微专题1 反应热的计算和ΔH的大小比较
一、反应热的计算
1.根据热化学方程式计算
热化学方程式中反应热数值与各物质的化学计量数成正比。注:Q表示吸收或放出的能量。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
则====。
例1 已知由氢气和氧气反应生成4.5
g水蒸气时放出60.45
kJ的热量。
(1)写出H2燃烧的热化学方程式。
(2)计算该条件下50
g
H2燃烧放出的热量。
答案 (1)已知生成4.5
g(0.25
mol)水蒸气放出60.45
kJ的热量,则有
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH
2
mol
1
mol
2
mol |ΔH|
0.25
mol 60.45
kJ
则=,|ΔH|=483.6
kJ·mol-1,
由于反应放热,所以ΔH=-483.6
kJ·mol-1,
故热化学方程式:2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-483.6
kJ·mol-1。
(2)50
g
H2的物质的量为=25
mol,
50
g
H2放出的热量为25
mol×
kJ·mol-1=6
045
kJ。
2.根据反应物、生成物的键能计算
ΔH=E(反应物的键能总和)-E(生成物的键能总和)。
例2 根据键能数据计算CH4(g)+4F2(g)===CF4(g)+4HF(g)的反应热ΔH=___________。
化学键
C—H
C—F
H—F
F—F
键能/(kJ·mol-1)
414
489
565
155
答案 -1
940
kJ·mol-1
解析 ΔH=E(反应物键能总和)-E(生成物键能总和)=(4×414+4×155-4×489-4×565)
kJ·mol-1=-1
940
kJ·mol-1。
3.根据物质的标准燃烧热数值计算
Q放=n(可燃物)×|ΔH|(标准燃烧热)。
例3 已知丙烷的标准燃烧热ΔH=-2
215
kJ·mol-1,若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8
g水,则放出的热量约为( )
A.55
kJ
B.220
kJ
C.550
kJ
D.1
108
kJ
答案 A
解析 丙烷分子式是C3H8,标准燃烧热为-2
215
kJ·mol-1,则1
mol丙烷完全燃烧会生成4
mol水,放热2
215
kJ,1.8
g水的物质的量为0.1
mol,则消耗丙烷的物质的量为0.025
mol,所以反应放出的热量为0.025
mol×2
215
kJ·mol-1=55.375
kJ,则放出的热量约为55
kJ。
4.根据图像计算
例4 根据如图写出反应CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)的反应热ΔH=________________。
答案 -91
kJ·mol-1
解析 由图知:CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)的反应热ΔH=(419-510)kJ·mol-1=-91
kJ·mol-1。
5.根据盖斯定律计算
将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减,得到一个新的热化学方程式及其ΔH。
例5 CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。
已知:C(s)+2H2(g)===CH4(g)
ΔH=-75
kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-394
kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-111
kJ·mol-1
该催化重整反应的ΔH=________kJ·mol-1。
答案 247
解析 将题给三个反应依次编号为①②③:
C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH=-75
kJ·mol-1①
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-394
kJ·mol-1②
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-111
kJ·mol-1③
根据盖斯定律,由③×2-①-②可得
CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)
ΔH=247
kJ·mol-1。
1.已知葡萄糖的标准燃烧热ΔH=-2
804
kJ·mol-1,当它氧化生成1
g水时放出的热量是( )
A.26.0
kJ
B.51.9
kJ
C.155.8
kJ
D.467.3
kJ
答案 A
解析 葡萄糖标准燃烧热的热化学方程式:C6H12O6(s)+6O2(g)===6CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-2
804
kJ·mol-1,由此可知,生成6
mol×18
g·mol-1=108
g水放出2
804
kJ热量,则生成1
g水时放出的热量为≈26.0
kJ。
2.(2020·合肥一中模拟)已知:2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6
kJ·mol-1,CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890
kJ·mol-1。现有H2与CH4的混合气体112
L(标准状况下),使其完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),若实验测得反应放热3
845.8
kJ,则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是( )
A.1∶1
B.1∶3
C.1∶4
D.2∶3
答案 C
解析 设混合气体中含有x
mol
H2,则CH4的物质的量为(5-x)
mol,则x+890×(5-x)=3
845.8,得x=1,C项正确。
3.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
通常人们把拆开1
mol某化学键所消耗的能量看成该化学键的键能。已知H—H、O==O和O—H键的键能分别为436
kJ·mol-1、496
kJ·mol-1和462
kJ·mol-1,则
a为( )
A.-332
B.-118
C.350
D.130
答案 D
解析 根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。根据题中给出的键能可得出热化学方程式:③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH3=(2×436+496-4×462)kJ·mol-1=-480
kJ·mol-1,题中②2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH2=-220
kJ·mol-1,根据盖斯定律(②-③)×得①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH1=(ΔH2-ΔH3)×,即a=(-220+480)×=130,选项D正确。
4.(2020·石家庄月考)已知:C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-393.5
kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.5
kJ·mol-1
欲得到相同热量,需充分燃烧C和H2的质量比约为( )
A.12∶3.25
B.3.25∶12
C.1∶1
D.6∶1
答案 A
解析 设需要碳和氢气的质量分别是x、y,则×393.5=×241.5,解得x∶y≈12∶3.25。
二、焓变的大小比较
