資源簡(jiǎn)介

第二節(jié) 反應(yīng)熱的計(jì)算
第2課時(shí) 反應(yīng)熱的計(jì)算
教學(xué)目標(biāo)
掌握利用熱化學(xué)方程式及蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的簡(jiǎn)單計(jì)算
教學(xué)重難點(diǎn)
應(yīng)用蓋斯定律進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算
教學(xué)過(guò)程
【新課導(dǎo)入】
實(shí)際應(yīng)用中我們常常要計(jì)算反應(yīng)熱，下面我們討論一下反應(yīng)熱計(jì)算的方法。例如在生產(chǎn)中對(duì)于燃料的燃燒、反應(yīng)條件的控制以及“廢熱”的利用，需要進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算。
【新知講解】
【交流討論】閱讀課本P15、16、17，討論反應(yīng)熱計(jì)算的方法
一.根據(jù)熱化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算
【講解】熱化學(xué)方程式與數(shù)學(xué)上的方程式相似，可以移項(xiàng)同時(shí)改變正、負(fù)號(hào)；各項(xiàng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)包括ΔH的數(shù)值可以同時(shí)擴(kuò)大或縮小相同的倍數(shù)。其計(jì)算方法步驟與根據(jù)一般化學(xué)方程式計(jì)算相似，可以把反應(yīng)熱看作方程式內(nèi)的一項(xiàng)進(jìn)行處理。
【例題講解】
1.葡萄糖是人體所需能量的重要來(lái)源之一。葡萄糖燃燒的熱化學(xué)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(xué)方程式與它燃燒的熱化學(xué)方程式相同。
計(jì)算：(1)100 g葡萄糖在人體中完全氧化時(shí)所產(chǎn)生的熱量；(2)生成18 g水時(shí)放出的熱量。
【答案】(1)100 g葡萄糖在人體中完全氧化時(shí)產(chǎn)生1557 kJ的熱量。(2)466.67 kJ
【解析】根據(jù)題意，葡萄糖的燃燒熱為2800 kJ·mol－1。
(1)180 g葡萄糖的物質(zhì)的量為：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×2800 kJ·mol－1＝1557 kJ。
(2)18 g水為1 mol，生成6 mol水放熱為2800 kJ，生成1 mol水放熱為2800 kJ×1/6＝466.67 kJ。
【小結(jié)】1.熱化學(xué)方程式的性質(zhì)：
①熱化學(xué)方程式可以進(jìn)行方向改變，方向改變時(shí)，反應(yīng)熱數(shù)值不變，符號(hào)相反。
②熱化學(xué)方程式中物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)和反應(yīng)熱可以同時(shí)改變倍數(shù)。
③熱化學(xué)方程式可以疊加，疊加時(shí)，物質(zhì)和反應(yīng)物同時(shí)疊加。
2.計(jì)算依據(jù)：反應(yīng)熱的絕對(duì)值與各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比，依據(jù)熱化學(xué)方程式中的ΔH求反應(yīng)熱，如
aA(g)　＋　bB(g) = cC(g)　＋　dD(g)　　ΔH
a b c d |ΔH|
n(A) n(B) n(C) n(D) |Q|
則 ＝ ＝ ＝ ＝。
【例題講解】
2.25℃、101 kPa 時(shí)，使1.0鈉與足量的氯氣反應(yīng)，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(yīng)熱。
【解析】1.0鈉與足量的氯氣反應(yīng)，生成氯化鈉晶體并放出17.87 kJ的熱量，則生成1mol NaCl的反應(yīng)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(xué)方程式如下：Na(s)＋1/2 Cl2(g) = NaCl(s)　ΔH= －411 kJ/mol，4.6g NaCl的物質(zhì)的量為4.6 g÷23 g/mol = 0.2 mol，設(shè)生成4.6 g NaCl的反應(yīng)熱為y
Na(s)＋1/2 Cl2(g) = NaCl(s)　ΔH= －411 kJ/mol
1mol 411 kJ
0.2mol y
y=82.2 kJ
二、根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計(jì)算
【例題講解】
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(yīng)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
【答案】 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(gè)熱化學(xué)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，答案為A。
【交流討論】運(yùn)用蓋斯定律解答問(wèn)題通常有兩種方法：
（1）虛擬路徑法：如C(s)＋O2(g)=CO2(g)，可設(shè)置如圖：ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
（2）加合(或疊加)法：即運(yùn)用所給方程式就可通過(guò)加減的方法得到新化學(xué)方程式。
【講解】若一個(gè)化學(xué)方程式可由另外幾個(gè)化學(xué)方程式相加或相減得到，則該化學(xué)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可以由以上熱化學(xué)方程式包括其ΔH(含“＋” “－”)相加或相減而得到。
