資源簡介

反應熱的計算
第1課時 蓋斯定律
教學目標
1.理解并掌握蓋斯定律；
2.能正確運用蓋斯定律解決具體問題。
教學重難點
蓋斯定律的內容、理解及應用。
教學過程
【新課導入】
某些物質的反應熱，由于種種原因不能直接測得，只能通過化學計算的方式間接獲得。在生產中，對燃料的燃燒、反應條件的控制以及廢熱的利用，也需要反應熱計算，為方便反應熱計算，我們需要找到一種方法。
【提問】下列數據表示燃燒熱嗎？為什么？
H2(g)＋1/2 O2(g)＝H2O(g)　ΔH1＝－241.8 kJ·mol-1
【回答】不是，因為當水為液態時反應熱才是燃燒熱。
【追問】那么，H2的燃燒熱ΔH究竟是多少？
已知：H2O(g)＝H2O(l)　ΔH 2＝－44 kJ·mol-1
【交流】H2(g)＋1/2 O2(g)＝H2O(l)　 ΔH＝ΔH 1＋ΔH 2＝－285.8 kJ·mol－1　　　
【提問】如何測出這個反應的反應熱：C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g)　 ΔH＝？
【引導】①能直接測出嗎？如何測？②若不能直接測出，怎么辦？
【引言】我們可以讓碳全部氧化成CO2，卻很難控制碳的氧化只生成CO而不繼續生成CO2，那么，C(s)＋1/2O2(g)＝CO(g)的反應熱如何獲得呢？1836年，俄國化學家蓋斯，提出了蓋斯定律為我們解決了這個問題。今天我們來學習蓋斯定律。
【新知講解】
【閱讀理解】閱讀課本P13、14，理解蓋斯定律的含義。
【講解】
一、蓋斯定律
【簡介】蓋斯的生平事跡。
蓋斯是俄國化學家，早年從事分析化學研究，1830年專門從事化學熱效應測定方法的改進，曾改進拉瓦錫和拉普拉斯的冰量熱計，從而較準確地測定了化學反應中的能量。1836年經過多次試驗，他總結出一條規律：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，1860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。當一個不能直接發生的反應要求計算反應熱時，便可以用分步法測定反應熱并加和起來而間接求得。故而我們常稱蓋斯是熱化學的奠基人。
1.蓋斯定律的內容
【講解】一個化學反應，不管是一步完成還是分幾步完成，其反應熱是相同的。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。這就是蓋斯定律。
2.對蓋斯定律的理解
【思考】如何理解蓋斯定律。
（1）從反應途徑角度
由起點A到終點B有多少條途徑？從不同途徑由A點到B點的位移有什么關系？
【講解】某人從山下的A點到達山頂B點，他從A點出發，無論是翻山越嶺，還是做纜車直奔山頂，當最終到達B點時，位移是相同的。即人的登山高度與上山的途徑無關，只與起點和終點的相對高度有關。
（2）從能量守恒角度
【講解】蓋斯定律是質量守恒定律和能量守恒定律的共同體現，反應是一步完成還是多步完成，最初的反應物和最終的生成物都是一樣的，只要物質沒有區別，能量也不會有區別。
從S→L，ΔH1<0，體系放熱，從L→S，ΔH2>0，體系吸熱，據能量守恒，ΔH1＋ΔH2＝0。
（3）從反應熱角度
【交流討論】我們再用下圖表示始態到終態的反應熱，三個途徑的反應熱有什么關系？
ΔH=ΔH1+ΔH2 =ΔH3+ΔH4+ΔH5
3.蓋斯定律的應用
【講解】有些化學反應進行很慢或不易直接發生，很難直接測得這些反應的反應熱，可通過蓋斯定律獲得它們的反應熱數據。
【交流討論】
已知：(1)C(s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
(2)CO(g)＋1/2O2(g)=CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1
若C(s)＋1/2O2(g)=CO(g)的反應熱為ΔH，求ΔH。
【講解】分析三者的關系如圖
應用蓋斯定律求解：
ΔH1＝ΔH＋ΔH2
則：ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1－(－283.0 kJ·mol－1)＝－110.5 kJ·mol－1。
【過渡】通過以上分析我們可知，熱化學方程式可以加和，下面，我們通過例題探尋一下方程式加和的方法。
【例題講解】
1.已知：①2C(s)＋O2(g)=2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ·mol－1；
②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·mol－1。
