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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
1.2.1 蓋斯定律及運(yùn)用
學(xué)習(xí)目標(biāo)
1 .知道蓋斯定律的內(nèi)容，能用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的簡單計(jì)算
2. 學(xué)會有關(guān)反應(yīng)熱計(jì)算的方法技巧，進(jìn)一步提高化學(xué)計(jì)算的能力
化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)
表示
焓變(△H)、 熱化學(xué)方程式
玻璃 攪拌器
內(nèi)筒
隔熱層
外 殼
測定
中和熱的測
定
圖1-3 簡易量熱計(jì)示意圖
溫度計(jì)
杯蓋
否。
有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純(有副反應(yīng)發(fā)生),
如甲烷的不完全燃燒，大多數(shù)有機(jī)反應(yīng)；
有些反應(yīng)進(jìn)行得很慢或太快，如煤炭，石油，鉆石的形成或爆炸； 有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生，如石墨和氫氣生成甲烷的反應(yīng)。
1、利用熱量計(jì)，我們可以測量中和反應(yīng)熱，說明中和反應(yīng) 反應(yīng)熱是可以直接測量的，那么是否所有的反應(yīng)熱都可以直 接測量呢
思考
1840年俄國化學(xué)家蓋斯為了解決這一問題依
據(jù)能量守恒定律，通過大量的實(shí)驗(yàn)證明了化
學(xué)反應(yīng)的焓變與化學(xué)反應(yīng)的過程沒有關(guān)系， 只與反應(yīng)物和生成物的始末狀態(tài)有關(guān)，這 一
定律稱之為蓋斯定律。
2、能否利用一些已知的反應(yīng)熱來計(jì)算一些無法直 接測定的反應(yīng)熱呢
思考
一個(gè)化學(xué)反應(yīng)(在相同條件下),不管是一步完成還是分幾步完成
的，其反應(yīng)熱是相同的。
化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng) 的途徑無關(guān)
一.蓋斯定律
1.內(nèi)容
2.特點(diǎn)
某人從山下的A點(diǎn)到達(dá)山頂B點(diǎn)，他從A 點(diǎn)出發(fā)，無論是翻山越嶺，還是做纜車 直奔山頂，當(dāng)最終到達(dá)B點(diǎn)時(shí)，位移是相
同的。即人的登山高度與上山的途徑無
關(guān)，只與起點(diǎn)和終點(diǎn)的相對高度有關(guān)。
(1)從反應(yīng)途徑角度理解蓋斯定律
登山的高度與上 山的途徑無關(guān)， 只與起點(diǎn)和終點(diǎn) 的相對高度有關(guān)
2.多角度理解蓋斯定律
A
B
無論反應(yīng)是一步完成還是多步完成，最 初的反應(yīng)物和最終的生成物都是一樣的， 只要物質(zhì)沒有區(qū)別，能量也不會有區(qū)別。
假如：
從S→L,△H <0, 體系放熱
從L→S,△H >0, 體系吸熱
據(jù)能量守恒，△H + △H =0。
(2)從能量守恒定律的角度理解蓋斯定律
從反應(yīng)途徑角度，A→ D:
△H=△H +△H +△H =-(△H +△H +△H )
從能量守恒角度：
△H + △H + △H + △H + △H + △H6=0
(3)從反應(yīng)熱的角度理解蓋斯定律
(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：①由A 直接變成D, 反應(yīng)熱 為△H;
②由A 經(jīng)過B變成C, 再 由C 變成D, 每步的反應(yīng)熱分別為△H 、△H 、 △H
如圖所示：
則△H=△H +△H +△H
有的反應(yīng)進(jìn)行得很慢，有些反應(yīng)不直接發(fā)生，有些反應(yīng)產(chǎn)品不 純(有副反應(yīng)發(fā)生),這給用實(shí)驗(yàn)測定反應(yīng)熱造成了困難，若應(yīng) 用蓋斯定律可間接地計(jì)算出它們的反應(yīng)熱
3.蓋斯定律的意義
4.蓋斯定律的應(yīng)用
△H
△
D
A
B
【練一練】
1、已知：
(1)C(s)+O (g)=CO (g)△H =-393.5 kJ·mol-1
若C(s)+1/2O (g)=CO(g) 的反應(yīng)熱為△H, 求△H。
△H
△H
則△H = △H+△H
△H=△H -△H
=-393.5 kJ/mol-(-283.0 kJ/mol)=-110.5 kJ/mol
(2)CO(g)+1/2O (g)=CO (g)△H =-283.0 kJ mol-1
C(s)+1/2O (g)=CO(g)△H-110.5 kJ/mol
反應(yīng)C(s)+O (g)=CO (g) 的途徑可設(shè)計(jì)如下
