2019高中化学 燃烧热 化学反应热的计算(提高)知识讲解学案 新人教版选修4

燃烧热化学反应热的计算
【学习目标】
1、了解燃烧热、中和热的概念，并能进行简单的计算；
2、了解化学在解决能源危机中的重要作用。

知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义；
3、知道盖斯定律，能用盖斯定律进行反应热的简单计算。

【要点梳理】
要点一、反应热的类型
1、燃烧热：在101kPa时，1mol物质燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。

燃烧热的单位一般用kJ/mol表示。

要点诠释：燃烧热是反应热的一种形式。

使用燃烧热的概念时要理解下列要点。

① 规定是在101 kPa压强下测出热量。

书中提供的燃烧热数据都是在101kPa下测定出来的。

因为压强不同，反应热有所不同。

② 规定可燃物的物质的量为1mol(这样才有可比性)。

因此，表示可燃物的燃烧热的热化学方程式中，可燃物的化学计量数为1，其他物质的化学计量数常出现分数。

例如，C8H18的燃烧热为5518kJ/mol，用热化学方程式表示则为
C8H18(l)+O2(g)= 8CO2(g)+9H2O(l) △H=－5518kJ/mol
③ 规定生成物为稳定的氧化物．例如C→ CO2、H →H2O(l)、S →SO2等。

C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=－393.5kJ/mol
2、中和热：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1mol H2O，这时的反应热叫中和热。

中和热的表示：H＋(aq)+OH－(aq)=H2O(l) △H=－57.3kJ/mol。

要点诠释：
① 这里的稀溶液一般要求酸溶液中的c(H＋)≤1mol/L，碱溶液中的c(OH－)≤1mol/L。

这是因浓酸溶液和浓碱溶液相互稀释时会放出热量。

②强酸与强碱的中和反应其实质是H＋和OH－反应(即与酸、碱的种类无关)，通过许多次实验测定，1molH ＋和1molOH－反应生成1molH
2O时，放出热量57.3kJ。

其热化学方程式为
H＋(aq)+OH－(aq)=H2O(l)；△H=－57.3kJ/mol
因此，所有中和反应的△H相同，都为－57.3kJ/mol。

③ 中和热是以生成1molH2O为基准，因为表示中和热的热化学方程式中，水的化学计量数为1，其酸、碱或盐的化学计量数可以为分数；中和反应对象为稀溶液；强酸与强碱中和时生成1mol H2O均放热57.3kJ，弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。

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要点诠释：比较燃烧热与中和热
要点二、能源
1、含义：
能源就是能提供能量的自然资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐及柴草等等。

我国目前使用的主要能源是化石燃料。

2、我国能源的现状
(1)主要是化石燃料蕴藏量有限，而且不能再生，最终将枯竭。

(2)能源利用率低，浪费严重。

(3)能源储量丰富，我国的人均能源拥有量较低。

(4)近年来能源的总消费量与人均消费量情况呈下降趋势，但是，仍然出现了能源危机问题。

3．新能源
类型：太阳能、生物能、风能、氢能、地热能、海洋能和生物质能等。

特点：资源丰富，可以再生，没有污染或很少污染。

要点三、盖斯定律
1、盖斯定律的内容
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。

换句话说，化学反应的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。

2、盖斯定律直观化
△H＝△H1+△H2
3、盖斯定律的应用
(1)有些化学反应进行很慢或不易直接发生，很难直接测得这些反应的反应热，可通过盖斯定律获得它们的反应热数据。

例如：C(s)＋0.5O2(ｇ)=CO(g)
上述反应在O2供应充分时，可燃烧生成CO2；O2供应不充分时，虽可生成CO，但同时还部分生成CO2。

因此该反应的△H无法直接测得。

但是下述两个反应的△H却可以直接测得：
C(s)＋O2(g)=CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol
CO(g)＋0.5 O2(g)＝CO2(g) △H2＝-283.0kJ/mol
根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的△H。

分析上述反应的关系，即知
△H1＝△H2＋△H3
△H3＝△H1－△H2＝-393.5kJ/mol－(-283.0kJ/mol)＝-110.5kJ/mol
由以上可知，盖斯定律的实用性很强。

