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第一章 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)
第二節(jié) 反應(yīng)熱的計(jì)算
第二課時(shí) 反應(yīng)熱的計(jì)算
新課導(dǎo)入
為什么我們需要進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算？
長(zhǎng)征五號(hào)“身高59.5米起飛重量為643噸，起飛推力為833.8噸。近地軌道25噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸。
它的一級(jí)火箭燃料采用的是液氧煤油，為了提供
這么大的能量，我們需要加注多少?lài)嵢剂夏兀?br/>新課導(dǎo)入
在化學(xué)科研中，經(jīng)常要通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)所放出或吸收的熱量。但是某些物質(zhì)的反應(yīng)熱，由于種種原因不能直接測(cè)得，只能通過(guò)化學(xué)計(jì)算的方式間接獲得。在生產(chǎn)中，對(duì)燃料的燃燒、反應(yīng)條件的控制以及廢熱的利用，也需要反應(yīng)熱計(jì)算 。
燒開(kāi)5 kg常溫的水，需要多少升煤氣呢？
燃煤工業(yè)鍋爐正常工作一天可提供多少熱能？
反應(yīng)熱的計(jì)算
1.根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱
將兩個(gè)或兩個(gè)以上的熱化學(xué)方程式包括其△H相加或相減，得到一個(gè)新的熱化學(xué)方程式及其△H。
(1)確定待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式(確定目標(biāo)熱化學(xué)方程式)。
(2)找出待求熱化學(xué)方程式中只在已知化學(xué)方程式中出現(xiàn)一次的物質(zhì)(多次的不考慮)，并依據(jù)該物質(zhì)調(diào)整已知化學(xué)方程式的方向(同側(cè)相加，異側(cè)相減)和化學(xué)計(jì)量數(shù)。
(3)每個(gè)已知化學(xué)方程式只能調(diào)整一次。
(4)ΔH與化學(xué)方程式一對(duì)應(yīng)調(diào)整和運(yùn)算。
反應(yīng)熱的計(jì)算
1.根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱
(1)虛擬路徑法:
若反應(yīng)物A變?yōu)樯晌顳，可以有兩個(gè)途徑:
a.由A直接變成D，反應(yīng)熱為ΔH;
b.由A經(jīng)過(guò)B變成C，再由C變成D，每步反
應(yīng)的反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如圖所示，
則有:ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
反應(yīng)熱的計(jì)算
a.確定待求反應(yīng)的熱化學(xué)方程式
b.找出待求熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)出現(xiàn)在已知熱化學(xué)方程式中的位置(是同側(cè)還是異側(cè))。
c.根據(jù)待求熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)來(lái)調(diào)整已知熱化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)。
d.對(duì)調(diào)整后的已知熱化學(xué)方程式進(jìn)行加和(利用同側(cè)相加,異側(cè)相減原則),計(jì)算待求反應(yīng)的焓變。
(2)加和法：利用加和法計(jì)算反應(yīng)焓變一般要經(jīng)過(guò)4步:
1.根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱
反應(yīng)熱的計(jì)算
例1：CH4—CO2催化重整反應(yīng)為CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH1
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2
C(s)＋ O2(g)===CO(g)　ΔH3
該催化重整反應(yīng)的ΔH＝ 。
2ΔH3-ΔH1-ΔH2
1.根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱
反應(yīng)熱的計(jì)算
1.根據(jù)蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱
例2：煤可通過(guò)下列兩種途徑成為燃料:
途徑Ⅰ　C(s)+O2(g)=CO2(g)　ΔH1<0
途徑Ⅱ
先制水煤氣:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)　ΔH2>0 ①
再燃燒水煤氣:
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)　ΔH3<0 ②
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)　ΔH4<0 ③
(1)判斷兩種途徑放出的熱量:途徑Ⅰ放出的熱量 (填“大于”“等于”或“小于”)途徑Ⅱ放出的熱量。
(2)ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的數(shù)學(xué)關(guān)系是　　 　。
反應(yīng)熱的計(jì)算
應(yīng)用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
(1)首先要明確所求反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)、各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)及反應(yīng)的吸、放熱情況。
(2)不同途徑對(duì)應(yīng)的最終結(jié)果應(yīng)一樣。
(3)當(dāng)熱化學(xué)方程式乘以或除以某一個(gè)數(shù)時(shí)，ΔH也應(yīng)乘以或除以同一個(gè)數(shù)；方程式進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，ΔH也同樣要進(jìn)行加減運(yùn)算，注意各步反應(yīng)ΔH的正負(fù)。
(4)將一個(gè)熱化學(xué)方程式逆向書(shū)寫(xiě)時(shí)，ΔH的符號(hào)也隨之改變，但絕對(duì)值不變。
(5)在設(shè)計(jì)反應(yīng)過(guò)程中，可能會(huì)遇到同一物質(zhì)的三態(tài)(固、液、氣)的相互轉(zhuǎn)化，狀態(tài)由固→液→氣變化時(shí)，會(huì)吸熱；反之會(huì)放熱。
反應(yīng)熱的計(jì)算
2、根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計(jì)算
ΔH＝E(反應(yīng)物的鍵能總和)－E(生成物的鍵能總和)
常見(jiàn)物質(zhì)中的化學(xué)鍵數(shù)目
物質(zhì) CO2(C=O) CH4 (C－H) P4(P－P) SiO2 (Si－O) 石墨 金剛石 S8 (S－S) Si
鍵數(shù) 2 4 6 4 1.5 2 8 2
反應(yīng)熱的計(jì)算
2、根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計(jì)算
例3：根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)計(jì)算CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反應(yīng)熱ΔH＝___________________。
化學(xué)鍵 C—H C—F H—F F—F
鍵能/(kJ·mol－1) 414 489 565 155
－1940 kJ·mol－1
解析　ΔH＝E(反應(yīng)物鍵能總和)－E(生成物鍵能總和)＝(4×414＋4×155－4×489－4×565) kJ·mol－1＝－1940 kJ·mol－1。
反應(yīng)熱的計(jì)算
例4：已知:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/mol。若斷裂1mol H-H、1mol N-H需要吸收的能量分別為436 kJ、391 kJ，則斷裂1molN≡N需要吸收的能量為（ ）。
A.431 kJ B.945.6 kJ C.649 kJ D.869kJ
-92.4kJ/mol=(EN≡N+ 3×436 - 6×391)kJ/mol
EN≡N=+945.6kJ/mol
B
解析　ΔH＝E(反應(yīng)物鍵能總和)－E(生成物鍵能總和)
2、根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計(jì)算
反應(yīng)熱的計(jì)算
3、根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算
熱化學(xué)方程式中反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)成正比。例如，
aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)　ΔH
a　　　b　　　 c　　　d　 　|ΔH|
n(A)　　n(B)　 n(C)　 n(D)　　Q
反應(yīng)熱的計(jì)算
