化学选择性必修1第二节 反应热的计算学案

这是一份化学选择性必修1第二节 反应热的计算学案，共10页。学案主要包含了盖斯定律，反应热的计算等内容，欢迎下载使用。


一、盖斯定律
1．内容
一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是相同的。
2．特点
(1)在一定条件下，化学反应的反应热只与反应体系的始态、终态有关，而与反应的途径无关。
(2)反应热总值一定，如图表示始态到终态的反应热。
则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。
3．意义
有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。如：C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g)反应的ΔH无法直接测得，但下列两个反应的ΔH可以直接测得：
C(s)＋O2 (g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·ml－1
CO(g)＋eq \f(1,2)O2 (g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·ml－1
上述三个反应具有如下关系：
则在此温度下C(s)＋eq \f(1,2)O2 (g)===CO(g)反应的ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－110.5 kJ·ml－1。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)同温同压下，氢气和氯气分别在光照条件下和点燃的条件下发生反应时的ΔH不同。(×)
(2)盖斯定律遵守能量守恒定律(√)
(3)将碳控制燃烧进度，先燃烧生成CO，再将CO燃烧生成CO2，能够放出更多热量(×)
(4)对于可逆反应而言，热化学方程式中的反应热表示反应达到平衡时所放出或吸收的热量。(×)
二、反应热的计算
1．依据热化学方程式：反应热的绝对值与各物质的物质的量成正比，依据热化学方程式中的ΔH求反应热，如
aA ＋ bB===cC ＋ dD ΔH
a b c d |ΔH|
n(A) n(B) n(C) n(D) |Q|
则eq \f(nA,a)＝eq \f(nB,b)＝eq \f(nC,c)＝eq \f(nD,d)＝eq \f(|Q|,|ΔH|)。
2．依据盖斯定律：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，同时反应热也作相应的改变。
3．依据反应物断键吸收热量Q吸与生成物成键放出热量Q放进行计算：ΔH＝Q吸－Q放。
4．依据反应物的总能量E反应物和生成物的总能量E生成物进行计算：ΔH＝E生成物－E反应物。
5．依据物质的燃烧热ΔH计算：Q放＝n可燃物×|ΔH|。
6．依据比热公式计算：Q＝cmΔt。
(2021·岑溪市校级月考)CH4­CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：
CH4­CO2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·ml－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－394 kJ·ml－1
C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH＝－111 kJ·ml－1
该催化重整反应的ΔH＝________ kJ·ml－1。
[解析] 对上述已知热化学方程式依次编号为①②③，催化重整反应为④，根据盖斯定律2×③－①－②＝④，故ΔH4＝2×ΔH3－ΔH1－ΔH2＝2×(－111 kJ·ml－1)－(－75 kJ·ml－1)－(－394 kJ·ml－1)＝＋247 kJ·ml－1。
[答案] ＋247
发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料和二氧化氮(NO2)为氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。
已知： N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)
ΔH＝＋67.7 kJ·ml－1 ①
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－543 kJ·ml－1 ②
eq \f(1,2)H2(g)＋eq \f(1,2)F2(g)===HF(g)
ΔH＝－269 kJ·ml－1 ③
H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(g)
ΔH＝－242 kJ·ml－1 ④
[问题1] 你能否依据盖斯定律写出肼和二氧化氮反应的热化学方程式？
[提示] 结合盖斯定律：②×2－①可得反应2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g)，其反应热ΔH＝(－543 kJ·ml－1)×2－(＋67.7 kJ·ml－1)＝－1 153.7 kJ·ml－1，即2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 153.7 kJ·ml－1。
[问题2] 有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，反应释放的能量更大，试写出肼和氟气反应的热化学方程式。
[提示] 结合盖斯定律知：②＋③×4－④×2得反应N2H4(g)＋2F2(g)===N2(g)＋4HF(g)，其反应热ΔH＝(－543 kJ·ml－1)＋(－269 kJ·ml－1)×4－(－242 kJ·ml－1)×2＝－1 135 kJ·ml－1，即N2H4(g)＋2F2(g)===N2(g)＋4HF(g) ΔH＝－1 135 kJ·ml－1。
运用盖斯定律解题的常用方法
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：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
2．加合法：即运用所给化学方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。
