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第三节 化学反应热的计算
燃料燃烧是放热的，我们如何计算燃料在燃烧时所放出的热量呢？
1.理解盖斯定律，了解其在科学研究中的意义。
2.能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
3.通过有关反应热计算的学习过程，掌握有关反应热计算的方法和技巧，以进一步提高计算能力。
1．内容
不管化学反应是一步完成或是几步完成，其反应热是相同的。或者说，化学反应的反应热只与体系的 和 有关，而与反应的 无关。
始态
终态
途径
2．特点
(1)反应的热效应只与 、 有关，与 无关。
(2)反应热总值一定，如下图表示始态到终态的反应热。
则ΔH＝ ＝ 。
3．意义
利用盖斯定律，可以间接计算难以直接测定的反应热。
始态
终态
途径
ΔH1＋ΔH2
ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
盖斯定律的应用
(1)盖斯定律的应用方法
①常用方法
a．虚拟路径法
若反应物A变为生成物D，可以有两种途径：
(a)由A直接变成D，反应热为ΔH；
(b)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
b．加合法
即运用所给热化学方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。
②实例
(2)应用盖斯定律计算反应热时的注意事项
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。
④正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。
答案： A
1．计算依据
(1) 。
(2) 。
(3) 的数据。
热化学方程式
盖斯定律
燃烧热
ΔH＝ 。
－393.5 kJ/mol－(－283.0 kJ/mol)＝110.5 kJ/mol
有关反应热的计算
(1)依据
①热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。
②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化学键断裂所吸收的能量，ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量和－生成物的化学键断裂所吸收的能量。
⑤根据反应物和生成物的总能量计算
ΔH＝E生成物－E反应物
⑥根据比热公式进行计算：
Q＝cmΔT
(2)注意事项
①反应热数值与各物质的化学计量数成正比，因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时，其反应热数值需同时做相同倍数的改变。
②热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热。
③正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。
④求总反应的反应热，不能不假思索地将各步反应的反应热简单相加。不论一步进行还是分步进行，始态和终态完全一致，盖斯定律才成立。某些物质只是在分步反应中暂时出现，最后应该恰好消耗完。
答案： C
(2010·广东高考)在298 K、101 kPa时，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
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是( )
A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2
根据盖斯定律，第二个热化学方程式乘以2，再和第一个热化学方程式相加，即得出第三个热化学方程式。
答案： A
热化学方程式进行变形时的注意事项
(1)反应热数值与各物质的化学计量数成正比。因此热化学方程式中各物质的化学计量数改变时，其反应热数值需同时做相同倍数的改变。
(2)正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。
(3)热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。
(4)多个热化学方程式可以相加或相减，ΔH也进行相应的相加或相减，得到一个新的热化学方程式。
(5)热化学方程式中的反应热是指反应按照所给形式完全进行时的反应热。
1．(2011·广州高二检测)S(单斜)和S(正交)是硫的两种同素异形体。
已知：①S(单斜，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－297.16 kJ·mol－1
②S(正交，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－296.83 kJ·mol－1
③S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3
下列说法正确的是( )
A．ΔH3＝＋0.33 kJ·mol－1
B．单斜硫转化为正交硫的反应是吸热反应
C．S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3<0，正交硫比单斜硫稳定
D．S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH3>0，单斜硫比正交硫稳定
答案： C
(2011·福州高二期末检测)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：
N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH1＝＋67.7 kJ·mol－1①
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH2＝－534 kJ·mol－1②
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：_________________________________________________________________________________________。
