1.1 第2课时 热化学方程式的书写　反应焓变的计算 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

1.1 第2课时　热化学方程式的书写　反应焓变的计算
【学习目标】
1.通过对比分析,理解热化学方程式的含义及书写热化学方程式的注意事项,建立从定性到定量描述化学反应中的能量变化的思维模型。
2.通过练习,体会书写热化学方程式时容易出现的错误,在实践中体验和完善对热化学方程式的认识。
3.通过交流讨论,理解盖斯定律的本质,能用盖斯定律进行有关焓变的简单计算,形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。
4.了解摩尔燃烧焓的概念,了解我国目前的能源状况及应对能源危机所采取的措施,知道能源是人类生存和社会发展的重要基础,培养科学态度与社会责任的核心素养。
【自主预习】
一、热化学方程式
1.定义
表明化学反应所释放或吸收的　　　　的化学方程式,叫作热化学方程式。
2.意义
不仅表示化学反应中的　　　　变化,也表明了化学反应中的　　　　变化。
例如:H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)　ΔH=-184.6 kJ·mol-1,表明在298 K、101 kPa下,1 mol 气态H2与1 mol 气态Cl2反应生成2 mol 气态HCl时,放出184.6 kJ的热量。
3.热化学方程式与普通化学方程式的区别
化学方程式 热化学方程式
化学计 量数 是整数,既可表示微粒数目又可表示该物质的物质的量 既可以是整数,也可以是分数,只表示物质的物质的量
状态 不要求注明 必须在化学式后面注明
ΔH的正负 号及单位 无 必须注明
意义 表明了化学反应中的物质变化 不仅表明了化学反应中的物质变化,还表明了化学反应中的能量变化
4.热化学方程式的书写
(1)写出相应的化学方程式。热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数只表示其　　　　　　　　,可以是整数或　　　　。
(2)标注反应的温度和压强。若没有特殊说明,通常是指298 K、101 kPa,不用标明反应条件(如“加热”、“高温”或“催化剂”等)。
(3)标注各物质聚集状态。在物质后面用括号标注各物质的聚集状态:气体用“　　　　”,液体用“　　　　”,固体用“　　　　”,溶液用“　　　　”。
(4)标注ΔH的正负。化学方程式后面空一格标注ΔH,若为放热反应,ΔH为“　　　　　　”;若为吸热反应,ΔH为“　　　　　　”。
(5)计算ΔH的数值。根据化学方程式中的化学计量数计算出ΔH的数值。ΔH的单位是　　　　。
5.ΔH的单位中“ mol-1”的含义
对一个化学反应,ΔH的单位中“mol-1”不是指每摩尔具体物质,而是指“　　　　　　”。因此ΔH必须与化学方程式一一对应。
二、反应焓变的计算
1.盖斯定律
(1)内容:1840年,盖斯从大量的实验中总结出一条规律:一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其　　　　　是相同的,这就是盖斯定律。也就是说,化学反应的　　　　只与反应体系的　　　　和　　　　有关,而与反应的　　　　无关。
(2)特点:如果一个反应可以分几步进行,则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是一样的,如图:
则ΔH =　　　　,也等于　　　　　　。
(3)意义
反应热难以直
接测定的反应
(4)应用
a.若某个反应的化学方程式可由另外几个反应的化学方程式相加减而得到,则该反应的反应热也可以由这几个反应的反应热　　　　而得到。
b.体会盖斯定律的应用:实验室可通过可燃物充分燃烧来测定焓变,例如:
①C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
②CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ·mol-1
③C(s)+O2(g)CO(g)　ΔH
①②的焓变较容易测定,而③的焓变ΔH却不易测定。
c.反应C(s)+O2(g)CO2(g)的途径可设计如下:
ΔH1=　　　　　　。
ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5 kJ·mol-1-(-283.0 kJ·mol-1)=-110.5 kJ·mol-1。
2.反应焓变的计算的其他方法
(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(Q>0)。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====
(2)根据反应物和反应产物的总能量计算:
ΔH=E(反应产物)-E(反应物)
(3)根据反应物的化学键断裂与反应产物的化学键形成过程中的能量变化计算:
ΔH=反应物的化学键断裂吸收的能量-反应产物的化学键形成释放的能量
(4)根据物质的摩尔燃烧焓计算:
Q(放)=n(可燃物)×|ΔH|
三、能源
1.概念:自然界中,能为人类提供能量的物质或物质运动。
2.常见能源
常见能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能、核能、化石燃料等。
3.实现能源可持续发展的措施是“开源”“节流”。
四、摩尔燃烧焓
【参考答案】一、1.热量　2.物质　能量　4.(1)物质的量　分数　(3)g　l　s　aq　(4) -　+
(5)kJ·mol-1或J·mol-1　5.每摩尔反应
二、1.(1)反应热　反应热　始态　终态　途径
(2)ΔH1+ΔH2　ΔH3+ΔH4+ΔH5
(4)相加减　ΔH+ΔH2
【效果检测】
