高中第三节 化学反应热的计算教学设计

第三节　化学反应热的计算

目标与素养：1.理解盖斯定律的内容，了解其在科学研究中的意义。(变化观念与科学探究)2.能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。(证据推理与模型认识)

1．盖斯定律

不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的(填“相同”或“不同”)。

2．从能量守恒角度理解

从S→L，ΔH1<0，体系放热；从L→S，ΔH2>0，体系吸热；根据能量守恒：ΔH1＋ΔH2＝0。

3．应用

(1)科学意义：有的反应进行得很慢，有些反应不直接发生，有些反应产品不纯，无法或较难通过实验测定这些反应的反应热，应用盖斯定律可间接地计算反应热。

(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＝ΔH＋ΔH2，则：ΔH＝ΔH1－ΔH2。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)一个反应一步完成或分几步完成，两者相比，经过的步骤越多，放出的热量越多。  (　　)

(2)化学反应的反应热与化学反应的始态有关，与终态无关。 (　　)

(3)同一反应的反应热ΔH与化学计量数成正比。 (　　)

[答案]　(1)×　(2)×　(3)√

2．下列叙述不正确的是(　　)

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难以通过实验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

[答案]　A

3．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝b kJ·mol－1，则H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝________。

[答案]　(－b)kJ·mol－1

1.盖斯定律应用计算的两方法

(1)虚拟路径法：如C(s)＋O2(g)===CO2(g)，可设置如下：ΔH1＝ΔH2＋ΔH3

(2)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，s)―→P(红磷，s)的热化学方程式。

已知：P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH1 ①

P(红磷，s)＋O2(g)===P4O10(s)　ΔH2 ②

即可用①－②×4得出白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(白磷，s)===4P(红磷，s)　ΔH＝ΔH1－4ΔH2。

2．解题注意事项

(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，所求之和为其代数和。

(3)将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”、“－”号必须随之改变。

证据推理与模型认知：利用盖斯定律计算反应热模型

(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)根据未知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)加减确定待求热化学方程式。

【典例】　下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为__________________、_____________________________，

制得等量H2所需能量较少的是________。

[解析]　根据盖斯定律，将①＋②＋③可得，系统(Ⅰ)中的热化学方程式：

H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝327 kJ·mol－1－151 kJ·mol－1＋110 kJ·mol－1＝286 kJ·mol－1

同理，将②＋③＋④可得，系统(Ⅱ)中的热化学方程式：

H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝－151 kJ·mol－1＋110 kJ·mol－1＋61 kJ·mol－1＝20 kJ·mol－1

由所得两热化学方程式可知，制得等量H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。

[答案]　H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝286 kJ·mol－1　H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝20 kJ·mol－1　系统(Ⅱ)

1．已知：

As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1

H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2

2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3

则反应As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝________。

[解析]　令：①As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1

②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2

③2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3

根据盖斯定律，将反应①×2－②×3－③可得：As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。

[答案]　2ΔH1－3ΔH2－ΔH3

2．已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1；2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1。现有由炭粉和氢气组成的悬浮气0.2 mol，在氧气中完全燃烧生成CO2(g)和H2O(g)，共放出63.53 kJ热量，则悬浮气中C与H2的物质的量之比为________。

[解析]　设悬浮气中炭粉的物质的量为x mol，氢气的物质的量为y mol，则：

解方程组得：x＝0.1，y＝0.1，即两者的物质的量之比为1∶1。

[答案]　1∶1

3．已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g水，则放出的热量约为(　　)

A．55 kJ　　　 B．220 kJ

C．550 kJ D．1 108 kJ

A　[丙烷分子式是C3H8，燃烧热为ΔH＝－2 215 kJ·mol－1，1 mol丙烷完全燃烧会产生4 mol水，放热2 215 kJ。丙烷完全燃烧产生1.8 g水，水的物质的量为0.1 mol，则消耗丙烷的物质的量为0.025 mol，所以反应放出的热量Q＝0.025 mol×2 215 kJ·mol－1＝55.375 kJ，则放出的热量约为55 kJ。]

4．甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用CO和H2在催化剂作用下合成甲醇，发生反应如下：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH。(已知CO结构为C O)

已知反应中相关的化学键键能数据如下：

由此计算ΔH＝________ kJ·mol－1。

[解析]　根据键能与反应热的关系可知，ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(1 076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1)－(413 kJ·mol－1×3＋343 kJ·mol－1＋465 kJ·mol－1)＝－99 kJ·mol－1。

