第一章第二节 反应热的计算 第2课时 学案（含答案） 高中化学人教版（2019）选择性必修1

第二节 反应热的计算
第2课时 反应热的计算
学习目标
1.熟练掌握热化学方程式的书写及正误判断。
2.应用盖斯定律进行化学反应的反应热的计算。
3.掌握反应热计算的常见题型。
学习过程
1.热化学方程式的书写及正误判断
【典例1】化学反应N2+3H22NH3的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是(　　)
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(l)　ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=2(b-a)kJ·mol-1
C.N2(g)+H2(g)NH3(l)　ΔH=(b+c-a)kJ·mol-1
D.N2(g)+H2(g)NH3(g)　ΔH=(a+b)kJ·mol-1
【变式训练1】已知在1.01×105 Pa、298 K条件下，2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ的热量，下列热化学方程式正确的是(　　)
A.H2O(g)H2(g)+O2(g)　ΔH=+242 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-484 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=+242 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=+484 kJ·mol-1
【变式训练2】在298 K时通过实验测得如下数据，写出下列反应的热化学方程式。
(1)NO2(g)与H2O(l)反应生成2 mol HNO3(aq)时，放出138 kJ热量。
_________________________________________________________。
(2)1 mol C2H5OH(l)与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和H2O(l)，放出1366.8 kJ热量。
__________________________________________________________。
(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)发生反应，生成Al2O3(s)放出1669.8 kJ热量。
___________________________________________________________。
【归纳】热化学方程式的书写及正误判断时，应注意以下几个方面：
1.注明各物质的聚集状态。聚集状态之间的变化有能量变化，如H2与O2反应分别生成1 mol的气态水和1 mol 的液态水放出的热量不同，即ΔH的数值不同。
2.热化学方程式中的化学计量数仅表示该物质的物质的量，不表示微粒个数，故可以是整数也可以是分数。
3.热化学方程式是指反应已完成的量，而ΔH的值也与反应完成的量有关，故方程式中的化学计量数必须与ΔH相对应。
4.对于可逆反应的情况，正反应与逆反应的ΔH数值相等，符号相反。尤其注意合成氨的反应3H2(g)+N2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1是指生成2 mol NH3(g)时放出92.4 kJ的热量，而不是3 mol H2(g)与1 mol N2(g)混合在一定条件下反应就可放出92.4 kJ的热量，其实际放出的热量小于92.4 kJ。
2.利用盖斯定律进行反应热的计算
【典例2】发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料，用二氧化氮为氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。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
试计算1 mol肼和二氧化氮完全反应时放出的热量为　　　　kJ；写出肼与二氧化氮反应的热化学方程式：_________________________________________。
【变式训练3】已知下列两个热化学方程式：
H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1
C3H8(g)+5O2(g)4H2O(l)+3CO2(g)　ΔH=-2220.0 kJ·mol-1
(1)实验测得H2和C3H8的混合气体共5 mol，完全燃烧生成液态水时放热6264.5 kJ，则混合气体中H2和C3H8的体积比是　　　　。
(2)已知：H2O(l)H2O(g)　ΔH=+44.0 kJ·mol-1，写出丙烷燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式：_______________________________________。
【归纳】利用盖斯定律进行问题分析时，常采用热化学方程式加合法和虚拟途径法。
(1)虚拟途径法：先根据题意虚拟转化过程，然后根据盖斯定律列式求解，即可求得待求的反应热。
(2)加合法：根据需要将热化学方程式进行代数转换，然后进行加减运算，得出所需要的热化学方程式。转换时应注意各物质的化学计量数与ΔH的数值同等倍数的改变，ΔH的符号也作相应的改变。
3.根据化学键的键能计算反应热
【典例3】已知H—H键的键能为436 kJ·mol-1，Cl—Cl键的键能为243 kJ·mol-1，H—Cl键的键能为431 kJ·mol-1，则H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)的反应热(ΔH)等于(　　)
A.-183 kJ·mol-1 B.183 kJ·mol-1
C.-862 kJ·mol-1 D.862 kJ·mol-1
【变式训练4】根据下表的键能的数据，可计算出CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)的ΔH为 (　　)
化学键 O=O C—H O—H C=O
键能/kJ·mol-1 497 414 463 803
A.-379 kJ·mol-1 B.-808 kJ·mol-1
C.-1656 kJ·mol-1 D.-2532 kJ·mol-1
【归纳】化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。反应热与键能的关系为ΔH=反应物总键能-生成物总键能。
4.依据热化学方程式计算反应热
【典例4】已知：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1，计算每生产1万吨98%的浓硫酸所需要的SO3的质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量。
【变式训练5】已知：1.00 g CH4完全燃烧生成液态水和CO2放出59.6 kJ热量，C2H2的燃烧热ΔH=-1298.3 kJ·mol-1。试计算CH4的燃烧热和1 kg C2H2在O2中完全燃烧(生成液态水和CO2)所放出的热量。
