資源簡介

(共35張PPT)
反應熱的計算
第二節
請你聯想！
回憶中和反應的反應熱測定，燃燒反應的反應熱如何測定？
防止熱量散失
使反應充分進行
請你思考！
能否定量比較天然氣完全燃燒和不完全燃燒所釋放的能量？
CH4 (g) + 2O2 (g) ＝ CO2 (g) + 2H2O(l) ΔH = 890.3kJ/mol
CH4 (g) + 3/2O2 (g) ＝ CO (g) + 2H2O(l)
ΔH = ？
說說你的體會！
游覽一座山峰你喜歡徒步呢還是坐纜車？
h = 300 m
終態
始態
上升的高度和勢能的變化只與始態和終態的海拔差有關
反應熱研究的是化學反應前后能量的變化
始態
終態
反應熱研究的是化學反應前后能量的變化，與途徑無關
常見無機化合物（298.15K） 無機化合物 物態 化學式 △fHm （ kJ/mol）
氨 aq NH3 -80
氨 g NH3 -46.1
碳（石墨） s C 0
碳（金剛石） s C +1.987
碳 g C +718.9
一氧化碳 g CO -110.53
二氧化碳 g CO2 -393.51
二氧化碳 aq CO2 -413.8
碳酸鈉 s Na2CO3 -1131
氯化鈉 aq NaCl -407
氯化鈉 s NaCl -411.12
氯化鈉 l NaCl -385.92
氯化鈉 g NaCl -181.42
氫氧化鈉 aq NaOH -469.6
氫氧化鈉 s NaOH -426.7
硝酸鈉 aq NaNO3 -446.2
硝酸鈉 s NaNO3 -424.8
常見無機化合物（298.15K） 無機化合物 物態 化學式 △fHm （ kJ/mol）
二氧化硫 g SO2 -297
二硫化碳 l CS2 +87.9
二硫化碳 g CS2 +115.3
硫酸 l H2SO4 -814
二氧化硅 s SiO2 -911
二氧化氮 g NO2 33
一氧化氮 g NO 90
水 l H2O -286
水 g H2O -242
氫 g H2 0
氟 g F2 0
氯 g Cl2 0
溴 l Br2 0
溴 g Br2 +31
碘 s I2 0
碘 g I2 +62
常見有機化合物（298.15K） 有機化合物 物態 化學式 △fHm （ kJ/mol）
甲烷 g CH4 -75
乙烷 g C2H6 -85
丙烷 g C3H8 -104
甲醛 g HCHO -116
乙醛 g CH3CHO -166
丙醛 g C2H5CHO -197
甲醇 l CH3OH -239
甲醇 g CH3OH -201
乙醇 l C2H5OH -278
乙醇 g C2H5OH -235
正丙醇 l C3H7OH -305
正丙醇 g C3H7OH -258
甲酸 l HCOOH -409.5
甲酸 g HCOOH -363
甲酸 aq HCOOH -410.3
乙酸 l CH3COOH -487
乙酸 g CH3COOH -435
丙酸 l C2H5COOH -511
你知道嗎？
物理化學手冊中龐大的反應熱數據是如何獲得的？
科學史話
熱化學研究的先驅——蓋斯
一個化學反應，不管是一步完成的還是分幾步完成的，其反應熱都是相同的。
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。
瑞士化學家蓋斯
在任何化學反應過程中的熱量，不論該反應是一步完成的還是分步進行的，其總熱量變化是相同的，1840年以熱的加和性守恒定律形式發表。這就是舉世聞名的蓋斯定律。蓋斯定律是斷定能量守恒的先驅，也是化學熱力學的基礎。所以我們常稱蓋斯是熱化學的奠基人。
換句話說：化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應的途徑無關。
一、蓋斯定律
蓋斯定律
ΔH1
ΔH2
終態
始態
始態
終態
一個化學反應，不管是一步完成的還是分幾步完成的，其反應熱是相同的。
在一定條件下，化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應進行的途徑無關。
2、特點
(1)反應的熱效應只與始態、終態有關，與_____無關。
(2)反應熱總值一定，如下圖表示始態到終態的反應熱。
則ΔH＝__________＝________________。
途徑
ΔH1＋ΔH2
ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
反應熱的測定
有些反應熱可以通過實驗直接測定
難以控制反應的程度不能直接測定反應熱
有些反應的產品不純（有副反應發生）
有些反應進行得很慢
有些反應不容易直接發生
這些都給測量反應熱造成了困難
利用蓋斯定律
可以間接地把它們的反應熱計算出來
3．意義
應用蓋斯定律，可以間接計算以下情況(不能直接測定)的反應熱：
