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第二节　反应热的计算
素养·目标定位
目 标 素 养
1.了解盖斯定律的内容,了解其在科学研究中的意义
2.能用热化学方程式和盖斯定律进行有关反应热的简单计算
知 识 概 览
课前·基础认知
一、盖斯定律
1.一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。这就是盖斯定律。
2.特点。
(1)化学反应的反应热只与反应体系的始态、终态有关,而与反应的途径无关。
(2)反应热总值一定。如下图表示始态到终态的反应热:
则ΔH= ΔH1+ΔH2 = ΔH3+ΔH4+ΔH5 。
3.应用。
(1)有些化学反应进行得很慢,有些化学反应不容易直接发生,有些化学反应往往伴有副反应发生,直接测定这些化学反应的反应热很困难。利用盖斯定律,可以间接地计算出其反应热。
(2)计算方法:如求C(s)+ O2(g) ===CO(g)的反应热ΔH。
根据盖斯定律可得ΔH1= ΔH3+ΔH2 ,则ΔH3= ΔH1-ΔH2 。
微判断(1)所有反应的反应热都可以通过实验直接测定。
(　　)
(2)一个化学反应一步完成比分几步完成经过的步骤少,放出的热量也少。(　　)
(3)不同的热化学方程式,因反应的物质不同,热化学方程式之间不能相加减。(　　)
(4)对于某可逆反应,其正、逆反应的反应热的数值相等,符号相反。(　　)
(5)利用盖斯定律可计算出有副反应发生的反应的反应热。
(　　)
×
×
×
√
√
微训练1已知化学反应的热效应只与反应物的初始状态和生成物的最终状态有关,如图甲所示:ΔH1=ΔH2+ΔH3。根据上述原理和图乙所示,判断下列对应的反应热关系中不正确的是(　　)。
A.A→F　ΔH=-ΔH6
B.A→D　ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3
C.ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0
D.ΔH1+ΔH6=ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5
D
解析:A→F与F→A互为逆反应,则反应热数值相等,符号相反,A项正确;根据盖斯定律和能量守恒定律可知,B、C两项正确;ΔH1+ΔH6=-(ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5),D项错误。
二、反应热的计算
1.依据热化学方程式进行计算:反应热的绝对值与各物质的物质的量成正比,依据热化学方程式中的ΔH求反应热。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
2.依据盖斯定律进行计算: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,同时反应热也做相应的改变。
3.依据反应物断键吸收的热量(Q吸)与生成物成键放出的热量(Q放)进行计算:ΔH= Q吸-Q放 。
4.依据反应物的总能量(E反应物)和生成物的总能量(E生成物)进行计算:ΔH= E生成物-E反应物 。
5.依据物质的燃烧热ΔH计算:Q放= n可燃物×|ΔH|。
6.依据比热公式进行计算:Q= cmΔT 。
微训练2 1.已知:
①2H2(g)+O2(g) ===2H2O(g)　ΔH1
②3H2(g)+Fe2O3(s) ===2Fe(s)+3H2O(g)　ΔH2
⑤2Al(s)+Fe2O3(s) ===Al2O3(s)+2Fe(s)　ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)。
A.ΔH1<0,ΔH3>0
B.ΔH5<0,ΔH4-ΔH3<0
C.ΔH1=ΔH2+ΔH3
D.ΔH3=ΔH4+ΔH5
B
解析:燃烧反应都是放热反应,故ΔH3<0,A项错误。反应⑤是铝热反应,显然是放热反应,ΔH5<0,将反应④-反应③可得反应⑤,即ΔH5=ΔH4-ΔH3<0,B项正确,D项错误。将反应②+反应③可得反应3H2(g)+ O2(g) ===3H2O(g),故ΔH1= (ΔH2+ΔH3), C项错误。
2.已知碳的燃烧热为394 kJ·mol-1,计算完全燃烧3 g碳放出的热量。
答案:98.5 kJ
解析:3 g碳的物质的量为n(C)=3 g÷12 g·mol-1=0.25 mol,完全燃烧放出的热量为394 kJ·mol-1×0.25 mol=98.5 kJ。
课堂·重难突破
一、盖斯定律的理解与应用
1.你能否依据盖斯定律写出肼和NO2反应的热化学方程式
提示:结合盖斯定律,由②×2-①可得反应2N2H4(g)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(g),其反应热ΔH=(-543 kJ·mol-1)×2-(+67.7 kJ·mol-1)=-1 153.7 kJ·mol-1,即2N2H4(g)+2NO2(g)═3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 153.7 kJ·mol-1。