根据盖斯定律，
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＝－1 135.7 kJ/mol。
则1 mol N2H4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
利用已知反应热来求未知反应的反应热
一般的处理步骤如下：
(1)确定待求的反应方程式；
(2)找出待求方程式中各物质出现在已知方程式的什么位置；
(3)根据未知方程式中各物质计量数和位置的需要对已知方程式进行处理，或调整计量数，或调整反应方向；
(4)实行叠加并检验分析的结果正确与否。
2．(2009·山东高考节选)已知：O2(g)===O2＋(g)＋e－ ΔH1＝1 175.7 kJ·mol－1①
PtF6(g)＋e－===PtF6－(g) ΔH2＝－771.1 kJ·mol－1②
O2PtF6(s)===O2＋(g)＋PtF6(g) ΔH3＝482.2 kJ·mol－1③
则反应O2(g)＋PtF6(g)===O2PtF6(s)的ΔH_____kJ·mol－1。
解析： 分析所求反应可知，①＋②－③即可得最终反应，故ΔH＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3＝1 175.7 kJ·mol－1＋(－771.1 kJ·mol－1)－482.2 kJ·mol－1＝－77.6 kJ·mol－1。
答案： －77.6
1．下列说法正确的是( )
A．放热反应发生时不必加热，吸热反应在加热后才能发生
B．反应热指的是反应过程中放出的热量
C．依据盖斯定律，热化学方程式具有加合性，也可以进行加、减、乘、除四则运算
D．反应热的大小与反应的途径有关，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热基本相同
解析： 反应吸热、放热与是否需要加热没有必然联系，A错误；反应热表示反应中的热效应，不仅指放热，也包括吸收的热量，B错误，据盖斯定律可判断D错误。
答案： C
答案： A
3．已知氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，CO的燃烧热为282.8 kJ·mol－1；现有H2和CO组成的混合气体5.6 L(标准状况)，经充分燃烧后，放出总热量为71.15 kJ，并生成液态水。下列说法正确的是( )
A．表示CO燃烧热的热化学方程式：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝－565.6 kJ·mol－1
B．表示 H2燃烧热的热化学方程式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
C．燃烧前混合气体中H2的体积分数为40%
D．燃烧前混合气体中H2与CO的体积比为3∶2
答案： D
4．(2011·山东省实验中学高二质检)(1)炭在火炉中燃烧很旺时，在往炉膛底内的热炭上喷洒少量水的瞬间，炉子内火会更旺，这是因为_______________________________。
(2)如果烧去同量的炭，喷洒过水的炭和没有喷洒过水的炭相比较，它们放出的总热量________(填“相同”或“不相同”)，这是因为______________________________________。
(3)如果欲使炉内的炭燃烧更充分，下列措施可行的是( )
A．向炉内喷吹空气 B．把块状炭碾碎
C．使用H2O作催化剂 D．提高炉膛内的温度
解析： 往炉膛底热炭上喷洒少量水，即是高温下炽热炭与H2O反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)，这样炭经反应变成气体燃料，燃烧时与空气接触充分，且燃烧快，所以炉火更旺。但是，反应中能量的变化只与反应物的多少和反应物、生成物的最终状态有关，与中间过程无关。所以，相同量的炭在燃烧时，喷洒水与没喷洒水燃烧放出的热是相同的。由此可知，要想使炭充分燃烧，只能适当吹入空气，使之燃烧时有足够O2，再者是将炭块碾碎，增大与空气接触面积，使用催化剂或提高炉内温度只能使反应更快地完成燃烧过程，并不能提供使炭燃烧更充分的条件。
答案： (1)炭与水反应生成CO和H2，燃烧更快火焰更旺
(2)相同 相同的炭，耗用等量的空气，最终生成的CO2也相同，所以放热相同
(3)AB
练考题、验能力、轻巧夺冠第1章 第3节
(本栏目内容在学生用书中以活页形式分册装订！)
一、选择题
1．已知25 ℃、101 kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为
C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.51 kJ·mol－1①
C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.41 kJ·mol－1②
据此判断，下列说法中正确的是( )
A．由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时石墨的能量比金刚石的低
B．由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时石墨的能量比金刚石的高
C．由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时石墨的能量比金刚石的低
D．由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时石墨的能量比金刚石的高
解析： 盖斯定律是热化学方程式书写的依据之一，同时通过ΔH的比较，亦可判断物质能量的高低。
根据盖斯定律，将①式减去②式，得到下列热化学方程式：
C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＝＋1.90 kJ·mol－1
说明由石墨制备金刚石是吸热反应，吸收的热量作为化学能的形式贮存在金刚石中，也就是等质量的金刚石具有的能量比石墨高，A选项正确。
答案： A
2．已知下列热化学方程式：
Zn(s)＋O2(g)===ZnO(s) ΔH1＝－351.1 kJ/mol
Hg(l)＋O2(g)===HgO(s) ΔH2＝－90.7 kJ/mol