(1)有些反應進行得很慢。
(2)有些反應不容易直接發生。
(3)有些反應往往有副反應發生。
CO2 (g)
C(s)+O2(g)
CO(g)+1/2O2(g)
ΔH2
ΔH3
ΔH1
始態
終態
分步進行
一步完成
例 已知在298K時：
① C(s) + O2(g) ＝ CO2(g) ΔH1= 393.5kJ/mol
② CO(g) + 1/2O2(g) ＝ CO2(g) ΔH2= 283.0kJ/mol
能否通過實驗直接測定C(s) + 1/2O2(g) ＝ CO(g) ΔH3=？若可以，請說明理由；若不可以，能否設計路徑使之可測定？
H3 + H2 = H1
方案一、路徑法
△H3 ＝△H1 － △H2
= 393.5 kJ/mol ( 283.0 kJ/mol)
= 110.5 kJ/mol
C(s) + O2(g) ＝ CO(g) △H3＝？
CO(g)+ O2(g) ＝ CO2(g) △H2＝－283.0 kJ/mol
C(s) + O2(g) ＝ CO2(g) △H1＝－393.5 kJ/mol
+)
△H3 ＝△H1 － △H2
＝ －393.5 kJ/mol －(－283.0 kJ/mol＝ －110.5 kJ/mol
1
2
1
2
C(s) + O2(g) ＝ CO(g) △H3＝ －110.5 kJ/mol
1
2
即運用所給熱化學方程式通過加減的方法得到所求熱化學方程式。
關鍵：目標方程式的“四則運算式”的導出（消元法）
方法：寫出目標方程式確定“過渡物質” (要消去的物質)然后用消元法逐一消去“過渡物質”，導出“四則運算式”。
方案二、加合法
二、用蓋斯定律計算反應熱
1、目標方程中找唯一
3、同加異減
目標方程式中的物質：在給出的各個已知方程式中只出現一次的物質
目標方程式中的物質：
與已知方程式中物質在方程式的同側，則相加；
與已知方程式中物質在方程式的異側，則相減；
2、化系數
把已知方程式中的系數化成與目標方程式中物質的系數一致。
【技巧指導】
1、已知
① CO(g) + 1/2 O2(g) = CO2(g) ; ΔH1= －283.0 kJ/mol
② H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) ; ΔH2= －285.8 kJ/mol
③ C2H5OH(l) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 3H2O(l); ΔH3=-1370 kJ/mol
試計算:
④ 2CO(g)＋ 4 H2(g) = H2O(l)＋ C2H5OH (l) 的ΔH
【解】：①×2 + ②×4 - ③ = ④
ΔH＝ΔH1×2 ＋ΔH2×4 －ΔH3

＝－283.2×2 －285.8×4 ＋1370 ＝－339.2 kJ/mol
2、已知下列反應的反應熱
CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) △H1= -870.3 kJ/mol
C(s) + O2 (g) = CO2(g) △H2= -393.5 kJ/mol
H2(g) + O2(g) =H2O(l) △H3= -285.8 kJ/mol
試計算下述反應的反應熱：
2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l)
解： ④= ②×2 +③×2- ①
2C(s) + 2O2 (g) = 2CO2(g) 2△H2= -787.0 kJ/mol
2H2(g) + O2(g) =2H2O(l) 2△H3= -571.6 kJ/mol
+) 2CO2(g)+2H2O(l) =CH3COOH(l)+2O2(g) -△H1= 870.3 kJ/mol
----------------------------------------------------------------------------
2C(s) +2H2(l)+O2(g)=CH3COOH(l) △H= -488.3 kJ/mol
3、已知25 ℃、101 kPa時：
4Fe(s)＋3O2(g)==2Fe2O3(s) ΔH1＝－1648kJ·mol－1 ①
C(s)＋O2(g)==CO2(g)　 ΔH2＝－393kJ·mol－1?、?br/>2Fe(s)＋2C(s)＋3O2(g)==2FeCO3(s) ΔH3＝－1480kJ·mol－1　 ③
寫出FeCO3在空氣中加熱反應生成Fe2O3的熱化學方程式是
2FeCO3(s)+1/2O2(g)= Fe2O3(s) + 2CO2(g)　ΔH＝－130 kJ·mol－1
解析：①×1/2+②×2-③
= －1648 ×1/2+（－393 ）×2－（－1480 ）
=－130 kJ·mol－1
