高二化学反应原理优质学案：1.1.3反应焓变的计算

第3课时反应焓变的计算
[核心素养发展目标] 1.证据推理与模型认知：构建盖斯定律模型，理解盖斯定律的本质，形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。

2.科学态度与社会责任：了解盖斯定律对反应热测定的重要意义，增强为人类科学发展而努力的意识与社会责任感。

一、盖斯定律
1．盖斯定律的理解
(1)对于一个化学反应，无论是一步完成或分几步完成，其反应焓变都是相同的。

(2)化学反应的反应焓变只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

(3)某始态和终态相同，反应的途径有如下三种：(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)。

则ΔH ＝ΔH 1＋ΔH 2＝ΔH 3＋ΔH 4＋ΔH 5。

2．盖斯定律的应用 根据如下两个反应
Ⅰ.C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 1＝－393.5kJ·mol －
1 Ⅱ.CO(g)＋12O 2(g)===CO 2(g) ΔH 2＝－283.0kJ·mol －1
选用两种方法，计算出C(s)＋1
2O 2(g)===CO(g)的反应热ΔH 。

(1)虚拟路径法
反应C(s)＋O 2(g)===CO 2(g)的途径可设计如下：
则ΔH ＝－110.5kJ·mol －
1。

(2)加合法
①写出目标反应的热化学方程式，确定各物质在各反应中的位置， C(s)＋1
2
O 2(g)===CO(g)。

②将已知热化学方程式变形，得反应Ⅲ： CO 2(g)===CO(g)＋12O 2(g) ΔH 3＝283.0kJ·mol －
1；
③将热化学方程式相加，ΔH 也相加。

Ⅰ＋Ⅲ得： C(s)＋1
2O 2(g)===CO(g) ΔH ＝ΔH 1＋ΔH 3，
则ΔH ＝－110.5kJ·mol －
1。

特别提示
(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(带符号)。

(3)将一个热化学方程式颠倒时，ΔH 的“＋”“－”号必须随之改变，但数值不变。

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(1)多角度理解盖斯定律
①从反应途径角度
②从能量守恒角度
③对于如图所示的过程：
从反应途径角度：A →D ：ΔH ＝ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3＝－(ΔH 4＋ΔH 5＋ΔH 6)； 从能量守恒角度：ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3＋ΔH 4＋ΔH 5＋ΔH 6＝0。

(2)盖斯定律的意义
⎭⎪⎬⎪⎫有些反应进行的很慢
有些反应不容易直接发生有些反应的产品不纯⇒⎩⎪⎨⎪
⎧
这给反应热的测定造成了困难，若应用盖斯定律，可以间
接把它们的反应热计算出来
例
1下列说法正确的是()
A．根据盖斯定律，可计算某些难以直接测得的反应焓变
B．同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
C ．右图中ΔH 1＝ΔH 2＋ΔH 3
D ．相同条件下，等质量的C 按a 、b 两种途径完全转化，途径a 比途径b 放出更多热能 途径a ：C ――→H 2O
高温CO ＋H 2――→O 2
燃烧CO 2＋H 2O ；途径b ：C ――→O 2
燃烧CO 2 [答案] A
[解析] B 项，同温同压下，该反应前后反应物和反应产物的总能量在两种反应条件下没有变化，ΔH 相同，错误；C 项，根据盖斯定律，ΔH 1＝－(ΔH 2＋ΔH 3)，错误；D 项，根据盖斯定律知，两途径放出的热量相等，错误。

思维启迪
化学反应的焓变只与始态和终态有关，与反应条件无关。

例
2
已知P 4(白磷，s)＋5O 2(g)===P 4O 10(s)ΔH 1
＝－2983.2kJ·mol －
1①
P(红磷，s)＋54O 2(g)===14P 4O 10(s)ΔH 2＝－738.5kJ·mol －1②
(1)白磷转化为红磷的热化学方程式为 。

(2)相同状况下，能量状态较低的是；白磷的稳定性比红磷(填“高”或“低”)。

[答案] (1)P 4(白磷，s)===4P(红磷，s) ΔH ＝－29.2kJ·mol －
1 (2)红磷 低 [解析] 根据盖斯定律，书写相关反应的热化学方程式有两种方法： 方法1：“虚拟路径”法
根据已知条件可以虚拟如下过程：
根据盖斯定律
ΔH＝ΔH1＋(－ΔH2)×4＝－2983.2kJ·mol－1＋738.5kJ·mol－1×4＝－29.2kJ·mol－1，热化学方程式为P4(白磷，s)===4P(红磷，s)ΔH＝－29.2kJ·mol－1
方法2：“加合”法
P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s)ΔH1＝－2983.2kJ·mol－1
P4O10(s)===5O2(g)＋4P(红磷，s)ΔH2′＝2954kJ·mol－1
上述两式相加得：
P4(白磷，s)===4P(红磷，s)ΔH＝－29.2kJ·mol－1
思维模型
根据盖斯定律书写热化学方程式
(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)根据待求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。

