高中化学化学反应与能量转化 第1节 化学反应的热效应第2课时热化学方程式反应焓变的计算教学案.docx

高中化学化学反应与能量转化 第1节 化学反应的热效应第2课时热化学方程式反应焓变的计算教学案.docx

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高中化学化学反应与能量转化第1节化学反应的热效应第2课时热化学方程式反应焓变的计算教学案

第2课时热化学方程式、反应焓变的计算

[课标要求]

1．能正确书写热化学方程式并利用热化学方程式进行简单计算。

2．知道盖斯定律的内容，能运用盖斯定律计算化学反应的反应热。

1．热化学方程式前面的系数不代表分子个数，代表物质的量。

2．同一反应的热化学方程式系数不同，ΔH不同。

3．书写热化学方程式应注明物质的聚集状态、反应温度和ΔH的

正、负值、单位等。

4．焓变与反应途径无关，只与反应的始态和终态有关。

焓变的运

算是包括符号在内的代数运算。

1．概念

把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来的式子。

2．意义

（1）表示化学反应中的物质变化。

（2）表示化学反应中的焓变。

例如：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1，表示在25_℃和101kPa下，1_molH2（g）与

molO2（g）完全反应生成1_molH2O（l）时放出285.8kJ的热量。

其中O2前边的系数，只代表物质的量，不能代表分子数。

3．书写原则

（1）热化学方程式的系数只表示物质的量，不表示分子个数，可以用整数也可以用分数。

（2）必须注明物质的聚集状态、ΔH的“＋、－”和单位。

（3）对于相同反应，ΔH的数值必须与化学计量数对应。

4．实例

8g甲烷完全燃烧生成液态水时放出445kJ的热量，该反应的热化学方程式为CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890kJ·mol－1。

1．1g氢气在氧气中燃烧生成液态水，放出142.9kJ的热量，表示该反应的热化学方程式是（　　）

A．H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

　　　　　　　　ΔH＝－285.8kJ·mol－1

B．H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）

　　　　　　　　ΔH＝－285.8kJ·mol－1

C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ

D．H2＋

O2===H2O　ΔH＝－285.8kJ·mol－1

解析：

选A　由1g氢气燃烧生成液态水放出142.9kJ的热量可知，1molH2燃烧生成液态水放出285.8kJ的热量，则ΔH＝－285.8kJ·mol－1。

2．写出下列反应的热化学方程式。

（1）N2（g）与H2（g）反应生成17gNH3（g），放出46.1kJ热量。

________________________________________________________________________

（2）1molC2H5OH（l）完全燃烧生成CO2（g）和H2O（l），放出1366.8kJ热量。

________________________________________________________________________

（3）1molCO完全转化为CO2放出283kJ的热量。

________________________________________________________________________

（4）24gC（s）与足量H2O（g）反应生成CO（g）和H2（g），吸收262.6kJ热量。

________________________________________________________________________

解析：

（1）1molN2（g）与3molH2（g）完全反应生成2molNH3（g）时放出的热量为46.1kJ×2＝92.2kJ。

（2）C2H5OH燃烧的化学方程式为C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O，故C2H5OH（l）完全燃烧生成CO2和H2O（l）的热化学方程式为C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1366.8kJ·mol－1。

（3）CO转化为CO2的化学方程式为2CO＋O2===2CO2,2molCO生成CO2放出热量为2×283kJ＝566kJ，则反应的热化学方程式为2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566kJ·mol－1。

（4）1molC（s）与足量H2O（g）反应生成CO（g）和H2（g）吸收的热量为

＝131.3kJ。

答案：

（1）N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）

ΔH＝－92.2kJ·mol－1

（2）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1366.8kJ·mol－1

（3）2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）

ΔH＝－566kJ·mol－1

（4）C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH＝＋131.3kJ·mol－1

[方法技巧]

热化学方程式的书写步骤与注意事项

1.书写“三”步骤

（1）写出配平的化学方程式。

（2）注明物质的聚集状态。

（3）写出ΔH的数值、单位及符号。

2.注意“五”事项

（1）要在物质的化学式后面用括号注明各物质的聚集状态。

一般用英文字母g、l和s分别表示气态、液态和固态，水溶液中的溶质则用aq表示。

（2）ΔH的单位是kJ·mol－1。

（3）根据焓的性质，对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其ΔH也不同。

若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH的数值也加倍。

（4）热化学方程式中不用“↑”“↓”，“===”上不用标明反应条件。

（5）必须标明ΔH的符号，放热反应ΔH为“－”，吸热反应ΔH为“＋”，正负号不可省略。

1．盖斯定律

对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应的焓变都是一样的，这一规律称为盖斯定律。

2．反应热特点

（1）反应的热效应只与始态、终态有关，与反应途径无关。

（2）反应热总值一定，如下图表示始态到终态的反应热。

则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。

3．应用实例

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

（2）CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－283.0kJ·mol－1，求C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反应热ΔH。

