資源簡介

(共50張PPT)
第二節　反應熱的計算
　
第一章　第二節　反應熱的計算
1.了解蓋斯定律及其簡單應用。
2.能進行反應焓變的簡單計算。
課程標準
任務一　蓋斯定律
新知構建
1.蓋斯定律的內容
通過大量實驗證明，不管化學反應是一步完成或分幾步完成，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。
交流研討
1.如何寫出甲烷直接將NO2還原為N2的熱化學方程式？
提示：根據蓋斯定律，由 ×(①＋②)可得目標熱化學方程式：CH4(g)＋2NO2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)＋N2(g)　ΔH＝－867 kJ·mol－1。
2.由N2O和NO反應生成N2和NO2的能量變化如圖所示，若生成1 mol N2，其ΔH是多少？

提示：ΔH＝209 kJ·mol－1－348 kJ·mol－1＝－139 kJ·mol－1。
2.蓋斯定律的意義
應用蓋斯定律可以間接計算出反應很慢或不容易直接發生的或伴有副反應的反應的反應熱。
3.蓋斯定律的應用
利用已知反應的反應熱計算未知反應的反應熱。
若反應物A經反應生成生成物D，可以有兩個途徑：
①由A直接變成D，反應熱為ΔH；
②由A經過B生成C，再由C生成D，每步的反應熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如下圖所示：

則ΔH＝________________。
ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
應用評價
1.已知：P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s) ΔH1
P(s，紅磷)＋ O2(g)=== P4O10(s)　ΔH2
設計成如下轉化路徑，請填空：
則ΔH＝________________。
ΔH1－4ΔH2
2.已知25 ℃、101 kPa下，1 mol水蒸發為水蒸氣需要吸熱44.01 kJ，
2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　 ΔH＝＋571.66 kJ·mol－1
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1
1 mol水蒸發為水蒸氣的熱化學方程式為__________________________
_________________。
(1)
H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝
＋44.01 kJ·mol－1
(2)計算出反應C(s)＋ O2(g)===CO(g)的反應熱(寫出計算過程)。
答案：由①H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.01 kJ·mol－1，②2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.66 kJ·mol－1，③C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1，根據蓋斯定律③－ ×②＋①得C(s)＋ O2(g)===
O2(g)===CO(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1－ ×571.66 kJ·mol－1＋44.01 kJ·mol－1＝－110.53 kJ·mol－1。
思維建模
解題流程——四步分析法
第一步：分析目標反應和已知反應的差異，明確目標反應物和生成物，以及需要約掉的中間產物。
第二步：將每個已知的熱化學方程式兩邊同乘以某個合適的數，使已知熱化學方程式中某種反應物或生成物的化學計量數與目標熱化學方程式中的該物質的化學計量數一致，熱化學方程式的焓變也進行相應的計算。
思維建模
第三步：將已知熱化學方程式相加減消掉目標反應熱化學方程式中沒有的物質(同側相減，異側相加消去中間產物)。
第四步：得出目標熱化學方程式(目標熱化學方程式化學計量數不能存在公約數， 應為最簡形式)。
以上步驟可以概括為找目標、看來源、調化學計量數、相加減、得答案。
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任務二　反應熱的計算
新知構建
1.利用熱化學方程式計算
已知：FeS2(s)＋ O2(g)=== Fe2O3(s)＋2SO2(g)　ΔH＝－853 kJ·mol－1
計算1 kg黃鐵礦(FeS2的含量為90%)完全燃燒放出的熱量為________ kJ。
2.利用燃燒熱計算
已知乙烷的燃燒熱為1 560 kJ·mol－1，則25 ℃、101 kPa時15 g乙烷完全燃燒生成液態水時放出的熱量為_____ kJ。
3.利用蓋斯定律計算
4.根據反應物和生成物的總能量計算
ΔH＝生成物的總能量－反應物的總能量
5.利用燃燒熱(ΔH)計算
ΔH＝反應物燃燒熱(ΔH)之和－生成物燃燒熱(ΔH)之和
6397.5
780
交流研討
