高中化学第一章化学反应与能量第三节化学反应热的计算导学案新人教版.docx

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高中化学第一章化学反应与能量第三节化学反应热的计算导学案新人教版

第三节　化学反应热的计算

[学习目标定位]　1.知道盖斯定律的内容，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

2.学会有关反应热计算的方法技巧，进一步提高化学计算的能力。

一　盖斯定律

1.在化学科学研究中，常常需要通过实验测定物质在发生化学反应的反应热。

但是某些反应的反应热，由于种种原因不能直接测得，只能通过化学计算的方式间接地获得。

通过大量实验证明，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，这就是盖斯定律。

2.从能量守恒定律理解盖斯定律

从S→L，ΔH1<0，体系放出热量；

从L→S，ΔH2>0，体系吸收热量。

根据能量守恒，ΔH1＋ΔH2＝0。

3.根据以下两个反应：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－393.5kJ·mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－283.0kJ·mol－1

根据盖斯定律，设计合理的途径，计算出C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热ΔH。

答案　根据所给的两个方程式，反应C（s）＋O2（g）===CO2（g）可设计为如下途径：

ΔH1＝ΔH＋ΔH2

ΔH＝ΔH1－ΔH2

＝－393.5kJ·mol－1－（－283.0kJ·mol－1）

＝－110.5kJ·mol－1。

4.盖斯定律的应用除了“虚拟路径”法外，还有热化学方程式“加合”法，该方法简单易行，便于掌握。

试根据上题中的两个热化学方程式，利用“加合”法求C（s）＋

O2（g）===CO（g）的ΔH。

答案　C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－393.5kJ·mol－1

CO2（g）===CO（g）＋

O2（g）　ΔH2′＝＋283.0kJ·mol－1

上述两式相加得：

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－110.5kJ·mol－1。

归纳总结

盖斯定律的应用方法

（1）“虚拟路径”法

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。

如图所示：

则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。

（2）“加合”法

运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。

⇒

⇒

⇒

⇒

关键提醒　运用盖斯定律计算反应热的3个关键

（1）热化学方程式的化学计量数加倍，ΔH也相应加倍。

（2）热化学方程式相加减，同种物质之间可加减，反应热也相应加减。

（3）将热化学方程式颠倒时，ΔH的正负必须随之改变。

1.在25℃、101kPa时，已知：

2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g）　ΔH1

Cl2（g）＋H2（g）===2HCl（g）　ΔH2

2Cl2（g）＋2H2O（g）===4HCl（g）＋O2（g）　ΔH3

则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是（　　）

A.ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2B.ΔH3＝ΔH1＋ΔH2

C.ΔH3＝ΔH1－2ΔH2D.ΔH3＝ΔH1－ΔH2

答案　A

解析　第三个方程式可由第二个方程式乘以2与第一个方程式相加得到，由盖斯定律可知ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。

2.已知P4（白磷，s）＋5O2（g）===P4O10（s）

ΔH1＝－2983.2kJ·mol－1①

P（红磷，s）＋

O2（g）===

P4O10（s）

ΔH2＝－738.5kJ·mol－1②

试用两种方法求白磷转化为红磷的热化学方程式。

答案　

（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

（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）===4P（红磷，s）　ΔH＝－29.2kJ·mol－1。

