高中化學(xué)蘇教版選擇性專題1化學(xué)反應(yīng)與能量化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)第04講反應(yīng)熱的計(jì)算

第04講反應(yīng)熱的計(jì)算熱化學(xué)方程式可以表明反應(yīng)所放出或吸收的熱量，而一個(gè)反應(yīng)所放出或吸收的熱量，需要通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到。如測(cè)量1molC完全燃燒生成1molCO2所放出的熱量，就可以寫出相關(guān)的熱化學(xué)方程式。但如果一個(gè)反應(yīng)不容易直接發(fā)生，或者伴有副反應(yīng)發(fā)生時(shí)，又該如何測(cè)量呢？知識(shí)導(dǎo)航模塊一蓋斯定律一、蓋斯定律的內(nèi)容某人從山下A點(diǎn)到達(dá)山頂B點(diǎn)，無論從哪條路線攀登而上，又或是坐纜車到達(dá)，到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，他所處的海拔相對(duì)于A點(diǎn)，增加的高度一樣。即此人的勢(shì)能只與起點(diǎn)A點(diǎn)和終點(diǎn)B點(diǎn)的海拔差有關(guān)，而與途徑無關(guān)。A點(diǎn)就相當(dāng)于反應(yīng)體系的始態(tài)，B點(diǎn)相當(dāng)于終態(tài)，人的勢(shì)能相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱。一、蓋斯定律的內(nèi)容1.俄國(guó)化學(xué)家蓋斯從大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)中總結(jié)出一條規(guī)律：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不管是一步完成的還是分幾步完成，其___________是相同的，這就是蓋斯定律。2.也就是說，化學(xué)反應(yīng)的_______只與反應(yīng)體系的_______和________有關(guān)，而與反應(yīng)的______無關(guān)。3.如果一個(gè)反應(yīng)可以分幾步進(jìn)行，則各分步反應(yīng)的反應(yīng)熱之和與該反應(yīng)一步完成時(shí)的反應(yīng)熱是一樣的。即：

ΔH=_____________________反應(yīng)熱反應(yīng)熱始態(tài)終態(tài)途徑ΔH1+ΔH2+ΔH3資料卡片1802年，蓋斯出生于瑞士的日內(nèi)瓦，三歲時(shí)全家遷居俄國(guó)。1825年，蓋斯獲得醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，1838年當(dāng)選為俄國(guó)科學(xué)院院士。最早研究反應(yīng)熱的是法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫和法國(guó)數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家拉普拉斯(P.-S.Laplace，1749―1827)，他們利用冰量熱計(jì)(即以被熔化了的冰的質(zhì)量來計(jì)算熱量)測(cè)定了碳單質(zhì)的燃燒熱，測(cè)得的數(shù)值與現(xiàn)代精確測(cè)定值十分接近。1836年，蓋斯受煉鐵中熱現(xiàn)象的啟發(fā)，利用自己設(shè)計(jì)的量熱計(jì)測(cè)定了大量的反應(yīng)熱，并依據(jù)氨水、氫氧化鈉、氫氧化鉀、石灰分別與硫酸反應(yīng)的反應(yīng)熱總結(jié)出了蓋斯定律。蓋斯定律的提出，為反應(yīng)熱的研究提供了極大的方便，使一些不易測(cè)準(zhǔn)或無法測(cè)定的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱可以通過推算間接求得。蓋斯定律的提出要早于能量守恒定律的確認(rèn)，因此，蓋斯定律是化學(xué)熱力學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，至今仍有廣泛的應(yīng)用。二、蓋斯定律在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的意義有些反應(yīng)，因?yàn)槟承┰?，?dǎo)致反應(yīng)熱難以直接測(cè)定，如：（1）有些反應(yīng)進(jìn)行得很慢（2）有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生（3）有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純（有副反應(yīng)發(fā)生）三、蓋斯定律的應(yīng)用根據(jù)蓋斯定律，我們可以利用已知反應(yīng)的反應(yīng)熱來計(jì)算未知反應(yīng)的反應(yīng)熱。如：對(duì)于前面提到的反應(yīng)：C(s)+O2(g)===CO(g)雖然該反應(yīng)的反應(yīng)熱無法直接測(cè)定，但下列兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)熱卻可以直接測(cè)定：C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=﹣393.5kJ/molCO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=﹣283.0kJ/mol上述三個(gè)反應(yīng)具有如下關(guān)系：根據(jù)蓋斯定律，ΔH3=______________________________________________________________________ΔH1-ΔH2=﹣393.5kJ/mol-（-283.0kJ/mol）=-110.5kJ/mol及時(shí)小練已知A(g)===B(g)ΔH1=akJ/mol；C(g)===D(g)ΔH2=bkJ/mol。（1）A(g)+C(g)===B(g)+D(g) ΔH1=________kJ/mol（2）

