人教版高中化学选修四第三节 化学反应热的计算.doc

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第三节 化学反应热的计算
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知识梳理
1.盖斯定律
(1)内容：不管化学反应是一步或_________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_________和_________有关，而与反应的_________无关。

(2)解释：能量的释放或吸收是以________的物质为基础的，两者密不可分，但以________为主。

(3)应用：对于进行得______________的反应，不容易_________反应，________即有_________的反应，_________反应热有困难，如果应用_________，就可以_________地把它们的反应热计算出来。

例如：C （s ）+2
1O 2(g)====CO(g) 上述反应在O 2供应充分时，可燃烧生成CO 2；O 2供应不充分时，虽可生成CO ，但同时还部分生成CO 2。

因此该反应的ΔH______________。

但是下述两个反应的ΔH 却可以直接测得：
(1)C(s)+O 2(g) ====CO 2(g)
ΔH 1=－393.5 kJ ·mol -1 (2)CO(g)+2
1O 2(g) ====CO 2(g) ΔH 2=－283.0 kJ ·mol -1
根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的ΔH 。

分析上述两个反应的关系，即知：
ΔH 1=______________，ΔH 2=______________。

则C(s)与O 2(g)生成CO(g)的热化学方程式为：____________________________。

2.反应热的计算
反应热计算的主要依据是________和________的数据。

疑难突破
1.如何理解盖斯定律？
剖析：化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。

也就是说，化学反应的反应热只与反应体系的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与反应的途径无关。

如果一个反应可以分几步进行，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，这就是盖斯定律。

2.进行反应热计算应注意什么？
剖析：(1)反应热数值与各物质的化学计量数成正比，因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时，其反应热数值需同时做相同倍数的改变。

(2)热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热。

(3)正、逆反应的反应热数值相等、符号相反。

3.如何计算燃烧热？
剖析：（1）计算公式：Q 放=n(可燃物)×ΔH ，其中Q 放指可燃物完全燃烧放出的热量，ΔH 表示可燃物的燃烧热。

（2）含义：一定量的可燃物完全燃烧放出的热量，等于可燃物的物质的量乘以该物质的燃烧热。

问题探究
问题：碳不完全燃烧生成一氧化碳，但同时不可避免地会生成少量二氧化碳，因此用实验的方法不可能准确地测量出一氧化碳的生成热。

如何得到一氧化碳的生成热呢？请进行探究。

探究：（1）测定二氧化碳的生成热和一氧化碳的燃烧热，并写出热化学方程式。

（2）比较这两个反应热化学方程式与生成一氧化碳的热化学方程式的不同点，找出无关的物质变换化学计量数使其相同，再通过加减消去，然后算出热量。

一定要注意热化学方程式相加减时，能量也要相加减。

由此可以计算出一氧化碳的生成热。

典题精讲
【例1】(2010江苏高考，21(3))通常人们把拆开1 mol 某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。

键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化
SiCl 4(g)+2H 2(g)
高温 Si(s)+4HCl (g) 该反应的反应热ΔH=______________kJ ·mol -1
思路解析：根据拆键吸收能量，成键放出能量和能量守恒原理，分别求出反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和，相减即得该反应的反应热ΔH ，即
ΔH=360 kJ ·mol -1×4 mol+436 kJ ·mol -1 ×2 mol －431 kJ ·mol -1×4 mol －176 kJ ·mol
-1×2
4mol ＝236 kJ 。

答案：+236
【例2】 发射卫星时可用肼(N 2H 4)为燃料，用二氧化氮为氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。

已知：
N 2(g)+2O 2(g)====2NO 2(g) ΔH 1=+67.7 kJ ·mol -1 ①
N 2H 4(g)+O 2(g) ====N 2(g)+2H 2O(g) ΔH 2＝－534 kJ ·mol -1 ②
试计算1 mol 肼和二氧化氮完全反应时放出的热量为_________kJ ，写出肼与二氧化氮反应的热化学方程式：__________________________________________。

思路解析：由题意可知：
N 2(g)+2O 2(g)====2NO 2(g) ΔH 1=+67.7 kJ ·mol -1 ①
N 2H 4(g)+O 2(g)====N 2(g)+2H 2O(g) ΔH 2=－534 kJ ·mol -1 ②
根据盖斯定律，为在反应物中消去O 2并得到N 2H 4和NO 2的反应。