2.有人认为若用氟气代替NO2作氧化剂,反应释放的能量更大,试写出肼和氟气反应的热化学方程式。
提示:结合盖斯定律,由②+③×4-④×2得反应N2H4(g)+2F2(g) ═N2(g)+4HF(g),其反应热ΔH=(-543 kJ·mol-1)+(-269 kJ·mol-1) ×4-(-242 kJ·mol-1)×2=-1 135 kJ·mol-1,即N2H4(g)+2F2(g) ═N2(g)+4HF(g)　ΔH=-1 135 kJ·mol-1。
归纳总结
1.虚拟路径法。如C(金刚石,s) ===C(石墨,s)　ΔH,可设置如图路径,根据盖斯定律可得:ΔH1=ΔH+ΔH2,即ΔH=ΔH1-ΔH2。
2.加合法。加合法就是运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。
例如:已知①P4(白磷,s)+5O2(g) ===P4O10(s)　ΔH1,②P(红磷,s)+ 　 ΔH2,求P4(白磷,s) ===4P(红磷,s)的反应热ΔH。根据盖斯定律,用①-②×4得出P4(白磷,s) ===4P(红磷,s),其反应热ΔH=ΔH1-4ΔH2。
典型例题
【例1】 我国的航空航天事业取得了举世瞩目的成就。碳酰肼类化合物[Mn(L)3](ClO4)2是一种优良的含能材料,可作为火箭推进剂的组分,其相关反应的能量变化如图所示,已知ΔH2=-299 kJ·mol-1,则ΔH1为(　　)。
A.-1 389 kJ·mol-1
B.-1 334 kJ·mol-1
C.-1 703 kJ·mol-1
D.-1 563 kJ·mol-1
答案:C
解析:由盖斯定律可知,ΔH1=2ΔH2+ΔH3-ΔH4=2×(-299 kJ·mol-1)+(-1 018 kJ·mol-1)-(+87 kJ·mol-1)=-1 703 kJ·mol-1。
【例2】 氮氧化物是造成光化学污染的罪魁祸首,用一氧化碳还原氮氧化物,可防止氮氧化物污染,如反应:2CO(g)+2NO(g)═2CO2(g)+N2(g)　ΔH。
已知:①碳的燃烧热为393.5 kJ·mol-1
②2C(s)+O2(g) ═2CO(g)　ΔH=-221 kJ·mol-1
③N2(g)+O2(g) ═2NO(g)　ΔH=+181 kJ·mol-1
则反应2CO(g)+2NO(g) ═2CO2(g)+N2(g)的ΔH为(　　)。
A.-747 kJ·mol-1
B.+1 494 kJ·mol-1
C.+747 kJ·mol-1
D.-1 494 kJ·mol-1
A
解析:已知①C(s)+O2(g) ═CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1;
②2C(s)+O2(g) ═2CO(g)　ΔH2=-221 kJ·mol-1;
③N2(g)+O2(g) ═2NO(g)　ΔH3=+181 kJ·mol-1。
根据盖斯定律可知,①×2-②-③得到2CO(g)+2NO(g) ═2CO2(g)+N2(g),则ΔH=2×(-393.5 kJ·mol-1)-(-221 kJ·mol-1)-(+181 kJ·mol-1)=-747 kJ·mol-1。
二、反应热大小的比较
问题探究
对于两个放热反应,比较放出热量的多少和比较反应热(ΔH)的大小有什么不同
提示:热量的多少比较的是数值的大小;放热反应的反应热(ΔH)为负值,数值越大,反应热越小,反应放出的热量越多。
归纳总结
1.与“符号”相关的反应热的比较。
对于放热反应来说,ΔH=-Q kJ·mol-1,虽然“-”仅表示放热的意思,但在比较大小时要将其看成真正意义上的“负号”,即放热越多,ΔH反而越小。
2.与“化学计量数”相关的反应热的比较。
例如:
H2(g)+ O2(g) ===H2O(l)　ΔH1=-a kJ·mol-1,
2H2(g)+O2(g) ===2H2O(l)　ΔH2=-b kJ·mol-1,aΔH2。
3.与“物质聚集状态”相关的反应热的比较。
(1)反应物相同,生成物状态不同时。
A(g)+B(g) ===C(g)　ΔH1<0,
A(g)+B(g) ===C(l)　ΔH2<0。
因为C(g) ===C(l)　ΔH3<0,则ΔH3=ΔH2-ΔH1,所以ΔH2<ΔH1。
(2)生成物相同,反应物状态不同时。
S(g)+O2(g) ===SO2(g)　ΔH1<0,
S(s)+O2(g) ===SO2(g)　ΔH2<0。
因为ΔH2+ΔH3=ΔH1,则ΔH3=ΔH1-ΔH2,又因ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。
典型例题
【例3】 在同温同压下,下列各组热化学方程式中,ΔH1>ΔH2的是(　　)。
选项 Ⅰ组 Ⅱ组
A 2H2O(g)═2H2(g)+O2(g)　ΔH1 2H2(g)+O2(g) ═2H2O(g)　ΔH2
B 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH1
选项 Ⅰ组 Ⅱ组
C 2C2H2(g)+5O2(g) ═4CO2(g)+2H2O(l)　ΔH1 2C2H2(g)+5O2(g) ═4CO2(g)+2H2O(g)　ΔH2