如：求P4(白磷，s)===4P(红磷，s)的热化学方程式。
已知：P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s) ΔH1 ①
P(红磷，s)＋eq \f(5,4)O2(g)===eq \f(1,4)P4O10(s) ΔH2 ②
即可用①－②×4得出白磷转化为红磷的热化学方程式：P4(白磷，s)===4P(红磷，s) ΔH＝ΔH1－4ΔH2。
3．解题注意事项
(1)热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。
(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，所求之和为其代数和。
(3)将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”“－”号必须随之改变。
1．(2021·福建三明一中高二月考)联氨(N2H4)常温下为无色液体，可用作火箭燃料。下列说法不正确的是( )
①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l) ΔH1
②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l) ΔH2
③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3
④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH4＝－1 048.9 kJ·ml－1
A．ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1
B．O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l) ΔH5，ΔH5＞ΔH3
C．1 ml O2(g)和2 ml H2(g)具有的总能量高于2 ml H2O(g)
D．联氨和N2O4作火箭推进剂的原因之一是反应放出大量的热且产物无污染
B [由盖斯定律计算2×③－2×②－①得到④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1,A正确；气态水变化为液态水过程中放出热量，焓变为负值，则ΔH5＜ΔH3,B错误； O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)反应为放热反应，ΔH3＜0,1 ml O2(g) 和2 ml H2(g)具有的总能量高于2 ml H2O(g)，C正确；反应分析可知反应放出大量热，生成无污染气体，D正确。]
2．把煤作为燃料可通过下列两种途径：
途径Ⅰ C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＜0
途径Ⅱ 先制水煤气：
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2＞0 ①
再燃烧水煤气：
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH3＜0 ②
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH4＜0 ③
请回答下列问题：
(1)判断两种途径放热：途径Ⅰ放出的热量________途径Ⅱ放出的热量(填“大于”“等于”或“小于”)。
(2)ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的数学关系是_________________。
(3)由于制取水煤气的反应里，反应物具有的总能量________(填“大于”“等于”或“小于”)生成物具有的总能量，那么在化学反应时，反应物就需要________能量才能转化为生成物，因此其反应条件为__________________
____________________________________________________________。
[解析] (1)途径Ⅱ中，根据盖斯定律①＋(②＋③)×eq \f(1,2)可得途径Ⅰ的方程式，故两种途径放出的热量相同。(2)ΔH1＝ΔH2＋eq \f(1,2)(ΔH3＋ΔH4)。(3)因为ΔH＞0，故反应物的总能量小于生成物的总能量。
[答案] (1)等于 (2)ΔH1＝ΔH2＋eq \f(1,2)(ΔH3＋ΔH4) (3)小于 吸收 高温
已知下列信息：
①Na(s)＋eq \f(1,2)Cl2(g)===NaCl(s) ΔH＝－411 kJ·ml－1
②乙醇的燃烧热ΔH＝－1 366.8 kJ·ml－1
③已知下列反应的反应热
CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH1＝－870.3 kJ·ml－1
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－393.5 kJ·ml－1
H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH3＝－285.8 kJ·ml－1
[问题1] 根据信息①，求生成2 ml NaCl的反应热。
[提示] ΔH′＝2ΔH＝－411 kJ·ml－1×2＝－822 kJ·ml－1。
[问题2] 根据信息②，求1 kg乙醇充分燃烧后放出多少热量？
[提示] Q＝n×1 366.8 kJ·ml－1＝eq \f(1 000 g,46 g·ml－1)×1 366.8 kJ·ml－1≈29 713.0 kJ＝2.97×104 kJ。
[问题3] 根据信息③，计算反应2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的反应热。
[提示] 根据盖斯定律，将已知中的后2个方程式分别乘以2，然后相加，最后减去第一个方程式即得要求的方程式，ΔH也进行相应计算处理。即ΔH′＝(－393.5 kJ·ml－1)×2＋(－285.8 kJ·ml－1)×2－(－870.3 kJ·ml－1)＝－488.3 kJ·ml－1。
反应热的计算
1．已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·ml－1，实验室测得4 ml 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%
