯定律和热化学方程式进行有关反应热的计算，通过三道不同类型的例题加以展示。

帮助学生进一步巩固概念、应用定律、理解热化学方程式的意义。

这是本章的重点考查内容之一。

●新课导入建议

瑞士化学家盖斯

“异曲同工”是指不同的曲调演得同样好，或者不同的做法收到同样好的效果。

热化学奠基人盖斯总结出一条规律：

在任何化学反应过程中的热量，不论该反应是一步完成的还是分步进行的，其总热量变化是相同的。

该规律被命名为“盖斯定律”。

课　标　解　读

重　点　难　点

1.从能量守恒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。

3.学会化学反应热的有关计算。

1.盖斯定律的含义，能够利用盖斯定律进行有关反应热的计算。

（重点）

2.化学反应热的计算方法和技巧。

（难点）

课　标　解　读

重　点　难　点

1.从能量守恒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。

3.学会化学反应热的有关计算。

1.盖斯定律的含义，能够利用盖斯定律进行有关反应热的计算。

（重点）

2.化学反应热的计算方法和技巧。

（难点）

1.内容：

不管化学反应是一步或分几步完成，其反应热是相同的。

或者说，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。

如物质A变成C，有下列两种途径：

则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3。

2．解释：

能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，二者密不可分，但以物质为主。

3．应用：

对于进行得很慢的反应，不容易直接发生的反应，产品不纯（即有副反应发生）的反应，测定这些反应的反应热有困难，如果应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热计算出来。

1．已知H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ/mol，而H2O（g）―→H2O（l）　ΔH＝－44.0kJ/mol，请问若1molH2和

molO2反应生成液态水，放出的热量是多少？

【提示】　Q＝（241.8kJ/mol＋44kJ/mol）×1mol＝285.8kJ。

反应热的计算

1.反应热计算的主要依据是热化学方程式、盖斯定律和燃烧热的数据。

2．计算反应热的常用解题方法有：

列方程式、估算法、十字交叉法等。

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

若C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热为ΔH，则ΔH＝ΔH1－ΔH2＝[－393.5－（－283.0）]kJ/mol＝－110.5_kJ/mol，本题运用了盖斯定律。

2．已知碳的燃烧热为393.5kJ/mol，那么24g碳完全燃烧，放出的热量是多少？

【提示】　24g碳为2mol，放出的热量为2mol×393.5kJ/mol＝787.0kJ。

对盖斯定律的理解

【问题导思】　

①物质从始态变为终态，遵循质量守恒，遵循能量守恒吗？

【提示】　遵循。

②应用盖斯定律求反应热时，若方程式的化学计量数变，则反应热要相应变吗？

方程式相加减时，反应热如何计算？

【提示】　a．反应热的数值与化学计量数成正比。

b．方程式加减时，反应热也要相加减（带符号）。

（1）从途径角度

化学反应热效应只与反应的始态和终态有关，与过程无关。

就像登山到山顶，不管选哪一条路走，从山脚到山顶，山的海拔总是不变。

（2）从反应热总值角度

若一个反应可以分几步进行，则各步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的，即反应热总值一定。

如图表示始态到终态的反应热。

则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。

（3）从能量守恒角度

我们先从S变化到L，这时体系放出热量（ΔH1<0），然后从L变回到S，这时体系吸收热量（ΔH2>0）。

整个过程中ΔH1＋ΔH2＝0，能量既不会增加，也不会减少，只会从一种形式转化为另一种形式。

（4）运用盖斯定律解题的常用方法。

通常有两种方法：

其一，虚拟路径法：

如C（s）＋O2（g）===CO2（g），可设置如下：

ΔH1＝ΔH2＋ΔH3

其二，加合法：

即运用所给化学方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。

如：

求P4（白磷）―→P（红磷）的热化学方程式。

已知：

P4（白磷，s）＋5O2（g）===P4O10（s）　ΔH1①

P（红磷，s）＋

O2（g）===

P4O10（s）　ΔH2②

即可用①－②×4得出白磷转化为红磷的热化学方程式。

1．虚拟路径法求反应热中，分路径中的量要与总路径的量一致。

2．加合法中要根据给定的反应找出要求的反应的反应物与生成物，把不需要的物质去掉。

　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<0

途径Ⅱ　先制水煤气：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH2>0①

再燃烧水煤气：

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH3<0②

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH4<0③

请回答下列问题：

（1）判断两种途径放热：

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

（2）ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的数学关系是____________

_____________________________________________。

（3）由于制取水煤气的反应里，反应物具有的总能量________（填“大于”“等于”或“小于”）生成物具有的总能量，那么在化学反应时，反应物就需要________能量才能转化为生成物，因此其反应条件为________。

