高一化學教案：反應熱的計算

高一化學教案：反應熱的計算

1.高一化學蓋斯定律

(1)內容

不管化學反應是一步完成或分幾步完成，其反應熱是相同的。或者説，化學反應的反應熱只與反應體系的始終和終態有關，而與反應的途徑無關。

(2)理解

能量的釋放或吸收是以發生變化的物質為基礎的，沒有物質的變化，就不能引發能量的變化。

(3)蓋斯定律的重要意義

有些反應進行得很慢，有些反應不容易直接發生，有些反應的產品不純(有副反應發生)，這給測定反應熱造成了困難。如果應用蓋斯定律，可以間接地把它們的反應熱計算出來。

2 高一化學反應熱的計算

(1)計算依據

①熱化學方程式。②蓋斯定律。③燃燒熱的數據。

(2)計算方法

如已知

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

②CO(g)+12O2(g)===CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ•mol-1

若C(s)+12O2(g)===CO(g)的反應熱為ΔH。

根據蓋斯定律，知：

ΔH1=ΔH+ΔH2

則：ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5_kJ•mol-1-(-283.0_kJ•mol-1)=-110.5_kJ•mol-1。

3.根據蓋斯定律計算：已知金剛石和石墨分別在氧氣中完全燃燒的熱化學方程式為C(金剛石，s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-395.41 kJ•mol-1, CO2(g)、H2(石墨，s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.51 kJ•mol-1，則金剛石轉化為石墨時的熱化學方程式為

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

由此看來更穩定的碳的同素異形體為__________。

答案 C(金剛石，s)===C(石墨，s) ΔH=-1.90 kJ•mol-1 石墨

解析 由蓋斯定律，要得到金剛石和石墨的轉化關係，可將兩個熱化學方程式相減：

C(金剛石，s)===C(石墨，s) ΔH3=ΔH1-ΔH2=-395.41 kJ•mol-1+393.51 kJ•mol-1=-1.90 kJ•mol-1。即C(金剛石，s)===C(石墨，s) ΔH=-1.90 kJ•mol-1 可見金剛石轉化為石墨放出熱量，説明石墨的能量更低，較金剛石穩定。

4.已知：

(1)Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) ΔH=-348.3 kJ•mol-1

(2)2Ag(s)+1/2O2(g)===Ag2O(s) ΔH=-31.0 kJ•mol-1

則Zn(s)+Ag2O(s)===ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH等於( )

A.-317.3 kJ•mol-1 B.-379.3 kJ•mol-1

C. -332.8 kJ•mol-1 D.+317.3 kJ•mol-1

答案 A

解析 由已知(1)、(2)熱化學方程式可知，(1)-(2)即可得到答案。

一、高一化學蓋斯定律的應用

1.常用方法

(1)虛擬路徑法

若反應物A變為生成物E，可以有三個途徑：

①由A直接變為生成物E，反應熱為ΔH

②由A經過B變成E，反應熱分別為ΔH1、ΔH2。

③由A經過C變成D，再由D變成E，反應熱分別為ΔH3、ΔH4、ΔH5如圖所示：

則有ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。

(2)加合法

即運用所給方程式通過加減的方法得到所求熱化學方程式。

2.實例

如已知下列兩個熱化學方程式：

①P4(s，白磷)+5O2===P4O10(s) ΔH1=-2 983.2 kJ•mol-1

②P(s，紅磷)+54O2(g)=14P4O10(s) ΔH2=-738.5 kJ•mol-1

要寫出白磷轉化為紅磷的熱化學方程式可虛擬如下過程。

根據蓋斯定律：

ΔH=ΔH1 +(—ΔH2)×4

=-2_983.2_kJ•mol-1+738.5_kJ•mol-1×4

=-29.2_kJ•mol (結果)

所以白磷轉化為紅磷的熱化學方程式為P4(s，白磷)===4P(s，紅磷) ΔH=-29.2 kJ•mol-1。也可利用加合法由①-4×②得白磷轉化為紅磷的熱化學方程式。

3.應用蓋斯定律計算反應熱時的注意事項

(1)熱化學方程式同乘以某一個數時，反應熱數值也必須乘上該數。

(2)熱化學方程式相加減時，同種物質之間可相加減，反應熱也隨之相加減。

(3)將一個熱化學方程式顛倒時，ΔH的“+”“-”號必須隨之改變。

【典例1】 已知下列熱化學方程式：

(1)Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-25 kJ•mol-1

(2)3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-47 kJ•mol-1

(3)Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19 kJ•mol-1

則FeO(s)被CO(g)還原成Fe(s)和CO2(g)的熱化學方程式為( )