例5：焦炭與水蒸氣反應(yīng)、甲烷與水蒸氣反應(yīng)均是工業(yè)上制取氫氣的重要方法。這兩個(gè)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式分別為:
①C(s) + H2O(g)==CO(g) + H2(g) △H1=+131.5 kJ/mol
②CH4(g) + H2O(g)==CO(g) + 3H2(g) △H2=+205.9 kJ/mol
試計(jì)算CH4(g)==C(s) + 2H2(g)的△H。
解析 分析各化學(xué)方程式的關(guān)系可以得出，將反應(yīng)①的逆反應(yīng)與反應(yīng)②相加，得到反應(yīng): CH4(g)==C(s) + 2H2(g)
CO(g) + H2(g)=C(s) + H2O(g) △H3=-△H1=-131.5 kJ/mol
+) CH4(g) + H2O(g)==CO(g) + 3H2(g) △H2=+205.9 kJ/mol
CH4(g)==C(s) + 2H2(g) △H=+74.4 kJ/mol
3、根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算
反應(yīng)熱的計(jì)算
4、根據(jù)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)值計(jì)算
可燃物完全燃燒放出的熱量＝n(可燃物) × |ΔH|(燃燒熱的絕對(duì)值)
例6：黃鐵礦(主要成分為FeS2)的燃燒是工業(yè)上制硫酸時(shí)得到SO2的途徑之一，反應(yīng)的化學(xué)方程式為: 4FeS2+ 11O2 2Fe2O3 + 8SO2
在25 ℃和101 kPa時(shí)，1 mol FeS2(s)完全燃燒生成Fe2O3(s)和SO2(g)時(shí)放出853 kJ的熱量。這些熱量(工業(yè)中叫做“廢熱”)在生產(chǎn)過(guò)程中得到了充分利用，大大降低了生產(chǎn)成本，對(duì)于節(jié)約資源、能源循環(huán)利用具有重要意義。
（1）請(qǐng)寫(xiě)出FeS2燃燒的熱化學(xué)方程式。
（2）計(jì)算理論上1 kg黃鐵礦( FeS2的含量為90%)完全燃燒放出的熱量。
反應(yīng)熱的計(jì)算
4、根據(jù)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)值計(jì)算
解析 (1)根據(jù)題意，F(xiàn)eS2燃燒的熱化學(xué)方程式為:
FeS2(s)+ O2(g)=== Fe2O3(s)+2SO2(g) △H= -853 kJ/mol
(2) FeS2的摩爾質(zhì)量為120 g/mol。
1 kg黃鐵礦含F(xiàn)eS2的質(zhì)量為: 1000 g 90% = 900 g
900 g FeS2的物質(zhì)的量為：900g 120 g/mol = 7.5 mol
理論上1kg黃鐵礦完全燃燒放出的熱量為:
7.5 mol 853 kJ/mol = 6398 kJ
答:(1) 根據(jù)題意，F(xiàn)eS2燃燒的熱化學(xué)方程式為:
FeS2(s)+ O2(g)=== Fe2O3(s)+2SO2(g) △H= -853 kJ/mol
(2)理論上1kg黃鐵礦完全燃燒放出的熱量為 6398 kJ。
反應(yīng)熱的計(jì)算
5.根據(jù)圖像計(jì)算
ΔH＝E(生成物的總能量)－E(反應(yīng)物的總能量)
反應(yīng)熱的計(jì)算
例7：已知化學(xué)反應(yīng)A2(g)＋B2(g)=2AB(g)的能量變化如圖所示，判斷下列敘述中正確的是(　　)
A.每生成2分子AB吸收b kJ熱量
B.該反應(yīng)熱ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1
C.該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量
D.斷裂1 mol A—A鍵和1 mol B—B鍵，
放出a kJ能量
B
5.根據(jù)圖像計(jì)算
反應(yīng)熱的大小比較
1.與“符號(hào)”相關(guān)的反應(yīng)熱比較
對(duì)于放熱反應(yīng)來(lái)說(shuō)，ΔH＝－Q kJ·mol－1，雖然“-”僅表示放熱的意思，但在比較大小時(shí)要將其看成真正意義上的“負(fù)號(hào)”，即：放熱越多，ΔH反而越小；放熱越少，ΔH反而越大
2.與“化學(xué)計(jì)量數(shù)”相關(guān)的反應(yīng)熱比較
如：
H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l)　ΔH1＝－a kJ·mol－1，2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　 ΔH2＝－b kJ·mol－1
aΔH2。放熱反應(yīng)，數(shù)值越大，ΔH越小
反應(yīng)熱的大小比較
3、與“物質(zhì)聚集狀態(tài)”相關(guān)的反應(yīng)熱比較