則制備水煤氣的反應C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)的ΔH為(　　)
A．＋262.6 kJ·mol－1 B．－131.3 kJ·mol－1
C．－352.3 kJ·mol－1 D．＋131.3 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】根據蓋斯定律，由題意知：
①×1/2－②×1/2得：ΔH＝(－221.0 kJ·mol－1)×1/2－(－483.6 kJ·mol－1)×1/2＝＋131.3 kJ·mol－1。
【交流討論】
熱化學反應方程式加和的方法，目標方程式如何通過“四則運算式”導出？
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”。
2.按照蓋斯定律，結合下述反應方程式回答問題，已知：
① NH3(g)＋HCl(g)＝NH4Cl(s)　　　ΔH1＝－176 kJ·mol－1
② NH3(g)＋H2O(l)＝NH3·H2O(aq)　 ΔH2＝－35.1 kJ·mol－1
③ HCl(g)＋H2O(l)＝HCl(aq)　　　 ΔH3＝－72.3 kJ·mol－1
④ NH3(aq)＋HCl(aq)＝NH4Cl(aq)　 ΔH4＝－52.3 kJ·mol－1
⑤ NH4Cl(s)＋2H2O(l)＝NH4Cl(aq)　 ΔH5＝？
則第⑤個方程式中的反應熱ΔH是__________。
【解析】根據蓋斯定律和上述反應方程式得：⑤＝④＋③＋②－①，即ΔH5＝ΔH4＋ΔH3＋ΔH2－ΔH1 =＋16.3 kJ·mol－1
3.已知
①CO(g)＋1/2O2(g)＝CO2(g)　ΔH1＝－283.0 kJ·mol－1
②H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(l)　ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1
③C2H5OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH3＝－1370 kJ·mol－1
試計算④2CO(g)＋4H2(g)＝H2O(l)＋C2H5OH(l)的ΔH
【解析】根據蓋斯定律，反應④不論是一步完成還是分幾步完成，其反應熱效應都是相同的。下面就看看反應④能不能由① ② ③三個反應通過加減乘除組合而成，也就是說，看看反應④能不能分成① ② ③幾步完成。
①×2＋② ×4－③＝④
所以，ΔH＝ΔH1×2＋ΔH2×4－ΔH3＝－283.2 kJ·mol－1×2－285.8 kJ·mol－1×4＋1 370 kJ·mol－1＝－339.6 kJ·mol－1
4.已知1 mol紅磷轉化為1 mol白磷，吸收18.39 kJ熱量。
① 4P(s，紅)＋5O2(g)=2P2O5(s)　ΔH1
② 4P(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
【答案】　B
【解析】根據提供信息，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正確。
【總結】
應用蓋斯定律計算反應熱時應注意的問題：
(1)首先要明確所求反應的始態和終態、各物質的化學計量數及反應的吸、放熱情況。
(2)不同途徑對應的最終結果應一樣。
(3)可以利用方程式加和法求反應熱，當熱化學方程式乘以或除以某一個數時，ΔH也應乘以或除以同一個數；方程式進行加減運算時，ΔH也同樣要進行加減運算，注意各步反應ΔH的正負。
(4)將一個熱化學方程式逆向書寫時，ΔH的符號也隨之改變，但絕對值不變。
(5)在設計反應過程中，可能會遇到同一物質的三態(固、液、氣)的相互轉化，狀態由固→液→氣變化時，會吸熱；反之會放熱。
【課堂小結】
【課堂檢測】
1.已知熱化學方程式：
C(金剛石，s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH1
C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH2
C(石墨，s)=C(金剛石，s)　ΔH3＝＋1.9 kJ·mol－1
下列說法正確的是(　A　)
A．石墨轉化成金剛石的反應是吸熱反應
B．金剛石比石墨穩定
C．ΔH3＝ΔH1－ΔH2
D．ΔH1>ΔH2
解析：將方程式依次編號①、②、③，可得③＝②－①，即ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝＋1.9 kJ·mol－1>0得出石墨比金剛石穩定，故A項對，B項、C項、D項錯。