A. FeO+CO===Fe+CO2 ΔH=-11 kJ•mol-1

B. FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-22 kJ•mol-1

C . FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ•mol-1

D. FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=+11 kJ•mol-1

解析 Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-25 kJ•mol-1①，3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-47 kJ•mol-1②，Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19 kJ•mol-1③，將①式×3-②式得：

2Fe3O4(s)+8CO(g)===6Fe(s)+8CO2(g) ΔH=-25 kJ•mol-1×3+47 kJ•mol-1=-28 kJ•mol-1，

將方程式兩邊同除以2得：

Fe3O4(s)+4CO(g)===3Fe(s)+4CO2(g) ΔH=-14 kJ•mol-1④，將(④式-③式)÷3即可得出答案。所以A、B、C、D四個選項中，只有C項中的熱化學方程式正確。

答案 C

【變式訓練1】 S(單斜)和S(正交)是硫的兩種同素異形體。

已知：①S(單斜，s)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-297.16 kJ•mol-1

②S(正交，s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-296.83 kJ•mol-1

③S(單斜，s)===S(正交，s) ΔH3

下列説法正確的是( )

A.ΔH3=+0.33 kJ•mol-1

B.單斜硫轉化為正交硫的反應是吸熱反應

C.S(單斜，s)===S(正交，s) ΔH3<0，正交硫比單斜硫穩定

D.S(單斜，s)===S(正交，s) ΔH3>0，單斜硫比正交硫穩定

答案 C

二、高一化學反應熱的計算

1.反應熱計算的類型及方法

(1)根據熱化學方程式計算：反應熱與反應物各物質的物質的量成正比。

(2)根據反應物和生成物的能量計算：

ΔH=生成物的能量和-反應物的能量和。

(3)根據反應物和生成物的鍵能計算

ΔH=反應物的鍵能和-生成物的鍵能和。

(4)根據蓋斯定律計算：將熱化學方程式進行適當的“加”“減”變形後，由過程的熱效應進行計算、比較。

(5)根據物質的燃燒熱數值計算：

Q(放)=n(可燃物)×|ΔH|

(6)根據比熱公式進行計算：Q=cmΔt。

2.注意事項

(1)反應熱數值與各物質的化學計量數成正比，因此熱化學方程式中各物質的化學計量數改變時，其反應熱數值同時做相同倍數的改變。

(2)熱化學方程式與數學上的方程式相似，可以移項，同時改變正負號;各項的化學計量數以及ΔH的數值可以同時擴大或縮小相同的倍數。

(3)根據蓋斯定律，可以將兩個或兩個以上的熱化學方程式包括其ΔH相加或相減，得到一個新的熱化學方程式。

(4)求總反應的反應熱，不能不假思索地將各步反應的反應熱簡單相加。不論一步進行還是分步進行，始態和終態完全一致，蓋斯定律才成立。某些物質只是在分步反應中暫時出現，最後應該恰好消耗完。

【典例2】 已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是-285.8 kJ•mol-1、-1 411.0 kJ•mol-1和-1 366.8 kJ•mol-1，則由C2H4(g)和H2O(l)反應生成C2H5OH(l)的ΔH為( )

A.-44.2 kJ•mol-1 B.+44.2 kJ•mol-1

C.-330 kJ•mol-1 D.+330 kJ•mol-1

解析 解答本題可先寫出相關的熱化學方程式，然後根據熱化學方程式進行分析、計算。根據題給各物質燃燒熱數據可得相關熱化學方程式為

①H2(g)+12O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ•mol-1;

②C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 411.0 kJ•mol-1;

③C2H5OH(l)+3O2(g)===3H2O(l)+2CO2(g) ΔH=-1 366.8 kJ•mol-1

由②-③可得：C2H4(g)+H2O(l)===C2H5OH(l) ΔH=-44.2 kJ•mol-1，故A選項正確。

答案 A

【變式訓練2】 已知：N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+67.7 kJ•mol-1①

N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ•mol-1②

12H2(g)+12F2(g)===HF(g) ΔH=-269 kJ•mol-1③

H2(g)+12O2(g)===H2O(g) ΔH=-242 kJ•mol-1④

(1)寫出肼(N2H4)和NO2反應的熱化學方程式

________________________________________________________________________。

(2)有人認為若用氟氣代替二氧化氮作氧化劑，則反應釋放的能量更大，肼和氟氣反應的熱化學方程式為

________________________________________________________________________。

答案 (1)2N2H4(g)+2NO2(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 153.7 kJ•mol-1

(2)N2H4(g)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g) ΔH=-1 135 kJ•mol-1