D C(s)+O2(g) ═CO2(g)　ΔH1
答案:A
【例4】 下列反应的ΔH最大的是(　　)。
A.CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(l)
B.CH4(g)+ O2(g) ===CO(g)+2H2O(g)
C.2CH4(g)+4O2(g) ===2CO2(g)+4H2O(g)
D.CH4(g)+2O2(g) ===CO2(g)+2H2O(g)
B
解析:甲烷燃烧是放热反应,ΔH为负值。H2O(g)→H2O(l)要放出热量,ΔH:A项成果验收站　
1.下列关于盖斯定律的说法不正确的是(　　)。
A.一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热相同
B.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
C.有些反应的反应热不能直接测得,可通过盖斯定律间接计算得到
D.根据盖斯定律,将热化学方程式中的ΔH直接相加即可得总反应热
D
2.已知①2Zn(s)+O2(g) ===2ZnO(s)　ΔH=-701.0 kJ·mol-1;
②2Hg(l)+O2(g) ===2HgO(s)　ΔH=-181.6 kJ·mol-1。
反应Zn(s)+HgO(s) ===ZnO(s)+Hg(l)的ΔH为(　　)。
A.+519.4 kJ·mol-1
B.-259.7 kJ·mol-1
C.+259.7 kJ·mol-1
D.-519.4 kJ·mol-1
B
解析:根据盖斯定律,由(①-②)× ,可得Zn(s)+HgO(s) ===ZnO(s)+Hg(l)　ΔH=(-701.0 kJ·mol-1+181.6 kJ·mol-1)× =-259.7 kJ·mol-1。
3.通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以用于估算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。
化学键 H—H Cl—Cl H—Cl
形成1 mol化学键
时放出的能量 436 kJ 243 kJ 431 kJ
则下列热化学方程式不正确的是(　　)。
答案:C
解析:ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和。A项反应的反应热ΔH= (436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1)-431 kJ·mol-1=
-91.5 kJ·mol-1,A项正确。B项反应的反应热ΔH=(436 kJ·mol-1 +243 kJ·mol-1)-2×431 kJ·mol-1=-183 kJ·mol-1,B项正确。C项反应的反应热ΔH=431 kJ·mol-1- ×(436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1)=+91.5 kJ·mol-1,C项错误。D项反应的反应热ΔH=2×431 kJ·mol-1-(436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1)=+183 kJ·mol-1,D项正确。
B
5.灰锡(通常以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体,已知:
①Sn(白锡,s)+2HCl(aq) ===SnCl2(aq)+H2(g)　ΔH1
②Sn(灰锡, s)+2HCl(aq) ===SnCl2(aq)+H2(g)　ΔH2
③Sn(灰锡,s) Sn(白锡,s) ΔH3=+2.1 kJ·mol-1
下列说法正确的是(　　)。
A.ΔH1>ΔH2
B.锡在常温下以灰锡状态存在
C.灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D.锡制器皿长期处于低于13.2 ℃的环境中,会自行毁坏
D
解析:根据③Sn(灰锡,s) Sn(白锡,s)　ΔH3=+2.1 kJ·mol-1,则②-①=③,所以ΔH2-ΔH1=ΔH3>0,所以ΔH1<ΔH2,A项错误。根据③Sn(灰锡,s) Sn(白锡,s),当温度>13.2 ℃时,灰锡转化为白锡,则锡在常温下以白锡状态存在,B项错误。根据ΔH3=+2.1 kJ·mol-1,焓变大于0,所以灰锡转为白锡的反应是吸热反应,C项错误。根据③,当温度<13.2 ℃时,白锡转化为灰锡,灰锡通常以粉末状存在,会自行毁坏,D项正确。
285.8
H2　
(2)112.0 L(标准状况)H2和CH4的混合气体充分燃烧,放出
3 242.5 kJ热量,则混合气体中CH4的体积分数为　 。
(3)写出CH4燃烧生成CO2和水蒸气的热化学方程式:
　。
60%
CH4(g)+2O2(g)═CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-802.3 kJ·mol-1

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