CO(g)+_O (g)
CO (g)
△H
C(s)+O (g)
2、已知：
① H (g)+1/2O (g)=H O(l) △H =-285.8kJ/mol
② H O(l)=H O(g) △H =+44kJ/mol
③ H (g)+1/2O (g)=H O(g)△H =-241.8kJ/mo l 設(shè)計(jì)成如下轉(zhuǎn)化路徑，請?zhí)羁眨骸鱄 = △H -△H
已知：
I.C(s)+O (g)=CO (g) △H =-393.5 kJomol-1
Ⅱ.CO(g)+1/2O (g)=CO (g)△H =-283.0 kJ·mol-1 若C(s)+1/2O (g)=CO(g) 的反應(yīng)熱為△H, 求△H。
(2)加合法
①寫出目標(biāo)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式，確定各物質(zhì)在各反應(yīng)中的位置 C(s)+1/2O (g)=CO(g)
② 將已知熱化學(xué)方程式 Ⅱ變 形 ，得反應(yīng)皿：CO (g)=CO( g )+
1/2O (g)△H =+283.0 kJomol-1
式(g相) H， △加H：, , ( 5 kJ/mol
10
s)+
-1
C
△
Ⅲ
則
+

I
H
也
△
H
O
程
(g
化
O
熱
2
將
1/
③
熱化學(xué)方程式
焓變之間的關(guān)系
aA=B A=1/aB △H △H
△H =1/a△H 或 △H =a△H
aA=B H B=aA H
△H =-△H
A △H △H B △H
△H=△H +△H
C
(3)常用關(guān)系式
(1)方法步驟——“三調(diào)一加”物質(zhì)變化+能量變化
①一調(diào)：根據(jù)目標(biāo)熱化學(xué)方程式，調(diào)整已知熱化學(xué)方程式中反 應(yīng)物和生成物的左右位置 ，改寫已知的熱化學(xué)方程式
②二調(diào)：根據(jù)改寫的熱化學(xué)方程式調(diào)整相應(yīng)△H 的符號
③三調(diào)：調(diào)整中間物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)
④一加：將調(diào)整好的熱化學(xué)方程式及其△H 相加
(2)注意事項(xiàng)
①熱化學(xué)方程式乘以某一個(gè)數(shù)時(shí) ，反應(yīng)熱的數(shù)值必須也乘上該數(shù)
②熱化學(xué)方程式相加減時(shí)，物質(zhì)之間相加減，反應(yīng)熱也必須相加減
③將一個(gè)熱化學(xué)方程式顛倒時(shí)，△H 的“+”“ -”隨之改變，但數(shù) 值不變
④每個(gè)熱化學(xué)方程式只能調(diào)整一次
5.利用蓋斯定律推測并書寫熱化學(xué)方程式
【練一練】
1、已知
①CO(g)+1/2 O (g)=CO (g) △H =-283.0 kJ/mol
計(jì)算：④2CO(g) + 4 H (g)= H O(1) + C H OH(1) 的△H
②|H (g)|+1/2 O (g)=|H O(I) △H =-285.8 kJ/mol
③C H OH(1) +3 O (g)=2CO (g)+3H O(1) △H =-1370 kJ/mol
2CO(g)+O (g)=2CO (g)2△H =-566.0 kJ/mol
4 H (g)+2O (g)=4H O(1)4△H =-1143.2kJ/mol
2CO (g)+3H O(1)=C H OH(l)+30 (g)-△H =+1370 kJ/mol
2CO(g)+4 H (g)=H O(l)+C H OH(l)△H =- 339.2 kJ/mol
得④=①×2+②×4-③
+)
【練一練】
2.已知：①2C(s)+O (g)=2CO(g)△H=-221.0 kJ·mol-1;②
的反應(yīng)C(s)+H O(g)=CO(g)+H (g) 的△H 為(D)
kJ·mol-1
②Ca(s)+1/2O (g)=CaO(s)△H=-635.1 ③C(s, 石墨)+O (g)=CO (g)△H=-393.5 試求④CaCO (s)=CaO(s)+CO (g)的焓變。
kJ mol-1
·
·
kJ mol-1
3.已知下列各反應(yīng)的焓變
①Ca(s)+C(s, 石墨)+3/2O (g)=CaCO (s)△H=-1206.8
2H (g)+O (g)=2H O(g)△H=-483.6 kJ mol-1。則制備水煤氣
△H=+178.2 kJ·mol-1
B.-131.3
D.+131.3
A.+262.6
C.-352.3
kJ· mol-1
kJ mol-1
·
·
kJ mol-1
kJ mol-1
二.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)△H與化學(xué)方程式一對應(yīng)調(diào)整和運(yùn)算。
【練一練】
1、實(shí)驗(yàn)中不能直接測出由石墨和氫氣生成甲烷反應(yīng)的△H, 但可測出 CH 燃燒反應(yīng)的△H, 根據(jù)蓋斯定律求△H 。(1)CH (g)+