甲醇是重要的化工原料，又可作為燃料。利用合成氣(主要成分為CO、CO2和H2)在催化劑作用下合成甲醇，發生的主要反應如下：
Ⅰ.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　 ΔH1
Ⅱ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　 ΔH2＝－58 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　 ΔH3
已知反應中相關的化學鍵鍵能數據如下：
化學鍵 H—H C—O C≡O H—O C—H
E/(kJ·mol－1) 436 351 1 076 462.8 413.4
1.根據化學鍵的鍵能計算ΔH1。
提示：ΔH1＝(1 076 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1)－(3×413.4 kJ·mol－1＋351 kJ·mol－1＋462.8 kJ·mol－1)＝－106 kJ·mol－1。
2．根據上述數據能否計算CO2中C=O鍵的鍵能？鍵能為多少？
提示：能計算；ΔH2＝[2E(C=O)＋3×436 kJ·mol－1]－(3×413.4 kJ·mol－1＋351 kJ·mol－1＋462.8 kJ·mol－1＋2×462.8 kJ·mol－1)＝－58 kJ·mol－1，故E(C=O)＝806.8 kJ·mol－1。
化學鍵 H—H C—O C≡O H—O C—H
E/(kJ·mol－1) 436 351 1 076 462.8 413.4
3．計算ΔH3。
提示：反應Ⅲ＝反應Ⅱ－反應Ⅰ，因此ΔH3＝－58 kJ·mol－1－(－106 kJ·mol－1)＝＋48 kJ·mol－1。
4．根據反應Ⅱ，放出29 kJ熱量時，反應轉移的電子數為多少(用NA表示阿伏加德羅常數的值)
提示：根據熱化學方程式可知放出29 kJ熱量時，反應的H2為1.5 mol，轉移電子數為1.5×2NA＝3NA。
化學鍵 H—H C—O C≡O H—O C—H
E/(kJ·mol－1) 436 351 1 076 462.8 413.4
應用評價
1．已知共價鍵的鍵能與熱化學方程式信息如下表：
則2O(g)===O2(g)的ΔH為
A．428 kJ·mol－1 B．－428 kJ·mol－1
C．498 kJ·mol－1 D．－498 kJ·mol－1
共價鍵 H—H H—O
E/ (kJ·mol－1) 436 463
熱化學方程式 2H2(g)＋O2 (g)===2H2O(g)　ΔH＝－482 kJ·mol－1
√
反應的ΔH＝2E(H—H)＋E(O==O)－4E(H—O)，－482 kJ/mol＝2×　436 kJ/mol＋E(O==O)－4×463 kJ/mol，解得O==O鍵的鍵能為498 kJ/mol，2個氧原子結合生成氧氣的過程需要釋放能量，因此2O(g)===　O2(g)的ΔH＝－498 kJ/mol。
2．合成氨工業上常用下列方法制備H2：
方法Ⅰ：C(s)＋2H2O(g) CO2(g)＋2H2(g)
方法Ⅱ：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)
已知：①C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH1＝－394 kJ·mol－1；
②2C(s，石墨)＋O2(g)===2CO(g)　 ΔH2＝－222 kJ·mol－1；
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　 ΔH3＝－484 kJ·mol－1。
試計算25 ℃時由方法Ⅱ制備1 000 g H2所放出的能量為_________。
20 500 kJ
CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)的ΔH＝ΔH1－ ΔH2－ ΔH3＝－394 kJ·mol－1－ ×(－222 kJ·mol－1)－ ×(－484 kJ·mol－1)＝－41 kJ·mol－1，所以制備1 000 g H2所放出的能量為20 500 kJ。
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隨堂演練
√
1.在298 K、100 kPa時，已知：
2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH1,Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　ΔH2,2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3,則ΔH3與ΔH1和ΔH2間的關系正確的是
A.ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2　 B.ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C.ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D.ΔH3＝ΔH1－ΔH2