令②×2-①得：
2 N 2H 4(g)－N 2(g)====2N 2(g)+4H 2O(g)－2NO 2(g)；
ΔH ＝2ΔH 2-ΔH 1，整理得：
2 N 2H 4(g)+2NO 2(g) ====3N 2(g)+4H 2O(g)
ΔH ＝2ΔH 2－ΔH 1＝534 kJ ·mol -1×2－67.7 kJ ·mol -1＝－1 135.7 kJ ·mol -1。

则1 mol N 2H 4反应放出的热量为567.85 kJ 。

答案：567.85 2 N 2H 4(g)+2NO 2(g) ====3N 2(g)+4H 2O(g)
ΔH ＝－1 135.7 kJ ·mol -1。

【例3】已知金刚石和石墨分别在氧气中完全燃烧的热化学方程式为C （金刚石，s ）
+O 2(g)====CO 2(g)ΔH=－395.41 kJ ·mol -1,C(石墨，s)+O 2(g) ====CO 2(g) ΔH=－393.51
kJ ·mol -1,则金刚石转化为石墨时的热化学方程式为____________________________。

由此看来更稳定的碳的同素异形体为____________________________。

若取金刚石和石墨的混合晶体共 1 mol 在O 2中完全燃烧，产生热量为Q kJ,则金刚石和石墨的物质的量之比为_________（用含Q 的代数式表示）。

思路解析：由盖斯定律，要得到金刚石和石墨的转化关系，可将两个热化学方程式相减即得，C （金刚石，s ）－C(石墨，s)=0。

ΔH 3=ΔH 1－ΔH 2=－395.41 kJ ·mol -1+393.51 kJ ·mol -1=－1.90 kJ ·mol -1。

即C （金刚石，s ）====C （石墨，s) ΔH=－1.90 kJ ·mol -1。

可见金刚石转化为石墨放出热量，说明石墨的能量更低，较金刚石稳定。

金刚石395.41 Q －393.51
石墨393.51 395.41－Q
答案：C （金刚石，s ）====C （石墨，s ） ΔH=－1.90 kJ ·mol -1 石墨 Q
Q --41.39551.393 【例4】 (经典回放)已知在25 ℃、101 kPa 下，1 g C 8H 18(辛烷）燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40 kJ 的热量。

表示上述反应的热化学方程式正确的是（ ）
A. C 8H 18(l)+
2
25O 2(g)====8CO 2(g)+9H 2O(g) ΔH=－48.40 kJ ·mol -1 B. C 8H 18（l ）+2
25O 2(g) ====8CO 2(g)+9H 2O(l)；ΔH=－5 518 kJ ·mol -1 C. C 8H 18（l ）+2
25O 2(g) ====8CO 2(g)+9H 2O ；ΔH=+5 518 kJ ·mol -1 D. C 8H 18（l ）+225O 2(g) ====8CO 2(g)+9H 2O(l)；ΔH=－48.40 kJ ·mol -1 思路解析：本题考查热化学方程式的正误判断。

在25 ℃、101 kPa 下，1 mol C 8H 18燃烧生成CO 2和液态水时放出的热量为g
kJ 140.48×114 g=5 518 kJ 。

由于在判断热化学方程式时应注明以下几点：①标明各物质的状态，A 中H 2O 的状态标错，A 不正确；②标明反应是吸热还是放热，ΔH ＞0时为吸热反应，ΔH ＜0时为放热反应，C 错；③热量数值要与化学计量数相对应，显然D 错。

答案：B
【例5】 已知下列两个热化学方程式：
2H 2(g)+O 2(g)====2H 2O(l) ΔH=－571.6 kJ ·mol -1
C 3H 8(g)+5O 2(g)====3CO 2(g)+4H 2O(l)
ΔH=－2 220 kJ ·mol -1
根据上面两个热化学方程式，试回答下列问题：
(1)H2的燃烧热为____________________________，C3H8的燃烧热为______________。