1/2O (g)=H O(l)△H=-285.8 kJ mol-1則 ：C(石墨)+2H (g)=
CH (g);△H = 2、已知下列熱化學(xué)時(shí)程術(shù)o(1)Fe O (s)+
CO還原成Fe和CO 的熱化學(xué)方程式
3CO(g)=2Fe(s)+3CO (g)△H=-25kJ· mol-1(2)3Fe O (s)+
CO(g)=Fe O (s)+CO (g)△H=-47kJ mol-1(3)Fe O (s)+
2O (g)=CO (g)+2H O(I)△H=-890.3 · kJ mol-1 (2)C (石墨)
+O (g)=CO (g)△H=-393.5 kJ mol-1(3)H (g)+
CO(g)=3FeO(s)+CO (g)△H=+19 kJ mol-1 寫出FeO(s)被
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO (g) △H=-11kJ·mol-1
物質(zhì) CO (C=O CH (C- H) P (P- P) SiO (Si-O) 石墨 金剛 石 S (S -S)
Si
鍵數(shù) 2 4 6 4 1.5 2 8
2
2、根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計(jì)算
△H= 反應(yīng)物總鍵能=生成物總鍵能
常見物質(zhì)中的化學(xué)鍵數(shù)目
【練一練】
2、化學(xué)反應(yīng)過程可視為舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成的過程， H—H 鍵的鍵能為436 kJ·mol-1,Cl—Cl 鍵的鍵能為243
kJ·mol-1,H—Cl 鍵的鍵能為431 kJ·mol-1 。 已 知H (g)+
)A.-183 B.183 C.-862 D.862
Cl (g)=2HCl(g)△H=-QkJ mol-1, 則 Q 等于( B
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)△H
a b C d |△H
n(A) n(B) n(C) n(D)Q
3、根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算
則
【練一練】
3、依據(jù)敘述，寫出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。(1)在25℃、101
kPa 下，1 g 甲醇燃燒生成CO 和液態(tài)水時(shí)放熱22.68 kJ。則表示甲 醇燃燒熱的熱化學(xué)方程式為
C H OH(1)+3/20,(g)=CO,(g)+2H,0 @)若適 的 N 3 和O 完 全反no l-1
應(yīng)，每生成23 g NO 需要吸收16.95 kJ熱量。
其熱化學(xué)方程式為 N (g)+2O (g)= 2NO (g)△H=+67.8 kJ·mol-1
可燃物完全燃燒放出的熱量=n (可燃物)×△H (燃燒熱的絕對值)
4、黃鐵礦(主要成分為FeS )的燃燒是工業(yè)上制硫酸時(shí)得到SO
的途徑之一，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4FeS +110 ≥2Fe O +8SO
在25℃和101kPa 時(shí)，1mol FeS (s)完全燃燒生成Fe O (s) 和SO (g)
時(shí)放出853kJ的熱量。
(1)請與出FeS 燃燒的熱化學(xué)方程式。
( 2 ) 計(jì) 算 理 論 上 1kg 黃鐵礦(FeS 的含量為90%)完全燃燒放出的 熱 量。
4、根據(jù)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)值計(jì)算
【解】
(1)根據(jù)題意，F(xiàn)eS 燃燒的熱化學(xué)方程式為：
FeS +4O = Fe O +2SO (g)△H=-853 kJ/mol
1kg 黃鐵礦含F(xiàn)eS 的質(zhì)量為：1000g×90%=900g 900gFeS的物質(zhì)的量為： 理論上1kg 黃鐵礦完全燃燒放出的熱量
為：7.5mol×853kJ/mol=6398kJ
答：(1)FeS 燃燒的熱化學(xué)方程式：
(2)理論上1kg 黃鐵礦完全燃燒放出的熱量為6398kJ。
(2)FeS 的摩爾 質(zhì)量為120g·mol-1。
能量/(kJ/mol)f
反應(yīng)物的
總能量E
生成物的
總能量E
反應(yīng)過程
能量/(kJ/mol)
生成物的
總能量E
反應(yīng)物的
總能量E
△H=(E -E )kJ/mol =(a-b)kJ/mol =+ckJ/mol
△H=(E -E )kJ/mol
=-ckJ/mol
=(a-b)kJ/mol
5.根據(jù)圖像計(jì)算
判斷下列敘述中正確的是(B)
A.每生成2分子AB 吸收b kJ熱量
B.該反應(yīng)熱△H=+(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
【練一練】
