资源简介

反应热的计算
第1课时 盖斯定律
教学目标
1.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。
教学重难点
盖斯定律的内容、理解及应用。
教学过程
【新课导入】
某些物质的反应热，由于种种原因不能直接测得，只能通过化学计算的方式间接获得。在生产中，对燃料的燃烧、反应条件的控制以及废热的利用，也需要反应热计算，为方便反应热计算，我们需要找到一种方法。
【提问】下列数据表示燃烧热吗？为什么？
H2(g)＋1/2 O2(g)＝H2O(g)　ΔH1＝－241.8 kJ·mol-1
【回答】不是，因为当水为液态时反应热才是燃烧热。
【追问】那么，H2的燃烧热ΔH究竟是多少？
已知：H2O(g)＝H2O(l)　ΔH 2＝－44 kJ·mol-1
【交流】H2(g)＋1/2 O2(g)＝H2O(l)　 ΔH＝ΔH 1＋ΔH 2＝－285.8 kJ·mol－1　　　
【提问】如何测出这个反应的反应热：C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g)　 ΔH＝？
【引导】①能直接测出吗？如何测？②若不能直接测出，怎么办？
【引言】我们可以让碳全部氧化成CO2，却很难控制碳的氧化只生成CO而不继续生成CO2，那么，C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g)的反应热如何获得呢？1836年，俄国化学家盖斯，提出了盖斯定律为我们解决了这个问题。今天我们来学习盖斯定律。
【新知讲解】
【阅读理解】阅读课本P13、14，理解盖斯定律的含义。
【讲解】
一、盖斯定律
【简介】盖斯的生平事迹。
盖斯是俄国化学家，早年从事分析化学研究，1830年专门从事化学热效应测定方法的改进，曾改进拉瓦锡和拉普拉斯的冰量热计，从而较准确地测定了化学反应中的能量。1836年经过多次试验，他总结出一条规律：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，1860年以热的加和性守恒定律形式发表。这就是举世闻名的盖斯定律。盖斯定律是断定能量守恒的先驱，也是化学热力学的基础。当一个不能直接发生的反应要求计算反应热时，便可以用分步法测定反应热并加和起来而间接求得。故而我们常称盖斯是热化学的奠基人。
1.盖斯定律的内容
【讲解】一个化学反应，不管是一步完成还是分几步完成，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。这就是盖斯定律。
2.对盖斯定律的理解
【思考】如何理解盖斯定律。
（1）从反应途径角度
由起点A到终点B有多少条途径？从不同途径由A点到B点的位移有什么关系？
【讲解】某人从山下的A点到达山顶B点，他从A点出发，无论是翻山越岭，还是做缆车直奔山顶，当最终到达B点时，位移是相同的。即人的登山高度与上山的途径无关，只与起点和终点的相对高度有关。
（2）从能量守恒角度
【讲解】盖斯定律是质量守恒定律和能量守恒定律的共同体现，反应是一步完成还是多步完成，最初的反应物和最终的生成物都是一样的，只要物质没有区别，能量也不会有区别。
从S→L，ΔH1<0，体系放热，从L→S，ΔH2>0，体系吸热，据能量守恒，ΔH1＋ΔH2＝0。
（3）从反应热角度
【交流讨论】我们再用下图表示始态到终态的反应热，三个途径的反应热有什么关系？
ΔH=ΔH1+ΔH2 =ΔH3+ΔH4+ΔH5
3.盖斯定律的应用
【讲解】有些化学反应进行很慢或不易直接发生，很难直接测得这些反应的反应热，可通过盖斯定律获得它们的反应热数据。
【交流讨论】
已知：(1)C(s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
(2)CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
若C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)的反应热为ΔH，求ΔH。
【讲解】分析三者的关系如图
应用盖斯定律求解：
ΔH1＝ΔH＋ΔH2
则：ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1－(－283.0 kJ·mol－1)＝－110.5 kJ·mol－1。
【过渡】通过以上分析我们可知，热化学方程式可以加和，下面，我们通过例题探寻一下方程式加和的方法。
【例题讲解】
1.已知：①2C(s)＋O2(g)=2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ·mol－1；
②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·mol－1。
则制备水煤气的反应C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)的ΔH为(　　)
A．＋262.6 kJ·mol－1 B．－131.3 kJ·mol－1
C．－352.3 kJ·mol－1 D．＋131.3 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】根据盖斯定律，由题意知：
①×1/2－②×1/2得：ΔH＝(－221.0 kJ·mol－1)×1/2－(－483.6 kJ·mol－1)×1/2＝＋131.3 kJ·mol－1。
【交流讨论】
热化学反应方程式加和的方法，目标方程式如何通过“四则运算式”导出？
方法：写出目标方程式确定“过渡物质”(要消去的物质)，然后用消元法逐一消去“过渡物质”，导出“四则运算式”。
2.按照盖斯定律，结合下述反应方程式回答问题，已知：
① NH3(g)＋HCl(g)＝NH4Cl(s)　　　ΔH1＝－176 kJ·mol－1
② NH3(g)＋H2O(l)＝NH3·H2O(aq)　 ΔH2＝－35.1 kJ·mol－1
③ HCl(g)＋H2O(l)＝HCl(aq)　　　 ΔH3＝－72.3 kJ·mol－1
④ NH3(aq)＋HCl(aq)＝NH4Cl(aq)　 ΔH4＝－52.3 kJ·mol－1
⑤ NH4Cl(s)＋2H2O(l)＝NH4Cl(aq)　 ΔH5＝？
则第⑤个方程式中的反应热ΔH是__________。
【解析】根据盖斯定律和上述反应方程式得：⑤＝④＋③＋②－①，即ΔH5＝ΔH4＋ΔH3＋ΔH2－ΔH1 =＋16.3 kJ·mol－1
3.已知
①CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g)　ΔH1＝－283.0 kJ·mol－1
②H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(l)　ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1
③C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH3＝－1370 kJ·mol－1
试计算④2CO(g)＋4H2(g)＝H2O(l)＋C2H5OH(l)的ΔH
【解析】根据盖斯定律，反应④不论是一步完成还是分几步完成，其反应热效应都是相同的。下面就看看反应④能不能由① ② ③三个反应通过加减乘除组合而成，也就是说，看看反应④能不能分成① ② ③几步完成。
①×2＋② ×4－③＝④
