化学反应热的计算

自主学习一、盖斯定律1．内容不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是_____的。或者说，化学反应的反应热只与反应体系的___________有关，而与反应的_____无关。相同始态和终态途径2．理解能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，没有_____的变化，就不能引发_____的变化。3．盖斯定律的重要意义有些反应进行得很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯(有副反应发生)，这给测定反应热造成了困难。如果应用_________，可以间接地把它们的_______计算出来。物质能量盖斯定律反应热思考感悟1．若一个化学反应由始态转化为终态可通过不同的途径(如下图所示)：则ΔH与ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4、ΔH5之间有何关系？【提示】ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5二、反应热的计算1．计算依据(1)_____________。(2)_________。(3)_______的数据。2．计算方法热化学方程式盖斯定律燃烧热如已知：(1)C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ/mol(2)CO(g)＋12O2(g)===CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ/mol若C(s)＋12O2(g)===CO(g)的反应热为ΔH。ΔH＋ΔH2－110.5kJ/mol根据盖斯定律，知：ΔH1＝_________。则：ΔH＝_______________。思考感悟2．如何利用已知反应热求未知反应热？【提示】(1)确定待求的反应方程式；(2)找出待求方程式中各物质出现在已知方程式的什么位置；(3)根据未知方程式中各物质计量数和位置的需要对已知方程式进行处理，或调整计量数，或调整反应方向；(4)实行叠加并检验分析的正确与否。自主体验1．已知H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)ΔH＝－184.6kJ·mol－1，则反应HCl(g)===12H2(g)＋12Cl2(g)的ΔH为()A．＋184.6kJ·mol－1B．－92.3kJ·mol－1C．＋92.3kJ·mol－1D．－369.2kJ·mol－1解析：选C。将所给热化学方程式乘以12，然后改写即得HCl(g)===12H2(g)＋12Cl2(g)，则ΔH＝－(－184.6kJ·mol－1)×12＝＋92.3kJ·mol－1。2．人体内葡萄糖的消耗可用下列热化学方程式表示：C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)ΔH＝－2800.6kJ/mol如果某人每天消耗12540kJ的热量，则每天至少要摄入葡萄糖的质量为()A．806gB．1000gC．1250gD．1500g解析：选A。每天需消耗葡萄糖：12540kJ2800.6kJ/mol×180g/mol＝806g。3．氢气和氧气生成液态水的反应，可以通过两种途径来完成，如图所示：已知：H2(g)＋12O2(g)===H2O(l)ΔH＝－285.8kJ/molH2O(g)===H2O(l)ΔH2＝－44.0kJ/mol求：H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)的反应热ΔH1。解析：根据盖斯定律：ΔH＝ΔH1＋ΔH2，所以ΔH1＝ΔH－ΔH2＝－285.8kJ/mol－(－44.0kJ/mol)＝－241.8kJ/mol。答案：ΔH1＝－241.8kJ/mol课堂互动讲练盖斯定律1．对盖斯定律的理解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，而与反应的途径无关。即如果一个反应可以分步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。若反应物A变为生成物D，可以有两个途径：①由A直接变成D，反应热为ΔH；②由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。如下图所示：则有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH32．运用盖斯定律解题的常用方法通常有两种方法：(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)→P(红磷)的热化学方程式。已知：P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s)ΔH1①P(红磷，s)＋54O2(g)===14P4O10(s)ΔH2②即可用①－②×4得出白磷转化为红磷的热化学方程式。应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应过程，同时要注意：①当热化学方程式乘以或除以某数时，ΔH也相应乘以或除以某数。②当热化学方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。③通过盖斯定律计算比较反应热的大小时，同样要把ΔH看作一个整体。④在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，物质的状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。⑤当设计的反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。已知胆矾溶于水时溶液温度降低。胆矾分解的热化学反应方程式为CuSO4·5H2O(s)=====△CuSO4(s)＋5H2O(l)ΔH＝＋Q1kJ·mol－1，室温下，若将1mol无水硫酸铜溶解为溶液时放热Q2kJ，则()例1A．Q1Q2B．Q1＝Q2C．Q1Q2D．无法比较【思路点拨】【解析】根据盖斯定律，可设计下列分步反应：依题意，胆矾溶于水时，溶液温度降低，说明该过程为吸热过程，ΔH总0。ΔH＝＋Q1，ΔH′＝－Q2。由盖斯定律ΔH总＝ΔH＋ΔH′＝＋Q1＋(－Q2)0，则Q1Q2。【答案】A【规律方法】(1)该类题目属于信息给予题。在解答该题时除了明确盖斯定律的应用规律之外，还应提炼题中所给信息，如“胆矾溶于水温度降低”说明该过程是吸热过程，故ΔH0;“无水硫酸铜溶解为溶液时放热Q2kJ”说明固体溶解为放热过程。(2)熟悉物质的气、液、固三态与反应热的关系。