高中化学：第一章 第三节 化学反应热的计算.pdf

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1、1 第三节第三节化学反应热的计算化学反应热的计算 目标要求1.理解盖斯定律的意义。2.能用盖斯定律和热化学方程式进行有关反应热的简单计算。一、盖斯定律 1含义(1)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。(2)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。例如，H1、H2、H3之间有如下的关系：H1H2H3。2意义 利用盖斯定律，可以间接地计算一些难以测定的反应热。例如：C(s)12O2(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 不易测定，但是下述两个反应的 H

2、 却可以直接测得：(1)C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJmol1(2)CO(g)12O2(g)=CO2(g)H2283.0 kJmol1 根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的 H。分析上述两个反应的关系，即知：HH1H2。则 C(s)与 O2(g)生成 CO(g)的热化学方程式为 C(s)12O2(g)=CO(g)H110.5 kJmol1。思维拓展 热化学方程式的性质1热化学方程式可以进行方向改变，方向改变时，反应热数值不变，符号相反。2热化学方程式中物质的化学计量数和反应热可以同时改变倍数。3热化学方程式可以叠加，叠加时，物质和反应热同时叠加。二、反应热的计算 1根据热

3、化学方程式进行物质和反应热之间的求算 例 1由氢气和氧气反应生成 4.5 g 水蒸气放出 60.45 kJ 的热量，则反应：2H2(g)O2(g)=2H2O(g)的 H 为()A483.6 kJmol1 B241.8 kJmol1 C120.6 kJmol1 D241.8 kJmol1 解析已知 4.5 g 水蒸气生成时放热 60.45 kJ，要求方程式中生成 2 mol H2O(g)的 H，比例关系：4.5 g2 mol 18 gmol160.45 kJQ 解得 Q483.6 kJ，故 H483.6 kJmol1。答案A 2利用燃烧热数据，求算燃烧反应中的其它物理量 例 2甲烷的燃烧热 H8

4、90.3 kJmol1 1 kg CH4在 25，101 kPa 时充分燃烧生成液态水放出的热量约为()2 A5.56104 kJmol1 B5.56104 kJmol1 C5.56104 kJ D5.56104 kJ 解析16 g CH4燃烧放出 890.3 kJ 热量，1 kg CH4燃烧放出的热量为890.3 kJ16 g1 000 g55 643.75 kJ5.56104 kJ。答案C 3利用盖斯定律的计算 例 3已知下列热化学方程式：Fe2O3(s)3CO(g)=2Fe(s)3CO2(g)H126.7 kJmol1 3Fe2O3(s)CO(g)=2Fe3O4(s)CO2(g)H250

5、.75 kJmol1 Fe3O4(s)CO(g)=3FeO(s)CO2(g)H336.5 kJmol1 则反应 FeO(s)CO(g)=Fe(s)CO2(g)的焓变为()A7.28 kJmol1 B7.28 kJmol1 C43.68 kJmol1 D43.68 kJmol1 解析根据盖斯定律，首先考虑目标反应与三个已知反应的关系，三个反应中，FeO、CO、Fe、CO2是要保留的，而与这四种物质无关的 Fe2O3、Fe3O4要通过方程式的叠加处理予以消去：因此将32 得到：6FeO(s)6CO(g)6Fe(s)6CO2(g)H43.65 kJmol1 化简：FeO(s)CO(g)Fe(s)CO

6、2(g)H7.28 kJmol1 答案A 知识点一盖斯定律及应用 1运用盖斯定律解答问题 通常有两种方法：其一，虚拟路径法：如 C(s)O2(g)=CO2(g)，可设置如下：H1H2H3 其二：加合(或叠加)法：即运用所给方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。如：求 P4(白磷)=4P(红磷)的热化学方程式。已知：P4(s，白磷)5O2(g)=P4O10(s)H1 4P(s，红磷)5O2(g)=P4O10(s)H2 即可用得出白磷转化为红磷的热化学方程式。答案P4(白磷)=4P(红磷)HH1H2 2已知：H2O(g)=H2O(l)HQ1 kJmol1 C2H5OH(g)=C2H5OH(l)