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)CH4(g)+2O2(g) CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ。 (　　)
(2)S(s)+O2(g) SO2(g)　ΔH=+296.8 kJ·mol-1。 (　　)
(3)已知2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-483.6 kJ·mol-1,则氢气的摩尔燃烧焓ΔH=-241.8 kJ·mol-1。 (　　)
(4)若H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=a kJ·mol-1,2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=b kJ·mol-1,则反应热的关系:2a(5)500 ℃、30 MPa下,将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-38.6 kJ·mol-1。(　　)
(6)有些反应的反应热不能直接测得,可通过盖斯定律间接计算得到。 (　　)
(7)反应热的大小与反应物所具有的能量和反应产物所具有的能量无关。 (　　)
(8)同温同压下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同。 (　　)
【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)×
2.热化学方程式中的化学计量数表示的意义是什么 使用时,应注意什么问题
【答案】热化学方程式中的化学计量数表示物质的量,可以是整数,也可以是分数。热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH的值相对应,即化学计量数与ΔH成正比。当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。
3.学会利用加合法求焓变,感受盖斯定律的应用。
已知:①MoS2(s)Mo(s)+S2(g)　 ΔH1
②S2(g)+2O2(g)2SO2(g)　 ΔH2
③2MoS2(s)+7O2(g)2MoO3 (s)+4SO2(g)　ΔH3
反应2Mo(s)+3O2(g)2MoO3(s)的ΔH=　　　　　(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的代数式表示)。
【答案】根据盖斯定律,③-2×②-2×①可得2Mo(s)+3O2(g)2MoO3(s)　ΔH=ΔH3-2ΔH2-2ΔH1。
【合作探究】
任务1：热化学方程式的书写
情境导入　北京时间2021年12月10日8时11分,我国在酒泉卫星发射中心用“长征四号乙遥四十七”运载火箭,成功将实践六号05组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
卫星发射时,运载火箭常用肼(N2H4)作燃料,用四氧化二氮(N2O4)助燃,反应产物不会对大气造成污染,已知64 g N2H4(l)与足量NO2(g)反应生成N2和液态H2O时,放出1310.8 kJ的热量。
问题生成
1.反应热与物质的什么因素有关 书写热化学方程式时应该怎样做
【答案】与物质的聚集状态有关,所以书写热化学方程式时,需注明物质的聚集状态。
2.写出上述反应的热化学方程式。
【答案】64 g N2H4(l)的物质的量为 2 mol,2 mol N2H4(l)与足量 NO2(g)反应生成N2(g)和H2O(l)时,放出1310.8 kJ的热量,则热化学方程式为2N2H4(l)+2NO2(g) 3N2(g)+4H2O(l)　ΔH=-1310.8 kJ· mol—1。
3.已知:1.28 g液态肼与足量的液态过氧化氢反应,生成氮气和水蒸气,放出25.6 kJ的热量。写出该反应的热化学方程式。
【答案】1.28 g肼的物质的量n(N2H4)==0.04 mol,其与H2O2反应产生N2、水蒸气时放出的热量为25.6 kJ,则1 mol肼发生上述反应放出热量Q==640 kJ,故该反应的热化学方程式为N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-640 kJ·mol-1。
【核心归纳】
1.“五步”突破热化学方程式的书写
2.书写热化学方程式的注意点
(1)需注明环境的温度和压强(298 K、101 kPa,可不注明)。
(2)应注明反应物和反应产物的状态。
(3)对于相同的反应,当化学计量数不同时,其ΔH不同。
(4)注意可逆反应的热效应
可逆反应中的“ΔH”表示的是完全反应时对应的焓变值。若按该反应的化学计量数投料进行反应,由于可逆反应不能进行彻底,因此吸收或放出的热量一定比ΔH的绝对值小。
【典型例题】
【例1】由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放出241.8 kJ的热量,9 g水蒸气转化为液态水放出22.0 kJ的热量,则下列热化学方程式书写正确的是(　　)。
A.H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1
B.H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=+285.8 kJ·mol-1
D.H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=+241.8 kJ·mol-1
【答案】A
【解析】H2与O2的反应为放热反应,ΔH<0,C、D两项均错误;1 mol水蒸气转化为相同条件下的1 mol液态水时要放出44.0 kJ的热量,可求出氢气与氧气反应生成1 mol液态水时ΔH为-285.8 kJ·mol-1,B项错误。
【例2】根据所给信息,书写对应的热化学方程式。