变式训练1实验中不能直接测出由石墨和氢气反应生成甲烷的ΔH，但可测出下面几个反应的热效应：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH1＝－890.3kJ·mol－1①C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)ΔH2＝－393.5kJ·mol－1②H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)ΔH3＝－285.8kJ·mol－1③根据盖斯定律求得反应C(石墨)＋2H2(g)===CH4(g)④的ΔH4＝__________。解析：法一：因为反应式①②③和④之间有以下关系：②＋③×2－①＝④所以ΔH4＝ΔH2＋2ΔH3－ΔH1＝－393.5＋2×(－285.8)－(－890.3)＝－74.8(kJ·mol－1)法二：也可以设计一个途径，使反应物经过一些中间步骤最后回到产物：可见，ΔH4＝ΔH2＋2ΔH3－ΔH1＝－74.8kJ·mol－1。答案：ΔH4＝－74.8kJ·mol－1反应热的计算1．反应热的计算方法和类型(1)根据热化学方程式计算：反应热与反应物各物质的物质的量成正比。(2)根据反应物和生成物的能量和计算：ΔH＝生成物的能量和－反应物的能量和。(3)根据反应物和生成物的键能和计算：ΔH＝反应物的键能和－生成物的键能和。(4)根据盖斯定律计算：将热化学方程式进行适当的“加”“减”等变形后，由过程的热效应进行计算、比较。(5)根据物质燃烧放热数值计算：Q(放)＝n(可燃物)×ΔH。(6)根据比热公式进行计算：Q＝cmΔt。2．反应热的计算应注意的问题(1)运用热化学方程式进行反应热的计算，可以从反应式中各物质的物质的量、质量、标准状况下气体体积、反应热等对应关系，列式进行简单计算。(2)注意热化学方程式中化学计量数只表示物质的物质的量，必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。尤其是利用盖斯定律计算反应热时，热化学方程式可以直接相加减，化学计量数必须与ΔH相对应。(3)热化学方程式中的反应热是指按所给形式反应完全时的反应热。(4)正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。化学键的键能是原子间形成1mol化学键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。以下是部分共价键键能数据：H—S：364kJ/mol，S—S：266kJ/mol，S===O：522kJ/mol，H—O：464kJ/mol。例2(1)试根据这些数据计算下面这个反应的反应热：2H2S(g)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(g)ΔH＝－QkJ/mol，反应产物中的S实为S8，实际分子是一个8元环状分子(如图)，Q＝______________。(2)标准状况下，将aLH2S与bLSO2混合进行上述反应，当a2b时，反应放热_______kJ，当a2b时，反应放热________kJ。【思路点拨】【解析】因其中的硫为S8，所以该反应可写成：2H2S(g)＋SO2(g)===38S8(s)＋2H2O(g)ΔH＝－QkJ/mol(1)由反应热与键能的关系，可知ΔH＝4×364kJ/mol＋2×522kJ/mol－3×266kJ/mol－4×464kJ/mol＝－154kJ/mol。(2)当a2b时，硫化氢过量，依据SO2计算；当a2b时，SO2过量，依据H2S计算。【答案】(1)154(2)154b22.4154a44.8【易误警示】反应热计算常出现的错误(1)把反应热与键能的关系和反应热与反应物的总能量与生成物的总能量的关系相混淆。反应热ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能＝生成物的总能量－反应物的总能量(2)反应前后分子中的化学键数目错误。如N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)中N—H键的个数。变式训练2煤燃烧的反应热可通过以下两个途径来利用：a．利用煤在充足的空气中直接燃烧产生的反应热；b．先使煤与水蒸气反应得到氢气和一氧化碳,然后使得到的氢气和一氧化碳在充足的空气中燃烧。这两个过程的热化学方程式为：a．C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝E1①b．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH＝E2②H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)ΔH＝E3③CO(g)＋12O2(g)===CO2(g)ΔH＝E4④试回答下列问题：(1)与途径a相比，途径b有较多的优点，即_________________________________________________________________________________。(2)上述四个热化学方程式中ΔH0的反应有_________________________。(3)等质量的煤分别通过以上两条不同的途径产生的可利用的总能量关系正确的是_____。A．a比b多B．a比b少C．a与b在理论上相同D．两者无法比较(4)根据能量守恒定律，E1、E2、E3、E4之间的关系为__________________。解析：(1)与途径a相比，途径b的优点主要有：煤的利用率高；变成气体燃料后，运输方便；使燃料充分燃烧。(2)上述四个反应中①③④为放热反应，ΔH0;②为吸热反应，ΔH0。(3)根据盖斯定律，等质量的煤分别通过以上两条不同的途径产生的可利用的总能量相同。(4)根据盖斯定律可知：E1＝E2＋E3＋E4。答案：(1)煤的利用率高；变成气体燃料后，运输方便；使燃料充分燃烧(2)②(3)C(4)E1＝E2＋E3＋E4反应热大小的比较比较反应热的大小，一般从以下几个方面考虑：1．比较“反应热”或ΔH的大小时，必须带“＋”“－”符号；比较“燃烧热”“中和热”时，只需比较数值大小即可。2．参加反应的物质的量不同，则反应热的数值也会发生相应的变化，如1molH2完全燃烧生成液态水时放出285.8kJ的热量，2molH2完全燃烧生成液态水时则放出571.6kJ的热量。3．对于可逆反应，如3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，是指生成2molNH3时放出92.4kJ的热量，而不是3molH2和1molN2混合，在一定条件下反应就可放出92.4kJ的热量，实际3molH2和1molN2混合，在一定条件下反应放出的热量小于92.4