4、已知下列熱化學方程式：
①Fe2O3(s)＋3CO(g)=2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH1＝－26.7 kJ·mol－1
②3Fe2O3(s)＋CO(g)=2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH2＝－50.75 kJ·mol－1
③Fe3O4(s)＋CO(g)=3FeO(s)＋CO2(g) ΔH3＝－36.5 kJ·mol－1則反應FeO(s)＋CO(g)=Fe(s)＋CO2(g)的焓變為(　　)
A.＋7.28 kJ·mol－1 B.－7.28 kJ·mol－1
C.＋43.68 kJ·mol－1 D.－43.68 kJ·mol－1
【答案】A
通過以上幾例，總結歸納這類問題的解題步驟：
①確定待求的反應方程式；
④實施疊加并檢驗。
③根據待求方程式中各物質計量數和位置的需要對已知方程式進行處理，或調整計量數，或調整反應方向；
②找出待求方程式中各物質出現在已知方程式的什么位置；
數學本質——加和法
目的：始態和終態完全一致，消除中間產物。
1、計算公式：
ΔH＝反應物的鍵能總和－生成物的鍵能總和。
2、計算關鍵：
正確找出反應物和生成物所含化學鍵的數目。
三、根據鍵能計算
1 mol P4含有6 mol P—P鍵
1 mol晶體硅含有2 mol Si—Si鍵
1 mol石墨晶體中含有1.5 mol C—C鍵
1 mol金剛石含有2 mol C—C鍵
1 mol SiO2含有4 mol Si—O鍵
成鍵電子數
2
化學鍵數=
例1、白磷與氧氣可發生如下反應：P4(g)＋5O2(g)=P4O10(g)。已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為P—P a kJ·mol－1、P—O b kJ·mol－1、P=O c kJ·mol－1、O=O d kJ·mol－1，根據圖示的分子結構和有關數據估算該反應的ΔH，其中正確的是(　　)
A、(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
B、(4c＋12b－6a－5d) kJ·mol－1
C、(4c＋12b－4a－5d) kJ·mol－1
D、(4a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
A
例2、乙苯催化脫氫制苯乙烯反應：
已知：
化學鍵 C－H C－C C＝C H－H
鍵能/kJ·mol－1 412 348 612 436
計算上述反應的△H＝________ kJ·mol－1。
＋124
不變的地方不要管
則2O(g)=O2(g)的ΔH 為（ ）
A、428 kJ·mol-1 B、-428 kJ·mol-1
C、498 kJ·mol-1 D、-498 kJ·mol-1
共價鍵 H- H H-O
鍵能/(kJ·mol-1) 436 463
熱化學方程式 2H2(g) + O2 (g)=2H2O(g) ΔH= -482kJ·mol-1 D
例3、已知共價鍵的鍵能與熱化學方程式信息如下表：
四、根據內能計算
例1、理論研究表明，在101 kPa和298 K下，HCN(g) HNC(g)異構化反應過程的能量變化如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A、HCN比HNC穩定
B、該異構化反應的ΔH＝＋59.3 kJ·mol－1
C、1mol HCN的化學鍵斷裂吸收186kJ的能量
D、使用催化劑，可以改變反應的反應熱
D
計算公式：ΔH＝生成物的內能總和－反應物的內能總和。
例2、一定條件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO（x＝1，2，3，4）的能量（kJ）相對大小如右圖所示。
① D是________（填離子符號）。
② B→A＋C反應的熱化學方程式為_________________________（用離子符號表示）。
3ClO－(aq)＝2Cl－(aq)＋ClO3-(aq)△H＝－117 kJ/mol
ClO4－
方法一：利用蓋斯定律進行比較
由①－②可得2H2O(l)=2H2O(g)　
ΔH＝ΔH1－ΔH2＞0，
則ΔH1>ΔH2
例：比較ΔH1、ΔH2大小
①2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)　 ΔH1
②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　 ΔH2
五、反應熱的大小比較
方法二：利用能量變化圖進行比較
由圖像可以看出放出或吸收熱量的多少，
若是放熱反應，放出的熱量越多，ΔH越小；