7、HQ2 kJmol1 C2H5OH(g)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(g)HQ3 kJmol1 若使 46 g 酒精液体完全燃烧，最后恢复到室温，则放出的热量为()A(Q1Q2Q3)Kj B0.5(Q1Q2Q3)kJ C(0.5Q11.5Q20.5Q3)kJ D(3Q1Q2Q3)kJ 答案D 解析46 g 酒精即 1 mol C2H5OH(l)3 根据题意写出目标反应 C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H 然后确定题中各反应与目标反应的关系 则 H(Q3Q23Q1)kJmol1 知识点二反应热的计算 3已知葡萄糖的燃烧热是 H2 840 kJmol1，当它氧化

8、生成 1 g 液态水时放出的热量是()A26.0 kJ B51.9 kJ C155.8 kJ D467.3 kJ 答案A 解析葡萄糖燃烧的热化学方程式是 C6H12O6(s)6O2(g)6CO2(g)6H2O(l)H2 840 kJmol1 据此建立关系式6H2OH 618 g 2 840 kJ 1 g x kJ 解得 x2 840 kJ 1 g6 18 g26.3 kJ，A 选项符合题意。4已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol1 CO(g)12O2(g)=CO2(g)H282.8 kJmol1 现有 CO、H2、CO2组成的混合气体 67.2L(标准状况)，经

9、完全燃烧后放出的总热量为710.0 kJ，并生成 18 g 液态水，则燃烧前混合气体中 CO 的体积分数为()A80%B50%C60%D20%答案B 解析根据生成 18 g 液态 H2O 知混合气体中含 1 mol H2，该反应产生的热量为571.62 kJ 285.8 kJ。CO 燃烧放出的热量为 710.0 kJ285.8 kJ424.2 kJ，则 CO 的物质的量为 n(CO)424.2 kJ282.8 kJmol11.5 mol，V(CO)%100%50%。练基础落实 1已知：(1)Zn(s)1/2O2(g)=ZnO(s)H348.3 kJmol1(2)2Ag(s)1/2O2(g)=A

10、g2O(s)H31.0 kJmol1 则 Zn(s)Ag2O(s)=ZnO(s)2Ag(s)的 H 等于()A317.3 kJmol1 B379.3 kJmol1 C332.8 kJmol1 D317.3 kJmol1 答案A 解析HH1H2348.3 kJmol1(31.0 kJmol1)317.3 kJmol1 2已知 25、101 kPa 条件下：4Al(s)3O2(g)=2Al2O3(s)H2 834.9 kJmol1 4Al(s)2O3(g)=2Al2O3(s)4 H3 119.1 kJmol1 由此得出的正确结论是()A等质量的 O2比 O3能量低，由 O2变为 O3为吸热反应 B

11、等质量的 O2比 O3能量低，由 O2变为 O3为放热反应 CO3比 O2稳定，由 O2变为 O3为吸热反应 DO2比 O3稳定，由 O2变为 O3为放热反应 答案A 解析将两个热化学方程式叠加处理得：3O2(g)2O3(g)H284.2 kJmol1，所以 O2变为 O3的反应是吸热反应，O2的能量低，O2更稳定。3能源问题是人类社会面临的重大课题，H2、CO、CH3OH 都是重要的能源物质，它们的燃烧热依次为285.8 kJmol1、282.5 kJmol1、726.7 kJmol1。已知 CO 和 H2在一定条件下可以合成甲醇 CO(g)2H2(g)=CH3OH(l)。则 CO 与 H2

12、反应合成甲醇的热化学方程式为()ACO(g)2H2(g)=CH3OH(l)H127.4 kJmol1 BCO(g)2H2(g)=CH3OH(l)H127.4 kJmol1 CCO(g)2H2(g)=CH3OH(g)H127.4 kJmol1 DCO(g)2H2(g)=CH3OH(g)H127.4 kJmol1 答案A 解析根据目标反应与三种反应热的关系，利用盖斯定律，首先计算出目标反应的反应热 H2(285.8 kJmol1)(282.5 kJmol1)(726.7 kJmol1)127.4 kJmol1。4 已知火箭燃料二甲基肼(CH3NHNHCH3)的燃烧热为6 000 kJmol1，则