(2)1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为______________。

(3)现有H2和C3H8的混合气体共5 mol ,完全燃烧时放热3 847 kJ,则在混合气体中H2和C3H8的体积比是______________。

思路解析：(1)燃烧热是指1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定化合物所放出的热量，据题给的热化学方程式可知，H2的燃烧热为571.6 kJ·mol-1÷2=285.8 kJ·mol-1，C3H8的燃烧热为2 220 kJ·mol-1。

(2)据公式Q放=n(可燃物)×ΔH，1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为285.8 kJ·mol-1×1 mol+2 220 kJ·mol-1×2 mol=4 725.8 kJ。

(3)设混合气体H2的物质的量为x，
则C3H8的物质的量为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，
则5 mol －x=1.25 mol。

故V(H2)∶V(C3H8)=3.75 mol ∶1.25 mol=3∶1。

答案：(1)285.8 kJ·mol-1 2 220 kJ·mol-1
(2)4 725.8 kJ (3)3∶1
知识导学
在学习盖斯定律时要把教材上的“山的高度与上山的途径无关”这一形象的比喻迁移到盖斯定律的理解上来，然后运用能量守恒定律加以验证，再通过实例感受盖斯定律的应用及在科学研究中的重要意义。

利用盖斯定律可以从已经精确测定的反应热效应来计算难于测量或不能测量的反应的热效应。

化学反应的热效应可以用实验方法测得，但许多化学反应由于速率过慢，测量时间过长，因热量散失而难于测准反应热，也有一些化学反应由于条件难于控制，产物不纯，也难于测准反应热。

于是如何通过热化学方法计算反应热，成为化学家关注的问题。

热效应与参与反应的各物质的本性、聚集状态、完成反应的物质数量，反应进行的方式、温度、压力等因素均有关，这就要求涉及的各个反应式必须是严格完整的热化学方程式。

各个反应涉及的同一物质应具有相同的聚集状态。

反应热用盖斯定律的方法计算，需设计不同的途径，用已知反应的热效应来计算。

疑难导析
可通过对比与之类似的物理学中的位移、重力做功来理解盖斯定律。

要弄清盖斯定律与起始状态有无关系，与反应的途径有无关系。

反应热的计算是前面所学知识和技能的综合运用，涉及了反应热、燃烧热、盖斯定律等概念，及物质的量在化学方程式中的计算等。

要清楚反应热数值与各物质的化学计量数的关系，反应热与反应的进行有什么关系，正、逆反应的反应热的数值和符号。

在解决这些问题时，要注意物质质量守恒和能量守恒原理。

计算燃烧热要先弄清可燃物燃烧放出的热量与可燃物燃烧热及物质的量的关系。

问题导思
热化学方程式与数学上的方程式一样，因此可类比代数方程式那样叠加。

根据盖斯定律，要得到一氧化碳的生成热，先要选取易于测定生成热的二氧化碳的生成反应和易于测定燃烧热的一氧化碳的燃烧反应，设计反应途径，再通过加减消去，即可得到一氧化碳的生成热。

典题导考
绿色通道：利用化学键键能可以求算化学反应的反应热，公式是ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和。

【典题变式1】
1.已知H —H 键能（断裂时吸收或生成时放出的热量）为436 kJ ·mol -1， H —N 键能为319
kJ ·mol -1，根据化学方程式N 2+3H 2 催化剂 高温高压 2NH 3 ΔH=+92.4 kJ ·mol -1
，则N ≡N 键的键能是（ ）
A.431 kJ ·mol -1
B.946 kJ ·mol -1
C.649 kJ ·mol -1
D.896 kJ ·mol -1
答案:B
2.已知1 mol H 2分子中化学键断裂时吸收436 kJ 的能量，1 mol Cl 2分子中化学键断裂时吸收243 kJ 的能量，1 mol HCl 分子中化学键形成时放出431 kJ 的能量，则H 2+Cl 2====2HCl
的反应热为_________kJ ·mol -1。