C [参加反应的SO2为eq \f(314.3 kJ×2 ml,196.6 kJ)≈3.2 ml，SO2的转化率为eq \f(3.2 ml,4 ml)×100%＝80%。]
2．(1)随着化石能源的减少，新能源的开发利用日益迫切。Bunsen热化学循环制氢工艺由下列三个反应组成：
SO2(g)＋I2(g)＋2H2O(g)===2HI(g)＋H2SO4(l)
ΔH＝a kJ·ml－1
2H2SO4(l)===2H2O(g)＋2SO2(g)＋O2(g)
ΔH＝b kJ·ml－1
2HI(g)===H2(g)＋I2(g)
ΔH＝c kJ·ml－1
则：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)
ΔH＝________kJ·ml－1。
(2)据粗略统计，我国没有经过处理便排放的焦炉煤气已超过250亿立方米，这不仅是能源的浪费，也对环境造成极大污染。为解决这一问题，我国在2004年起已利用焦炉煤气制取甲醇及二甲醚。
已知CO中的C与O之间为三键连接，且合成甲醇的主要反应原理为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH。下表所列为常见化学键的键能数据：
则该反应的ΔH＝________kJ·ml－1。
(3)恒温恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图所示。
已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·ml－1
①写出能表示硫的燃烧热的热化学方程式： _______________________
_______________________________________________________________。
②ΔH2＝________kJ·ml－1。
[解析] (1)将题给热化学方程式依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，根据盖斯定律，由Ⅰ×2＋Ⅱ＋Ⅲ×2得2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝(2a＋b＋2c) kJ·ml－1。(2)ΔH＝1 032 kJ·ml－1＋2×436 kJ·ml－1－3×414 kJ·ml－1－326.8 kJ·ml－1－464 kJ·ml－1＝－128.8 kJ·ml－1。
(3)①由图可知1 ml S(s)完全燃烧放出的热量为297 kJ，故能表示硫的燃烧热的热化学方程式为S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－297 kJ·ml－1。②由图可知，参加反应的n(SO2)＝1 ml－0.2 ml＝0.8 ml，根据2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·ml－1，ΔH2＝0.8×eq \f(1,2)×(－196.6 kJ·ml－1)＝－78.64 kJ·ml－1。
[答案] (1)2a＋b＋2c (2)－128.8
(3)①S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－297 kJ·ml－1
②－78.64
1．物质E在一定条件下可发生一系列转化，由图判断下列关系错误的是( )
A．E―→J ΔH＝－ΔH6
B．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝1
C．G―→J |ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|
D．|ΔH1＋ΔH2＋ΔH3|＝|ΔH4＋ΔH5＋ΔH6|
B [由盖斯定律可知：E―→J ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝－ΔH6，即ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0，故A项正确，B项错误；由G―→J可以判断，ΔH＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＝－(ΔH1＋ΔH2＋ΔH6)，故C项正确；由E―→H知：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－(ΔH4＋ΔH5＋ΔH6)，故D项正确。]
2．钛被称为“第三金属”，其制取原料为金红石(TiO2)，制取步骤如下：
TiO2→TiCl4eq \(――――――→,\s\up8(镁/800 ℃/Ar))Ti。
已知：①C(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO(g) ΔH1；②TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(s)＋O2(g) ΔH2。则反应TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(s)＋2CO(g)的ΔH为( )
A．2ΔH1＋2ΔH2 B．2ΔH1＋ΔH2
C．2ΔH1－ΔH2 D．2ΔH1－2ΔH2
B [依据盖斯定律，反应①×2＋②可得：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(s)＋2CO(g) ΔH＝2ΔH1＋ΔH2。]
3．关于如图所示的转化关系(X代表卤素)，下列说法不正确的是( )
A．2H(g)＋2X(g)===2HX(g)ΔH3<0
B．生成HX的反应热与途径无关，所以ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
C．途径Ⅲ生成HCl放出的热量比生成HBr的多，说明HCl比HBr稳定
D．Cl、Br、I的非金属性依次减弱，所以途径Ⅱ吸收的热量依次增多
D [原子形成化学键时放热，焓变小于0，则2H(g)＋2X(g)===2HX(g) ΔH3<0，A项正确；反应热与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关，生成HX的反应热与途径无关，故ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，B项正确；途径Ⅲ生成HCl放出的热量比生成HBr放出的热量多，说明HCl的能量低，比HBr稳定，C项正确；Cl、Br、I的原子半径依次增大，断裂Cl2、Br2、I2中的化学键需要的能量依次减少，所以途径 Ⅱ 吸收的能量依次减少，D项错误。]