(1)11.2 L(标准状况)H2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体,放出92.3 kJ的热量,写出该反应的热化学方程式:
　 。
(2)已知4.4 g CO2气体与足量H2经催化生成CH3OH气体和水蒸气时放出4.95 kJ的热量,写出该反应的热化学方程式:　 。
【答案】(1)H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　ΔH=-184.6 kJ·mol-1
(2)CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-49.5 kJ·mol-1
方法技巧：热化学方程式正误判断的方法
任务2：盖斯定律及其应用
情境导入　某人从山下A点到达山顶B点,无论是翻山越岭攀登而上,还是坐缆车直奔山顶,山的高度(图中的h)总是不变的,即此人势能的变化只与起点A和终点B的海拔差有关,而与由A点到B点的途径无关。一个化学反应也是如此,不论是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的,这就是盖斯定律。换句话说,化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应进行的途径无关。
问题生成
为什么化学反应的反应热与化学反应的途径无关
【答案】化学反应遵循质量守恒和能量守恒。在指定的状态下各种物质的焓都是确定且唯一的,因此,不论反应是一步完成的还是分步完成的,最初的反应物和最终的反应产物都是一样的,因此焓变与反应途径无关,即反应热与反应途径无关。
【核心归纳】
利用盖斯定律计算反应热的方法
(1)加合法:运用所给热化学方程式通过加减等方法得到所求的热化学方程式。
“加合法”计算反应热的注意事项:
①热化学方程式同乘以或除以某一个数时,反应热数值也必须乘以或除以该数。
②热化学方程式相加减时,同种物质之间可相加减,反应热也随之相加减。
③对于同一热化学方程式来说,正反应和逆反应,ΔH的绝对值相等,符号相反。
④热化学方程式中的反应热指反应按所给形式完全进行时的反应热。
(2)虚拟路径法
若反应物A转化为反应产物D,可以有两种途径:
①由A直接变成D,反应热为ΔH。
②由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如图所示:
则有ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。
【典型例题】
【例3】已知:①人们通常用摩尔燃烧焓来衡量一种燃料燃烧释放热量的多少,下表是几种物质的摩尔燃烧焓(298 K、101 kPa)。
物质 H2(g) C(s) CO(g) CH4(g)
ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -283.0 -890.3
②燃料的综合利用是提高能源利用效率的重要途径之一,工业上通过煤的干馏、气化和液化等方法来实现煤的综合利用,煤气化的主要反应为C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)。
③298 K、101 kPa时,1 mol H2O(l)变为H2O(g)需要吸收44.0 kJ的热量。
回答下列问题:
(1)试指出常温下,下列物质完全氧化生成的稳定物质:C(s)　　　　　;H2(g)　　　　　;S(s)　　　　　　;NH3(g)　　　　　;C2H4(g)　　　　　。
(2)在298 K、101 kPa时,一定量的甲烷完全燃烧后生成1.8 g液态水,则放出的热量为　　　　kJ。
(3)上述煤的气化反应的ΔH=　　　　。
【答案】(1)CO2(g)　H2O(l)　SO2(g)　N2(g)+H2O(l)
CO2(g)+H2O(l)
(2)44.515
(3)+131.3 kJ·mol-1
【例4】发射“嫦娥一号”月球探测卫星的长征三号甲运载火箭的第三子级使用的燃料是液氢和液氧,已知下列热化学方程式:
①H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH1=-285.8 kJ·mol-1
②H2(g)H2(l)　ΔH2=-0.92 kJ·mol-1
③O2(g)O2(l)　ΔH3=-6.84 kJ·mol-1
④H2O(l)H2O(g)　ΔH4=+44.0 kJ·mol-1
则反应H2(l)+O2(l)H2O(g)的反应热ΔH为(　　)。
A.+237.46 kJ·mol-1　　 B.-474.92 kJ·mol-1
C.-118.73 kJ·mol-1 D.-237.46 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】根据盖斯定律,将反应①-②-③×+④可得目标反应的热化学方程式,其反应热ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3×+ΔH4=-237.46 kJ·mol-1。
【例5】含氮化合物与生产、生活和环境息息相关,NO可加速臭氧层破坏,其反应过程如图所示。
已知:O3(g)+O(g)2O2(g)　ΔH=-143 kJ·mol-1
反应1:O3(g)+NO(g)NO2(g)+O2(g)　ΔH1=-200.2 kJ·mol-1
则反应2的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】NO2(g)+O(g)NO(g)+O2(g)　ΔH=+57.2 kJ·mol-1
思维模型：利用盖斯定律计算ΔH的方法
【随堂检测】
课堂基础
1.化学反应中反应热的大小与下列选项无关的是(　　 )。
A.反应物的多少
B.反应的快慢
C.反应物和反应产物的状态
D.反应物的性质
【答案】B
【解析】反应热与反应物的物质的量、反应物状态、反应产物状态、温度、压强等有关,与反应速率和过程无关。