由此可知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l) ΔH3，其中ΔH3是( )
A．－441.8 kJ/mol B．－254.6 kJ/mol
C．－438.9 kJ/mol D．－260.4 kJ/mol
答案： D
3．氢气、一氧化碳、辛烷、甲烷燃烧的热化学方程式分别为：
H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol
CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ/mol
C8H18(l)＋25/2O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l) ΔH＝－5 518 kJ/mol
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ/mol
相同质量的氢气、一氧化碳、辛烷、甲烷完全燃烧时，放出热量最少的是( )
A．H2 B．CO
C．C8H18 D．CH4
解析： 题中各ΔH对应的可燃烧物的物质的量为1 mol，把它们的ΔH值分别换算成1 g可燃物燃烧的热量(即ΔH/m)即可比较。
答案： B
4．已知25 ℃、101 kPa条件下：
(1)4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH＝－2 834.9 kJ·mol－1
(2)4Al(s)＋2O3(g)===2Al2O3(s) ΔH＝－3 119.1 kJ·mol－1
由此得出的正确结论是( )
A．等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为吸热反应
B．等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为放热反应
C．O3比O2稳定，由O2变O3为吸热反应
D．O2比O3稳定，由O2变O3为放热反应
解析： (2)－(1)得：2O3(g)===3O2(g) ΔH＝－284.2 kJ/mol，等质量的O2能量低。
答案： A
5．已知：H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.83 kJ/mol
CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH＝－282.9 kJ/mol
若氢气与一氧化碳的混合气体完全燃烧可生成5.4 g H2O(l)，并放出114.3 kJ热量，则混合气体中CO的物质的量为( )
A．0.22 mol B．0.15 mol
C．0.1 mol D．0.05 mol
答案： C
6．根据下表的数据，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应热应为( )
部分物质的键能
H2 Cl2 HCl
键能(kJ·mol－1) 436 243 431
A.＋183.0 kJ/mol B．－366.0 kJ/mol
C．－183.0 kJ/mol D．＋211.0 kJ/mol
解析： 根据公式ΔH＝E1(反应物的键能总和)－E2(生成物的键能总和)＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)－(2×431 kJ·mol－1)＝－183 kJ·mol－1<0，为放热反应。
答案： C
7．(2011·长沙高二检测)已知：2SO2(g)＋O2(g)===2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ/mol，实验室测得4 mol SO2发生上述化学反应时放出314.3 kJ热量，SO2的转化率最接近于( )
A．40% B．50%
C．80% D．90%
解析： SO2的转化率为：×100%＝80%。
答案： C
8．已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是285.8 kJ·mol－1、1 411.0 kJ·mol－1和1 366.8 kJ·mol－1，则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的ΔH为( )
A．－44.2 kJ·mol－1 B．＋44.2 kJ·mol－1
C．－330 kJ·mol－1 D．＋330 kJ·mol－1
解析： 解答本题可先写出相关的热化学方程式，然后根据热化学方程式进行分析、计算。根据题给各物质燃烧热数据可得相关热化学方程式为：
①H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1；
②C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－1 411.0 kJ·mol－1
③C2H5OH(l)＋3O2(g)===3H2O(l)＋2CO2(g) ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1
由②－③可得：C2H4(g)＋H2O(l)===C2H5OH(l) ΔH＝－44.2 kJ·mol－1，
故A选项正确。
答案： A
二、非选择题
9．科学家盖斯曾提出“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的。”利用盖斯定律可测某些特别反应的热效应。
①P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s) ΔH1＝－2 983.2 kJ·mol－1
②P(s，红磷)＋O2(g)===P4O10(s) ΔH2＝－738.5 kJ·mol－1
则白磷转化为红磷的热化学方程式为________________________________ ______________________________________。
答案： P4(s，白磷)===4P(s，红磷) ΔH＝－29.2 kJ·mol－1
10．(2011·南京调研)10 g硫磺在O2中完全燃烧生成气态SO2，放出的热量能使500 g H2O的温度由18 ℃升至62.4 ℃，则硫磺的燃烧热为________，热化学方程式为______________ _______________________________________________________________________。