4．(2021·山东新泰一中高二月考)让生态环境更秀美、人民生活更幸福！为此，冬季取暖许多家庭用上了清洁能源天然气。实际生产中天然气需要脱硫，在1 200 ℃时，工艺中会发生下列反应：
①H2S(g)＋eq \f(3,2)O2(g)===SO2(g)＋H2O(g) ΔH1
②2H2S(g)＋SO2(g)===eq \f(3,2)S2(g)＋2H2O(g) ΔH2
③H2S(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===S(g)＋H2O(g) ΔH3
④2S(g)===S2(g) ΔH4。
则ΔH4的正确表达式为( )
A．ΔH4＝eq \f(2,3)(3ΔH3－ΔH1－ΔH2)
B．ΔH4＝eq \f(2,3)(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3)
C．ΔH4＝eq \f(3,2)(ΔH1－ΔH2＋3ΔH3)
D．ΔH4＝eq \f(3,2)(ΔH1－ΔH2－3ΔH3)
B [将2×②＋2×①－6×③得到6S(g)===3S2(g)的焓变3ΔH4＝2ΔH1＋2ΔH2－6ΔH3；所以2S(g)===S2(g)的焓变ΔH4＝eq \f(1,3)(2ΔH1＋2ΔH2－6ΔH3)＝eq \f(2,3)(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3)。]
5．研究NOx、SO2、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
(1)处理含CO、SO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S。已知：
①CO(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·ml－1
②S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－296.0 kJ·ml－1
此反应的热化学方程式是___________________________________________
________________________________________________________________。
(2)氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。已知：
CO(g)＋NO2(g)===NO(g)＋CO2(g) ΔH＝－a kJ·ml－1(a>0)
2CO(g)＋2NO(g)===N2(g)＋2CO2(g) ΔH＝－b kJ·ml－1(b>0)
若用标准状况下3.36 LCO还原NO2至N2(CO完全反应)的整个过程中转移电子的物质的量为________ml，放出的热量为____kJ(用含有a和b的代数式表示)。
(3)用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH4(g)＋4NO2(g)===4NO(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－574 kJ·ml－1①
CH4(g)＋4NO(g)===2N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH2＝？②
若1 mlCH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为867 kJ，则ΔH2＝________________。
[解析] (1)依据题意知，处理烟道气污染的一种方法是将CO、SO2在催化剂作用下转化为单质S，对照反应①和②，并根据盖斯定律将反应①×2－②可得答案。(2)假设两个反应分别为①、②，由①×2＋②可得：4CO(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋4CO2(g) ΔH＝－(2a＋b) kJ·ml－1，反应中转移电子为8e－。因此标准状况下的3.36 LCO还原NO2时，转移电子为eq \f(\f(3.36,22.4),4)×8 ml＝0.3 ml，放出的热量为eq \f(\f(3.36,22.4),4)×(2a＋b) kJ＝eq \f(32a＋b,80) kJ。(3)CH4还原NO2至N2的热化学方程式为CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－867 kJ·ml－1，根据盖斯定律，ΔH＝eq \f(1,2)(ΔH1＋ΔH2)，解得ΔH2＝(－867 kJ·ml－1)×2－(－574 kJ·ml－1)＝－1 160 kJ·ml－1。
[答案] (1)2CO(g)＋SO2(g)S(s)＋2CO2(g) ΔH＝－270.0 kJ·ml－1
(2)0.3 eq \f(32a＋b,80) (3)－1 160 kJ·ml－1
学 习 任 务
1．认识化学能可以与热能、电能等其他形式能量之间的相互转化，能量的转化遵循能量守恒定律，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。
2．了解盖斯定律及其简单应用，能进行反应焓变的简单计算，培养证据推理与模型认知的化学核心素养。
盖斯定律的理解与应用
反应热计算的常用方法
计算依据
计算方法
根据热化学方程式
热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正、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
根据盖斯定律
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
根据燃烧热
可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热
根据化学键的变化
ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量和－生成物的化学键形成所放出的能量和
根据反应物和生成物的总能量
ΔH＝E(生成物)－E(反应物)
化学键
C—C
C—H
H—H
C—O
C≡O
H—O
eq \f(键能,kJ·ml－1)
348
414
436
326.8
1 032
464