二　反应热的计算与比较

1.已知：

①Zn（s）＋

O2（g）===ZnO（s）

ΔH＝－348.3kJ·mol－1

②2Ag（s）＋

O2（g）===Ag2O（s）

ΔH＝－31.0kJ·mol－1

则Zn（s）＋Ag2O（s）===ZnO（s）＋2Ag（s）的ΔH等于。

答案　－317.3kJ·mol－1

解析　根据盖斯定律，将方程式①－②得目标方程式，所以ΔH＝－348.3kJ·mol－1－（－31.0kJ·mol－1）＝－317.3kJ·mol－1。

2.试比较下列三组ΔH的大小（填“>”、“<”或“＝”）

（1）同一反应，生成物状态不同时

A（g）＋B（g）===C（g）　ΔH1<0

A（g）＋B（g）===C（l）　ΔH2<0

则ΔH1ΔH2。

答案　>

解析　因为C（g）===C（l）　ΔH3<0

则ΔH3＝ΔH2－ΔH1，ΔH2<ΔH1。

（2）同一反应，反应物状态不同时

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1<0

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2<0

则ΔH1ΔH2。

答案　<

解析　

ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2，又ΔH3<0，所以ΔH1<ΔH2。

（3）两个有联系的不同反应相比

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1<0

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2<0

则ΔH1ΔH2。

答案　<

解析　根据常识可知CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH3<0，又因为ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，所以ΔH2>ΔH1。

归纳总结

1.有关反应热计算的依据

（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）根据盖斯定律计算

根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式。

（3）根据物质燃烧放热数值（或燃烧热）计算

可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热。

（4）根据反应物和生成物的键能计算。

ΔH＝反应物的键能和－生成物的键能和。

2.利用状态，迅速比较反应热的大小

若反应为放热反应

（1）当反应物状态相同，生成物状态不同时，生成固体放热最多，生成气体放热最少。

（2）当反应物状态不同，生成物状态相同时，固体反应放热最少，气体反应放热最多。

（3）在比较反应热（ΔH）的大小时，应带符号比较。

对于放热反应，放出的热量越多，ΔH反而越小。

3.在相同条件下，下列两个反应放出的热量分别用ΔH1和ΔH2表示：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2

则（　　）

A.ΔH2>ΔH1B.ΔH1>ΔH2

C.ΔH1＝ΔH2D.无法确定

答案　B

解析　气态水液化时释放能量，放热越多，ΔH越小。

4.已知葡萄糖（C6H12O6）的燃烧热是2804kJ·mol－1，当它氧化生成1g水时放出的热量是（　　）

A.26.0kJB.51.9kJ

C.155.8kJD.467.3kJ

答案　A

解析　1molC6H12O6完全燃烧生成H2O为6mol（即6×18g）时放出热量2804kJ，所以当C6H12O6氧化生成1g水时放出的热量为

≈26.0kJ。

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.已知下列反应的热化学方程式：

6C（s）＋5H2（g）＋3N2（g）＋9O2（g）===2C3H5（ONO2）3（l）　ΔH1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH2

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH3

则反应4C3H5（ONO2）3（l）===12CO2（g）＋10H2O（g）＋O2（g）＋6N2（g）的ΔH为（　　）

A.12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1B.2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3

C.12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1D.ΔH1－5ΔH2－12ΔH3

答案　A

解析　将题干中反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由③×12＋②×5－①×2得目标方程式，故ΔH＝12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1。

3.黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为S（s）＋2KNO3（s）＋3C（s）===K2S（s）＋N2（g）＋3CO2（g）　ΔH＝xkJ·mol－1

已知：

碳的燃烧热　ΔH1＝akJ·mol－1

S（s）＋2K（s）===K2S（s）　ΔH2＝bkJ·mol－1

2K（s）＋N2（g）＋3O2（g）===2KNO3（s）　ΔH3＝ckJ·mol－1

则x为（　　）

A.3a＋b－cB.c＋3a－bC.a＋b－cD.c＋a－b

答案　A

解析　已知碳的燃烧热为ΔH1＝akJ·mol－1，则碳燃烧的热化学方程式为C（s）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH1＝akJ·mol－1①