13、30 g二甲基肼完全燃烧放出的热量为()A1 500 kJ B3 000 Kj C6 000 kJ D12 000 kJ 答案B 解析二甲基肼的相对分子质量是 60,30 g 二甲基肼是 0.5 mol，放出的热量是燃烧热的一半，即 3 000 kJ。练方法技巧 用关系式求反应热 5在一定条件下，充分燃烧一定量的丁烷放出热量为 Q kJ(Q0)，经测定完全吸收生成的 CO2需消耗 5 molL1的 KOH 溶液 100 mL，恰好生成正盐，则此条件下反应 C4H10(g)132 O2(g)=4CO2(g)5H2O(g)的 H 为()A8Q kJmol1 B16Q kJmol1 C8Q kJmo

14、l1 D16Q kJmol1 答案D 解析建立关系式：C4H104CO28KOHH 1 mol 4 mol 8 mol H 5 molL10.1L QkJ 则 H8 mol Q kJmol10.5 mol16Q kJmol1 练综合拓展 6比较下列各组热化学方程式中 H 的大小关系。(1)S(s)O2(g)=SO2(g)H1 S(g)O2(g)=SO2(g)H2 H1_H2(2)CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H1 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H2 H1_H2 5(3)煤作为燃料有两种途径：途径 1直接燃烧 C(s)O2(g)=CO2(g)H10 再

15、燃烧水煤气：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H30 2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H4(2)(3)H1H212(H3H4)解析反应热的大小与反应物、生成物的状态有关，与反应物的多少有关。比较 H 时，应包括符号，对于放热反应，热值越大，H 越小。7发射卫星时可用肼(N2H4)作燃料，用二氧化氮作氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。已知：N2(g)2O2(g)=2NO2(g)H67.7 kJmol1 N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H534 kJmol1 12H2(g)12F2(g)=HF(g)H269 kJmol1 H2(g)12O2(g)=H2O(g)H2

16、42 kJmol1(1)肼和二氧化氮反应的热化学方程式为_；此反应用于火箭推进，除释放大量能量和快速产生大量气体外，还有一个很大的优点是_。(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，则反应释放的能量更大。肼和氟反应的热化学方程式为_。答案(1)2N2H4(g)2NO2(g)=3N2(g)4H2O(g)H1 135.7 kJmol1产物无污染(2)N2H4(g)2F2(g)=N2(g)4HF(g)H1 126 kJmol1 解析写出目标反应，然后再利用题给条件计算出反应热，最后写出热化学方程式。第第 2 课时课时习题课习题课 1下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是()A生成物总能量一定低于

17、反应物总能量 B放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率 C应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变 D同温同压下，H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的 H 不同 答案C 解析放热反应生成物总能量低于反应物总能量，吸热反应生成物总能量高于反应物总能量，A 错误；化学反应的速率与反应物本身的性质、温度、压强、浓度、催化剂等因素有关，与吸热、放热反应无关，B 错误；通过盖斯定律可以间接测量某些难以直接测量的反应的焓变，C 正确；同温同压下，H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)的反应条件不会影响 H 的值，D错误。2在 298 K、100 kPa 时，已知：2H2O

18、(g)=O2(g)2H2(g)H1 Cl2(g)H2(g)=2HCl(g)H2 2Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g)H3 6 则 H3与 H1和 H2间的关系正确的是()AH3H12H2 BH3H1H2 CH3H12H2 DH3H1H2 答案A 解析令 2H2O(g)=O2(g)2H2(g)H1 Cl2(g)H2(g)=2HCl(g)H2 2Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g)H3 根据盖斯定律，将反应反应2 即可求得反应，因此有 H3H12H2，故A 项正确。3下列热化学方程式或离子方程式中，正确的是()A 甲烷的标准燃烧热为890.3 kJmol1，则甲烷

19、燃烧的热化学方程式可表示为 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H890.3 kJmol1 B500、300 MPa 下，将 0.5 mol N2和 1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成 NH3(g)，放热 19.3 kJ，其热化学方程式为 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H38.6kJmol1 C氯化镁溶液与氨水反应：Mg22OH=Mg(OH)2 D氧化铝溶于 NaOH 溶液：A12O32OH=2AlO 2H2O 答案D 解析由燃烧热的定义可知，水应以液态形式存在，故 A 项错误；N2与 H2反应生成NH3为可逆反应，不能完全进行，故 19.3 kJ 不是 0.