根据盖斯定律，知：

ΔH1＝ΔH＋ΔH2，

则：

ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5_kJ·mol－1－（－283.0_kJ·mol－1）＝－110.5_kJ·mol－1。

[特别提醒]　同一物质三态变化与反应热的关系：

A（g）

A（l）

A（s）。

1．已知：

①C（石墨，s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－393.1kJ·mol－1

②C（金刚石，s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－395.0kJ·mol－1

由石墨变成金刚石是放热反应还是吸热反应？

判断金刚石和石墨哪种物质稳定性更强。

提示：

由①－②得：

C（石墨，s）===C（金刚石，s）　ΔH＝＋1.9kJ·mol－1，石墨变成金刚石是吸热反应；石墨的稳定性更强。

2．已知①H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）

ΔH3＝－241.8kJ·mol－1

和②H2O（g）===H2O（l）　ΔH4＝－44kJ·mol－1

根据①和②，如何求出氢气的燃烧热？

提示：

要计算H2的燃烧热，即求热化学方程式：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）的反应热，此时需要将气态水转化为液态水。

根据盖斯定律知：

ΔH＝ΔH3＋ΔH4＝（－241.8kJ·mol－1）＋（－44kJ·mol－1）＝－285.8kJ·mol－1。

3．相同质量的H2分别与O2完全反应时生成液态水和气态水，哪一个放出的热量多？

提示：

生成液态水放出的热量多。

1．应用盖斯定律的常用方法

（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）加和法

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利用同侧相加、异侧相减进行处理。

④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。

⑤实施叠加并确定反应热的变化。

2．应用盖斯定律计算反应热时的注意事项

（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。

1．已知：

Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH＝＋234.1kJ·mol－1　①

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1　②

则2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH是（　　）

A．－824.4kJ·mol－1　　　　B．－627.6kJ·mol－1

C．－744.7kJ·mol－1D．－169.4kJ·mol－1

解析：

选A　根据盖斯定律，由②×

－①得ΔH＝－393.5kJ·mol－1×

－234.1kJ·

mol－1＝－824.4kJ·mol－1。

2．已知：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）ΔH1＝－196.6kJ·mol－1　①

2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）

ΔH2＝－113.0kJ·mol－1　②

则反应NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

解析：

根据盖斯定律，由①×

－②×

可得，SO2（g）＋NO2（g）SO3（g）＋NO（g），

则ΔH＝

ΔH1－

ΔH2＝

×（－196.6kJ·mol－1）－

×（－113.0kJ·mol－1）＝－41.8kJ·

mol－1。

答案：

－41.8

计算依据

计算方法

热化学方

程式

热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正负号，各项的系数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数

根据盖斯

定律

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

根据燃烧热

可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热

根据化学键

的键能

ΔH＝反应物化学键键能总和－生成物化学键键能总和

根据反应物

和生成物的

总能量

ΔH＝E（生成物）－E（反应物）

1．已知：

①2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1；

②2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋483.6kJ·mol－1。

现有18g液态H2O，蒸发时吸收的热量为（　　）

A．88kJ　　　　　　　　　B．44kJ

C．4.89kJD．2.45kJ

解析：

选B　①×

＋②×

，得H2O（g）===H2O（l）　ΔH＝－44kJ·mol－1，故H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44kJ·mol－1。

m（H2O）＝18g，n（H2O）＝

＝1mol，故18g液态H2O蒸发时吸收的热量为44kJ，B项正确。

2．已知CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－Q1kJ·mol－1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－

Q2kJ·mol－1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－

Q3kJ·mol－1

常温下取体积比为4∶1的甲烷和氢气的混合气体11.2L（标准状况），经完全燃烧后恢复到室温，则放出的热量（单位：

kJ）为（　　）

A．0.4Q1＋0.05Q3B．0.4Q1＋0.05Q2

C．0.4Q1＋0.1Q3D．0.4Q1＋0.2Q2

解析：

选A　混合气体的物质的量为

＝0.5mol，所以混合气体中CH4、H2的物质的量分别为0.5mol×

＝0.4mol和0.5mol－0.4mol＝0.1mol，根据两种气体燃烧的热化学方程式及题意（反应后恢复至室温，H2O为液态）知反应后放出的热量为Q1kJ·mol－1×0.4mol＋