(2)在化学计算中，可利用热化学方程式的组合，根据盖斯定律进行反应热的计算。

(3)在化学计算中，根据盖斯定律的含义，可以根据热化学方程式的加减运算，比较△H的大小。

要点四、反应热的计算
根据热化学方程式、盖斯定律和燃烧热的数据，可以计算一些反应的反应热。

反应热、燃烧热的简单计算都是以它们的定义为基础的，只要掌握了它们的定义的内涵，注意单位的转化即可。

热化学方程式的简单计算的依据：
(1)热化学方程式中化学计量数之比等于各物质的物质的量之比，还等于反应热之比。

(2)热化学方程式之间可以进行加减运算。

要点五、有关反应热的计算依据归纳
1、根据实验测得热量的数据求算
反应热的定义表明：反应热是指化学反应过程中放出或吸收的热量，可以通过实验直接测定。

2、根据物质能量的变化求算
根据能量守恒，反应热等于生成物具有的总能量与反应物具有的总能量的差值。

当E1(反应物)＞E2(生成物)时，△H＜0，是放热反应；反之，是吸热反应。

△H＝ΣE生成物－ΣE反应物
3、根据反应实质键能的大小求算
化学反应的实质是旧键的断裂和新键的生成，其中旧键的断裂要吸收能量，新键的生成要放出能量，由此得出化学反应的热效应(反应热)和键能的关系：△H ＝E1(反应物的键能总和)-E2(生成物的键能总和)。

例如：根据下表数据，求H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反应热。

分析：根据公式：
△H ＝E1(反应物的键能总和)-E2(生成物的键能总和)=(436+243-2×431)kJ/mol=-183kJ/mol
4、根据热化学方程式求算
热化学方程式中表明了化学反应中能量的变化。

△H的大小与方程式中物质的系数大小成正比。

例如： H2 (g)＋O2 (g) = H2O (g)△H ＝－241.8 kJ/ mol
则： 2 H2 (g)＋ O2 (g) = 2H2O (g)△H ＝？kJ/ mol
分析：当物质的系数变为2倍时，反应热也同时变为2倍。

所以△H＝－483.6 kJ/ mol
5、根据盖斯定律的规律求算
盖斯定律是热化学中一个相当有实用价值的定律。

其内容是不管化学反应过程是一步完成还是分几步完成，总过程的热效应是相同的，即一步完成的反应热等于分几步完成的反应热之和。

利用这一规律，可以从已经测定的反应的热效应来计算难于测量或不能测量反应的热效应，它是间接求算反应热的常用方法。

具体计算方法是：通过热化学方程式的叠加，进行△H的加减运算。

例如：实验中不能直接计算出由石墨和氢气生成甲烷反应的反应热，但可测出CH4、石墨和氢气的燃烧热。

试求出石墨生成甲烷的反应热。

①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) △H1=-890.5kJ/mol
②C(石墨)+O2(g)=CO2(g) △H2=-393.5kJ/mol
③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) △H3=-285.8kJ/mol
④C(石墨)+2H2(g)=CH4(g) △H4
分析：根据盖斯定律，可以通过反应①②③的叠加组合出反应④，则反应热的关系为：
△H4=2△H3+△H2-△H1=2×(-285.8 kJ/mol)+(-393.5 kJ/mol)-(-890.5 kJ/mol)=-74.6 kJ/mol。

【典型例题】
类型一、概念的应用
例1下列热化学方程式中，△H能正确表示物质的燃烧热的是( )
A．CO(g) +1/2O2(g) =CO2(g) △H＝-283.0 kJ/mol
B．C(s) +1/2O2(g) =CO(g) △H＝-110.5 kJ/mol
C．H2(g) +1/2O2(g)=H2O(g) △H＝-241.8 kJ/mol
D．2C8H18(l) +25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(l) △H＝-11036 kJ/mol
【思路点拨】解题时注意燃烧热定义的要点：“1 mol、充分燃烧、生成稳定的的氧化物”。

【答案】A
【解析】A 本题旨在考查燃烧热的定义，选项B不是物质完全燃烧生成稳定的氧化物，选项C生成物H2O(g)不是稳定的氧化物，其稳定的氧化物为H2O(l)，选项D不是1mol的完全燃烧不符合燃烧热的概念。

【总结升华】高中阶段的化学，在学习时尤其注意准确掌握概念的内涵和外延，不可自己凭空想像，做不出不当假设。

举一反三：
【变式1】强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应，H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) △H=-57.3kJ/mol，向1L0.5mol/L的NaOH溶液中加入稀醋酸、浓H2SO4、稀硝酸，则恰好完全反应时的热效应△H1、△H2、△H3的关系正确的是
A. △H1>△H2>△H3
B. △H1<△H3<△H2
C. △H2>△H1>△H3
D. △H1>△H3>△H2
【答案】 D
【解析】弱电解质电离吸热，中和过程放热少；浓硫酸稀释放热，中和过程放热多。

