高中化學 化學反應熱的計算名師導航 新人教版選修4

1、第三節(jié) 化學反應熱的計算名師導航知識梳理1.蓋斯定律(1)內容：不管化學反應是一步或_完成，其反應熱是_的?；蛘哒f，化學反應的反應熱只與反應體系的_和_有關，而與反應的_無關。(2)解釋：能量的釋放或吸收是以_的物質為基礎的，兩者密不可分，但以_為主。(3)應用：對于進行得_的反應，不容易_反應，_即有_的反應，_反應熱有困難，如果應用_，就可以_地把它們的反應熱計算出來。例如：C（s）+O2(g)=CO(g) 上述反應在O2供應充分時，可燃燒生成CO2；O2供應不充分時，雖可生成CO，但同時還部分生成CO2。因此該反應的H_。但是下述兩個反應的H卻可以直接測得：(1)C(s)+O2(g) =

2、CO2(g)H1=393.5 kJ·mol-1(2)CO(g)+O2(g) =CO2(g)H2=283.0 kJ·mol-1根據蓋斯定律，就可以計算出欲求反應的H。分析上述兩個反應的關系，即知：H1=_，H2=_。則C(s)與O2(g)生成CO(g)的熱化學方程式為：_。2.反應熱的計算反應熱計算的主要依據是_和_的數據。疑難突破 1.如何理解蓋斯定律？剖析：化學反應不管是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的。也就是說，化學反應的反應熱只與反應體系的始態(tài)（各反應物）和終態(tài)（各生成物）有關，而與反應的途徑無關。如果一個反應可以分幾步進行，則各分步反應的反應熱之和與該反應一

3、步完成時的反應熱是相同的，這就是蓋斯定律。2.進行反應熱計算應注意什么？剖析：(1)反應熱數值與各物質的化學計量數成正比，因此熱化學方程式中各物質的化學計量數改變時，其反應熱數值需同時做相同倍數的改變。(2)熱化學方程式中的反應熱是指反應按所給形式完全進行時的反應熱。(3)正、逆反應的反應熱數值相等、符號相反。3.如何計算燃燒熱？剖析：（1）計算公式：Q放=n(可燃物)×H，其中Q放指可燃物完全燃燒放出的熱量，H表示可燃物的燃燒熱。（2）含義：一定量的可燃物完全燃燒放出的熱量，等于可燃物的物質的量乘以該物質的燃燒熱。問題探究問題：碳不完全燃燒生成一氧化碳，但同時不可避免地會生成少量二

4、氧化碳，因此用實驗的方法不可能準確地測量出一氧化碳的生成熱。如何得到一氧化碳的生成熱呢？請進行探究。探究：（1）測定二氧化碳的生成熱和一氧化碳的燃燒熱，并寫出熱化學方程式。（2）比較這兩個反應熱化學方程式與生成一氧化碳的熱化學方程式的不同點，找出無關的物質變換化學計量數使其相同，再通過加減消去，然后算出熱量。一定要注意熱化學方程式相加減時，能量也要相加減。由此可以計算出一氧化碳的生成熱。典題精講【例1】(2010江蘇高考，21(3)通常人們把拆開1 mol 某化學鍵所吸收的能量看成該化學鍵的鍵能。鍵能的大小可以衡量化學鍵的強弱，也可用于估算化學反應的反應熱(H)，化學反應的H等于反應中斷裂舊化

5、學鍵的鍵能之和與反應中形成新化學鍵的鍵能之和的差?；瘜W鍵SiOSiClHHHClSiSiSiC鍵能/kJ·mol-1460360436431176347工業(yè)上高純硅可通過下列反應制?。篠iCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl (g)該反應的反應熱H=_kJ·mol -1思路解析：根據拆鍵吸收能量，成鍵放出能量和能量守恒原理，分別求出反應中斷裂舊化學鍵的鍵能之和與反應中形成新化學鍵的鍵能之和，相減即得該反應的反應熱H，即H=360 kJ·mol-1×4 mol+436 kJ·mol-1 ×2 mol431 kJ·m

6、ol-1×4 mol176 kJ·mol-1×mol236 kJ。答案：+236【例2】 發(fā)射衛(wèi)星時可用肼(N2H4)為燃料，用二氧化氮為氧化劑，這兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣。已知：N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) H1=+67.7 kJ·mol-1 N2H4(g)+O2(g) =N2(g)+2H2O(g) H2534 kJ·mol-1 試計算1 mol 肼和二氧化氮完全反應時放出的熱量為_kJ，寫出肼與二氧化氮反應的熱化學方程式：_。思路解析：由題意可知：N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) H1=+67.7 kJ·m

7、ol-1 N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) H2=534 kJ·mol-1 根據蓋斯定律，為在反應物中消去O2并得到N2H4和NO2的反應。令×2-得：2 N2H4(g)N2(g)=2N2(g)+4H2O(g)2NO2(g)；H2H2-H1，整理得：2 N2H4(g)+2NO2(g) =3N2(g)+4H2O(g)H2H2H1534 kJ·mol-1×267.7 kJ·mol-11 135.7 kJ·mol-1。則1 mol N2H4反應放出的熱量為567.85 kJ。答案：567.85 2 N2H4(g)+2N

