第三节 化学反应热的计算
【学习目标】
1.知道盖斯定律的内容,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
2.学会有关反应热计算的方法技巧,进一步提高化学计算的能力。
一 盖斯定律
【新知导学】
1.在化学科学研究中,常常需要通过实验测定物质在发生化学反应的反应热。但是某些反应的反应热,由于种种原因不能直接测得,只能通过化学计算的方式间接地获得。通过大量实验证明,不管化学反应是________完成或________完成,其反应热是________的。换句话说,化学反应的反应热只与反应体系的________和________有关,而与反应的________无关,这就是盖斯定律。
2.从能量守恒定律理解盖斯定律
从S→L,ΔH1<0,体系____________;
从L→S,ΔH2>0,体系____________。
根据能量守恒,ΔH1+ΔH2=0。
3.根据以下两个反应:
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5
kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-283.0
kJ·mol-1
根据盖斯定律,设计合理的途径,计算出C(s)+O2(g)===CO(g)的反应热ΔH。
4.盖斯定律的应用除了“虚拟路径”法外,还有热化学方程式“加合”法,该方法简单易行,便于掌握。试根据上题中的两个热化学方程式,利用“加合”法求C(s)+O2(g)===CO(g)的ΔH。
【归纳总结】
盖斯定律的应用方法
(1)“虚拟路径”法
若反应物A变为生成物D,可以有两个途径
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________________________________。
(2)“加合”法
运用所给热化学方程式通过____________的方法得到所求的热化学方程式。
关键提醒 运用盖斯定律计算反应热的3个关键
(1)热化学方程式的化学计量数加倍,ΔH也相应加倍。
(2)热化学方程式相加减,同种物质之间可加减,反应热也相应加减。
(3)将热化学方程式颠倒时,ΔH的正负必须随之改变。
【活学活用】
1.已知下列反应:
SO2(g)+2OH-(aq)===SO(aq)+H2O(l) ΔH1
ClO-(aq)+SO(aq)===SO(aq)+Cl-(aq) ΔH2
CaSO4(s)===Ca2+(aq)+SO(aq) ΔH3
则反应SO2(g)+
Ca2+(aq)+
ClO-(aq)+2OH-(aq)===CaSO4(s)
+H2O(l)
+Cl-(aq)的ΔH=____________________________。
2.已知P4(白磷,s)+5O2(g)===P4O10(s)
ΔH1=-2
983.2
kJ·mol-1①
P(红磷,s)+O2(g)===P4O10(s)
ΔH2=-738.5
kJ·mol-1②
试用两种方法求白磷转化为红磷的热化学方程式。
二 反应热的计算与比较
【新知导学】
1.已知:
①Zn(s)+O2(g)===ZnO(s)
ΔH=-348.3
kJ·mol-1
②2Ag(s)+O2(g)===Ag2O(s)
ΔH=-31.0
kJ·mol-1
则Zn(s)+Ag2O(s)===ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH等于________________。
2.试比较下列三组ΔH的大小(填“>”“<”或“=”)
(1)同一反应,生成物状态不同时
A(g)+B(g)===C(g) ΔH1<0
A(g)+B(g)===C(l) ΔH2<0
则ΔH1__________ΔH2。
(2)同一反应,反应物状态不同时
S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1<0
S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2<0
则ΔH1__________ΔH2。
(3)两个有联系的不同反应相比
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1<0
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH2<0
则ΔH1__________ΔH2。
【归纳总结】
1.有关反应热计算的依据
(1)根据热化学方程式计算
反应热与反应物各物质的物质的量成正比。
(2)根据盖斯定律计算
根据盖斯定律,可以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。
(3)根据物质燃烧放热数值(或燃烧热)计算
可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×其燃烧热。
(4)根据反应物和生成物的键能计算。