△H的比较要注意符号，放热越多，△H越小。

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【变式2】已知：
2H 2(g) + O2(g) = 2H21= – 572 kJ /mol
CH 4(g) +2O2(g) = CO2(g)+2H2 H2= – 890 kJ/mol
由1 mol H2和2 mol CH4组成的混合气体在上述条件下完全燃烧时放出的热量为多少。

【答案】2066kJ
【解析】1mol H2完全燃烧放出的热量是572kJ/2，2mol CH4完全燃烧放出的热量是890kJ×2，本题释放的总能量应当是(572/2+890×2 )kJ．
【变式3】城市使用的燃料，现大多用煤气、液化石油气。

煤气的主要成分是CO和H2的混合气体，它由煤炭和水蒸气反应制得，故又称水煤气。

(1)试写出制取水煤气的主要化学方程式___________________________________.
(2)液化石油气的主要成分是丙烷，丙烷燃烧的热化学方程式为
C3H8(g) +5O2(g)＝3CO2(g) + 4H2O(l) △H=–2220.0 kJ/mol，又知CO气体燃烧的热化学方程式为：CO(g) +1/2O2(g) ＝CO2(g) △H=–282.57 kJ/mol，
试比较同物质的量的C3H8和CO燃烧，产生的热量比值约为________________。

(3)已知氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)+O2(g) ＝ 2H2O(l) △H=–571.6 kJ/mol，试比较同质量的H2和C3H8燃烧，产生的热量比值约为________________。

(4)氢气是未来的能源，除产生的热量大之外，还具有的优点是________________。

【答案】
(1)C＋H2O CO＋H2．
(2)7.8：1
(3)2.8：1
(4)①不产生CO2，不会因温室效应而影响大气环境；②H2来源丰富；③其燃烧产物对环境无污染．
类型二、能源的利用
例2 我国二氧化碳的排放量位居世界第二，为减少二氧化碳这种温室气体的排放，下列措施不对的是：
A. 大力发展氢能源
B. 充分利用太阳能
C. 不使用含碳能源
D. 提高能源利用率
【答案】C
【解析】目前全球能源还主要依靠含碳物质的燃烧。

要减少二氧化碳的排放应在开发新能源、提高能源利用率等方面下功夫。

举一反三：
【变式1】下列关于能源和作为能源的物质叙述错误的是( )
A、化石能源物质内部蕴涵着大量的能量
B、绿色植物进行光合作用是将太阳能转化为化学能“贮存”起来
C、物质的化学能可以在不同的条件下转为热能、电能为人类利用
D、吸热反应没有利用价值
【答案】D
类型三、盖斯定律反应热的计算
例3 已知1 g氢气在氧气中完全燃烧，生成气态水放出120.9kJ的热量，试计算1000L标准状况下的氢气完全燃烧所放出的热量。

【思路点拨】解题时注意题给氢气的量以及放出热的对应关系，然后利用气体体积与物质的量的转化，可以计算出答案。

【解析】
解法一、根据热化学方程式进行计算
解：设氢气燃烧的热化学反应的反应热△H ＝－Q kJ/ mol
H2 (g)＋O2 (g)H2O (g)△H ＝－Q kJ/ mol
2 g Q kJ
1 g 120.9 kJ
＝Q ＝241.8△H ＝－241.8 kJ/ mol
又设1000L标准状况下的氢气完全燃烧所放出的热量为Q1
H2 (g)＋O2 (g)H2O (g)△H ＝－241.8 kJ/ mol
22.4 L 241.8kJ
1000 L Q1
＝Q1 ＝1.08×104 kJ 答：………(从略)。

解法二：关系式法：设1000L标准状况下的氢气完全燃烧所放出的热量为Q1
H2 (g) ―――――――――△H ＝－Q kJ/ mol
×22.4L/ mol120.9 kJ
1000 L Q1
解得： Q1 ＝1.08×104 kJ 答：………(从略)。