答案:-183
绿色通道：利用盖斯定律结合已知反应的反应热可以求解一些相关反应的反应热。

解此类题的关键是善于设计合理的反应过程，适当加减已知方程式及反应热。

【典题变式2】(2010天津高考)磷在氧气中燃烧，可能生成两种固态氧化物。

3.1 g 的单质磷(P)在3.2 g 的氧气中燃烧，至反应物耗尽，并放出x kJ 热量。

(1)通过计算确定反应产物的组成(用化学式表示)是_________，其相应的质量(g)为_________。

(2)已知单质磷的燃烧热为y kJ ·mol -1，则1 mol P 与O 2反应生成固态P 2O 3的反应热Δ
H=______________。

(3)写出1 mol P 与O 2反应生成固态P 2O 3的热化学方程式：__________________________。

答案:(1)P 2O 3 ，P 2O 5 2.75，3.55 (2)－(20x —y) kJ ·mol -1 (3)P(s)+43O 2(g)====2
1P 2O 3(s) ΔH=－(20x —y) kJ ·mol -1 绿色通道：根据盖斯定律可以得出物质之间的转化的热化学方程式，根据焓变可以比较物质的稳定性。

【典题变式3】科学家发现，不管化学反应是一步完成还是分几步完成，该反应的热效应是
相同的，已知在25 ℃、105 Pa 时，1 mol C （石墨）完全燃烧生成CO 2气体，放热393.15 kJ ·mol -1，
1 mol CO 完全燃烧生成CO 2气体，放热283.0 kJ ·mol -1，下列说法正确的是（ ）
A.在25 ℃、105Pa 时，C （石墨）燃烧生成CO 气体的热化学方程式是
2C （石墨）+O 2（g ）====2CO （g ）ΔH=-110.5 kJ ·mol -1
B.C （石墨）不完全燃烧生成CO 2和CO 气体时，放热280.3 kJ ·mol -1
C.C （石墨）和CO 2反应生成CO 气体的反应是吸热反应
D.如果金刚石燃烧生成CO 2的反应热大于石墨燃烧生成CO 2的反应热，则可以断定从石墨变为金刚石的反应需要吸热
答案:CD
绿色通道：热化学方程式正误的判断可从状态、ΔH 正负号、数值及物质的量等主要方面入手。

【典题变式4】
1.(2010全国高考理综，Ⅰ)已知充分燃烧a g 乙炔气体时生成1 mol 二氧化碳气体和液态水，并放出热量b kJ ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是（ ）
A.2C 2H 2（g ）+5O 2（g ）====4CO 2（g ）+2H 2O （l ）；ΔH=－4b kJ ·mol -1
B.C 2H 2（g ）+2
5O 2（g ）====2CO 2（g ）+H 2O （l ）；ΔH=2b kJ ·mol -1 C.2C 2H 2（g ）+5O 2（g ）====4CO 2（g ）+2H 2O （l ）；ΔH=－2b kJ ·mol -1
D.2C 2H 2（g ）+5O 2（g ）====4CO 2（g ）+2H 2O （l ）；ΔH=b kJ ·mol -1
答案:A
2.0.3 mol 的气态高能燃料乙硼烷（B 2H 6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ 的热量，其热化学方程式为________________________________________。

答案:B 2H 6(g)+3O 2(g)====B 2O 3(s)+3H 2O(l) ΔH=－2 165 kJ ·mol -1
绿色通道：在有关反应热的简单计算时要牢记和充分理解反应热的概念，同时结合反应热的计算公式Q 放=n(可燃物)×ΔH ，就能顺利解决问题。

【典题变式5】
1.已知2H 2（g ）+O 2(g)====2H 2O(l)ΔH=－571.6 kJ ·mol -1 CO(g)+ 2
1O 2(g) ====CO 2(g) ΔH=－282.9 kJ ·mol -1 某H 2和CO 的混合气体完全燃烧时放出113.74 kJ 的热量，同时生成3.6 g 液态水，则原混合气体中H 2和CO 的物质的量之比为（ ）
A.2∶1
B.1∶2
C.1∶1
D.2∶3 答案:C
2.已知H 2燃烧的热化学方程式：
H 2(g)+ 2
1O 2(g) ====H 2O(l) ΔH=－285.8 kJ ·mol -1 实验测得体积比为3∶1的H 2和C 3H 8的混合气体的物质的量为5 mol ，完全燃烧时放出的热量为3 847 kJ ，试推算出表示C 3H 8燃烧热的热化学方程式。

答案:C 3H 8(g)+5O 2(g) ====3CO 2(g)+4H 2O(l) ΔH=－2 220 kJ ·mol -1。