又S（s）＋2K（s）===K2S（s）　ΔH2＝bkJ·mol－1②

2K（s）＋N2（g）＋3O2（g）===2KNO3（s）

ΔH3＝ckJ·mol－1③

根据盖斯定律3×①＋②－③得

S（s）＋2KNO3（s）＋3C（s）===K2S（s）＋N2（g）＋3CO2（g）　ΔH＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3＝x，即

x＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3＝（3a＋b－c）kJ·mol－1，A项正确。

4.某同学发现在灼热的煤炭上洒少量水，煤炉中会产生淡蓝色火焰，煤炭燃烧更旺，因此该同学得出结论“煤炭燃烧时加少量水，可使煤炭燃烧放出更多的热量。

”（已知煤炭的燃烧热ΔH为－393.15kJ·mol－1，氢气的燃烧热ΔH为－242kJ·mol－1，一氧化碳的燃烧热ΔH为－283kJ·mol－1）

（1）写出该同学看到燃烧现象所涉及到的所有反应的热化学方程式：

。

（2）你认为该同学的结论是否正确，请简要说明其理由：

（3）烟气（主要污染物SO2、NOx）经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。

O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为

NO（g）＋O3（g）===NO2（g）＋O2（g）

ΔH＝－200.9kJ·mol－1

NO（g）＋

O2（g）===NO2（g）

ΔH＝－58.2kJ·mol－1

SO2（g）＋O3（g）===SO3（g）＋O2（g）

ΔH＝－241.6kJ·mol－1

反应3NO（g）＋O3（g）===3NO2（g）的ΔH＝kJ·mol－1。

答案　

（1）C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.15kJ·mol－1、H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－242kJ·mol－1、CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283kJ·mol－1、C（g）＋H2O（l）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝＋131.85kJ·mol－1

（2）不正确。

因为根据盖斯定律，反应过程中的热效应与途径无关，只与反应物和生成物的状态有关

（3）－317.3

40分钟课时作业

[经典基础题]

题组1　反应热大小的比较

1.根据以下三个热化学方程式：

2H2S（g）＋3O2（g）===2SO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－Q1kJ·mol－1

2H2S（g）＋O2（g）===2S（s）＋2H2O（l）

ΔH＝－Q2kJ·mol－1

2H2S（g）＋O2（g）===2S（s）＋2H2O（g）

ΔH＝－Q3kJ·mol－1

判断Q1、Q2、Q3三者关系正确的是（　　）

A.Q1>Q2>Q3B.Q1>Q3>Q2

C.Q3>Q2>Q1D.Q2>Q1>Q3

答案　A

解析　假设已知三个方程式分别为①、②、③，则①、②相比可知①为H2S完全燃烧的热化学方程式，故放出热量比②多，即Q1>Q2；②、③相比H2O的状态不同，因为等量的水，H2O（l）比H2O（g）能量低，故放出热量Q2>Q3，则有Q1>Q2>Q3。

2.在同温同压下，下列各组热化学方程式中Q2＞Q1的是（　　）

A.2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－Q1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－Q2

B.S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH＝－Q1

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH＝－Q2

C.C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－Q1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－Q2

D.H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－Q1

H2（g）＋

Cl2（g）===HCl（g）　ΔH＝－Q2

答案　C

解析　A项，生成H2O（l）放出热量多，Q1＞Q2；B项，S（g）燃烧生成SO2（g）放出热量多，Q1＞Q2；C项，碳燃烧生成CO2比生成CO时放出热量多，Q1＜Q2；D项，生成2molHCl比生成1molHCl时放出热量多，Q1＞Q2。