【归纳】热化学方程式中ΔH与各物质的物质的量对应成比例，已知热化学方程式，便可计算一定量的反应物发生反应所放出的热量或放出一定量的热量时消耗或生成的物质的质量、体积和物质的量。
随堂测验
1.已知1 mol白磷转化为红磷时放出 18.39 kJ的热量。在下列两个反应中：
4P(白，s)+5O2(g)2P2O5(s)　ΔH=-a kJ·mol-1(a >0)
4P(红，s)+5O2(g)2P2O5(s)　ΔH=-b kJ·mol-1(b>0)
a和b的关系为(　　)
A.aC.a>b D.无法确定
2.已知(1) H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH1=a kJ·mol-1
(2)2 H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2=b kJ·mol-1
(3)H2(g)+O2(g)H2O(l)　 ΔH1=c kJ·mol-1
(4)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH2=d kJ·mol-1
下列关系式中正确的是(　　)
A.ad>0
C.2a=b<0 D.2c=d>0
3.已知：H2O(g)H2O(l)　ΔH=-Q1 kJ·mol-1，C2H5OH(g)C2H5OH(l)　ΔH=-Q2kJ·mol-1，C2H5OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)　ΔH=-Q3 kJ·mol-1。若使23 g酒精液体完全燃烧，最后恢复到室温，则放出热量为(　　)
A.(Q1+Q2+Q3)kJ B.0.5(Q1+Q2+Q3)kJ
C.(1.5Q1 —0.5Q2+0.5Q3)kJ D.(0.5Q1 —1.5Q2+0.5Q3)kJ
4.在烃分子中去掉2个氢原子形成一个双键是吸热反应，需117~125 kJ·mol-1的热量，但1，3-环己二烯失去2个氢原子变成苯是放热反应，ΔH=-23.4 kJ·mol-1，以上事实表明(　　)
A.1，3-环己二烯加氢是吸热反应 B.苯加氢生成环己烷是吸热反应
C.1，3-环己二烯比苯稳定 D.苯比1，3-环己二烯稳定
5.已知反应X+YM+N为放热反应，关于该反应的下列说法中正确的是(　　)
A.X的能量一定高于M
B.Y的能量一定高于N
C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D.因该反应为放热反应，故不必加热就可发生
6.热化学方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1表示(　　)
A.碳和水反应吸收131.3 kJ能量
B.将1 mol碳和1 mol水混合，反应生成一氧化碳和氢气吸收131.3 kJ热量
C.1 mol固态碳单位和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气，吸热131.3 kJ
D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1 kJ
参考答案
学习过程
【典例1】解析：通过图分析起点 mol N2(g)+ mol H2(g)，变化三阶段为①吸收能量a kJ；②放出能量b kJ；③放出能量c kJ到1 mol NH3(l)。故可得热化学方程式：
N2(g)+H2(g)NH3(l)　ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1。
答案：A
【变式训练1】解析：2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ热量，则1 mol 氢气燃烧生成水蒸气应放出×484 kJ=242 kJ热量；放热反应ΔH为“-”，各物质的状态分别是H2(g)、O2(g)、H2O(g)；B项中的H2O的状态应为气态；C、D项中ΔH的符号应为“-”；A项是逆向进行的反应，ΔH为“+”，数值相等。故应选A。
答案：A
【变式训练2】答案：(1)3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)　ΔH=-138 kJ·mol-1
(2)C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1
(3)2Al(s)+O2(g)Al2O3(s)　ΔH=-1 669.8 kJ·mol-1
【典例2 】解析：由题意知：
N2(g)+2O2(g)2NO2(g)　ΔH1=+67.7 kJ·mol-1　①
N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-534 kJ·mol-1　②
根据盖斯定律，要在反应物中消去O2并得到N2H4和NO2的反应。
令②×2-①得：
2N2H4(g)-N2(g)2N2(g)+4H2O(g)-2NO2(g)　ΔH=2ΔH2-ΔH1
整理得：2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=2ΔH2-ΔH1=-534 kJ·mol-1×2-67.7 kJ·mol-1=-1 135.7 kJ·mol-1
则1 mol N2H4完全反应放出的热量为=567.85 kJ。
答案：567.85　2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 135.7 kJ·mol-1
【变式训练3】解析：(1)混合气体共5 mol完全燃烧时，放出6 264.5 kJ的热量，由热化学方程式计算出n(H2)∶n(C3H8)=1∶1。
(2)丙烷燃烧生成4 mol水，当生成气态水时，放出的热量减少，ΔH=-(2 220.0-44×4)kJ·mol-1=-2 044.0 kJ·mol-1。
答案：(1)1∶1　(2)C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-2 044.0 kJ·mol-1
【典例3】解析：根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能知：ΔH=436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-2×431 kJ·mol-1=-183 kJ·mol-1。
答案：A
【变式训练4】解析：依题意有：CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=(4×414+2×497-2×803-4×463)kJ·mol-1=-808 kJ·mol-1。
答案：B
【典例4】解析：1万吨98%的浓硫酸所含H2SO4的质量为104×106 g×98%=9.8×109 g。设需要的SO3的质量为x，反应放出的热量为y。由
H2SO4　~　SO3~　ΔH
98 g　　　　80 g　　196.6 kJ·mol-1×
9.8×109 g 　x　　 　y
可得：x==8.0×109 g=8.0×103 t，y==9.83×109 kJ。
答案：8.0×103 t　9.83×109 kJ
【变式训练5】答案：ΔH=-(16 g·mol-1×59.6 kJ·g-1)=-953.6 kJ·mol-1；Q=×1 298.3 kJ·mol-1≈5.0×104 kJ
随堂测验
1.C　2.C　3.C　4.D　5.C　6.C