ΔH=反应物的键能和-生成物的键能和。
2.利用状态,迅速比较反应热的大小
若反应为放热反应
(1)当反应物状态相同,生成物状态不同时,生成固体放热最多,生成气体放热最少。
(2)当反应物状态不同,生成物状态相同时,固体反应放热最少,气体反应放热最多。
(3)在比较反应热(ΔH)的大小时,应带符号比较。对于放热反应,放出的热量越多,ΔH反而越小。
【活学活用】
3.室温下,将1
mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1
mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高,热效应为ΔH2;CuSO4(s)·5H2O(s)受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l),热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( )
A.ΔH2>ΔH3
B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2
D.ΔH1+ΔH2>ΔH3
4.已知葡萄糖(C6H12O6)的燃烧热是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
【学习小结】
【达标检测】
1.下列关于盖斯定律描述不正确的是( )
A.化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关,也与反应的途径有关
B.盖斯定律遵守能量守恒定律
C.利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热
D.利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
2.已知热化学方程式:
H2O(g)===H2(g)+O2(g)
ΔH=+241.8
kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.8
kJ·mol-1
当1
g液态水变为水蒸气时,其热量变化是( )
A.ΔH=+88
kJ·mol-1
B.ΔH=+2.44
kJ·mol-1
C.ΔH=-4.98
kJ·mol-1
D.ΔH=-44
kJ·mol-1
3.黑火药是中国古代的四大发明之一,其爆炸的热化学方程式为S(s)+2KNO3(s)+3C(s)===K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=x
kJ·mol-1
已知:碳的燃烧热 ΔH1=a
kJ·mol-1
S(s)+2K(s)===K2S(s) ΔH2=b
kJ·mol-1
2K(s)+N2(g)+3O2(g)===2KNO3(s) ΔH3=c
kJ·mol-1
则x为( )
A.3a+b-c
B.c+3a-b
C.a+b-c
D.c+a-b
4.某同学发现在灼热的煤炭上洒少量水,煤炉中会产生淡蓝色火焰,煤炭燃烧更旺,因此该同学得出结论“煤炭燃烧时加少量水,可使煤炭燃烧放出更多的热量。”(已知煤炭的燃烧热ΔH为-393.15
kJ·mol-1,氢气的燃烧热ΔH为-242
kJ·mol-1,一氧化碳的燃烧热ΔH为-283
kJ·mol-1)
(1)写出该同学看到燃烧现象所涉及到的所有反应的热化学方程式:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)你认为该同学的结论是否正确,请简要说明其理由:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为
NO(g)+O3(g)===NO2(g)+O2(g)
ΔH=-200.9
kJ·mol-1
NO(g)+O2(g)===NO2(g)
ΔH=-58.2
kJ·mol-1
SO2(g)+O3(g)===SO3(g)+O2(g)
ΔH=-241.6
kJ·mol-1
反应3NO(g)+O3(g)===3NO2(g)的ΔH=________kJ·mol-1。
答案精析
一
新知导学
1.一步 分几步 相同 始态 终态 途径
2.放出热量 吸收热量
3.根据所给的两个方程式,反应C(s)+O2(g)===CO2(g)可设计为如下途径:
ΔH1=ΔH+ΔH2
ΔH=ΔH1-ΔH2
=-393.5
kJ·mol-1-(-283.0
kJ·mol-1)
=-110.5
kJ·mol-1。
4.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5
kJ·mol-1
CO2(g)===CO(g)+O2(g) ΔH2′=+283.0
kJ·mol-1
上述两式相加得:
C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5
kJ·mol-1。
归纳总结