①2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　 ΔH1
②Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　 ΔH2
③2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3
由蓋斯定律可知，③＝①＋2×②，因此ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2；故選A。
2.某科學家利用二氧化鈰(CeO2)在太陽能作用下將H2O、CO2轉變成H2、
CO。其過程如下：mCeO2 (m－x)CeO2·xCe＋xO2， (m－x)　
CeO2·xCe＋xH2O＋xCO2 mCeO2＋xH2＋xCO，下列說法不正確的是
A.該過程中CeO2沒有消耗
B.該過程實現了太陽能向化學能的轉化
C.右圖中ΔH1＝－(ΔH2＋ΔH3)
D.右圖中ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
√
將兩個過程的反應加起來可得總反應為H2O＋CO2
===H2＋CO＋O2，反應中CeO2沒有消耗，CeO2
作催化劑，A正確；該過程中在太陽能作用下將
H2O、CO2轉變為H2、CO，所以把太陽能轉變
成化學能，B正確；由圖中轉化關系及蓋斯定律可知：－ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，即ΔH1＝－(ΔH2＋ΔH3)，C正確，D錯誤；故選D。
3.設NA為阿伏加德羅常數的值。已知反應：
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝a kJ/mol；
②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝b kJ/mol。
其他數據如表：
下列說法正確的是
A.上表中x＝
B.H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝(a－b) kJ/mol
C.當有4NA個C—H鍵斷裂時，反應放出的熱量一定為a kJ
D.a＞b且甲烷燃燒熱為b kJ/mol
化學鍵 C===O O===O C—H O—H
鍵能/(kJ·mol－1) 798 x 413 463
√
4.(1)隨著化石能源的減少，新能源的開發利用日益迫切。Bunsen熱化學循環制氫工藝由下列三個反應組成：
SO2(g)＋I2(g)＋2H2O(g)===2HI(g)＋H2SO4(l) ΔH＝a kJ·mol－1
2H2SO4(l)===2H2O(g)＋2SO2(g)＋O2(g)　 ΔH＝b kJ·mol－1
2HI(g)===H2(g)＋I2(g)　 ΔH＝c kJ·mol－1
則：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　 ΔH＝_________kJ·mol－1。
2a＋b＋2c
將題給熱化學方程式依次編號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根據蓋斯定律，由Ⅰ×2＋Ⅱ＋Ⅲ×2得2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝(2a＋b＋2c)kJ·mol－1。
(2)發射衛星時可用肼(N2H4)為燃料，用二氧化氮作氧化劑，這兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣。已知：
①N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　 ΔH1＝＋67.7 kJ·mol－1
②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　 ΔH2＝－534 kJ·mol－1。
試計算1 mol肼與二氧化氮完全反應時放出的熱量為________kJ，寫出肼
與二氧化氮反應的熱化學方程式：_________________________________
_______________________。
567.85
根據蓋斯定律，由②×2－①得：2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝(－534 kJ·mol－1)×2－67.7 kJ·mol－1＝－1 135.7 kJ·mol－1，則1 mol肼與二氧化氮完全反應時放出的熱量為567.85 kJ。
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課時測評
√
題點一　蓋斯定律及其應用
1.在一定溫度壓強下，依據圖示關系，下列說法不正確的是
A.C(石墨)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH2
