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第二节　反应热的计算
第1课时　反应热的计算
[核心素养发展目标]　1.变化观念与平衡思想：能认识化学变化的本质是有新物质生成并伴随能量的转化，并遵循盖斯定律。2.证据推理与模型认知：构建盖斯定律模型，理解盖斯定律的本质，能运用模型进行相关判断或计算。
一、盖斯定律
1．内容
一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是________的。
2．理解与特点
(1)从反应途径角度理解
(2)从能量守恒角度理解
如下图路径(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)的反应热是相同的。
(3)特点
盖斯定律表明，在一定条件下，化学反应的反应热只与反应体系的________和______有关，而与反应的________无关。
3．意义
应用盖斯定律可以间接计算出反应很慢的或不容易直接发生的或者伴有副反应发生的反应的反应热。
1.从能量守恒的角度思考并填空(填“＞”“＜”或“＝”)：
假定反应体系的始态为S，终态为L，它们之间的变化为：若ΔH1＜0，则ΔH2________0，ΔH1＋ΔH2________0。
2．(1)能直接测出反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH吗？为什么？
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(2)已知：Ⅰ.C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
如何根据上述两个反应，计算C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
应用盖斯定律计算ΔH的方法
(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：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)加合法
依据目标方程式中各物质的位置和化学计量数，调整已知方程式，最终加合成目标方程式，ΔH同时作出相应的调整和运算。
1．已知：P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH1
P(s，红磷)＋O2(g)===P4O10(s)　ΔH2
设计成如下转化路径，请填空：
则ΔH＝________________。
2．已知25 ℃、101 kPa下，1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.01 kJ，
2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.66 kJ·mol－1
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1
(1)1 mol水蒸发为水蒸气的热化学方程式为___________________________________。
(2)计算出反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热(写出计算过程)。
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
利用盖斯定律计算ΔH的四步骤
(1)定：确定待求反应的热化学方程式。
(2)找：找出待求热化学方程式中只在已知化学方程式中出现一次的物质。
(3)调：依据该物质调整已知化学方程式的方向(同侧相加，异侧相减)和化学计量数，每个已知化学方程式只能调整一次。
(4)算：ΔH与化学方程式一一对应调整和运算。
二、反应热的计算
1．根据热化学方程式计算
热化学方程式中反应热数值与各物质的化学计量数成正比。例如，
aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)　ΔH
　a　　　b　　　c　　　d　　|ΔH|
n(A)　　n(B)　　n(C)　n(D)　　Q
则＝＝＝＝。
例1　蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体。甲烷气体燃烧的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，则320 g“可燃冰”(分子式为CH4·8H2O)释放的甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出的热量为________。
2．根据物质的燃烧热数值计算
Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。
例2　家用液化气的主要成分之一是丁烷(C4H10)。常温常压下，丁烷的燃烧热ΔH＝－2 900 kJ·
mol－1，则1 g丁烷完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出的热量为________。
3．根据反应物、生成物的键能计算
ΔH＝E(反应物的键能总和)－E(生成物的键能总和)。
例3　我国是世界上第二大乙烯生产国，乙烯可由乙烷裂解得到：C2H6(g)??C2H4(g)＋H2(g)，相关化学键的键能数据如下表所示，则上述反应的ΔH等于(　　)
化学键 C—H C—C C==C H—H
键能/(kJ·mol－1) 412 348 612 436
A.－124 kJ·mol－1 B．＋124 kJ·mol－1
C．－288 kJ·mol－1 D．＋288 kJ·mol－1
4．根据图像计算
例4　碳燃烧的过程如图所示：
则下列说法正确的是(　　)
A．1 mol C(s)与0.5 mol O2(g)的总能量小于1 mol CO(g)的能量
B．CO2(g)===C(g)＋O2(g)　ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1
C．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1
D．等量的碳燃烧C(s)―→CO2(g)过程比C(s)―→CO(g)―→CO2(g)过程释放的能量多
5．根据盖斯定律计算
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及其ΔH。
例5　工业上常利用CO2和NH3合成尿素[CO(NH2)2]，该可逆反应分两步进行，整个过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．NH2COONH4为合成尿素反应的中间产物
B．利用CO2和NH3合成尿素需要吸收能量
C．反应Ⅱ的ΔH＝－E2
D．2NH3(g)＋CO2(g)??CO(NH2)2(l)＋H2O(l)的焓变ΔH＝E1－E2
例6　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＝x kJ·mol－1。
已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1；
S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1；
2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1，则x为(　　)
A．3a＋b－c B．c－3a－b
C．a＋b－c D．c－a－b
第二节　反应热的计算
第1课时　反应热的计算
[核心素养发展目标]　1.变化观念与平衡思想：能认识化学变化的本质是有新物质生成并伴随能量的转化，并遵循盖斯定律。2.证据推理与模型认知：构建盖斯定律模型，理解盖斯定律的本质，能运用模型进行相关判断或计算。
一、盖斯定律
1．内容
一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是相同的。
2．理解与特点
(1)从反应途径角度理解
(2)从能量守恒角度理解
如下图路径(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)的反应热是相同的。
(3)特点
盖斯定律表明，在一定条件下，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。
3．意义
应用盖斯定律可以间接计算出反应很慢的或不容易直接发生的或者伴有副反应发生的反应的反应热。
1．从能量守恒的角度思考并填空(填“＞”“＜”或“＝”)：
假定反应体系的始态为S，终态为L，它们之间的变化为：若ΔH1＜0，则ΔH2＞0，ΔH1＋ΔH2＝0。
2．(1)能直接测出反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH吗？为什么？
提示　不能直接测出。在氧气供应不足时，虽可生成CO，但同时还有部分CO可继续被氧化生成CO2。
(2)已知：Ⅰ.C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