【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(yīng)生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反應(yīng)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
【答案】B
【解析】將已知的三個(gè)熱化學(xué)方程式依次編號(hào)為①②③，根據(jù)蓋斯定律，由①＋②×＋③得熱化學(xué)方程式Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq) = Cu2＋(aq)＋2H2O(l)　ΔH＝－319.68 kJ·mol－1。
三、根據(jù)燃燒熱計(jì)算
【例題講解】
5.乙醇的燃燒熱ΔH＝－1366.8 kJ·mol－1，在25℃、101kPa 時(shí)，1kg乙醇充分燃燒后放出多少熱量？
【解析】C2H5OH的摩爾質(zhì)量是46 g/mol
1kg C2H5OH的物質(zhì)的量=1000 g÷46 g·mol－1= 21.74 mol
1kg C2H5OH燃燒后放出熱量=1366.8 kJ·mol－1 ×21.74 mol = 29714.23 kJ
6.能源問(wèn)題是人類(lèi)社會(huì)面臨的重大課題，H2、CO、CH3OH都是重要的能源物質(zhì)，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(yīng)合成甲醇的熱化學(xué)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
【答案】A
【解析】根據(jù)題給三種物質(zhì)的燃燒熱可以寫(xiě)出：
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH1＝－285.8 kJ·mol－1①
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－282.5 kJ·mol－1②
CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3＝－726.7 kJ·mol－1③
運(yùn)用蓋斯定律進(jìn)行計(jì)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。
四、根據(jù)化學(xué)鍵的變化
利用反應(yīng)物和生成物的鍵能和計(jì)算：ΔH＝反應(yīng)物的鍵能和－生成物的鍵能和(鍵能是指破壞1 mol化學(xué)鍵所吸收的能量或形成1 mol化學(xué)鍵所釋放的能量)。
【例題講解】
7.化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊化學(xué)健的斷裂和新化學(xué)鍵的形成。已知某些化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)如下：
化學(xué)鍵 H—H Cl—Cl H—Cl
鍵能/(kJ·mol－1) 436 243 431
則下列熱化學(xué)方程式不正確的是(　C　)
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
【解析】化學(xué)反應(yīng)的焓變?chǔ)＝反應(yīng)物的鍵能之和－生成物的鍵能之和，反應(yīng)1/2H2(g)＋1/2Cl2(g)=HCl(g)的ΔH＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)/2－431 kJ·mol－1＝－91.5 kJ·mol－1，所以A項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)反應(yīng)的ΔH＝－91.5 kJ·mol－1×2＝－183 kJ·mol－1，正確；D項(xiàng)反應(yīng)是B項(xiàng)反應(yīng)的逆反應(yīng)，生成HCl的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，則HCl的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，吸收的熱量與放出的熱量相等，D項(xiàng)正確。
8.已知：1 mol晶體硅中含有2 mol Si—Si鍵。工業(yè)上可通過(guò)下列反應(yīng)制取高純硅：SiCl4(g)＋2H2(g)=Si(s)＋4HCl(g)，根據(jù)下表列舉的化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)，判斷該反應(yīng)的反應(yīng)熱(ΔH)為(　C　)
化學(xué)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
【解析】反應(yīng)熱等于反應(yīng)物的鍵能之和－生成物的鍵能之和，則工業(yè)上制取高純硅的反應(yīng)熱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。
五、反應(yīng)熱大小的比較
【例題講解】
9.比較下列各組熱化學(xué)方程式中ΔH的大小。
①C(s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH1 C(s)＋O2(g)=CO(g)　ΔH2 ΔH1__<___ΔH2；
②H2(g)＋O2(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(duì)于①，1 mol C(s)完全燃燒顯然比不完全燃燒放出的熱量多，即|ΔH1|>|ΔH2|，但ΔH1、ΔH2均小于0，所以ΔH1<ΔH2；對(duì)于②，ΔH4＝2ΔH3<0，所以ΔH3>ΔH4；對(duì)于③，可以用圖示比較法，也可以用蓋斯定律法：將兩式相減得：S(s)===S(g)　ΔH＝ΔH5－ΔH6>0(固態(tài)硫變?yōu)闅鈶B(tài)硫是吸熱過(guò)程)，所以ΔH5>ΔH6(氣態(tài)硫比固態(tài)硫燃燒放出的熱量多)。