3.灰锡（以粉末状存在）和白锡是锡的两种同素异形体。

已知：

①Sn（白，s）＋2HCl（aq）===SnCl2（aq）＋H2（g）　ΔH1

②Sn（灰，s）＋2HCl（aq）===SnCl2（aq）＋H2（g）　ΔH2

③Sn（灰，s）

Sn（白，s）

ΔH3＝＋2.1kJ·mol－1

下列说法正确的是（　　）

A.ΔH1＞ΔH2

B.锡在常温下以灰锡状态存在

C.灰锡转化为白锡的反应是放热反应

D.锡制器皿长期处在低于13.2℃的环境中，会自行毁坏

答案　D

解析　由③知Sn（灰）转化为Sn（白）是吸热的，当温度低于13.2℃时Sn（白）自动转化为Sn（灰），而灰锡是以粉末状存在，所以A、B、C都错，只能选D。

题组2　盖斯定律及应用

4.已知25℃、101kPa条件下：

①4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）

ΔH＝－2834.9kJ·mol－1

②4Al（s）＋2O3（g）===2Al2O3（s）

ΔH＝－3119.1kJ·mol－1

由此得出的正确结论是（　　）

A.等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为吸热反应

B.等质量的O2比O3能量高，由O2变O3为放热反应

C.O3比O2稳定，由O2变O3为吸热反应

D.O2比O3稳定，由O2变O3为放热反应

答案　A

解析　根据盖斯定律②－①得2O3（g）===3O2（g）　ΔH＝－284.2kJ·mol－1，等质量的O2能量低。

5.已知：

①2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－221.0kJ·mol－1；②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－483.6kJ·mol－1。

则制备水煤气的反应C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）的ΔH为（　　）

A.＋262.6kJ·mol－1B.－131.3kJ·mol－1

C.－352.3kJ·mol－1D.＋131.3kJ·mol－1

答案　D

解析　根据盖斯定律，把已知两个反应相加减，可求得制备水煤气反应的ΔH。

①－②得2C（s）＋2H2O（g）===2H2（g）＋2CO（g）　ΔH＝－221.0kJ·mol－1－（－483.6kJ·mol－1）＝＋262.6kJ·mol－1，则C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）的ΔH＝（＋262.6kJ·mol－1）÷2＝＋131.3kJ·mol－1。

6.向足量H2SO4溶液中加入100mL0.4mol·L－1Ba（OH）2溶液，放出的热量是5.12kJ。

如果向足量Ba（OH）2溶液中加入100mL0.4mol·L－1盐酸时，放出的热量为2.2kJ。

则Na2SO4溶液与BaCl2溶液反应的热化学方程式为（　　）

A.Ba2＋（aq）＋SO

（aq）===BaSO4（s）

ΔH＝－2.92kJ·mol－1

B.Ba2＋（aq）＋SO

（aq）===BaSO4（s）

ΔH＝－18kJ·mol－1

C.Ba2＋（aq）＋SO

（aq）===BaSO4（s）

ΔH＝－73kJ·mol－1

D.Ba2＋（aq）＋SO

（aq）===BaSO4（s）

ΔH＝－0.72kJ·mol－1

答案　B

解析　由题给条件可知

Ba2＋（aq）＋2OH－（aq）＋2H＋（aq）＋SO

（aq）===BaSO4（s）＋2H2O（l）　ΔH＝－128kJ·mol－1①

OH－（aq）＋H＋（aq）===H2O（l）

ΔH＝－55kJ·mol－1②

根据盖斯定律①－2×②可得

Ba2＋（aq）＋SO

（aq）===BaSO4（s）

ΔH＝－18kJ·mol－1。

7.已知：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

CO2（g）＋C（s）===2CO（g）　ΔH2

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH3

4Fe（s）＋3O2（g）===2Fe2O3（s）　ΔH4

3CO（g）＋Fe2O3（s）===3CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH5

下列关于上述反应焓变的判断正确的是（　　）

A.ΔH1>0，ΔH3<0B.ΔH2>0，ΔH4>0

C.ΔH1＝ΔH2＋ΔH3D.ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

答案　C

解析　C、CO的燃烧都是放热反应，故ΔH1<0、ΔH3<0，A错误；CO2与C生成CO的反应为吸热反应，则ΔH2>0，铁的氧化为放热反应，则ΔH4<0，B错误；将第二、三个热化学方程式相加可得第一个热化学方程式，C正确；将第五个热化学方程式乘2后与第四个热化学方程式相加，再除以3可得第三个热化学方程式，故ΔH3＝