A(g)+D(g)===

B(g)+C(g)ΔH2=________kJ/mol（3）2A(g)+C(g)===2B(g)+D(g) ΔH3=________kJ/mola+b2a+b

a-b運(yùn)用蓋斯定律求反應(yīng)熱的計(jì)算原則：（1）若一個(gè)反應(yīng)的焓變△H=akJ·mol1，則其逆反應(yīng)的焓變△H=-akJ·mol1（2）若一個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式可由另外幾個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式相加減而得到，則該反應(yīng)的焓變亦可以由這幾個(gè)反應(yīng)的焓變相加減而得到。及時(shí)小練（1）已知：①2C(s)＋O2(g)＝2CO(g)△H1＝－221.0kJ·mol－1②2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)△H2＝－483.6kJ·mol－1則制備水煤氣的反應(yīng)③C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)的△H等于______________________________________________________________________________________________________（2）已知反應(yīng)：①H2(g)+

O2(g)===H2O(g)ΔH1②

N2(g)+O2(g)===NO2(g)ΔH2③

N2(g)+

H2(g)===NH3(g)ΔH3則反應(yīng)2NH3(g)+

O2(g)===2NO2(g)+3H2O(g)的ΔH=_____________________＋131.3kJ·mol－13ΔH1+2ΔH2-2ΔH3根據(jù)蓋斯定律：(①-②)：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH=131.3kJ?mol－1應(yīng)用蓋斯定律時(shí)，如果每次都要將方程式進(jìn)行加減，很是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有無簡(jiǎn)便的方法？歸納總結(jié)①唯一入手（唯一：目標(biāo)方程式中的物質(zhì)，在給出的已知方程式中只出現(xiàn)一次）②同加異減（目標(biāo)方程式中的物質(zhì)，與給定方程式中物質(zhì)若在方程式等號(hào)的同側(cè)，則加起來，反之，則減去）說明如上述即時(shí)小練（2），目標(biāo)方程式中的NH3只在③中出現(xiàn)一次，且“異”側(cè)，則-2×③，O2出現(xiàn)兩次，暫時(shí)不看，NO2(g)和H2O同理。【例1】（2020·全國(guó)）下列關(guān)于蓋斯定律描述不正確的是A．化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱不僅與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，也與反應(yīng)的途徑有關(guān)B．蓋斯定律遵守能量守恒定律C．利用蓋斯定律可間接計(jì)算通過實(shí)驗(yàn)難測(cè)定的反應(yīng)的反應(yīng)熱D．利用蓋斯定律可以計(jì)算有副反應(yīng)發(fā)生的反應(yīng)的反應(yīng)熱A題型一：對(duì)蓋斯定律的理解【變1】（2021·唐山市豐潤(rùn)區(qū)第二中學(xué)高二月考）下列關(guān)于蓋斯定律的說法不正確的是A．不管反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱相同B．反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)C．有些反應(yīng)的反應(yīng)熱不能直接測(cè)得，可通過蓋斯定律間接計(jì)算得到D．根據(jù)蓋斯定律，熱化學(xué)方程式中△H直接相加即可得總反應(yīng)熱D題型一：對(duì)蓋斯定律的理解【例2】（2021·廣東深圳市·高二期末）石墨燃燒過程中的能量變化可用下圖表示。下列說法正確的是C題型二：蓋斯定律的應(yīng)用（框圖加減）【變2-1】（2021·浙江高二月考）下列關(guān)于如圖所示轉(zhuǎn)化關(guān)系(X代表鹵素)的說法不正確的是A．△H3＜0B．△H1+△H2+△H3=0C．按照Cl、Br、I的順序，△H2依次減少D．一定條件下，拆開1mol氣態(tài)HX需要吸收akJ能量，則該條件下△H3=-2akJ/molB題型二：蓋斯定律的應(yīng)用（框圖加減）【變2-2】（2020·通城縣第二高級(jí)中學(xué)高二期中）某科學(xué)家利用二氧化鈰(CeO2)在太陽能作用下將H2O、CO2轉(zhuǎn)變成H2、CO。其過程如下：