20、5 mol N2与 1.5 mol H2完全反应放出的热量，故 B 项错误；NH3H2O 为弱电解质，在书写离子方程式时，应写成化学式的形式，故C 项错误；氧化铝与 NaOH 溶液反应，生成物是 NaAlO2，故 D 项正确。4已知：(1)Fe2O3(s)32C(s)=32CO2(g)2Fe(s)H1234.1 kJmol1(2)C(s)O2(g)=CO2(g)H2393.5 kJmol1 则 2Fe(s)32O2(g)=Fe2O3(s)的 H 是()A824.4 kJmol1 B627.6 kJmol1 C744.7 kJmol1 D169.4 kJmol1 答案A 解析32(2)(1)就可

21、得 2Fe(s)32O2(g)=Fe2O3(s)，则 H32H2H1824.4 kJmol1。5100 g 碳燃烧所得气体中，CO 占13体积，CO2占23体积，且 C(s)12O2(g)=CO(g)H(25)110.35 kJmol1，CO(g)12O2(g)=CO2(g)H(25)282.57 kJmol1。与这些碳完全燃烧相比较，损失的热量是()A392.92 kJ B2 489.44 kJ C784.92 kJ D3 274.3 kJ 答案C 解析损失的热量就是 CO 继续燃烧所放出的热量，因为 CO 占13，即有13的 C 燃烧生成7 了 CO，所以建立关系式：CCOH 12 g 1

22、 mol 282.57 kJ 1003 gQ 故 Q282.57 kJ1003 g112 g784.92 kJ。6在微生物作用的条件下，NH 4经过两步反应被氧化成 NO 3。两步反应的能量变化示意图如下：第一步反应是_反应(选填“放热”或“吸热”)，判断依据是 _。1 mol NH 4(aq)全部氧化成 NO 3(aq)的热化学方程式是 _。答案放热H273 kJmol10(或反应物的总能量大于生成物的总能量)NH 4(aq)2O2(g)=2H(aq)NO 3(aq)H2O(l)H346 kJmol1 7废旧印刷电路板的回收利用可实现资源再生，并减少污染。废旧印刷电路板经粉碎分离，能得到非金

23、属粉末和金属粉末。用 H2O2和 H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知：Cu(s)2H(aq)=Cu2(aq)H2(g)H64.39 kJmol1 2H2O2(l)=2H2O(l)O2(g)H196.46 kJmol1 H2(g)12O2(g)=H2O(l)H285.84 kJmol1 在 H2SO4溶 液 中，Cu 与 H2O2反 应 生 成 Cu2 和 H2O 的 热 化 学 方 程 式 为_。答案Cu(s)H2O2(l)2H(aq)=Cu2(aq)2H2O(l)H319.68 kJmol1 解析已知热反应方程中12得：Cu(s)2H(aq)H2O2(l)=Cu2(aq

24、)2H2O(l)H319.68 kJmol1 HH112H2H364.39 kJmol112(196.46 kJmol1)(285.84 kJmol1)319.68 kJmol1 8由磷灰石主要成分 Ca5(PO4)3F在高温下制备黄磷(P4)的热化学方程式为 4Ca5(PO4)3F(s)21SiO2(s)30C(s)=3P4(g)20CaSiO3(s)30CO(g)SiF4(g)H 已知相同条件下：4Ca5(PO4)3F(s)3SiO2(s)=6Ca3(PO4)2(s)2CaSiO3(s)SiF4(g)H1 2Ca3(PO4)2(s)10C(s)=P4(g)6CaO(s)10CO(g)H2

25、SiO2(s)CaO(s)=CaSiO3(s)H3 用 H1、H2和 H3表示 H,H_。8 答案(1)H13H218H3 9依据叙述，写出下列反应的热化学方程式。(1)若适量的 N2和 O2完全反应，每生成 23 g NO2需要吸收 16.95 kJ 热量。其热化学方程式为_ _。(2)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 650 kJ 的热量。其热化学方程式为 _ _。(3)已知拆开 1 mol HH 键、1 mol NH 键、1 mol NN 键分别需要的能量是 436 kJ、391 kJ、946 kJ，则