(1)②ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3 (2)加减乘除
活学活用
1.ΔH1+ΔH2-ΔH3
解析 将已知反应依次编号:①SO2(g)+2OH-(aq)===SO(aq)+H2O(l) ΔH1
②ClO-(aq)+SO(aq)===SO(aq)+Cl-(aq) ΔH2
③CaSO4(s)===Ca2+(aq)+SO(aq) ΔH3,则根据盖斯定律可知①+②-③即得到反应:
SO2(g)+Ca2+(aq)+
ClO-(aq)
+2OH-(aq)===CaSO4(s)
+H2O(l)
+Cl-(aq)的ΔH,则ΔH=ΔH1+ΔH2-ΔH3。
2.(1)“虚拟路径”法
根据已知条件可以虚拟如下过程:
根据盖斯定律
ΔH=ΔH1+(-ΔH2)×4=-2
983.2
kJ·mol-1+738.5
kJ·mol-1×4=-29.2
kJ·mol-1
热化学方程式为P4(白磷,s)===4P(红磷,s)
ΔH=-29.2
kJ·mol-1
(2)“加合”法
P4(白磷,s)+5O2(g)===P4O10(s)
ΔH1=-2
983.2
kJ·mol-1
P4O10(s)===5O2(g)+4P(红磷,s)
ΔH2′=+2
954
kJ·mol-1
上述两式相加得:
P4(白磷,s)===4P(红磷,s) ΔH=-29.2
kJ·mol-1。
二
新知导学
1.-317.3
kJ·mol-1
解析 根据盖斯定律,将方程式①-②得目标方程式,所以ΔH=-348.3
kJ·mol-1-(-31.0
kJ·mol-1)=-317.3
kJ·mol-1。
2.(1)>
解析 因为C(g)===C(l) ΔH3<0
则ΔH3=ΔH2-ΔH1,ΔH2<ΔH1。
(2)<
解析 S(g)S(s)SΔH1O2(g)
ΔH2+ΔH3=ΔH1,则ΔH3=ΔH1-ΔH2,又ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。
(3)<
解析 根据常识可知CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH3<0,又因为ΔH2+ΔH3=ΔH1,所以ΔH2>ΔH1。
活学活用
3.B [方法一:“虚拟”路径法。
根据盖斯定律:
ΔH1=ΔH3+ΔH2
由于ΔH1>0,ΔH3>0,ΔH2<0
所以ΔH1<ΔH3。
方法二:方程式叠加法。
CuSO4·5H2O(s)===Cu2+(aq)+SO(aq)+5H2O(l)
ΔH1>0①
CuSO4(s)===Cu2+(aq)+SO(aq) ΔH2<0②
CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)+5H2O(l) ΔH3>0③
②+③:
CuSO4·5H2O(s)===Cu2+(aq)+SO(aq)+5H2O(l)
ΔH1=ΔH2+ΔH3
由于ΔH1>0,ΔH2<0,ΔH3>0,所以ΔH1<ΔH3。]
4.A [1
mol
C6H12O6完全燃烧生成H2O为6
mol(即6×18
g)时放出热量2
804
kJ,所以当C6H12O6氧化生成1
g
水时放出的热量为≈26.0
kJ。]
达标检测 提升技能
1.A
2.B [将两式相加得到H2O(g)===H2O(l) ΔH=-44
kJ·mol-1,所以每1
g液态水变成水蒸气需要吸收的热量为
kJ≈2.44
kJ。]
3.A [已知碳的燃烧热为ΔH1=a
kJ·mol-1,则碳燃烧的热化学方程式为C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH1=a
kJ·mol-1①
又S(s)+2K(s)===K2S(s) ΔH2=b
kJ·mol-1②
2K(s)+N2(g)+3O2(g)===2KNO3(s)
ΔH3=c
kJ·mol-1③
根据盖斯定律3×①+②-③得
S(s)+2KNO3(s)+3C(s)===K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=3ΔH1+ΔH2-ΔH3=x,即
x=3ΔH1+ΔH2-ΔH3=(3a+b-c)
kJ·mol-1,A项正确。]
4.(1)C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.15
kJ·mol-1、H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-242
kJ·mol-1、CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-283
kJ·mol-1、C(g)+H2O(l)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.85
kJ·mol-1
(2)不正确。因为根据盖斯定律,反应过程中的热效应与途径无关,只与反应物和生成物的状态有关
(3)-317.3