下列說法不正確的是A．該過程中CeO2沒有消耗B．該過程實(shí)現(xiàn)了太陽能向化學(xué)能的轉(zhuǎn)化C．上圖中ΔH1=-(ΔH2+ΔH3)D．上圖中ΔH1=ΔH2+ΔH3D題型二：蓋斯定律的應(yīng)用（框圖加減）【例3】（2021·青海海東市·平安一中高二月考）發(fā)射“神五”時(shí)用肼(N2H4)作為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，NO2為氧化劑，反應(yīng)生成N2和水蒸氣。已知：①N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)ΔH=+67.7kJ/mol；②N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)ΔH=-534kJ/mol。下列關(guān)于肼和NO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式中，正確的是D題型三：蓋斯定律的應(yīng)用（兩個(gè)方程式加減）【變3-1】（2021·重慶高三三模）硫是一種重要的非金屬元素，正交硫(Orthogonalsulfur)是硫穩(wěn)定存在的唯一形式，單斜硫是硫的同素異形體之一。下列說法不正確的是已知：①S(正交，s)+O2(g)=SO2(g)ΔH1=-296.83kJ?mol-1②S(單斜，s)+O2(g)=SO2(g)ΔH2=-297.16kJ?mol-1③S(單斜，s)=S(正交，s)ΔH3A．硫黃是一種黃色晶體，不溶于水B．正交硫比單斜硫穩(wěn)定C．ΔH3=-0.66kJ?mol-1，D．1molS(單斜，s)和1molO2(g)的總能量高于1molSO2(g)的能量C題型三：蓋斯定律的應(yīng)用（兩個(gè)方程式加減）【變3-2】（2021·山東高三專題練習(xí)）已知25℃、101kPa下，1mol水蒸發(fā)為水蒸氣需要吸熱44.0kJ①H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)△H1=-57.3kJ?mol-1②2CH3OH(l)+3O2(g)=4H2O(g)+2CO2(g)△H2=-1277.0kJ?mol-1下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是A．若反應(yīng)②中CH3OH變?yōu)闅鈶B(tài)，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱△H>△H2B．CH3OH(l)的燃燒熱△H=-726.5kJ?mol-1C．CH3COOH(aq)+NaOH(aq)=CH3COONa(aq)+H2O(l)△H>﹣57.3kJ?mol-1D．液態(tài)水變?yōu)樗魵膺^程中需要克服分子間作用力A題型三：蓋斯定律的應(yīng)用（兩個(gè)方程式加減）【例4】（2021·欽州市第四中學(xué)高二月考）已知碳的氣化反應(yīng)過程部分化學(xué)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：A題型四：蓋斯定律的應(yīng)用（三個(gè)方程式加減）【變4-1】（2021·四川成都市·高一期末）已知：A題型四：蓋斯定律的應(yīng)用（三個(gè)方程式加減）【變4-2】（2020·長(zhǎng)沙市南雅中學(xué)高一期中）以太陽能為熱源，熱化學(xué)硫碘循環(huán)分解水是一種高效、環(huán)保的制氫方法，其流程圖如下：C題型四：蓋斯定律的應(yīng)用（三個(gè)方程式加減）【變4-3】（2021·浙江臺(tái)州市·高三開學(xué)考試）已知將1mol的CuSO4(s)溶于水會(huì)使溶液溫度升高，將1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水會(huì)使溶液溫度降低。