所以，ΔH＝ΔH1×2＋ΔH2×4－ΔH3＝－283.2 kJ·mol－1×2－285.8 kJ·mol－1×4＋1 370 kJ·mol－1＝－339.6 kJ·mol－1
4.已知1 mol红磷转化为1 mol白磷，吸收18.39 kJ热量。
① 4P(s，红)＋5O2(g)=2P2O5(s)　ΔH1
② 4P(s，白)＋5O2(g)=2P2O5(s)　ΔH2
则ΔH1与ΔH2的关系正确的是(　　)
A．ΔH1＝ΔH2 B．ΔH1>ΔH2
C．ΔH1<ΔH2 D．无法确定
【答案】　B
【解析】根据提供信息，由反应①减去反应②可得，4P(s，红)=4P(s，白)　ΔH＝ΔH1－ΔH2＝＋18.39 kJ·mol－1×4＝＋73.56 kJ·mol－1，故ΔH1>ΔH2，B正确。
【总结】
应用盖斯定律计算反应热时应注意的问题：
(1)首先要明确所求反应的始态和终态、各物质的化学计量数及反应的吸、放热情况。
(2)不同途径对应的最终结果应一样。
(3)可以利用方程式加和法求反应热，当热化学方程式乘以或除以某一个数时，ΔH也应乘以或除以同一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，注意各步反应ΔH的正负。
(4)将一个热化学方程式逆向书写时，ΔH的符号也随之改变，但绝对值不变。
(5)在设计反应过程中，可能会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。
【课堂小结】
【课堂检测】
1.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＝＋1.9 kJ·mol－1
下列说法正确的是(　A　)
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－ΔH2
D．ΔH1>ΔH2
解析：将方程式依次编号①、②、③，可得③＝②－①，即ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝＋1.9 kJ·mol－1>0得出石墨比金刚石稳定，故A项对，B项、C项、D项错。
2.盖斯定律指出：化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与反应进行的具体途径无关。物质A在一定条件下可发生一系列转化，由图示可判断下列关系错误的是(　　)
A.A→F，ΔH＝－ΔH6
B.ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝1
C.C→F，|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|
D.ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－ΔH4－ΔH5－ΔH6
【答案】　B
【解析】　A项，F→A，ΔH＝ΔH6，则A→F，ΔH＝－ΔH6，A项正确。B项，6个步骤相加即回到原点，则ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0，B项错误。C项，F→C，ΔH＝ΔH6＋ΔH1＋ΔH2，则C→F，|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|，C项正确。D项，D→A与A→D的过程恰好相反，即ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－ΔH4－ΔH5－ΔH6，D项正确。
3．已知25℃、101 kPa条件下：
①4Al(s)＋3O2(g)=2Al2O3(s) ΔH＝－2 834.9 kJ·mol－1
②4Al(s)＋2O3(g)=2Al2O3(s) ΔH＝－3 119.1 kJ·mol－1
由此得出的正确结论是(　A　)
A．等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为吸热反应
B．反应①可确定铝的燃烧热是708.7 kJ
C．O3比O2稳定，由O2变O3为放热反应
D．反应②可确定铝的燃烧热是779.78 kJ·mol－1
【解析】A项利用盖斯定律，将反应①－②得3O2(g)＝2O3(g)　ΔH＝＋284.2 kJ·mol－1，可知等质量的O2比O3能量低，故A正确；B项单位应为 kJ·mol－1；由A项知O2比O3能量低，物质的能量越低越稳定，故C项错误；燃烧热是指1 mol物质与O2完全燃烧时放出的热量，不是与O3燃烧，故D错误。
4.已知下列各反应的焓变
①Ca(s)＋C(s，石墨)＋3/2O2(g)＝CaCO3(s)　ΔH＝－1 206.8 kJ·mol－1
②Ca(s)＋1/2O2(g)＝CaO(s)　ΔH＝－635.1 kJ·mol－1
③C(s，石墨)＋O2(g)＝CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
试求④CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)的焓变。
【解析】④＝②＋③－①，ΔH＝－635.1 kJ·mol－1－393.5 kJ·mol－1－（－1 206.8 kJ·mol－1）=＋178.2 kJ·mol－1
5．红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如下图所示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
根据图回答下列问题：
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式为3/2Cl2(g)＋P(s)===PCl3(g)__ΔH＝－306__kJ/mol___。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为 PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g) ΔH＝＋93__kJ/mol___。
(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3＝__－399__kJ/mol___，P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4__＝___(填“>”“<”或“＝”)ΔH3。
解析：(1)产物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热，结合图像可知，PCl3与反应物P、Cl2的能量差值为306 kJ，因此该反应的热化学方程式为：P(s)＋Cl2(g)===PCl3(g)　ΔH＝－306 kJ/mol。
(2)根据图像可知PCl5和PCl3、Cl2之间的能量差值为93 kJ，因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为：PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g)　ΔH＝＋93 kJ/mol。
(3)根据盖斯定律求得：ΔH3＝－399 kJ/mol。因焓变与反应的途径无关，只与反应物、生成物状态、量有关，故ΔH3＝ΔH4。

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