解析： 由Q＝cmΔt＝cm(t2－t1)及Q＝n×|ΔH|得：
n×|ΔH|＝cm(t2－t1)×10－3
|ΔH|＝
＝
＝296.9 kJ/mol
故S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－296.9 kJ/mol。
答案： 296.9 kJ/mol
S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－296.9 kJ/mol
11．煤燃烧的反应热可通过以下两种途径来利用：
a．利用煤在充足的空气中直接燃烧产生的反应热；
b．先使煤与水蒸气反应得到氢气和一氧化碳，然后使得到的氢气和一氧化碳在充足的空气中燃烧。这两个过程的热化学方程式为：
a．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝E1①
b．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝E2②
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝E3③
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝E4④
回答：
(1)与途径a相比途径b有较多的优点，即______________________________________ __________________________________________________________________________________________________________。
(2)上述四个热化学方程式中的哪个反应ΔH>0________。
(3)等质量的煤分别通过以上两条不同的途径产生的可利用的总能量关系正确的是________。
A．a比b多 B．a比b少
C．a与b在理论上相同
(4)根据能量守恒定律，E1、E2、E3、E4之间的关系为______________。
解析： (1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)是煤气化过程中发生的主要反应，生成CO和H2燃烧充分，能量利用率高，且运输方便。
(2)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)需吸收热量，ΔH>0。
(3)根据盖斯定律，②③④三方程式的加和可得①，理论上a、b两条途径产生的可利用的总能量是相同的。
(4)根据能量守恒及(3)的分析，不难得出E1＝E2＋E3＋E4。
答案： (1)煤的利用率高；变成气体以后，运输方便；使燃烧充分
(2)反应② (3)C (4)E1＝E2＋E3＋E4
12．(知能提升)(2011·黄岗中学高二质检)为了合理利用化学能，确保安全生产，化工设计需要充分考虑化学反应的焓变，并采取相应措施。化学反应的焓变通常用实验进行测定，也可进行理论推算。
(1)实验测得，5 g甲醇在氧气中充分燃烧生成二氧化碳气体和液态水时释放出113.5 kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式：__________________________________ _____________________________________。
(2)由气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量叫键能。从化学键的角度分析，化学反应的过程就是反应物的化学键的破坏和生成物的化学键的形成过程。在化学反应过程中，拆开化学键需要消耗能量，形成化学键又会释放能量。已知反应N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH＝a kJ/mol。试根据表中所列键能数据估算a的数值：________。
化学键 H—H N—H N≡N
键能(kJ/mol) 436 391 945
(3)依据盖斯定律可以对某些难以通过实验直接测定的化学反应的焓变进行推算。
已知：
C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol①
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝－571.6 kJ/mol②
2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH3＝－2 599 kJ/mol③
根据盖斯定律，计算298 K时由C(石墨，s)和H2(g)生成1 mol C2H2(g)反应的焓变：________________________________________________________________________。
解析： (1)5 g CH3OH(l)充分燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出113.5 kJ的热量，
则1 mol CH3OH充分燃烧时，放出的热量为：×113.5 kJ＝－726.4 kJ，
故其燃烧的热化学方程式为：
CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝726.4 kJ/mol，
或2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 452.8 kJ/mol。
(2)ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和
＝3×436 kJ/mol＋945 kJ/mol－6×391 kJ/mol
＝－93 kJ/mol
故a的值为－93。
(3)由题意知，需求算下述反应的焓变：
2C(石墨，s)＋H2(g)===C2H2(g) ΔH，由盖斯定律，将题给热化学方程式加合，(①×4＋②－③)/2得：
2C(石墨，s)＋H2(g)===C2H2(g) ΔH＝2ΔH1＋－，
则ΔH＝kJ/mol
＝＋226.7 kJ/mol。
答案： (1)2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝－1 452.8 kJ/mol
(2)－93
(3)ΔH＝＋226.7 kJ/mol