若是吸熱反應，吸收的熱量越多，ΔH越大，故ΔH1＞ΔH2。
1.下列各組熱化學方程式中，化學反應的△H 前者大于后者的是 ( )
①C(s)＋O2(g)=CO2(g) △H1
C(s)＋1/2O2(g)=CO(g) △H2
②S(s)＋O2(g)=SO2(g) △H3
S(g)＋O2(g)=SO2(g) △H4
③H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) △H5
2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l) △H6
④CaCO3(s)= CaO(s)＋CO2(g) △H7
CaO(s)＋H2O(l) =Ca(OH)2(s) △H8
A．① B．④ C．②③④ D．①②③
c
看“符號”
看“系數”
【練習】
1. 能源問題是人類社會面臨的重大課題，H2 、CO 、CH3OH 都是重要的能源物質，它們的燃燒熱依次為285.8 kJ·mol－1、
282.5 kJ·mol－1、726.7 kJ·mol－1。已知CO和H2在一定條件下可以合成甲醇：CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l)。則 CO 與 H2 反應合成甲醇的熱化學方程式為( )
A．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l) ΔH＝＋127.4 kJ·mol－1
B．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)
C．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)
ΔH＝－127.4 kJ·mol－1
ΔH＝＋127.4 kJ·mol－1
D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(l) ΔH＝－127.4 kJ·mol－1
達標檢測
D
2、下圖是通過熱化學循環在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應系統原理。
通過計算，可知系統(Ⅰ)和系統(Ⅱ)制氫的熱化學方程式分別為________________________、________________________
[審題指導]　(1)找出待求熱化學方程式
系統(Ⅰ)：H2O(l)===H2(g)＋1/2O2(g)
系統(Ⅱ)：H2S(g)===H2(g)＋S(s)
(2)調整涉及的已知熱化學方程式
系統(Ⅰ)
系統(Ⅱ)
(3)加和調整好的熱化學方程式
(4)求焓變ΔH
(5)檢查
系統(Ⅰ)：①＋②＋③可得出H2O(l)===H2(g)＋1/2O2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
【答案】　
H2O(l)===H2(g)＋1/2O2(g)　ΔH＝＋286 kJ·mol－1　 H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝＋20 kJ·mol－1
3、發射衛星用N2H4氣體為燃料，NO2氣體為氧化劑，兩者反應生成N2和水蒸氣，已知：
N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH1＝＋67.7 kJ·mol－1；
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH2＝－484 kJ·mol－1；
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH3＝－534 kJ·mol－1；
H2O(l)===H2O(g)　ΔH4＝＋44.0 kJ·mol－1。
寫出N2H4氣體與NO2氣體反應生成氮氣和液態水的熱化學方程式：__________________________________
解析： 將已知的熱化學方程式依次編號為①、②、③、④，將方程式③×2－①－④×4得
2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(l)，所以反應的ΔH＝2×(－534 kJ·mol－1)－67.7 kJ·mol－1－4×(＋44.0 kJ·mol－1)＝－1 311.7 kJ·mol－1。
2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 311.7 kJ·mol－1

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