，D错误。

8.已知下列热化学方程式：

①H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH＝－285.8kJ·mol－1

②H2（g）===H2（l）　ΔH2＝－0.92kJ·mol－1

③O2（g）===O2（l）　ΔH3＝－6.84kJ·mol－1

④H2O（l）===H2O（g）　ΔH4＝＋44.0kJ·mol－1

则反应H2（l）＋

O2（l）===H2O（g）的反应热ΔH为（　　）

A.＋237.46kJ·mol－1B.－474.92kJ·mol－1

C.－118.73kJ·mol－1D.－237.46kJ·mol－1

答案　D

题组3　反应热的计算及应用

9.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。

共价键的键能是两种原子间形成1mol共价键（或其逆过程）时释放（或吸收）的能量。

已知H—H键的键能为436kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为243kJ·mol－1，H—Cl键的键能为431kJ·mol－1，则H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）的反应热（ΔH）等于（　　）

A.－183kJ·mol－1B.183kJ·mol－1

C.－862kJ·mol－1D.862kJ·mol－1

答案　A

解析　ΔH＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1。

10.已知：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－196.6kJ·mol－1，实验室测得4molSO2发生上述化学反应时放出314.3kJ热量，SO2的转化率最接近于（　　）

A.40%B.50%C.80%D.90%

答案　C

解析　参加反应的SO2为

×2mol≈3.2mol，SO2的转化率为

×100%＝80%。

[能力提升题]

11.依据叙述，写出下列反应的热化学方程式。

（1）在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ。

则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为。

（2）若适量的N2和O2完全反应，每生成23gNO2需要吸收16.95kJ热量。

其热化学方程式为

。

（3）用NA表示阿伏加德罗常数，在C2H2（气态）完全燃烧生成CO2和液态水的反应中，每有5NA个电子转移时，放出650kJ的热量。

其热化学方程式为

。

（4）已知拆开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为

。

答案　

（1）CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－725.76kJ·mol－1

（2）N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）

ΔH＝＋67.8kJ·mol－1

（3）C2H2（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）

ΔH＝－1300kJ·mol－1

（4）N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）

ΔH＝－92kJ·mol－1

解析　根据反应热和燃烧热的定义计算出相关的热量，同时注意物质的状态，再书写相应的热化学方程式即可。

12.

（1）白磷与氧气可发生如下反应：

P4＋5O2===P4O10。

已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—PakJ·mol－1、P—ObkJ·mol－1、P===OckJ·mol－1、O===OdkJ·mol－1。

根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH为

。

（2）同素异形体相互转化的反应热相当小而且转化速率较慢，有时还很不完全，测定反应热很困难。

现在可根据盖斯提出的“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的”观点来计算反应热。

已知：

①P4（白磷，s）＋5O2（g）===P4O10（s）

ΔH1＝－2983.2kJ·mol－1

②P（红磷，s）＋

O2（g）===

P4O10（s）

ΔH2＝－738.5kJ·mol－1

相同状况下，能量较低的是；白磷的稳定性比红磷（填“大”或“小”）。

答案　

（1）（6a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1

（2）红磷　小

解析　

（1）化学反应的实质是旧键断裂和新键形成，其中旧化学键断裂吸收能量，新化学键形成释放能量，化学方程式P4＋5O2===P4O10中有6molP—P键和5molO===O键断裂，同时生成4molP===O键和12molP—O键，因此ΔH＝（6a＋5d－4c－12b）kJ·mol－1。

（2）依题意求：

P4（白磷，s）===4P（红磷，s）　ΔH＝？

可设计如下反应过程：

P4（白磷，s）→P4O10（s）→4P（红磷，s）；并把反应②改写成：

P4O10（s）===4P（红磷，s）＋5O2（g）　ΔH3＝－4ΔH2，据盖斯定律有ΔH＝ΔH1＋（－4ΔH2）＝