8、O2(g) =3N2(g)+4H2O(g) H1 135.7 kJ·mol-1?！纠?】已知金剛石和石墨分別在氧氣中完全燃燒的熱化學方程式為C（金剛石，s）+O2(g)=CO2(g)H=395.41 kJ·mol-1,C(石墨，s)+O2(g) =CO2(g) H=393.51 kJ·mol-1,則金剛石轉化為石墨時的熱化學方程式為_。由此看來更穩(wěn)定的碳的同素異形體為_。若取金剛石和石墨的混合晶體共1 mol 在O2中完全燃燒，產生熱量為Q kJ,則金剛石和石墨的物質的量之比為_（用含Q的代數式表示）。思路解析：由蓋斯定律，要得到金剛石和石墨的轉化關系，可將兩個熱

9、化學方程式相減即得，C（金剛石，s）C(石墨，s)=0。H3=H1H2=395.41 kJ·mol-1+393.51 kJ·mol-1=1.90 kJ·mol-1。即C（金剛石，s）=C（石墨，s) H=1.90 kJ·mol-1。可見金剛石轉化為石墨放出熱量，說明石墨的能量更低，較金剛石穩(wěn)定。金剛石395.41 Q393.51石墨393.51 395.41Q答案：C（金剛石，s）=C（石墨，s） H=1.90 kJ·mol-1 石墨 【例4】 (經典回放)已知在25 、101 kPa下，1 g C8H18(辛烷）燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時放出

10、48.40 kJ的熱量。表示上述反應的熱化學方程式正確的是（ ）A. C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g) H=48.40 kJ·mol-1B. C8H18（l）+O2(g) =8CO2(g)+9H2O(l)；H=5 518 kJ·mol-1C. C8H18（l）+O2(g) =8CO2(g)+9H2O；H=+5 518 kJ·mol-1D. C8H18（l）+O2(g) =8CO2(g)+9H2O(l)；H=48.40 kJ·mol-1思路解析：本題考查熱化學方程式的正誤判斷。在25 、101 kPa下，1 mol C8H18燃

11、燒生成CO2和液態(tài)水時放出的熱量為×114 g=5 518 kJ。由于在判斷熱化學方程式時應注明以下幾點：標明各物質的狀態(tài)，A中H2O的狀態(tài)標錯，A不正確；標明反應是吸熱還是放熱，H0時為吸熱反應，H0時為放熱反應，C錯；熱量數值要與化學計量數相對應，顯然D錯。答案：B【例5】 已知下列兩個熱化學方程式：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=571.6 kJ·mol-1C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) H=2 220 kJ·mol-1根據上面兩個熱化學方程式，試回答下列問題：(1)H2的燃燒熱為_，C3H8的燃燒熱為_。(2)1

12、 mol H2和2 mol C3H8組成的混合氣體完全燃燒釋放的熱量為_。(3)現有H2和C3H8的混合氣體共5 mol ,完全燃燒時放熱3 847 kJ,則在混合氣體中H2和C3H8的體積比是_。思路解析：(1)燃燒熱是指1 mol 可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定化合物所放出的熱量，據題給的熱化學方程式可知，H2的燃燒熱為571.6 kJ·mol-1÷2=285.8 kJ·mol-1，C3H8的燃燒熱為2 220 kJ·mol-1。(2)據公式Q放=n(可燃物)×H，1 mol H2和2 mol C3H8組成的混合氣體完全燃燒釋放的熱量為285.8

13、kJ·mol-1×1 mol+2 220 kJ·mol-1×2 mol=4 725.8 kJ。(3)設混合氣體H2的物質的量為x，則C3H8的物質的量為5 mol x，所以：285.8 kJ·mol-1×x+(5 mol x)×2 220 kJ·mol-1=3847 kJ解方程得x=3.75 mol，則5 mol x=1.25 mol。故V(H2)V(C3H8)=3.75 mol 1.25 mol=31。答案：(1)285.8 kJ·mol-1 2 220 kJ·mol-1 (2)4 725.8

14、 kJ (3)31知識導學 在學習蓋斯定律時要把教材上的“山的高度與上山的途徑無關”這一形象的比喻遷移到蓋斯定律的理解上來，然后運用能量守恒定律加以驗證，再通過實例感受蓋斯定律的應用及在科學研究中的重要意義。 利用蓋斯定律可以從已經精確測定的反應熱效應來計算難于測量或不能測量的反應的熱效應。 化學反應的熱效應可以用實驗方法測得，但許多化學反應由于速率過慢，測量時間過長，因熱量散失而難于測準反應熱，也有一些化學反應由于條件難于控制，產物不純，也難于測準反應熱。于是如何通過熱化學方法計算反應熱，成為化學家關注的問題。 熱效應與參與反應的各物質的本性、聚集狀態(tài)、完成反應的物質數量，反應進行的方式、溫