2.蓋斯定律指出：化學反應的反應熱只與反應的始態(各反應物)和終態(各生成物)有關，而與反應進行的具體途徑無關。物質A在一定條件下可發生一系列轉化，由圖示可判斷下列關系錯誤的是(　　)
A.A→F，ΔH＝－ΔH6
B.ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝1
C.C→F，|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|
D.ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－ΔH4－ΔH5－ΔH6
【答案】　B
【解析】　A項，F→A，ΔH＝ΔH6，則A→F，ΔH＝－ΔH6，A項正確。B項，6個步驟相加即回到原點，則ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0，B項錯誤。C項，F→C，ΔH＝ΔH6＋ΔH1＋ΔH2，則C→F，|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|，C項正確。D項，D→A與A→D的過程恰好相反，即ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－ΔH4－ΔH5－ΔH6，D項正確。
3．已知25℃、101 kPa條件下：
①4Al(s)＋3O2(g)=2Al2O3(s) ΔH＝－2 834.9 kJ·mol－1
②4Al(s)＋2O3(g)=2Al2O3(s) ΔH＝－3 119.1 kJ·mol－1
由此得出的正確結論是(　A　)
A．等質量的O2比O3能量低，由O2變O3為吸熱反應
B．反應①可確定鋁的燃燒熱是708.7 kJ
C．O3比O2穩定，由O2變O3為放熱反應
D．反應②可確定鋁的燃燒熱是779.78 kJ·mol－1
【解析】A項利用蓋斯定律，將反應①－②得3O2(g)＝2O3(g)　ΔH＝＋284.2 kJ·mol－1，可知等質量的O2比O3能量低，故A正確；B項單位應為 kJ·mol－1；由A項知O2比O3能量低，物質的能量越低越穩定，故C項錯誤；燃燒熱是指1 mol物質與O2完全燃燒時放出的熱量，不是與O3燃燒，故D錯誤。
4.已知下列各反應的焓變
①Ca(s)＋C(s，石墨)＋3/2O2(g)＝CaCO3(s)　ΔH＝－1 206.8 kJ·mol－1
②Ca(s)＋1/2O2(g)＝CaO(s)　ΔH＝－635.1 kJ·mol－1
③C(s，石墨)＋O2(g)＝CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
試求④CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)的焓變。
【解析】④＝②＋③－①，ΔH＝－635.1 kJ·mol－1－393.5 kJ·mol－1－（－1 206.8 kJ·mol－1）=＋178.2 kJ·mol－1
5．紅磷P(s)和Cl2(g)發生反應生成PCl3(g)和PCl5(g)。反應過程和能量關系如下圖所示(圖中的ΔH表示生成1 mol產物的數據)。
根據圖回答下列問題：
(1)P和Cl2反應生成PCl3的熱化學方程式為3/2Cl2(g)＋P(s)===PCl3(g)__ΔH＝－306__kJ/mol___。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的熱化學方程式為 PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g) ΔH＝＋93__kJ/mol___。
(3)P和Cl2分兩步反應生成1 mol PCl5的ΔH3＝__－399__kJ/mol___，P和Cl2一步反應生成1 mol PCl5的ΔH4__＝___(填“>”“<”或“＝”)ΔH3。
解析：(1)產物的總能量減去反應物的總能量就等于反應熱，結合圖像可知，PCl3與反應物P、Cl2的能量差值為306 kJ，因此該反應的熱化學方程式為：P(s)＋Cl2(g)===PCl3(g)　ΔH＝－306 kJ/mol。
(2)根據圖像可知PCl5和PCl3、Cl2之間的能量差值為93 kJ，因此PCl5分解成PCl3和Cl2的熱化學方程式為：PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g)　ΔH＝＋93 kJ/mol。
(3)根據蓋斯定律求得：ΔH3＝－399 kJ/mol。因焓變與反應的途徑無關，只與反應物、生成物狀態、量有關，故ΔH3＝ΔH4。

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