(4)实施叠加并确定反应热的变化。

二、反应焓变的计算
1．根据热化学方程式计算
反应热与反应方程式中各物质的物质的量成正比。

2．根据反应物和生成物的能量计算
ΔH＝∑生成物的能量－∑反应物的能量。

3．根据反应物和生成物的键能计算
ΔH＝∑反应物的键能－∑生成物的键能。

4．根据盖斯定律将热化学方程式进行适当的“加”“减”等计算反应热。

5．根据物质的燃烧热数值计算
(1)在25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。

燃烧热的
单位是kJ·mol－1。

(2)燃烧热的意义
甲烷的燃烧热为890.31kJ·mol－1或ΔH＝－890.31kJ·mol－1，它表示25℃、101kPa时，1mol 甲烷完全燃烧生成CO2和液态H2O时放出890.31kJ的热量。

(3)燃烧热的计算
Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH|。

例
3氯原子对O3分解有催化作用：
O3＋Cl===ClO＋O2ΔH1
ClO＋O===Cl＋O2ΔH2
大气臭氧层的分解反应是O3＋O===2O2ΔH，该反应的能量变化如图：
下列叙述中，正确的是()
A．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E1－E3
B．O3＋O===2O2是吸热反应
C．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
D．ΔH＝E3－E2＞0
[答案] C
[解析]A项，ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝E3－E2；B项，由E2＞E3知反应物总能量大于生成物总能量，故O3＋O===2O2为放热反应；C项，据盖斯定律将两式相加得ΔH＝ΔH1＋ΔH2；D项，由于O3＋O===2O2放热，故ΔH＝E3－E2＜0。

例
4
已知：①C(s)＋H 2O(g)===CO(g)＋
H 2(g)ΔH 1＝a kJ·mol －
1
②2C(s)＋O 2(g)===2CO(g) ΔH 2＝－220kJ·mol －
1
通常人们把拆开1mol 某化学键所消耗的能量看成该化学键的键能。

已知H —H 、O==O 和O —H 键的键能分别为436kJ·mol －
1、496kJ·mol －1
和462kJ·mol －
1，则a 为( )
A ．－332
B ．－118
C ．350
D ．130 [答案] D
[解析] 根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。

根据题中给出的键能可得出热化学方程式：③2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(g) ΔH 3＝(2×436＋496－4×462)kJ·mol －1，即③2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(g) ΔH 3＝－480 kJ·mol －1，题中②2C(s)＋O 2(g)===2CO(g) ΔH 2＝－220 kJ·mol －1，根据盖斯定律(②－③)×12得①C(s)＋H 2O(g)===CO(g)＋H 2(g) ΔH 1＝(ΔH 2－ΔH 3)×1
2，即a ＝
(－220＋480)×1
2＝130，选项D 正确。

方法规律
利用化学键的键能计算ΔH 的公式为ΔH ＝反应物的总键能－反应产物的总键能。

计算时要注意正确判断出每种物质中化学键的种类及数目。

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三步分析法应用于盖斯定律的计算
(1)分析目标反应和已知反应的差异，明确①目标反应物和生成物；②需要约掉的物质。

(2)将每个已知热化学方程式两边同乘以某个合适的数，使已知热化学方程式中某种反应物或生成物的化学计量数与目标热化学方程式中的该物质的化学计量数一致，同时约掉目标反应中没有的物质，热化学方程式的反应热也进行相应的换算。