5、已知化學(xué)反應(yīng)A (g)+B (g)=2AB(g) 的能量變化如圖所示，
能量/(kJ·mol- )
a
2 mol AB(g)
I mol A (g)+1 mol B (g)
反應(yīng)進(jìn)程
0
根據(jù)△H= 生成物的總能量-反應(yīng)物的總能量
根據(jù)鍵能計(jì)算
根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算
根據(jù)燃燒熱計(jì)算
根據(jù)蓋斯定律計(jì)算
根據(jù)圖像信息計(jì)算
反應(yīng)熱的計(jì)算方法
如 ：
H (g)+1/2O (g)=H O(I)△H =-a· kJ·mol-1,2H (g)+
a△H 。放熱反應(yīng)，數(shù)值越大，△H越小
對于放熱反應(yīng)來說，△H=-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 ” 即 ：放熱越多，△H 反而越??；放熱越少，△H 反而越大
2.與“化學(xué)計(jì)量數(shù)”相關(guān)的反應(yīng)熱比較
O (g)=2H O(I) △H =-bkJ mol- 1
1.與“符號”相關(guān)的反應(yīng)熱比較
三.反應(yīng)熱的大小比較
A(g)+B(g)=C(g)△H <0, A(g)+B(g)=C(l)△H <0,
A(g)+B(g)=C(s)△H <0, 因 為C(g)=C(l)△H <0
C(I)=C(s)△H <0
則△H = △H -△H <0, 所以△H <△H
則△H = △H -△H <0 所以△H <△H
E
A(g)+B(g)
C(g)
C(l)
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)
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)
反應(yīng)過程
字越大)
則△H =△H -△H
又△H <0, 所以△H < △H 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)
E
S(g)+0 (g)
S(s)+O (g)
SO (g)
反應(yīng)過程
S(g)+O (g)=SO (g)△H <0S(s) +O (g)=SO (g) △H <0
(2)同一反應(yīng)，反應(yīng)物狀態(tài)不同時(shí)
△H +△H =△H
C( 石 墨 ，s)+O (g)=CO (g)△H C (金區(qū) 石 ，s)+O (g)=CO (g)△H 因?yàn)镃(石墨 s)=C(金剛石，s)△H>0△H=△H1-△H2 所以△H=△H1-△H2
△H >△H
4、與“同素異形體”相關(guān)的反應(yīng)熱比較
E
C(金剛石，s)+O
C(石墨，s)+0
反應(yīng)過程
CO (g)
1、試比較下列各組△H 的大小(1)同一反應(yīng)，生成物狀態(tài)不同時(shí)：A(g)+B(g)=C (g) △H <0 A(g)+B(g)=C(I) △H,<0, 則△H △H(2)同一反應(yīng)，反應(yīng)物狀態(tài)
不同時(shí) S(g)+O (g)=SO (g)△H <0 S(s)+O (g)=SO (g)△H ≥0, 則
△H △H (3)兩個(gè)有聯(lián)系的不同反應(yīng)相比C(s)+O (g)=CO (g)△H < 0 C(s) +1/20,(g)=CO(g) △H,<0, 則△H △H 2、根據(jù)以下三個(gè)熱化學(xué)方程式：
( =) ( H O△(l)H=-Q kJ · =-1- - O )+
)A.Q >Q >Q B.Q >Q >Q C.Q >Q >Q D.Q >Q >Q
A
s
+
2S
S(g
g
l
S
m
2H
Q kJ
mol
△H
O
(g)


H
O
2
S
s
g
2S
+30
O
2H
2H O(g) △H=-Q kJ mol-1 判斷Q 、Q 、Q 三者關(guān)系正確的是(
3. 已知25℃、101 kPa 條件下：①4Al(s)+30 (g)=2Al O (s)△H= -2834.9 kJ·mol- ②4Al(s)+20 (g)=2Al O (s)△H=-3119.1 kJ·mol-1 由此得出的正確結(jié)論是(A)
A. 等質(zhì)量的O 比O 能量低，由O 變O 為吸熱反應(yīng)
B. 反應(yīng)①可確定鋁的燃燒熱是708.7 kJ
C.O 比O 穩(wěn)定，由O 變O 為放熱反應(yīng)
D. 反應(yīng)②可確定鋁的燃燒熱是779.78 kJ ·mol-1
4.已知1 mol 紅磷轉(zhuǎn)化為1 mol 白磷，吸收18.39 kJ熱量。①4P(s, 紅 )
+50 (g)=2P O (s)△H ②4P(s, 白 ) + 5O (g)=2P O (s)△H 則 △H 與△H 的關(guān)系正確的是(B)
A.△H =△H B.△H >△H C.△H <△H D.無法確定

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