15、度、壓力等因素均有關，這就要求涉及的各個反應式必須是嚴格完整的熱化學方程式。 各個反應涉及的同一物質應具有相同的聚集狀態(tài)。 反應熱用蓋斯定律的方法計算，需設計不同的途徑，用已知反應的熱效應來計算。疑難導析 可通過對比與之類似的物理學中的位移、重力做功來理解蓋斯定律。要弄清蓋斯定律與起始狀態(tài)有無關系，與反應的途徑有無關系。 反應熱的計算是前面所學知識和技能的綜合運用，涉及了反應熱、燃燒熱、蓋斯定律等概念，及物質的量在化學方程式中的計算等。 要清楚反應熱數值與各物質的化學計量數的關系，反應熱與反應的進行有什么關系，正、逆反應的反應熱的數值和符號。 在解決這些問題時，要注意物質質量守恒和能量守恒原理

16、。 計算燃燒熱要先弄清可燃物燃燒放出的熱量與可燃物燃燒熱及物質的量的關系。問題導思 熱化學方程式與數學上的方程式一樣，因此可類比代數方程式那樣疊加。 根據蓋斯定律，要得到一氧化碳的生成熱，先要選取易于測定生成熱的二氧化碳的生成反應和易于測定燃燒熱的一氧化碳的燃燒反應，設計反應途徑，再通過加減消去，即可得到一氧化碳的生成熱。典題導考綠色通道：利用化學鍵鍵能可以求算化學反應的反應熱，公式是H=反應物的鍵能總和-生成物的鍵能總和?！镜漕}變式1】1.已知HH鍵能（斷裂時吸收或生成時放出的熱量）為436 kJ·mol-1， HN鍵能為319 kJ·mol-1，根據化學方程式N2+3H

17、22NH3 H=+92.4 kJ·mol-1，則NN鍵的鍵能是（ ）A.431 kJ·mol-1 B.946 kJ·mol-1 C.649 kJ·mol-1 D.896 kJ·mol-1答案:B2.已知1 mol H2分子中化學鍵斷裂時吸收436 kJ的能量，1 mol Cl2分子中化學鍵斷裂時吸收243 kJ的能量，1 mol HCl分子中化學鍵形成時放出431 kJ的能量，則H2+Cl2=2HCl的反應熱為_kJ·mol-1。答案:-183綠色通道：利用蓋斯定律結合已知反應的反應熱可以求解一些相關反應的反應熱。解此類題的關鍵是善于

18、設計合理的反應過程，適當加減已知方程式及反應熱。【典題變式2】(2010天津高考)磷在氧氣中燃燒，可能生成兩種固態(tài)氧化物。3.1 g的單質磷(P)在3.2 g的氧氣中燃燒，至反應物耗盡，并放出x kJ熱量。(1)通過計算確定反應產物的組成(用化學式表示)是_，其相應的質量(g)為_。(2)已知單質磷的燃燒熱為y kJ·mol-1，則1 mol P與O2反應生成固態(tài)P2O3的反應熱H=_。(3)寫出1 mol P與O2反應生成固態(tài)P2O3的熱化學方程式：_。答案:(1)P2O3 ，P2O5 2.75，3.55 (2)(20xy) kJ·mol-1 (3)P(s)+O2(g)=

19、P2O3(s) H=(20xy) kJ·mol-1綠色通道：根據蓋斯定律可以得出物質之間的轉化的熱化學方程式，根據焓變可以比較物質的穩(wěn)定性。【典題變式3】科學家發(fā)現，不管化學反應是一步完成還是分幾步完成，該反應的熱效應是相同的，已知在25 、105 Pa時，1 mol C（石墨）完全燃燒生成CO2氣體，放熱393.15 kJ·mol-1，1 mol CO完全燃燒生成CO2氣體，放熱283.0 kJ·mol-1，下列說法正確的是（ ）A.在25 、105Pa時，C（石墨）燃燒生成CO氣體的熱化學方程式是2C（石墨）+O2（g）=2CO（g）H=-110.5 kJ&#

20、183;mol-1B.C（石墨）不完全燃燒生成CO2和CO氣體時，放熱280.3 kJ·mol-1 C.C（石墨）和CO2反應生成CO氣體的反應是吸熱反應D.如果金剛石燃燒生成CO2的反應熱大于石墨燃燒生成CO2的反應熱，則可以斷定從石墨變?yōu)榻饎偸姆磻枰鼰岽鸢?CD綠色通道：熱化學方程式正誤的判斷可從狀態(tài)、H正負號、數值及物質的量等主要方面入手。【典題變式4】1.(2010全國高考理綜，)已知充分燃燒a g乙炔氣體時生成1 mol 二氧化碳氣體和液態(tài)水，并放出熱量b kJ，則乙炔燃燒的熱化學方程式正確的是（ ）A.2C2H2（g）+5O2（g）=4CO2（g）+2H2O（l）；H=4b kJ·mol-1 B.C2H2（g）+O2（g）=2CO2（g）+H2O（l）；H=2b kJ·mol-1C.2C2H2（g）+