(1)同一反應(yīng)，生成物狀態(tài)不同時(shí)
A(g)＋B(g)=C(g)　ΔH1<0，A(g)＋B(g)=C(l)　ΔH2<0，
A(g)＋B(g)=C(s) ΔH3<0，因?yàn)镃(g)=C(l)　ΔH4<0
C(l)=C(s)　ΔH5<0
則ΔH4＝ΔH2－ΔH1<0，
所以ΔH2<ΔH1
則ΔH5＝ΔH3－ΔH2<0
所以ΔH3<ΔH2
ΔH3<ΔH2<ΔH1
C(s)
同一反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)物狀態(tài)相同，生成物狀態(tài)不同
①若是放熱反應(yīng)，則物質(zhì)越穩(wěn)定，反應(yīng)熱越小(數(shù)字越大)
②若是吸熱反應(yīng)，則物質(zhì)越不穩(wěn)定，反應(yīng)熱越大(數(shù)字越大)
反應(yīng)熱的計(jì)算
(2)同一反應(yīng)，反應(yīng)物狀態(tài)不同時(shí)
S(g)＋O2(g)=SO2(g)　ΔH1<0S(s)＋O2(g)=SO2(g)　ΔH2<0
ΔH2＋ΔH3＝ΔH1
則ΔH3＝ΔH1－ΔH2
又ΔH3<0，所以ΔH1<ΔH2
同一反應(yīng)，當(dāng)生成物狀態(tài)相同，反應(yīng)物狀態(tài)不同
①若是放熱反應(yīng)，則物質(zhì)越不穩(wěn)定，反應(yīng)熱越小(數(shù)字越大)
②若是吸熱反應(yīng)，則物質(zhì)越穩(wěn)定，反應(yīng)熱越大(數(shù)字越大)
3、與“物質(zhì)聚集狀態(tài)”相關(guān)的反應(yīng)熱比較
反應(yīng)熱的計(jì)算
C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH1C(金剛石，s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH2因?yàn)镃(石墨，s)=C(金剛石，s)　ΔH>0ΔH=ΔH1-ΔH2所以ΔH=ΔH1-ΔH2
ΔH1>ΔH2
4、與“同素異形體”相關(guān)的反應(yīng)熱比較
隨堂訓(xùn)練
1.通過(guò)以下反應(yīng)均可獲取H2。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（ ）
①太陽(yáng)光催化分解水制氫：2H2O(l)=2H2(g)＋O2(g) ΔH1=+571.6kJ·mol–1
②焦炭與水反應(yīng)制氫：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH2=+131.3kJ·mol–1
③甲烷與水反應(yīng)制氫：CH4(g)＋H2O(g)=CO(g)＋3H2(g) ΔH3=+206.1kJ·mol–1
A．反應(yīng)①中太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
B．反應(yīng)②為放熱反應(yīng)
C．反應(yīng)③使用催化劑，ΔH3減小
D．反應(yīng)CH4(g)=C(s)+2H2(g)的ΔH3= -74.8kJ·mol–1
D
隨堂訓(xùn)練
2.下列各組熱化學(xué)方程式中，△H1<△H2的是（ ）
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) △H1 C(s)＋O2(g)===CO(g) △H2
②S(s)＋O2(g)===SO2(g) △H1 S(g)＋O2(g)===SO2(g) △H2
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l) △H1 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) △H2
④CaCO3(s)==CaO(s)＋CO2(g) △H1
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s) △H2
A．只有① B．只有④ C．只有②③④ D．只有①②③
A
隨堂訓(xùn)練
3.已知化學(xué)反應(yīng)A2(g)＋B2(g)=2AB(g)的能量變化如圖所示，判斷下列敘述中正確的是(　　 )
A.每生成2分子AB吸收b kJ熱量
B.該反應(yīng)熱ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1
C.該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量
D.斷裂1 mol A—A鍵和1 mol B—B鍵，放出a kJ能量
B
隨堂訓(xùn)練
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 c kJ·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
A
THANKS

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