關(guān)于下列?H的判斷不正確的是D題型四：蓋斯定律的應(yīng)用（三個(gè)方程式加減）【例5】（2021·陜西寶雞市·虢鎮(zhèn)中學(xué)高二月考）蓋斯定律在生產(chǎn)和科學(xué)研究中有很重要的意義。有些反應(yīng)的反應(yīng)熱雖然無法直接測(cè)得，但可通過間接的方法測(cè)定?，F(xiàn)根據(jù)下列的3個(gè)熱化學(xué)反應(yīng)方程式：試寫出CO氣體還原FeO固體得到Fe固體和CO2氣體的熱化學(xué)反應(yīng)方程式：___________?！敬鸢浮緾O(g)+FeO(s)=Fe(s)+CO2(g)△H=﹣10.98kJ/mol題型五：蓋斯定律的應(yīng)用大題訓(xùn)練【例6】（2021·全國(guó)高三專題練習(xí)）甲酸是基本有機(jī)化工原料之一，廣泛用于農(nóng)藥、皮革、染料、醫(yī)藥和橡膠等工業(yè)。(1)已知熱化學(xué)方程式：I：HCOOH(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH1=+72.6kJ·mol-1；II：2CO(g)+O2(g)?2CO2(g)ΔH2=-566.0kJ·mol-1；III：2H2(g)+O2(g)?2H2O(g)ΔH3=-483.6kJ·mol-1則反應(yīng)IV：CO2(g)+H2(g)?HCOOH(g)的ΔH=_______kJ·mol-1。(2)查閱資料知在過渡金屬催化劑存在下，CO2(g)和H2(g)合成HCOOH(g)的反應(yīng)分兩步進(jìn)行：第一步：CO2(g)+H2(g)+M(s)=M·HCOOH(s)；則第二步反應(yīng)的方程式為_______?！敬鸢浮?31.4M·HCOOH(s)=HCOOH(g)+M(s)題型五：蓋斯定律的應(yīng)用大題訓(xùn)練【例7】（2021·全國(guó)高三專題練習(xí)）CH4超干重整CO2的催化轉(zhuǎn)化如圖1所示：(1)已知相關(guān)反應(yīng)的能量變化如圖2所示：過程I的熱化學(xué)方程式為_______。題型五：蓋斯定律的應(yīng)用大題訓(xùn)練(2)關(guān)于上述過程II的說法不正確的是_______(填字母)。a.實(shí)現(xiàn)了含碳物質(zhì)與含氫物質(zhì)的分離b.可表示為CO2+H2=H2O(g)+COc.CO未參與反應(yīng)d.Fe3O4、CaO為催化劑，降低了反應(yīng)的ΔH【答案】CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247.4kJ·mol-1cd題型五：蓋斯定律的應(yīng)用大題訓(xùn)練【例8】（2021·全國(guó)高三專題練習(xí)）解答下列問題(1)2017年中科院某研究團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)一種新型Na—Fe3O4/HZSM-5多功能復(fù)合催化劑，成功實(shí)現(xiàn)了CO2直接加氫制取辛烷值汽油，該研究成果被評(píng)價(jià)為“CO2催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的突破性進(jìn)展”。試寫出25℃、101kPa條件下，CO2與H2反應(yīng)生成汽油(以C8H18表示)的熱化學(xué)方程式：_______。題型五：蓋斯定律的應(yīng)用大題訓(xùn)練(2)直接排放含SO2的煙氣會(huì)形成酸雨，危害環(huán)境。工業(yè)上常用催化還原法和堿吸收法處理SO2氣體。1molCH4完全燃燒生成氣態(tài)水和1molS(g)燃燒的能量變化如下圖所示：在催化劑作用下，CH4可以還原SO2生成單質(zhì)S(g)、H2O(g)和CO2，寫出該