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第2課時 反應熱的計算
第一章 化學反應的熱效應 第二節 反應熱的計算
一、導入新課
在生產中對于燃料的燃燒、反應條件的控制以及“廢熱”的利用，需要進行反應熱的計算。
二、根據熱化學方程式進行計算
1.葡萄糖是人體所需能量的重要來源之一。葡萄糖燃燒的熱化學方程式為
C6H12O6(s)＋6O2(g)＝6CO2(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－2800 kJ·mol－1；葡萄糖在人體組織中氧化的熱化學方程式與它燃燒的熱化學方程式相同。
計算：(1)100 g葡萄糖在人體中完全氧化時所產生的熱量；
(2)生成18 g水時放出的熱量。
【解析】：（1）n(C6H12O6)＝m(C6H12O6)/M(C6H12O6)＝100 g/180 g·mol－1＝0.556 mol
1 mol C6H12O6完全燃燒放出2800 kJ的熱量
0.556 mol C6H12O6完全燃燒放出的熱量為0.556 mol×2 800 kJ·mol－1＝1557 kJ。
(2)18 g水為1 mol，生成6 mol水放熱為2 800 kJ，生成1 mol水放熱為2800 kJ×1/6＝466.67 kJ。
【例題講解】
二、根據熱化學方程式進行計算
【小結】1.熱化學方程式的性質：
①熱化學方程式可以進行方向改變，方向改變時，反應熱數值不變，符號相反。
②熱化學方程式中物質的化學計量數和反應熱可以同時改變倍數。
③熱化學方程式可以疊加，疊加時，物質和反應物同時疊加。
aA(g)　＋　bB(g) = cC(g)　＋　dD(g)　　ΔH
a b c d |ΔH|
n(A) n(B) n(C) n(D) |Q|
則n(A)/a= n(B)/b=n(C)/c=n(D)/d=|Q|/|ΔH|
2.計算依據：反應熱的絕對值與各物質的物質的量成正比，依據熱化學方程式中的ΔH求反應熱。
二、根據熱化學方程式進行計算
【例題講解】
2.25℃、101kPa 時，使1.0鈉與足量的氯氣反應，生成氯化鈉晶體并放出17.87 kJ的熱量，求生成4.6 g NaCl的反應熱。
【解析】設生成1 mol NaCl的反應熱為x。
則1.0 g : 23 g/mol = －17.87 kJ : x x = －411 kJ/mol
鈉與氯氣的熱化學方程式：Na(s)＋1/2 Cl2(g) = NaCl(s)　ΔH= －411 kJ/mol
4.6 g NaCl的物質的量：4.6g÷23g/mol = 0.2mol
設生成4.6gNaCl的反應熱為y
Na(s)＋1/2 Cl2(g) = NaCl(s)　ΔH= －411kJ/mol
1 mol 411 kJ
0.2 mol y
y=82.2 kJ
三、根據蓋斯定律進行計算
3.已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是－285.8 kJ· mol－1、
－1411.0 kJ·mol－1和－1366.8 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
A
【解析】 由題意可知
C2H4(g)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－1411.0 kJ·mol－1①
C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1366.8 kJ·mol－1②
將上述兩個熱化學方程式相減①－②，
C2H4(g)-C2H5OH(l)＝－H2O(l) ΔH＝-1411.0 kJ·mol－1＋1366.8 kJ·mol－1＝－44.2 kJ·mol－1，整理得：C2H4(g)＋H2O(l)＝C2H5OH(l)　ΔH＝－44.2 kJ·mol－1。
【例題講解】
【交流討論】
運用蓋斯定律解答問題通常有兩種方法：
（2）加合(或疊加)法：即運用所給方程式就可通過加減的方法得到新化學方程式。
（1）虛擬路徑法：
如C(s)＋O2(g)=CO2(g)，可設置如圖：
ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
三、根據蓋斯定律進行計算
三、根據蓋斯定律進行計算
【例題講解】
4.用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出廢舊印刷電路板上的銅。已知：
Cu(s)＋2H＋(aq)=Cu2＋(aq)＋H2(g)　ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1
2H2O2(l)=2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＝－196.46 kJ·mol－1
H2(g)＋1/2 O2(g)=H2O(l)　ΔH＝－285.84 kJ·mol－1
在H2SO4溶液中，1 mol Cu與1 mol H2O2完全反應生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反應熱ΔH等于(　　)
A.－417.91 kJ·mol－1 B.－319.68 kJ·mol－1
B.＋546.69 kJ·mol－1 D.－448.46 kJ·mol－1