[答案]　－99

系列微专题1：反应热的大小比较

1．与“符号”相关的反应热比较

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，a<b，ΔH1>ΔH2。

3．与“物质聚集状态”相关的反应热比较

(1)同一反应，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。

如图：

(2)同一反应，反应物状态不同时

S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1<0

S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2<0

ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2，又ΔH3<0，所以ΔH1<ΔH2。

如图：

4．与“同素异形体”相关的反应热比较

C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1

C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2

因为C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH>0

所以ΔH1>ΔH2。如图：

1．下列反应的ΔH最大的是(　　)

A．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

B．CH4(g)＋3/2O2(g)===CO(g)＋2H2O(g)

C．2CH4(g)＋4O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(g)

D．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)

B　[甲烷燃烧是放热反应，ΔH为负值。H2O(g)→H2O(l)要放出热量，ΔH(A)<ΔH(D)；依据反应热与化学计量数成正比，化学计量数加倍，ΔH也加倍，ΔH(C)<ΔH(D)；CO(g)→CO2(g)要放出热量，ΔH(D)<ΔH(B)，即B的ΔH最大。]

2．相同条件下，下列各反应均为放热反应，其中ΔH最小的是(　　)

A．2A(l)＋B(l)===2C(g)　ΔH1

B．2A(g)＋B(g)===2C(g)　ΔH2

C．2A(g)＋B(g)===2C(l)　ΔH3

D．2A(l)＋B(l)===2C(l)　ΔH4

C　[题中所给四个选项中各反应物和生成物物质的量对应相等，但聚集状态各不相同。由于同种物质气态时的能量高于液态时的能量，故B、C项反应物的能量最高，C、D项生成物的能量最低，故C项中反应物的总能量与生成物的总能量差值最大，由于反应放热，ΔH为负值，故ΔH3最小。]

3．在同温同压下，下列各组热化学方程式中，Q2>Q1的是(　　)

A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－Q2 kJ·mol－1

B．S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1

S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－Q2 kJ·mol－1

C．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－Q2 kJ·mol－1

D．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1

H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g)　ΔH＝－Q2 kJ·mol－1

C　[A项中的反应可虚拟为，根据盖斯定律Q1＝Q2＋Q，故Q1>Q2。B项中的反应可虚拟为，则Q2＝Q1－Q，故Q1>Q2。C项中的反应可虚拟为，则Q2＝Q1＋Q，故Q2>Q1。D项中Q1＝2Q2，即Q1>Q2。]

1．下列关于盖斯定律的说法不正确的是(　　)

A．不管反应是一步完成还是分几步完成，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，热化学方程式中ΔH直接相加即可得总反应热

D　[利用盖斯定律，需对热化学方程式通过“＋、－、×、÷”等四则运算进行计算总反应热。]

2．已知：①Zn(s)＋1/2O2(g)===ZnO(s)

ΔH1＝－351.1 kJ/mol

②Hg(l)＋1/2O2(g)===HgO(s)

ΔH2＝－90.7 kJ/mol

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

A．－441.8 kJ/mol　　　 B．－254.6 kJ/mol

C．－438.9 kJ/mol D．－260.4 kJ/mol

D　[据盖斯定律①－②式可得：

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

3．在同温、同压下，下列三个反应放出的热量分别用a、b、c表示，则a、b、c的关系是(　　)

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1①

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－b kJ·mol－1②

H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－c kJ·mol－1③

A．a>b，b＝2c　　　 B．a＝b＝c

C．a<b，c＝a D．无法比较

C　[上述三个反应虽均表示H2和O2的反应，但由于反应物的用量不同，生成物的聚集状态不同，三个反应的反应热各不相同。反应①和②分别表示2 mol H2(g)燃烧生成2 mol H2O(g)、H2O(l)放出的热量，由于同温、同压下，2 mol H2O(g)转变成2 mol H2O(l)时要放出热量，故a<b。而反应③表示1 mol H2(g)燃烧生成1 mol H2O(g)放出的热量，其化学计量数恰好是反应①的一半，因而c＝a。]

4．已知：

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1

CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH2

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3

4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH4

3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋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．ΔH2>0，ΔH4>0

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

C　[C、CO的燃烧都是放热反应，故ΔH1<0、ΔH3<0，A错误；CO2与C生成CO的反应为吸热反应，则ΔH2>0，铁的氧化为放热反应，则ΔH4<0，B错误；将第二、第三两个热化学方程式相加可得第一个热化学方程式，C正确；将第五个热化学方程式乘2后与第四个热化学方程式相加，再除以3可得第三个热化学方程式，故ΔH3＝，D错误。]

5．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：

CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　

ΔH＝＋260 kJ·mol－1　①

已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)

ΔH＝－566 kJ·mol－1　②

则CH4与O2反应生成CO和H2的热化学方程式为

_____________________________________________________。

[解析]　反应①×2＋②得：2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－46 kJ·mol－1。

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