1.ΔH大小比较时注意事项
ΔH是有符号的,比较时要带着符号比。
(1)吸热反应的ΔH为正值,放热反应的ΔH为负值,
所以吸热反应的ΔH一定大于放热反应的ΔH。
(2)放热反应的ΔH为“-”,所以放热越多,ΔH越小。
2.常见的几种ΔH大小比较方法
(1)如果化学计量数加倍,ΔH的绝对值也要加倍
例如,H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH1=-a
kJ·mol-1;
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2=-b
kJ·mol-1,其中ΔH2<ΔH1<0,且b=2a。
(2)同一反应,反应物或生成物的状态不同,反应热不同
在同一反应里,反应物或生成物状态不同时,要考虑A(g)A(l)A(s),或者从三状态自身的能量比较:E(g)>E(l)>E(s),可知反应热大小亦不相同。
如S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-a
kJ·mol-1
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-b
kJ·mol-1
(3)晶体类型不同,产物相同的反应,反应热不同
如C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-a
kJ·mol-1
C(金刚石,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-b
kJ·mol-1
(4)根据反应进行的程度比较反应热大小
①其他条件相同,燃烧越充分,放出的热量越多,ΔH越小,如C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH1;C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2,则ΔH1>ΔH2。
②对于可逆反应,由于反应物不可能完全转化为生成物,所以实际放出(或吸收)的热量小于相应的热化学方程式中的ΔH的绝对值。如:2SO2(g)+O2(g)??2SO3(g)ΔH=-197
kJ·mol-1,向密闭容器中通入2
mol
SO2(g)和1
mol
O2(g),发生上述反应,达到平衡后,放出的热量小于197
kJ,但ΔH仍为-197
kJ·mol-1。
(5)中和反应中反应热的大小不同
①浓硫酸和氢氧化钠固体反应生成1
mol水时,放出的热量一定大于57.3
kJ(浓硫酸稀释和氢氧化钠固体溶解时都会放出热量)。
②醋酸和NaOH溶液反应生成1
mol水时,放出的热量一定小于57.3
kJ(醋酸电离会吸热)。
③稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应生成1
mol水时,反应放出的热量一定大于57.3
kJ(SO和Ba2+反应生成BaSO4沉淀会放热)。
1.下列两组热化学方程式中,有关ΔH的比较正确的是( )
①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH1
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH2
②NaOH(aq)+H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)+H2O(l) ΔH3
NaOH(aq)+CH3COOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH4
A.ΔH1>ΔH2;ΔH3>ΔH4
B.ΔH1>ΔH2;ΔH3<ΔH4
C.ΔH1=ΔH2;ΔH3<ΔH4
D.ΔH1<ΔH2;ΔH3>ΔH4
答案 B
解析 ①中两个反应都是放热反应,后者生成液态水,所以放出的热量大于前者,而放热反应ΔH小于0,放热越多,焓变越小,故ΔH1>ΔH2。②中两个反应的实质是酸碱中和,都是放热反应,两个反应生成水的物质的量都是1
mol,但是CH3COOH是弱电解质,电离过程吸收一部分热量,所以后者放出的热量少,所以ΔH3<ΔH4。
2.(2020·福建省仙游县枫亭中学高二期中)强酸与强碱的稀溶液发生中和反应:H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3
kJ·mol-1。分别向1
L
0.5
mol·L-1的NaOH溶液中加入:①稀醋酸、②浓H2SO4、③稀硝酸,恰好完全反应的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,它们的关系正确的是( )
A.ΔH1>ΔH2>ΔH3
B.ΔH2<ΔH1<ΔH3
C.ΔH1=ΔH2=ΔH3
D.ΔH1>ΔH3>ΔH2
答案 D
解析 等物质的量的NaOH与稀CH3COOH、浓H2SO4、稀HNO3恰好反应生成等物质的量的水,若不考虑物质的溶解热和弱电解质电离吸热,应放出相同的热量。但在实际反应中,浓H2SO4稀释放热,CH3COOH是弱电解质,电离要吸热,且放热越多,ΔH越小,则ΔH1>ΔH3>ΔH2。
3.室温下,将1
mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,反应热为ΔH1,将1
mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,反应热为ΔH2,CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)+5H2O(l),反应热为ΔH3,则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3
B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2
D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
答案 B
解析 ①胆矾溶于水时,溶液温度降低,反应为CuSO4·5H2O(s)===Cu2+(aq)+SO(aq)+5H2O(l) ΔH1>0;
②CuSO4(s)===Cu2+(aq)+SO(aq) ΔH2<0;
③已知CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3;依据盖斯定律①-②得到③,所以ΔH3=ΔH1-ΔH2;ΔH2<0,ΔH1>0,故ΔH3>0。由上述分析可知ΔH2<ΔH3,故A项错误;ΔH2=ΔH1-ΔH3,由于ΔH2<0,则ΔH3>ΔH1,故B项正确;ΔH3=ΔH1-ΔH2,故C项错误;ΔH2<0,ΔH1>0,ΔH3>ΔH1+ΔH2,故D项错误。
4.下列各组热化学方程式中,ΔH1<ΔH2的是( )
①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH2
②S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH1
S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH2
③H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH1
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2
④CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) ΔH1
CaO(s)+H2O(l)===Ca(OH)2(s) ΔH2
A.①
B.②③④
C.④
D.①②③
答案 A
解析 碳不完全燃烧放热少,焓变比较大小时考虑符号,所以ΔH1<ΔH2,故①符合;固态硫变为气态硫需要吸收热量,所以ΔH1>ΔH2,故②不符合;相同条件下物质的量少的反应放热少,1
mol氢气燃烧放热小于2
mol氢气燃烧放热,所以ΔH1>ΔH2,故③不符合;碳酸钙分解吸热,焓变为正值,氧化钙和水反应是化合反应,放热,焓变是负值,所以ΔH1>ΔH2,故④不符合。