【解析】　將已知的三個熱化學方程式依次編號為①②③，根據蓋斯定律，由①＋②×1/2＋③得熱化學方程式Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)=Cu2＋(aq)＋2H2O(l)　ΔH＝－319.68 kJ·mol－1。
B
四、根據燃燒熱計算
【例題講解】
5.乙醇的燃燒熱ΔH＝－1366.8 kJ·mol－1，在25℃、101kPa 時，1kg乙醇充分燃燒后放出多少熱量？
【解析】C2H5OH的摩爾質量是46g/mol
1 kg C2H5OH的物質的量=1000g÷46g·mol－1= 21.74 mol
1 kg C2H5OH燃燒后放出熱量=1366.8 kJ·mol－1 ×21.74 mol = 29714.23 kJ
四、根據燃燒熱計算
【例題講解】
6.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(l) ΔH＝＋127.4 kJ·mol－1
C．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g) ΔH＝－127.4 kJ·mol－1
D．CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g) ΔH＝＋127.4 kJ·mol－1
A
四、根據燃燒熱計算
【例題講解】
【解析】　根據題給三種物質的燃燒熱可以寫出：
H2(g)＋1/2 O2(g) = H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ·mol－1①
CO(g)＋1/2 O2(g) = CO2(g) ΔH2＝－282.5 kJ·mol－1②
CH3OH(l)＋3/2O2(g) = CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3＝－726.7 kJ·mol－1③
運用蓋斯定律進行計算，即①×2＋②－③可得：
CO(g)＋2H2(g) = CH3OH(l)　ΔH＝2ΔH1＋ΔH2－ΔH3
＝2×(－285.8 kJ·mol－1)＋(－282.5 kJ·mol－1)－(－726.7 kJ·mol－1)
＝－127.4 kJ·mol－1。
五、根據化學鍵的變化
利用反應物和生成物的鍵能和計算：
ΔH＝反應物的鍵能和－生成物的鍵能和
7.化學反應的本質是舊化學健的斷裂和新化學鍵的形成。已知某些化學鍵的鍵能數據如下：
則下列熱化學方程式不正確的是(　　)
A．1/2H2(g)＋1/2Cl2(g)=HCl(g)　ΔH＝－91.5 kJ·mol－1
B．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)　ΔH＝－183 kJ·mol－1
C．1/2H2(g)＋1/2Cl2(g)=HCl(g)　ΔH＝+91.5 kJ·mol－1
D．2HCl(g)=H2(g)＋Cl2(g)　ΔH＝+183 kJ·mol－1
化學鍵 H—H Cl—Cl H—Cl
鍵能/(kJ·mol－1) 436 243 431
C
五、根據化學鍵的變化
【例題講解】
解析：1/2H2(g)＋1/2Cl2(g)=HCl(g)
ΔH＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)/2－431 kJ·mol－1＝－91.5 kJ·mol－1
五、根據化學鍵的變化
【例題講解】
8.已知：1 mol晶體硅中含有2 mol Si—Si鍵。工業上可通過下列反應制取高純硅：SiCl4(g)＋2H2(g)=Si(s)＋4HCl(g)，根據下表列舉的化學鍵的鍵能數據，判斷該反應的反應熱(ΔH)為(　　)
化學鍵 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C
鍵能/kJ·mol－1 460 360 436 431 176 347
A.＋412 kJ·mol－1 B.－412 kJ·mol－1 C.＋236 kJ·mol－1 D.－236 kJ·mol－1
C
【解析】ΔH＝4×360 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1－(2×176 kJ·mol－1＋4×431 kJ·mol－1)＝＋236 kJ·mol－1。
六、反應熱大小的比較
【例題講解】
9.比較下列各組熱化學方程式中ΔH的大小。
①C(s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH1 C(s)＋2(1)O2(g)=CO(g)　ΔH2 ΔH1 ΔH2；
②H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l)ΔH3 2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l) ΔH4 ΔH3 ΔH4；
③S(s)＋O2(g)=SO2(g) ΔH5 S(g)＋O2(g)=SO2(g)　ΔH6 ΔH5_____ΔH6
<
>
>
【解析】對于①，1 mol C(s)完全燃燒顯然比不完全燃燒放出的熱量多，對于②，ΔH4＝2ΔH3<0，所以ΔH3>ΔH4；
對于③，可以用蓋斯定律法：將兩式相減得：S(s)=S(g)　ΔH＝ΔH5－ΔH6>0(固態硫變為氣態硫是吸熱過程)，所以ΔH5>ΔH6 。