【解析】　

（1）途径Ⅱ中，根据盖斯定律①＋（②＋③）×

可得途径Ⅰ的方程式，故两种途径放出的热量相同。

（2）ΔH1＝ΔH2＋

（ΔH3＋ΔH4）。

（3）因为ΔH>0，故反应物的总能量小于生成物的总能量。

【答案】　

（1）等于

（2）ΔH1＝ΔH2＋

（ΔH3＋ΔH4）（3）小于　吸收　高温

应用盖斯定律设计反应过程的要点

（1）当热化学方程式乘以或除以某数时，ΔH也相应乘以或除以某数。

（2）当热化学方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”、“－”符号，即把ΔH看做一个整体进行运算。

（3）通过盖斯定律计算比较反应热的大小时，同样要把ΔH看做一个整体。

（4）在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，物质的状态由“固→液→气”变化时，会吸热；反之会放热。

（5）当设计的反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。

1．实验中不能直接测出由石墨与氢气反应生成甲烷的ΔH，但可测出下面几个反应的热效应：

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH1＝－890.3kJ/mol①

C（石墨）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH2＝－393.5kJ/mol②

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH3＝－285.8kJ/mol③根据盖斯定律求反应C（石墨）＋2H2（g）===CH4（g）④的ΔH4。

解析】　方法一：

因为反应式①②③和④之间有以下关系：

②＋③×2－①＝④。

所以ΔH4＝ΔH2＋2ΔH3－ΔH1＝－393.5＋2×（－285.8）－（－890.3）＝－74.8（kJ/mol）

方法二：

也可以设计一个途径，使反应物经过一些中间步骤最后回到产物：

可见，ΔH4＝ΔH2＋2ΔH3－ΔH1＝－74.8kJ/mol。

【答案】　ΔH4＝－74.8kJ/mol

反应热的计算

【问题导思】　

①反应热计算的依据有哪些？

【提示】　可依据化学方程式、盖斯定律等。

②反应热有哪些计算方法？

【提示】　列方程法、估算法等。

1．反应热计算的依据

（1）根据热化学方程式计算：

反应热与反应物各物质的物质的量成正比，即ΔH1＝nΔH。

（2）根据反应物和生成物的能量计算：

ΔH＝生成物的能量和－反应物的能量和。

（3）根据反应物和生成物的键能计算：

ΔH＝反应物的键能和－生成物的键能和

（4）根据盖斯定律计算：

将热化学方程式进行适当的“加”、“减”等变形后，由过程的热效应进行计算、比较。

（5）根据物质的燃烧热数值计算：

Q（放）＝n（可燃物）×|ΔH|。

（6）根据比热公式进行计算：

Q＝cmΔt。

2．反应热计算的常用解题方法

（1）列方程法：

先写出热化学方程式，再根据热化学方程式所体现的物质与反应热间的关系直接求算反应热。

（2）估算法：

根据热化学方程式所表示反应的热效应与混合物燃烧放出的热量，大致估算各成分的比例。

此法主要应用于解答选择题，根据题给信息找出大致范围，便可以此作依据找出答案，此法解题快速、简便。

　已知：

①CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH1；②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH2；③2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH3。