2.已知:①Zn(s)+O2(g)ZnO(s)　 ΔH1=-348.3 kJ·mol-1
②2Ag(s)+O2(g)Ag2O(s)　 ΔH2=-31.0 kJ·mol-1
则Zn(s)+Ag2O(s)ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH等于(　　)。
A.-317.3 kJ·mol-1 B.-379.3 kJ·mol-1
C.-332.8 kJ·mol-1 D.+317.3 kJ·mol-1
【答案】A
【解析】反应①-反应②可得到物质间的转化关系:Zn(s)+Ag2O(s)ZnO(s)+2Ag(s),则该反应的ΔH=ΔH1-ΔH2=-348.3 kJ·mol-1-(-31.0 kJ·mol-1)=-317.3 kJ·mol-1。
3.请分析下列有关NO、NO2的内容,然后填空。
(1)图1为N2(g)和O2(g)生成NO(g)过程中的能量变化。
写出N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)的热化学方程式:　 。
(2)图2是1 mol NO2(g)和CO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中的能量变化示意图,请写出NO2(g)和CO(g)反应的热化学方程式: 　 。
【答案】(1)N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+180 kJ·mol-1
(2)NO2(g)+CO(g)CO2(g)+NO(g)　ΔH=-234 kJ·mol-1
【解析】(1)反应热等于断键吸收的能量减去成键放出的能量,则根据图1可知ΔH=946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1-2×632 kJ·mol-1=+180 kJ·mol-1,热化学方程式为N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=+180 kJ·mol-1。
(2)根据图2可知,反应物的总能量高于反应产物的总能量,因此该反应是放热反应,反应热ΔH=E1-E2=134 kJ·mol-1-368 kJ·mol-1=-234 kJ·mol-1。
对接高考
4.(2021·浙江6月选考,21)相同温度和压强下,关于反应的ΔH,下列判断正确的是(　　)。
(g)+H2(g)(g)　ΔH1
(g)+2H2(g)(g)　ΔH2
(g)+3H2(g)(g)　ΔH3
(g)+H2(g)(g)　ΔH4
A.ΔH1>0,ΔH2>0
B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH1>ΔH2,ΔH3>ΔH2
D.ΔH2=ΔH3+ΔH4
【答案】C
【解析】环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应,因此,ΔH1<0,ΔH2<0,A项错误。苯分子中没有碳碳双键,其中的碳碳键是介于单键和双键之间的特殊的共价键,因此,其与氢气完全加成的反应热不等于环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应的反应热之和,即ΔH3≠ΔH1+ΔH2,B项错误。环己烯、1,3-环己二烯分别与氢气发生的加成反应均为放热反应,ΔH1<0,ΔH2<0,由于1 mol 1,3-环己二烯与氢气完全加成后消耗的氢气是等量环己烯的2倍,故其放出的热量更多,ΔH1>ΔH2;苯与氢气发生加成反应生成1,3-环己二烯的反应为吸热反应(ΔH4>0),根据盖斯定律可知,苯与氢气完全加成的反应热ΔH3=ΔH4+ΔH2,因此ΔH3>ΔH2,C项正确。根据盖斯定律可知,苯与氢气完全加成的反应热ΔH3=ΔH2+ΔH4,因此ΔH2=ΔH3-ΔH4,D项错误。
5.(2020·北京卷,12)依据图示关系,下列说法不正确的是(　　)。
A.石墨燃烧是放热反应
B.1 mol C(石墨,s)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,前者放热多
C.C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH=ΔH1-ΔH2
D.化学反应的ΔH,只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关
【答案】C
【解析】所有的燃烧都是放热反应,根据图示,C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1,ΔH1<0,则石墨燃烧是放热反应,A项正确;根据图示,C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1,CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH2=-283.0 kJ·mol-1,都是放热反应,1 mol C(石墨,s)和1 mol CO分别在足量O2中燃烧,全部转化为CO2,1 mol C(石墨,s)放热多,B项正确;根据B项分析,①C(石墨,s)+O2(g)CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1,②CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH2=-283.0 kJ·mol-1,根据盖斯定律①-②×2可得,C(石墨,s)+CO2(g)2CO(g)　ΔH=ΔH1-2ΔH2,C项错误;根据盖斯定律可知,化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关,D项正确。
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