B.1 mol C(石墨)和1 mol C(金剛石)分別與足量O2反應全部轉化為CO2(g)，前者放熱多
C.ΔH5＝ΔH1－ΔH3
D.化學反應的ΔH，只與反應體系的始態和終態有關，與反應途徑無關
√
2.汽車尾氣中的NOx、CO、碳氫化合物通過排氣系統的凈化裝置(催化劑主要由Rh、Pd、Pt等物質和稀土材料組成)轉化為無害氣體，凈化原理如下。下列分析正確的是

A.催化劑能改變ΔH
B.NOx發生了氧化反應
C.CO轉化為CO2時，CeO2轉化為CeO2－m
D.NO2的水溶液能導電，NO2為電解質
催化劑只能改變反應的活化能，不能改變反應的ΔH，A錯誤；由圖可知，NOx變為氮氣，氮元素的化合價降低，得電子被還原，發生還原反應，B錯誤；CO轉化為CO2時，碳元素化合價升高，CeO2反應時得電子化合價降低生成CeO2－m，C正確；NO2的水溶液能導電是因為NO2與水反應生成了硝酸，硝酸可以導電，NO2本身在水溶液中無法電離，不能導電，所以NO2為非電解質，D錯誤；故答案選C。
√
3.天然氣水蒸氣轉化法是目前獲取H2的主流方法，CH4經過兩步反應完全轉化為H2和CO2，其能量變化如圖：

則總反應 CH4(g)＋H2O(g)=== CO2(g)＋2H2(g)的ΔH等于
A.＋82.7 kJ·mol－1 B.＋165.4 kJ·mol－1
C.－82.7 kJ·mol－1 D.－165.4 kJ·mol－1
√
題點二　反應熱的計算
4.已知H—H鍵的鍵能為436 kJ·mol－1，H—N鍵的鍵能為391 kJ·mol－1，根據熱化學方程式N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1，推求N≡N鍵的鍵能是
A.431 kJ·mol－1 B.946 kJ·mol－1
C.649 kJ·mol－1 D.1 130 kJ·mol－1
反應的ΔH等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，設N≡N鍵的鍵能是x，則－92 kJ·mol－1＝x＋3×436 kJ·mol－1－6×391 kJ·mol－1，求得x＝946 kJ·mol－1，故選B。
√
5.(2023·河南省鄭州市高二期末)一定條件下，H2和Cl2反應生成HCl的能量變化如圖所示。下列說法正確的是

A.斷裂1 mol HCl中的化學鍵吸收能量862 kJ
B.形成1 mol Cl—Cl鍵吸收能量243 kJ
C.一定條件下，H2、Cl2和HCl中，最穩定的為HCl
D.H2(g)＋Cl2(g)===2HCl (g)　ΔH＝－183 kJ/mol
斷裂1 mol HCl中的化學鍵吸收能量是431 kJ，故A錯誤；形成1 mol Cl—Cl鍵放出能量是243 kJ，故B錯誤；鍵能越大越穩定，H—H鍵鍵能最大，H2最穩定，故C錯誤；ΔH可以用反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，ΔH＝(436＋243) kJ/mol－2×431 kJ/mol＝－183 kJ/mol，故D正確；故選D。
√
6.鎂和鹵素單質(X2)反應的相對能量變化如圖所示。下列說法正確的是

A.熱穩定性：MgF2>MgCl2>MgBr2>MgI2
B.22.4 L F2(g)與足量的Mg充分反應，放熱1 124 kJ
C.工業上可用電解MgCl2溶液的方法冶煉金屬Mg，該過程需要吸收熱量
D.由圖可知，MgBr2(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)＋Br2(l)　ΔH＝－117 kJ·mol－1
A項，物質的能量越低越穩定，根據圖像數據分析，
化合物的熱穩定性由強到弱的順序為MgF2>MgCl2
>MgBr2>MgI2，正確；B項，沒有說明是否在標準
狀況下，22.4 L F2(g)不一定為1 mol，錯誤；C項，
工業上用電解熔融MgCl2的方法冶煉金屬Mg，而不
是電解MgCl2溶液，錯誤；D項，①Mg(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s) ΔH＝－641 kJ·mol－1，②Mg(s)＋Br2(g)===MgBr2(s) ΔH＝－524 kJ·mol－1，由①－②得MgBr2(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)＋Br2(g) ΔH＝－117 kJ·mol－1，而Br2(g)變成Br2(l)會放出熱量，則MgBr2(s)＋Cl2(g)===MgCl2(s)＋Br2(l)的ΔH<－117 kJ·mol－1，錯誤。
√
7.在一定條件下，CH4和CO燃燒的熱化學方程式分別為
CH4(g)＋2O2(g)===2H2O(l)＋CO2(g)　ΔH＝－890 kJ·mol－1，2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1。若某CH4和CO的混合氣體充分燃燒，放出的熱量為262.9 kJ，生成的CO2用過量的飽和石灰水完全吸收，得到50 g白色沉淀。則混合氣體中CH4和CO的體積比為