常温下取体积比4∶1的甲烷和氢气的混合气体11.2L（标准状况），经完全燃烧后恢复至室温，则放出的热量为（　　）

A．－（0.4mol×ΔH1＋0.05mol×ΔH3）

B．－（0.4mol×ΔH1＋0.05mol×ΔH2）

C．－（0.4mol×ΔH1＋0.1mol×ΔH3）

D．－（0.4mol×ΔH1＋0.1mol×ΔH2）

【解析】　先算出甲烷和氢气各自的体积，再根据热化学方程式分别求算它们各自完全燃烧放出的热量，就可求出总热量。

也可以求出甲烷和氢气按体积比4∶1燃烧的热化学方程式，列比例来求反应放出的总热量。

n（气体）＝

＝0.5mol，

n（CH4）＝0.5mol×

＝0.4mol，n（H2）＝0.5mol×

＝0.1mol。

燃烧后恢复至室温，H2O为液态，所以放出热量：

Q＝0.4mol×（－ΔH1）＋0.1mol×（－

）＝－（0.4mol×ΔH1＋0.05mol×ΔH3）。

【答案】　A

本题易错选B。

因为忽略了“完全燃烧后恢复至室温”时水为液态，也易错选C，没注意2molH2完全燃烧的反应热为ΔH3。

2．已知：

2Zn（s）＋O2（g）===2ZnO（s）　ΔH＝－701.0kJ/mol

2Hg（l）＋O2（g）===2HgO（s）　ΔH＝－181.6kJ/mol

则反应Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）的ΔH的（　　）

A．＋519.4kJ/mol　B．＋259.7kJ/mol

C．－259.7kJ/molD．－519.4kJ/mol

【解析】　由盖斯定律，第一个式子减去第二个式子后再除以2可得：

Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）　ΔH＝（－701.0kJ/mol＋181.6kJ/mol）/2＝－259.7kJ/mol，故C项正确。

【答案】　C

【教师备课资源】

已知下列两个热化学方程式：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ/mol

C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝－2220.0kJ/mol

实验测得氢气和丙烷的混合气体共5mol，完全燃烧时放热3846.75kJ，则混合气体中氢气和丙烷的体积比是________，两者放出的热量之比约为________。

A．1∶3　　　B．3∶1C．1∶4D．5∶13

【解析】　设H2和C3H8的物质的量分别为xmol、ymol，由题意得：

解方程组得x＝3.75，y＝1.25。

H2和C3H8的体积之比＝H2和C3H8的物质的量之比＝3.75mol∶1.25mol＝3∶1；H2和C3H8放出的热量之比＝（3.75mol×285.8kJ/mol）∶（1.25mol×2220.0kJ/mol）≈5∶13。

【答案】　B　D

反应热的计算依据依据热化学方程式：

反应热与各物质的物质的量成正比依据盖斯定律“虚拟路径”法加合法依据物质的燃烧热ΔH：

Q（放）＝n（可燃物）×|ΔH|依据生成物和反应物的键能之差ΔH＝Q（吸）－Q（放）

1．1mol白磷转化为红磷时放出18.39kJ热量，已知：

P4（白磷，s）＋5O2（g）===2P2O5（s）

ΔH＝－akJ/mol（a>0）；4P（红磷，s）＋5O2（g）===2P2O5（s）　ΔH＝－bkJ/mol（b>0），则a和b的关系是（　　）

A．a>bB．a＝b

C．a

【解析】　由题知：

P4（白磷，s）===4P（红磷，s）　ΔH＝－18.39kJ/mol，则白磷具有的能量比红磷高，则在燃烧时白磷放出的能量比红磷多，故a>b。

【答案】　A

2．下列关于盖斯定律描述不正确的是（　　）

A．化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关

B．盖斯定律遵守能量守恒定律

C．利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热

D．利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热

【解析】　化学反应的反应热与反应的途径无关，只与反应体系的始态和终态有关。

【答案】　A

3．已知在298K时，有如下两个热化学方程式：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ/mol

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－483.6kJ/mol

现有0.2mol炭粉和H2的混合物，在O2中燃烧生成CO2（g）和H2O（g）共放出63.53kJ热量，则混合物中炭粉和H2的物质的量之比是（）

A．1∶2B．2∶3

C．3∶2D．1∶1

【解析】　由题意得

解得n（C）＝n（H2）＝0.1mol，即n（C）∶n（H2）＝1∶1。

【答案】　D

4．利用盖斯定律解答下题：

已知：

TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（l）＋O2（g）　ΔH＝＋140kJ/mol①

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221kJ/mol②

写出TiO2和焦炭、氯气反应生成TiCl4和CO气体的热化学方程式：

_______________________________________

【解析】　根据盖斯定律：

①＋②得

TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（l）＋2CO（g）　ΔH＝－81kJ/mol。

【答案】　TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（l）＋2CO（g）　ΔH＝－81kJ/mol