如何根据上述两个反应，计算C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热ΔH。
提示　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＝－110.5 kJ·mol－1。
②加合法
分析：找唯一：C、CO分别在Ⅰ、Ⅱ中出现一次
同侧加：C是Ⅰ中反应物，为同侧，则“＋Ⅰ”
异侧减：CO是Ⅱ中反应物，为异侧，则“－Ⅱ”
调化学计量数：化学计量数相同，不用调整，则Ⅰ－Ⅱ即为运算式。所以ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－110.5 kJ·mol－1。
应用盖斯定律计算ΔH的方法
(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：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2)加合法
依据目标方程式中各物质的位置和化学计量数，调整已知方程式，最终加合成目标方程式，ΔH同时作出相应的调整和运算。
1．已知：P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH1
P(s，红磷)＋O2(g)===P4O10(s)　ΔH2
设计成如下转化路径，请填空：
则ΔH＝ΔH1－4ΔH2。
2．已知25 ℃、101 kPa下，1 mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.01 kJ，
2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.66 kJ·mol－1
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1
(1)1 mol水蒸发为水蒸气的热化学方程式为
H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.01 kJ·mol－1。
(2)计算出反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热(写出计算过程)。
答案　由①H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.01 kJ·mol－1，②2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝
＋571.66 kJ·mol－1，③C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1，根据盖斯定律③－×②＋①得C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1－×571.66 kJ·mol－1＋44.01 kJ·mol－1＝－110.53 kJ·mol－1。
利用盖斯定律计算ΔH的四步骤
(1)定：确定待求反应的热化学方程式。
(2)找：找出待求热化学方程式中只在已知化学方程式中出现一次的物质。
(3)调：依据该物质调整已知化学方程式的方向(同侧相加，异侧相减)和化学计量数，每个已知化学方程式只能调整一次。
(4)算：ΔH与化学方程式一一对应调整和运算。
二、反应热的计算
1．根据热化学方程式计算
热化学方程式中反应热数值与各物质的化学计量数成正比。例如，
aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)　ΔH
　a　　　b　　　　c　　　d　　|ΔH|
n(A)　　n(B)　　　n(C)　　n(D)　Q
则＝＝＝＝。
例1　蕴藏在海底的“可燃冰”是高压下形成的外观像冰的甲烷水合物固体。甲烷气体燃烧的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，则320 g“可燃冰”(分子式为CH4·8H2O)释放的甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出的热量为________。
答案　1 780.6 kJ
解析　320 g CH4·8H2O中甲烷的物质的量为2 mol，2 mol甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出的热量为1 780.6 kJ。
2．根据物质的燃烧热数值计算
Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。
例2　家用液化气的主要成分之一是丁烷(C4H10)。常温常压下，丁烷的燃烧热ΔH＝－2 900 kJ·
mol－1，则1 g丁烷完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出的热量为____________。
答案　50 kJ
3．根据反应物、生成物的键能计算
ΔH＝E(反应物的键能总和)－E(生成物的键能总和)。
例3　我国是世界上第二大乙烯生产国，乙烯可由乙烷裂解得到：C2H6(g)??C2H4(g)＋H2(g)，相关化学键的键能数据如下表所示，则上述反应的ΔH等于(　　)
化学键 C—H C—C C==C H—H
键能/(kJ·mol－1) 412 348 612 436
A.－124 kJ·mol－1 B．＋124 kJ·mol－1
C．－288 kJ·mol－1 D．＋288 kJ·mol－1
答案　B
4．根据图像计算
例4　碳燃烧的过程如图所示：
则下列说法正确的是(　　)
A．1 mol C(s)与0.5 mol O2(g)的总能量小于1 mol CO(g)的能量
B．CO2(g)===C(g)＋O2(g)　ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1
C．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1
D．等量的碳燃烧C(s)―→CO2(g)过程比C(s)―→CO(g)―→CO2(g)过程释放的能量多
答案　C
解析　由图可得C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－110.5 kJ·mol－1，反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故A错误；因C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1，所以CO2(g)===C(s)＋O2(g)　ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1，故B错误；根据盖斯定律可得，C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－110.5 kJ·mol－1，故2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1，故C正确；根据盖斯定律可知，反应的反应热只与始态和终态有关，与过程无关，故D错误。
5．根据盖斯定律计算
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及其ΔH。
例5　工业上常利用CO2和NH3合成尿素[CO(NH2)2]，该可逆反应分两步进行，整个过程中的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．NH2COONH4为合成尿素反应的中间产物
B．利用CO2和NH3合成尿素需要吸收能量
C．反应Ⅱ的ΔH＝－E2
D．2NH3(g)＋CO2(g)??CO(NH2)2(l)＋H2O(l)的焓变ΔH＝E1－E2
答案　A
例6　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＝x kJ·mol－1。
已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1；
S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1；
2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1，则x为(　　)
A．3a＋b－c B．c－3a－b
C．a＋b－c D．c－a－b
答案　A
解析　表示碳燃烧热的热化学方程式为①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，将另外两个热化学方程式进行编号，②S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1，③2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·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。

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