26、N2与 H2反应生成 NH3的热化学方程式为 _ _。答案(1)N2(g)2O2(g)=2NO2(g)H67.8 kJmol1(2)C2H2(g)52O2(g)=2CO2(g)H2O(l)H1 300 kJmol1(3)N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92 kJmol1 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。10已知 25、101 kPa 时下列反应的热化学方程式为：CH3COOH(l)2O2(g)=2CO2(g)2H2O(l)H1870.3 kJmol1 C(s)O2(g)=CO2(g)H2393.5 kJmol1 H2(g)1

27、2O2(g)=H2O(l)H3285.8 kJmol1 则 反 应：2C(s)2H2(g)O2(g)=CH3COOH(l)在 该 条 件 下 的 反 应 热 H4_。答案488.3 kJmol1 11 如果 1 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，这个规律称为盖斯定律。据此回答下列问题：(1)北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷(C3H8)，亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯(C3H6)。丙烷脱氢可得丙烯。已知：C3H8(g)CH4(g)HCCH(g)H2(g)H1156.6 kJ/mol CH3CH=CH2(g)CH4(g)HCCH(g)H232.4 kJ

28、/mol 则相同条件下，丙烷脱氢得丙烯的热化学方程式为 _ _。(2)已知：Na2CO310H2O(s)=Na2CO3(s)10H2O(g)H1532.36 kJ/mol Na2CO310H2O(s)=Na2CO3H2O(s)9H2O(g)H2473.63 kJ/mol 写出 Na2CO3H2O 脱水反应的热化学方程式 _ _。答案(1)C3H8(g)CH3CHCH2(g)H2(g)H124.2 kJ/mol 9(2)Na2CO3H2O(s)=Na2CO3(s)H2O(g)H58.73 kJ/mol 解析(1)由 C3H8(g)CH4(g)HCCH(g)H2(g)H1156.6 kJ/mol

29、CH3CH=CH2(g)CH4(g)HCCH(g)H32.4 kJ/mol 可以得到 C3H8(g)CH3CH=CH2(g)H2(g)HH1H2156.6 kJ/mol32.4 kJ/mol 124.2 kJ/mol(2)根据盖斯定律，将题中反应得：Na2CO3H2O(s)=Na2CO3(s)H2O(g)H58.73 kJ/mol 12已知：CO(g)12O2(g)=CO2(g)H283 kJmol1 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H802.3 kJmol1 H2(g)12O2(g)=H2O(g)H241.8 kJmol1 1 792 L(标准状况)的 CO、CH4和 O

30、2组成的混合物，在量热器中燃烧时，放出 13.683 kJ热量。若向燃烧产物中再加一定量的 H2使其燃烧完全，又放出 9.672 kJ 热量，求原混合物中各气体的体积。答案V(CO)0.448LV(CH4)0.224L V(O2)1.120L 解析此题涉及热化学方程式、燃烧热、物质的量、气体摩尔体积等知识点，通过运用物质的量进行燃烧热的计算，比较深入地考查分析、推理和计算能力。解此题时，首先正确理解热化学方程式中 H 的含义，然后根据题给数据，建立气体的体积与气体的摩尔体积、物质的量之间的关系，进而求得答案。因为当再加入 H2时，放出的热量增加，所以原混合物中含过量 O2的物质的量为 n(O2

31、)9.672 kJ2 241.8 kJmol10.020 0 mol 再求出气体的总物质的量为 0.080 0 mol 13化工生产中用烷烃和水蒸气反应得到以 CO 和 H2为主的混合气体。这种混合气体可用于生产甲醇和合成氨，对甲烷而言，有如下两个主要反应：CH4(g)12O2(g)=CO(g)2H2(g)H136 kJmol1 CH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)H2216 kJmol1 由反应、推出总反应热为零的总反应方程式，并求进料气中空气(O2的体积分数为 21%)与水蒸气的体积比。答案7CH4(g)3O2(g)H2O(g)=7CO(g)15H2(g)H0 V(空气)V(H2O)1007 解析将6 得出的式子与相加：6CH4(g)3O2(g)=6CO(g)12H2(g)10 6H1216 kJmol1 7CH4(g)3O2(g)H2O(g)=7CO(g)15H2(g)H0 所以总反应式为 7CH4(g)3O2(g)H2O(g)=7CO(g)15H2(g)H0 其中VO2VH2O31，则V空气VH2O321%11007。