六、反應熱大小的比較
【交流討論】比較方法
(1)比較ΔH的大小時，必須把反應熱的“＋“－”與反應熱的數值看作一個整體進行比較；比較反應放出或吸收的熱量時只比較數值的大小；比較“燃燒熱”“中和熱”時，只需比較數值的大小。
(2)反應物的狀態、化學計量數不同，則ΔH不同。
(3)ΔH是帶符號進行比較的，所有吸熱反應的ΔH均比放熱反應的ΔH大。放熱反應的ΔH<0，放熱越多，ΔH越小，但|ΔH|越大。
(4)同一物質，狀態不同，反應熱亦不同。
(5)對于可逆反應，因反應不能進行到底，實際反應過程中放出或吸收的能量要小于熱化學方程式中反應熱的數值
七、課堂小結
八、課堂檢測
1．已知：H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l) ΔH＝－285.83 kJ·mol－1
CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) ΔH＝－282.9 kJ·mol－1
若氫氣與一氧化碳的混合氣體完全燃燒可生成5.4 g H2O(l)，并放出114.3 kJ熱量，則混合氣體中CO的物質的量為(　　)
A．0.22 mol B．0.15 mol C．0.1 mol D．0.05 mol
C
【解析】　
設當生成5.4 g H2O時放出的熱量為x
H2(g)＋1/2 O2(g)=H2O(l) ΔH＝－285.83 kJ·mol－1
18 g　　　　　　285.83 kJ
5.4 g　　　　　 　x
解得x＝85.75 kJ
所以CO燃燒放出的熱量為114.3 kJ－85.75 kJ＝28.55 kJ。
設CO的物質的量為y，
CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g) ΔH＝－282.9 kJ·mol－1
1 mol 282.9 kJ
y　　 28.55 kJ
解得：y＝0.1 mol。
八、課堂檢測
2.根據以下三個熱化學方程式：
2H2S(g)＋3O2(g)=2SO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－Q1 kJ·mol－1
2H2S(g)＋O2(g)=2S(s)＋2H2O(l) ΔH＝－Q2 kJ·mol－1
2H2S(g)＋O2(g)=2S(s)＋2H2O(g) ΔH＝－Q3 kJ·mol－1
判斷Q1、Q2、Q3三者關系正確的是(　　)
A.Q1>Q2>Q3 B.Q1>Q3>Q2 C.Q3>Q2>Q1 D.Q2>Q1>Q3
A
【解析】　假設已知三個方程式分別為①、②、③，則①、②相比可知①為H2S完全燃燒的熱化學方程式，故放出熱量比②多，即Q1>Q2；②、③相比H2O的狀態不同，因為等量的水，H2O(l)比H2O(g)能量低，故放出熱量Q2>Q3，則有Q1>Q2>Q3。
八、課堂檢測
3．已知1 mol紅磷轉化為1 mol白磷，吸收18.39 kJ熱量。
①4P(s，紅)＋5O2(g) = 2P2O5(s) ΔH1 ②4P(s，白)＋5O2(g) = 2P2O5(s) ΔH2
則ΔH1與ΔH2的關系正確的是(　　)
A．ΔH1＝ΔH2 B．ΔH1>ΔH2 C．ΔH1<ΔH2 D．無法確定
【解析】由反應①減去反應②可得，4P(s，紅)=4P(s，白)　
ΔH＝ΔH1－ΔH2＝＋18.39 kJ·mol－1×4＝＋73.56 kJ·mol－1，故ΔH1>ΔH2。
B
八、課堂檢測
4.白磷與氧氣可發生如下反應：P4(白磷，s)＋5O2(g)=P4O10(s)。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
【解析】 反應熱ΔH＝反應物鍵能和－生成物總鍵能和
＝6a kJ·mol－1＋5d kJ·mol－1－(4c kJ·mol－1＋12b kJ·mol－1)
＝(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
八、課堂檢測
5.發射衛星時可用氣態肼(N2H4)為燃料和二氧化氮(NO2)為氧化劑，兩者反應生成氮氣和氣態水。
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
1/2 H2(g)＋1/2 F2(g)=HF(g) ΔH＝－269 kJ·mol－1③
H2(g)＋1/2 O2(g) =H2O(g) ΔH＝－242 kJ·mol－1④
(1)肼和二氧化氮反應的熱化學方程式為
________________________________________ 。
(2)有人認為若用氟氣代替二氧化氮作氧化劑，反應釋放的能量更大，試寫出肼和氟氣反應的熱化學方程式：_______________________________________________________________。
2N2H4(g)＋2NO2(g) = 3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1153.7 kJ·mol－1
N2H4(g)＋2F2(g)=N2(g)＋4HF(g) ΔH＝－1135 kJ·mol－1
【解析】結合蓋斯定律可得反應：(1)②×2－① (2)②＋③×4－④×2
八、課堂檢測
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