Q3kJ·mol－1×0.1mol＝0.4Q1＋0.05Q3。

1．直接比较法

依照规律、经验和常识直接判断不同反应的ΔH的大小。

（1）吸热反应的ΔH肯定比放热反应的ΔH大（前者ΔH大于0，后者ΔH小于0）。

（2）物质燃烧时，可燃物的量越大，燃烧放出的热量越多，ΔH反而越小。

（3）等量的可燃物完全燃烧放出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多，但ΔH小。

（4）同一反应，产物相同时，气态物质燃烧所放出的热量比固态物质燃烧所放出的热量多。

（5）同一反应，反应物相同时，生成液态物质放出的热量比生成气态物质所放出的热量多。

（6）中和反应生成等量的水时，强酸与强碱的稀溶液反应比弱酸与强碱（或强碱与弱酸、弱碱与弱酸）的稀溶液反应放出的热量多，但ΔH小。

（7）对于可逆反应，因反应不能进行完全，实际反应过程中放出或吸收的热量要小于相应热化学方程式中的反应热数值。

例如：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＝－197kJ·mol－1，则向密闭容器中通入2molSO2（g）和1molO2（g），反应达到平衡后，放出的热量要小于197kJ。

2．利用盖斯定律比较法

利用盖斯定律，设计不同反应途径，由能量守恒定律列式比较。

如：

（1）同一反应，生成物状态不同时：

A（g）＋B（g）===C（g）　ΔH1＜0①

A（g）＋B（g）===C（l）　ΔH2＜0②

因为反应②－①为：

C（g）===C（l）　ΔH3＝ΔH2－ΔH1，而ΔH3＜0，所以ΔH2＜ΔH1。

（2）同一反应，反应物状态不同时：

A（g）＋B（g）===C（g）　ΔH1＜0　①

A（s）＋B（g）===C（g）　ΔH2＜0　②

因为ΔH2＝ΔH3＋ΔH1，且ΔH3＞0，所以ΔH2＞ΔH1。

[特别提醒]

在进行ΔH的大小比较时，需要注意ΔH的“＋”、“－”、数值和单位属于一个整体，不能随意分割。

（1）在比较两个热化学方程式中ΔH的大小时，比的是其代数值，要带“＋”、“－”进行比较。

（2）在比较两个反应放出或吸收的热量多少时，比的是其绝对值，应去掉“＋”、“－”进行比较。

1．已知：

CO2（g）＋C（s）===2CO（g）　ΔH1

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH2

CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）　ΔH3

CuO（s）＋CO（g）===Cu（s）＋CO2（g）　ΔH4

2CuO（s）＋C（s）===2Cu（s）＋CO2（g）　ΔH5

下列关于上述反应焓变的判断不正确的是（　　）

A．ΔH1＞0　　　　　　B．ΔH2＞0

C．ΔH2＜ΔH3D．ΔH5＝2ΔH4＋ΔH1

解析：

选C　分别给各反应编号。

A项，此反应是吸热反应，ΔH1＞0，正确；B项，生成水煤气的反应是吸热反应，ΔH2＞0，正确；C项，根据盖斯定律，反应②－反应③得反应①。

即ΔH1＝ΔH2－ΔH3＞0，则ΔH2＞ΔH3，错误；D项，CuO（s）＋CO（g）===Cu（s）＋CO2（g）　ΔH4　④，④×2＋①得出：

2CuO（s）＋C（s）===2Cu（s）＋CO2（g）　ΔH5＝2ΔH4＋ΔH1，正确。

2．下列各组热化学方程式中，ΔH1＞ΔH2的是（　　）

①C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2

②S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2

④CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH1

CaO（s）＋H2O（l）===Ca（OH）2（s）　ΔH2

A．①③④B．②③④

C．①②③④D．①②③

解析：

选C　①碳完全燃烧放热多，放热越多，ΔH越小，则ΔH1＞ΔH2；②固态S的能量低于气态S的能量，因此气态硫燃烧放热多，则ΔH1＞ΔH2；③参加反应的氢气越多，放热越多，则ΔH1＞ΔH2；④碳酸钙分解吸热，氧化钙溶于水生成氢氧化钙放热，则ΔH1＞ΔH2。

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．已知在25℃、101kPa下，1gC8H18（辛烷）燃烧生成二氧化碳和液态水放出48.40kJ热量，表示上述反应的热化学方程式正确的是（　　）