【总结升华】高中阶段化学科的计算，主要涉及两个方面，一是根据化学方程式进行，一是通过关系式法计算，熟练掌握这两种方法，对化学计算的解答有很大的帮助作用。

例4 求 C(s)＋O2(g)＝ CO(g)△H1…………①
已知：C(s)＋ O2(g)＝ CO2 (g)△H2 ＝－393.5 kJ·mol－1 …………②
CO( g)＋O2(g)＝ CO2 (g)△H3 ＝－283.0 kJ·mol－1…………③【思路点拨】本题考查盖斯定律的应用，在计算时注意化学方程式中各物质前面系数的处理。

【答案】C(s)＋O2(g)＝CO(g)；△H1 ＝－110.5 kJ·mol－1
【解析】
方法一：(组合法)用已知反应热的热化学方程式相互组合(加、减、乘等)，得到未知反应热的热化学方程式，则相应的反应热作相同的组合(加、减、乘等数学计算)即为所求的反应热。

如：由②－③整理得① ，
则△H1＝△H2－△H3＝〔(－393.5)－(－283.0)〕＝－110.5 kJ·mol－1
即： C(s)＋O2(g)＝ CO(g)△H1＝－110.5 kJ·mol－1
方法二：热循环图式法
由热循环图示可知：
H1＝△H2 －△H3
＝(－393.5kJ·mol－1)－(－283.0kJ·mol－1)
＝－110.5 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)＝CO(g)；△H1 ＝－110.5 kJ·mol－1
【总结升华】盖斯定律的应用，在近几年考试中考查比较频繁。

计算过程中特别注意物质状态及系数的处理。

举一反三：
【变式1】盖斯根据一系列事实于1840年提出“不管化学过程是一步或分数步完成，这一过程热效应相同。

”
换而言之：若一个反应可分成几步完成，则各步反应的反应热总和与该反应一次发生时反应热相同。

应用这条原理，解决下面问题：
已知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=—393.5kJ· mol—1
CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=—283kJ· mol—1
写出C(s)与O2(g)反应生成CO(g)的，热化学方程式。

【答案】依题知：C(s)+O2(g)=CO2(g) △H=—393.5kJ· mol—1……①
CO(g)+O2(g)=CO2(g) △H=—283kJ· mol—1……②
反应①-反应②得到
C(s)+O2(g)=CO(g) △H=—110.5kJ· mol-1……③
故答案为C(s)与O2(g)反应生成CO(g)的反应热为110.5kJ，
其热化学方程式为：③式。

【解析】先写出C(s)与O2(气)反应的化学方程式，由盖斯定律可知，碳完全燃烧生成CO2这个过程可分为两步完成。

第一步是碳不完全燃烧生成CO，第二步是CO完全燃烧生成CO2。

这两步的反应热之和应等于完全燃烧时的反应热。

【强调】正确书写热化学方程式要比判断正误档次要高。

它要求学生全面掌握书写原则，无一疏漏。

要认真细致进行计算，写出简明准确无误的热化学方程式。

【变式2】在同温同压下，硫燃烧的热化学方程式如下：
①S(g)+O2(g)=SO2(l) △H1=a
②S(g)+O2(g)=SO2(g) △H2=b
③S(s)+O2(g)=SO2(g) △H3=c，则a、b、c的大小关系正确的是( )
A. a>b>c
B. a<b<c
C. b<c<a
D. b>c>a
【答案】B
【解析】对于相同条件下的同一物质来说，气态物质具有的能量最高，液态物质次之，固态物质具有的能量最低。

根据△H=E产-E反，所以a=E[SO2(l)]-E[S(g)]-E[O2(g)]，b=E[SO2(g)]-E[S(g)]-E[O2(g)]，
c=E[SO2(g)]-E[S(s)]-E[O2(g)]，所以a-b=E[SO2(l)]－E[SO2(g)]<0，b-c=E[S(s)]－E[S(g)]<0，故a<b<c。

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【变式3】已知下列两个热化学方程式：
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) △H=—571.6kJ· mol—1
C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) △H=—2220.0kJ· mol—1
实验测得H2与C3H8的混合气体共5mol，完全燃烧时放热3847kJ，则混合气体中H2与C3H8体积比是
A. 1:3
B. 3:1
C. 1:4
D. 1:1
【答案】B
【解析】可根据所给热化学方程式及反应热数值分别求出1mol H2和1mol C3H8完全燃烧各自放出的热量，然后再求混合物的组成。

设H2的物质的量为x，则C3H8的物质的量为5-x，则(571.6÷2)x+2220×(5-x)=3847
所以x=3.75mol，由体积之比等于物质的量之比3.75:(5-3.75)=3:1。