【交流討論】比較方法
(1)比較ΔH的大小時(shí)，必須把反應(yīng)熱的“＋“－”與反應(yīng)熱的數(shù)值看作一個(gè)整體進(jìn)行比較；比較反應(yīng)放出或吸收的熱量時(shí)只比較數(shù)值的大?。槐容^“燃燒熱”“中和熱”時(shí)，只需比較數(shù)值的大小。
(2)反應(yīng)物的狀態(tài)、化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，則ΔH不同。
(3)ΔH是帶符號(hào)進(jìn)行比較的，所有吸熱反應(yīng)的ΔH均比放熱反應(yīng)的ΔH大。放熱反應(yīng)的ΔH<0，放熱越多，ΔH越小，但|ΔH|越大。
(4)同一物質(zhì)，狀態(tài)不同，反應(yīng)熱亦不同。
(5)對(duì)于可逆反應(yīng)，因反應(yīng)不能進(jìn)行到底，實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中放出或吸收的能量要小于熱化學(xué)方程式中反應(yīng)熱的數(shù)值
【課堂小結(jié)】
【課堂檢測(cè)】
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(zhì)的量為(　　)
A．0.22 mol B．0.15 mol C．0.1 mol D．0.05 mol
【答案】C
【解析】設(shè)當(dāng)生成5.4 g H2O時(shí)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(shè)CO的物質(zhì)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。
2.根據(jù)以下三個(gè)熱化學(xué)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(guān)系正確的是(　　)
A.Q1>Q2>Q3 B.Q1>Q3>Q2
C.Q3>Q2>Q1 D.Q2>Q1>Q3
【答案】　A
【解析】　假設(shè)已知三個(gè)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(xué)方程式，故放出熱量比②多，即Q1>Q2；②、③相比H2O的狀態(tài)不同，因?yàn)榈攘康乃?，H2O(l)比H2O(g)能量低，故放出熱量Q2>Q3，則有Q1>Q2>Q3。
3．已知1 mol紅磷轉(zhuǎn)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(guān)系正確的是(　　)
A．ΔH1＝ΔH2 B．ΔH1>ΔH2
C．ΔH1<ΔH2 D．無(wú)法確定
【答案】　B
【解析】根據(jù)提供信息，由反應(yīng)①減去反應(yīng)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。
4.白磷與氧氣可發(fā)生如下反應(yīng)：P4(白磷，s)＋5O2(g)=P4O10(s)。已知斷裂下列化學(xué)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 ckJ·mol－1、O＝O d kJ·mol－1。根據(jù)圖示的分子結(jié)構(gòu)和有關(guān)數(shù)據(jù)估算該反應(yīng)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
【答案】　A
【解析】 各化學(xué)鍵的鍵能：P－P a kJ·mol－1、P－O b kJ·mol－1、P＝O c kJ·mol－1、O＝O d kJ·mol－1，反應(yīng)熱ΔH＝反應(yīng)物鍵能和－生成物鍵能和，所以反應(yīng)P4(白磷，s)＋5O2(g)=P4O10(s)的反應(yīng)熱ΔH＝6a kJ·mol－1＋5d kJ·mol－1－(4c kJ·mol－1＋12b kJ·mol－1)＝(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1，故A項(xiàng)正確。
5.發(fā)射衛(wèi)星時(shí)可用氣態(tài)肼(N2H4)為燃料和二氧化氮(NO2)為氧化劑，兩者反應(yīng)生成氮?dú)夂蜌鈶B(tài)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(yīng)的熱化學(xué)方程式為_(kāi)_______________________________________。
(2)有人認(rèn)為若用氟氣代替二氧化氮作氧化劑，反應(yīng)釋放的能量更大，試寫(xiě)出肼和氟氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_________________________________________________________________。
【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
【解析】　(1)結(jié)合蓋斯定律：②×2－①便得反應(yīng)2N2H4(g)＋2NO2(g)=3N2(g)＋4H2O(g)，其反應(yīng)熱ΔH＝(－543 kJ·mol－1)×2－(＋67.7 kJ·mol－1)＝－1 153.7 kJ·mol－1。
(2)結(jié)合蓋斯定律知：②＋③×4－④×2得反應(yīng)N2H4(g)＋2F2(g)=N2(g)＋4HF(g)，其反應(yīng)熱ΔH＝(－543 kJ·mol－1)＋(－269 kJ·mol－1)×4－(－242 kJ·mol－1)×2＝－1 135 kJ·mol－1。

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