(3)将已知热化学方程式进行叠加，相应的热化学方程式中的反应热也进行叠加。

以上步骤可以概括为找目标，看来源，变方向，调系数，相叠加，得[答案]。

1．下列关于盖斯定律描述不正确的是()
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通过实验难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
2．(2018·临沂高二质检)物质A 在一定条件下可发生一系列转化，由图判断下列关系错误的是( )
A ．A →F ΔH ＝－ΔH 6
B ．ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3＋ΔH 4＋ΔH 5＋ΔH 6＝1
C ．C →F |ΔH |＝|ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 6|
D ．|ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3|＝|ΔH 4＋ΔH 5＋ΔH 6| [答案] B
[解析] 由盖斯定律可知：A →F ΔH ＝ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3＋ΔH 4＋ΔH 5＝－ΔH 6，即ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3＋ΔH 4＋ΔH 5＋ΔH 6＝0，故A 项正确、B 项错误；由C →F 可以判断，ΔH ＝ΔH 3＋ΔH 4＋ΔH 5＝－(ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 6)，故C 项正确；由A →D 知：ΔH ＝ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3＝－(ΔH 4＋ΔH 5＋ΔH 6)，故D 项正确。

3．已知在298K 时下述反应的有关数据： C(s)＋12
O 2(g)===CO(g) ΔH 1＝－110.5kJ·mol －1
C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 2＝－393.5kJ·mol －
1，则C(s)＋CO 2(g)===2CO(g)的ΔH 为( ) A ．283.5kJ·mol －
1 B ．172.5kJ·mol －
1 C ．－172.5kJ·mol －1 D ．－504kJ·mol －
1
[答案] B
[解析] ①2C(s)＋O 2(g)===2CO(g)ΔH 3＝－221 kJ·mol －1
②CO 2(g)===C(s)＋O 2(g) ΔH 4＝393.5 kJ·mol －1利用盖斯定律，①＋②可得C(s)＋CO 2(g)===2CO(g) ΔH ＝－221 kJ·mol －1＋393.5 kJ·mol －1＝172.5 kJ·mol －1。

4．已知热化学方程式：
H 2O(g)===H 2(g)＋12O 2(g) ΔH ＝241.8kJ·mol －1
H 2(g)＋12O 2(g)===H 2O(l) ΔH ＝－285.8kJ·mol －
1
当1g 液态水变为水蒸气时，其热量变化是( ) A ．吸热88kJ B ．吸热2.44kJ C ．放热4.98kJ D ．放热44kJ
[答案] B
[解析] 将两式相加得到H 2O(g)===H 2O(l) ΔH ＝－44 kJ·mol －1，所以每1 g 液态水变成水蒸气需要吸收的热量为44
18
kJ ≈2.44 kJ 。

5．化学反应过程可视为旧化学键断裂和新化学键形成的过程，H —H 键的键能为436 kJ·mol －
1，Cl —Cl 键的键能为243kJ·mol －
1，H —Cl 键的键能为431kJ·mol －
1。

已知H 2(g)＋Cl 2(g)===2HCl(g) ΔH ＝－Q kJ·mol －
1，则Q 等于( ) A ．－183 B ．183 C ．－862 D ．862
[答案] B
[解析] 依据化学反应的反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能可得，－Q ＝436＋243－2×431，故Q ＝183。

6．写出下列反应的热化学方程式：
(1)为减少SO 2的排放，常采取以下措施，将煤转化为清洁的气体燃料。

已知：①H 2(g)＋12O 2(g)===H 2O(g)ΔH 1＝－241.8kJ·mol －
1
②C(s)＋12O 2(g)===CO(g) ΔH 2＝－110.5kJ·mol －
1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式： 。

(2)已知CO(g)和CH 3OH(l)的燃烧热ΔH 分别为－283.0kJ·mol －1
和－726.5kJ·mol －
1。

请写出甲
醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为 。

[答案] (1)C(s)＋H 2O(g)===CO(g)＋H 2(g)ΔH ＝131.3kJ·mol －
1 (2)CH 3OH(l)＋O 2(g)===CO(g)＋2H 2O(l)ΔH ＝－443.5kJ·mol －1
[解析] (1)根据盖斯定律，由②－①可得：C(s)＋H 2O(g)===CO(g)＋H 2(g) 则ΔH ＝ΔH 2－ΔH 1＝(－110.5 kJ·mol －1)－(－241.8 kJ·mol －1)＝131.3 kJ·mol －1。

(2)依据燃烧热的概念写出两个热化学方程式：
①CH 3OH(l)＋3
2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2O(l)ΔH 1＝－726.5 kJ·mol －1
②CO(g)＋1
2
O 2(g)===CO 2(g) ΔH 2＝－283.0 kJ·mol －1
根据盖斯定律，由①－②可得：CH 3OH(l)＋O 2(g)===CO(g)＋2H 2O(l)， 则ΔH ＝ΔH 1－ΔH 2＝－726.5 kJ·mol －1－(－283.0) kJ·mol －1＝－443.5 kJ·mol －1。