A.1∶2 B.1∶3
C.2∶1 D.2∶3
√
8.已知：①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220 kJ·mol－1。H—H鍵、O===O鍵和O—H鍵的鍵能分別為436 kJ·mol－1、496 kJ·mol－1和462 kJ·mol－1，則a為
A.－332 B.－118
C.＋350 D.＋130
根據蓋斯定律和焓變與鍵能的關系解答。結合題中給出的鍵能可得出熱化學方程式：③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝(2×436＋496－4× 462) kJ·mol－1＝－480 kJ·mol－1，由蓋斯定律將(②－③)× 得①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝(ΔH2－ΔH3)× ＝[－220 kJ·mol－1－(－480 kJ·mol－1)]× ＝＋130 kJ·mol－1，即a＝＋130，選項D正確。
9.磷元素是生物體必需的常量元素，存在于人體所有細胞中，是構成骨髓和牙齒的必要物質，幾乎參與所有生理上的化學反應。白磷、紅磷是磷的兩種同素異形體，在空氣中燃燒得到磷的氧化物，空氣不足時生成P4O6，空氣充足時生成P4O10。
(1)已知298 K時白磷、紅磷完全燃燒的熱化學方程式分別為
①P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s)　 ΔH1＝－2 983.2 kJ·mol－1；
②P(s，紅磷)＋ O2(g)=== P4O10(s)　 ΔH2＝－738.5 kJ·mol－1。
則該溫度下白磷轉化為紅磷的熱化學方程式為________________________
_____________________。
P4(s，白磷)===4P(s，紅磷)　
ΔH＝－29.2 kJ·mol－1
根據蓋斯定律，①－4×②可得：P4(s，白磷)====4P(s，紅磷)　ΔH＝
－2 983.2 kJ·mol－1－(－738.5 kJ·mol－1)×4＝－29.2 kJ·mol－1。
(2)已知298 K時白磷不完全燃燒的熱化學方程式為P4(s，白磷)＋3O2(g)===P4O6(s)　ΔH＝－1 638 kJ·mol－1。在某密閉容器中加入62 g白磷和50.4 L氧氣(標準狀況)，控制條件使之恰好完全反應。則所得到的P4O10與P4O6的物質的量之比為________，反應過程中放出的熱量為
____________。
n(白磷)＝ ＝0.5 mol，n(O2)＝ ＝2.25 mol，設得
到的P4O10與P4O6的物質的量分別為x mol、y mol，則x＋y＝0.5，5x＋3y＝2.25，解得x＝0.375，y＝0.125。反應過程中放出的熱量為2 983.2 kJ·mol－1×0.375 mol＋1 638 kJ·mol－1×0.125 mol＝1 323.45 kJ。
3∶1
1 323.45 kJ
5 g CH3OH(l)在氧氣中充分燃燒生成CO2(g)和H2O(l)時放出113.5 kJ的熱量，故32 g即1 mol CH3OH(l)在氧氣中充分燃燒生成CO2(g)和H2O(l)放出 ×113.5 kJ＝726.4 kJ熱量，則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為CH3OH(l)＋ O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－726.4 kJ·mol－1。
10.化學反應的反應熱通常可以通過實驗進行測定，也可通過理論進行推算。
(1)實驗測得5 g甲醇(CH3OH)液體在氧氣中充分燃燒生成二氧化碳氣體和液態水時釋放出113.5 kJ的熱量，則表示甲醇燃燒熱的熱化學方程式為
__________________________________________________________。
(2)已知4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－x kJ·mol－1。蒸發1 mol H2O(l)需要吸收的能量為44 kJ，其他相關數據如表：
則表中z(用x、a、b、d表示)的大小為____________________。
NH3(g) O2(g) NO(g) H2O(g)
1 mol分子中的化學鍵斷裂時需要吸收的能量/kJ a b z d
根據題意可知，蒸發1 mol H2O(l)需要吸收的能量為44 kJ，因此6 mol H2O(g)變成液態水需要放出的能量為6×44 kJ。根據ΔH＝反應物的總鍵能－生成物的總鍵能可知，在反應4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－x kJ·mol－1＝4a kJ·mol－1＋5b kJ·mol－1－4z kJ·mol－1－6d
kJ·mol－1－6×44 kJ·mol－1，解得z＝ 。
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