A．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）

ΔH＝－48.40kJ·mol－1

B．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）

ΔH＝－5518kJ·mol－1

C．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）

ΔH＝＋5518kJ·mol－1

D．C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）

ΔH＝＋48.40kJ·mol－1

解析：

选B　由题意可知：

114g（1mol）C8H18燃烧放出5518kJ热量，故B正确。

2．在1200℃时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应：

H2S（g）＋

O2（g）===SO2（g）＋H2O（g）　ΔH1

2H2S（g）＋SO2（g）===

S2（g）＋2H2O（g）　ΔH2

H2S（g）＋

O2（g）===S（g）＋H2O（g）　ΔH3

2S（g）===S2（g）　ΔH4

则ΔH4的正确表达式为（　　）

A．ΔH4＝

（ΔH1＋ΔH2－3ΔH3）

B．ΔH4＝

（3ΔH3－ΔH1－ΔH2）

C．ΔH4＝

（ΔH1＋ΔH2－3ΔH3）

D．ΔH4＝

（ΔH1－ΔH2－3ΔH3）

解析：

选A　根据盖斯定律将第1个反应和第2个反应都乘以

，相加再减去第3个反应的2倍就得到反应2S（g）===S2（g），故ΔH4＝

（ΔH1＋ΔH2）－2ΔH3，即答案为A。

3．已知下列热化学方程式：

①CH3COOH（l）＋2O2（g）===2CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH1＝－870.3kJ·mol－1；

②C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－393.5kJ·mol－1；③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH3＝－285.8kJ·mol－1，则反应2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）===CH3COOH（l）的ΔH为（　　）

A．＋488.3kJ·mol－1　　　B．－244.15kJ·mol－1

C．＋244.15kJ·mol－1D．－488.3kJ·mol－1

解析：

选D　根据盖斯定律，②×2＋③×2－①即得题中反应，ΔH＝－393.5×2－285.8×2＋870.3＝－488.3（kJ·mol－1）。

4．已知H2（g）＋Br2（l）===2HBr（g）　ΔH＝－72kJ·mol－1，蒸发1molBr2（l）需要吸收的能量为30kJ，其他相关数据如下表：

H2（g）

Br2（g）

HBr（g）

1mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ

436

a

369

则表中a为（　　）

A．404B．260

C．230D．200

解析：

选D　根据题意，结合盖斯定律有：

H2（g）＋Br2（g）===2HBr（g）　ΔH＝－102kJ·

mol－1，而化学反应的反应热ΔH等于破坏反应物化学键所吸收的能量－形成生成物化学键所放出的能量，即－102kJ·mol－1＝436kJ·mol－1＋akJ·mol－1－2×369kJ·mol－1，a＝200。

5．已知下列两个热化学方程式：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）ΔH＝－571.6kJ·mol－1

C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（l）ΔH＝－2220kJ·mol－1

根据上面两个热化学方程式，试完成下列问题：

（1）1molH2和2molC3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为________。

（2）现有H2和C3H8的混合气体共5mol，完全燃烧时放热3847kJ，则在混合气体中H2和C3H8的体积比是________。

（3）已知：

H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44.0kJ·mol－1。

试写出丙烷燃烧生成CO2和水蒸气时的热化学方程式：

__________________________________________________________。

解析：

（1）1molH2和2molC3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为285.8kJ·

mol－1×1mol＋2220kJ·mol－1×2mol＝4725.8kJ。

（2）设混合气体中H2的物质的量为x，则C3H8的物质的量为5mol－x，所以：

285.8kJ·mol－1×x＋（5mol－x）×2220kJ·mol－1＝3847kJ，解方程得x＝3.75mol，则5mol－x＝1.25mol，故V（H2）∶V（C3H8）＝3.75mol∶1.25mol＝3∶1。

答案：

（1）4725.8kJ

（2）3∶1

（3）C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（g）

ΔH＝－2044kJ·mol－1

1．已知热化学方程式2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH1＝－571.6kJ·mol－1，则下列关于热化学方程式2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH2的说法正确的是（　　）

A．热化学方程式中的系数表示分子数

B．该反应中ΔH2>0

C．该反应中ΔH2＝－571.6kJ·mol－1

D．该反应与题述反应互为可逆反应

解析：

选B　热化学方程式中的系数表示物质的物质的量，不表示分子数。

该反应是2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH1＝－571.6kJ·mol－1逆向进行的反应，其反应热ΔH2＝＋571.6kJ·mol－1，但该反应与题述反应不互为可逆反应，因为二者的反应条件不同。

2．热化学方程式C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH＝＋131.3kJ·mol－1表示（　　）

A．碳和水反应吸收131.3kJ能量

B．1mol碳和1mol水反应生成1mol一氧化碳和1mol氢气并吸收131.3kJ热量

C．1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气，吸收热量131.3kJ

D．1个固态碳原子和1个水蒸气分子反应吸收热量131.3kJ

解析：

选C　题中热化学方程式表示1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol