1.2 反应热的计算-2023-2024学年高二化学同步素养目标精品讲义（人教版选择性必修1）

 第一章 第二节 反应热的计算
【学习目标】
1．通过盖斯定律的学习，理解盖斯定律，并能利用盖斯定律解决简单问题。
2．通过热化学方程式、中和热、燃烧热和盖斯定律的学习，能进行反应焓变的简单计算。
【素养目标】
1．通过从宏微的视角认识和掌握盖斯定律。培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。
2．通过认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化，并遵循盖斯定律。培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。
3．通过分析、推理等方法总结反应热与始态和终态的相互关系，建立认知模型，并能运用模型解决有关反应热的计算问题。培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：盖斯定律
1．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。即在一定条件下，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
(2)本质：盖斯定律的本质是能量守恒定律。
(3)图示：

ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
(4)意义：间接计算某些反应的反应热。
典例1．下列关于盖斯定律描述不正确的是( )
A．化学反应的焓变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焓变
D．利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应焓变
【答案】A
【解析】化学反应的焓变取决于反应体系的始态和终态，与反应途径无头。
2．反应热的相关计算
(1)利用热化学方程式进行有关计算
根据已知热化学方程式和已知反应物或生成物的物质的量，可以把反应热当作“产物”，计算反应放出或吸收的热量。
(2)根据燃烧热数据，计算反应放出的热量Q
计算公式：Q＝|燃烧热|×n(可燃物的物质的量)
(3)根据旧键断裂和新键形成过程中的能量差计算反应热
若反应物旧化学键断裂吸收的能量为E1，生成物新化学键形成放出的能量为E2，则反应的ΔH＝E1－E2。
(4)利用盖斯定律计算反应热
转化关系
反应热之间的关系
aA===B　ΔH1
A=== B　ΔH2
ΔH1＝aΔH2
aA===B　ΔH1
B===aA　ΔH2
ΔH1＝－ΔH2

ΔH＝ΔH1＋ΔH2
【思维建模】　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ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
(2) “加合”法
运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。
盖斯定律应用三步流程

如：求P4(白磷)―→P(红磷)的热化学方程式。
已知：P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH1①
P(红磷，s)＋O2(g)===P4O10(s)　ΔH2②
即可用①－②×4得出白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(白磷，s)===4P(红磷，s)　ΔH＝ΔH1－4ΔH2。
【点拨】　
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。
③将一个热化学方程式左右颠倒时，ΔH的“＋”“－”号必须随之改变。
典例2．已知下列反应的反应热：
(1) CH3COOH(l)+2O2(g) ===2CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-870.3 kJ·mol-1
(2) C(s)+O2(g) ===CO2(g) ΔH2=−393.5 kJ·mol-1
(3) H2(g)+1/2O2(g) ===H2O(l) ΔH3=−285.8 kJ·mol-1
则反应2C(s)+2H2(g)+ O2(g) ===CH3COOH(l)的反应热为( )
A．ΔH=＋488.3 kJ·mol-1 B．ΔH=－244.15 kJ·mol-1
C．ΔH=－977.6 kJ·mol-1 D．ΔH=－488.3 kJ·mol-1
【答案】D
【解析】根据盖斯定律，ΔH=2ΔH2＋2ΔH3－ΔH1=－488.3 kJ·mol-1
典例3．已知：
As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2
2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3
则反应As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝ 。
【解析】将题中热化学方程式依次编号：
①As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)　ΔH1
②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2
③2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3
根据盖斯定律，将反应①×2－②×3－③可得：As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。
典例4．下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。

通过计算，可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为
H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝286 kJ·mol－1、H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝20 kJ·mol－1，
制得等量H2所需能量较少的是 。
【解析】根据盖斯定律，将①＋②＋③可得，系统(Ⅰ)中的热化学方程式：
H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝327 kJ·mol－1－151 kJ·mol－1＋110 kJ·mol－1＝286 kJ·mol－1
同理，将②＋③＋④可得，系统(Ⅱ)中的热化学方程式：
H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝－151 kJ·mol－1＋110 kJ·mol－1＋61 kJ·mol－1＝20 kJ·mol－1由所得两热化学方程式可知，制得等量H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。
3．反应热大小的比较
看物质状态
物质的气、液、固三态的变化与反应热关系：
看ΔH的符号
比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号
看化学计量数
当反应物和生成物的状态相同时，化学计量数越大，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大
看反应程度
对于可逆反应，参加反应的物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大

(1)根据反应物的量的大小关系比较反应焓变的大小
①H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1 ②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH2
反应②中H2的量更多，因此放热更多，故ΔH1＞ΔH2。
(2)根据反应进行的程度大小比较反应焓变的大小
③C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3 ④C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH4
反应④中，C完全燃烧，放热更多，故ΔH3＞ΔH4。
(3)根据反应物或生成物的状态比较反应焓变的大小
⑤S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH5 ⑥S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH6
方法一：图像法，画出上述两反应能量随反应过程的变化曲线。

由图像可知：ΔH5＜ΔH6。
方法二：通过盖斯定律构造新的热化学方程式。
由⑤－⑥可得S(g)===S(s)　ΔH＝ΔH5－ΔH6＜0，故ΔH5＜ΔH6。
(4)根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变的大小
⑦2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH7 ⑧2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH8
由⑦－⑧可得2Al(s)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋Al2O3(s)　ΔH
已知铝热反应为放热反应，ΔH＝ΔH7－ΔH8＜0，故ΔH7＜ΔH8。
典例5．已知：①S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1；
②S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2；
③2H2S(g)＋O2(g)===2S(s)＋2H2O(l)　ΔH3；
④2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH4；
⑤SO2(g)＋2H2S(g)===3S(s)＋2H2O(l)　ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断不正确的是(　　)
A．ΔH1<ΔH2 B．ΔH3<ΔH4
C．ΔH5＝ΔH3－ΔH2 D．2ΔH5＝3ΔH3－ΔH4
【答案】B
【解析】等量的S具有的能量：S(g)>S(s)，则等量的S(g)完全燃烧生成SO2(g)放出的热量多，故ΔH1<ΔH2，A正确；等量的H2S(g)完全燃烧生成SO2(g)放出的热量比不完全燃烧生成S(s)放出的热量多，则ΔH3>ΔH4，B错误；根据盖斯定律，由③－②可得⑤，则有ΔH5＝ΔH3－ΔH2，C正确；根据盖斯定律，由③×3－⑤×2可得④，则2ΔH5＝3ΔH3－ΔH4，D正确。
典例6．在298 K、101 kPa时，已知：
①2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH1
②Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　ΔH2
③2Cl2(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
【答案】A
【解析】因为反应式①②③之间存在关系：①＋2×②＝③，故ΔH1＋2ΔH2＝ΔH3。
核心价值与学科素养
典例7．2020年1月7日23时20分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将通信技术试验卫星五号发射升空。

长征三号乙运载火箭的一子级、助推器和二子级使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作为推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g)，并放出大量热，已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量，书写该反应的热化学方程式。
【解析】N2O4与偏二甲肼反应的产物为CO2、N2和气态水，1 mol C2H8N2(l)与N2O4(l)完全燃烧放出的热量为×60 g＝2 550.0 kJ。该反应的热化学方程式为C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)　ΔH＝－2 550.0 kJ·mol－1。
典例8．(1)奥运会火炬采用常温下为气态的丙烷(C3H8)为燃料。丙烷热值较高，污染较小，是一种优良的燃料。试回答下列问题：
①如图是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)过程中的能量变化图，在图中的括号内填入的是
(“＋”或“－”)。

②写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式： 。
③二甲醚(CH3OCH3)是一种新型燃料，应用前景广阔。1 mol二甲醚完全燃烧生成CO2和液态水放出1 455 kJ热量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水共放出1 645 kJ 热量，则混合气体中，丙烷和二甲醚的物质的量之比为 。
(2)盖斯定律认为：不管化学过程是一步完成还是分几步完成，整个过程的总热效应相同。试运用盖斯定律回答下列问题：
①已知：H2O(g)===H2O(l)　ΔH1＝－Q1kJ·mol－1
C2H5OH(g)===C2H5OH(l)　ΔH2＝－Q2kJ·mol－1
C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)　ΔH3＝－Q3 kJ·mol－1。若使46 g液态无水酒精完全燃烧，并恢复到室温，则整个过程中放出的热量为 kJ。
②碳(s)在氧气供应不充足时，生成CO同时还生成CO2，因此无法通过实验直接测得反应：C(s)＋O2(g)===CO(g)的ΔH。但可设计实验、利用盖斯定律计算出该反应的ΔH，计算时需要测得的实验数据有 。
【解析】　(1)①图像是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)过程中的能量变化图，丙烷燃烧反应放热ΔH＝－553.75 kJ·mol－1。②根据丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)过程中的能量变化图，反应放热ΔH＝－553.75 kJ·mol－1；则写出的热化学方程式为C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH1＝－2 215.0 kJ·mol－1。③1 mol二甲醚完全燃烧生成CO2和液态水放出1 455 kJ热量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水共放出1 645 kJ热量，设1 mol混合气体中二甲醚物质的量为x mol，丙烷物质的量为(1－x) mol，C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH1＝－2 215.0 kJ·mol－1，得到丙烷燃烧放热2 215(1－x) kJ；依据条件得到：1 645 kJ－1 455x kJ＝2 215(1－x) kJ，计算得到x＝0.75，则丙烷物质的量为0.25 mol，则混合气体中丙烷和二甲醚物质的量之比＝0.25∶0.75＝1∶3。
(2)①a、H2O(g)===H2O(l)　ΔH1＝－Q1 kJ·mol－1
b、C2H5OH(g)===C2H5OH(l)　ΔH2＝－Q2 kJ·mol－1
c、C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)　ΔH3＝－Q3 kJ·mol－1
依据盖斯定律计算c＋3a－b得到，46 g液态无水酒精物质的量＝＝1 mol，完全燃烧，生成气态CO2和液态H2O的热化学方程式为
C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　
ΔH3＝－(Q3＋3Q1－Q2) kJ·mol－1。
②设计实验、利用盖斯定律计算C(s)＋O2(g)===CO(g)的ΔH，需要知道碳和一氧化碳的燃烧热才能计算得到。
典例9．“嫦娥”五号预计在海南文昌发射中心发射，火箭的第一、二级发动机中，所用的燃料为偏二甲肼和四氧化二氮，偏二甲肼可用肼来制备。用肼(N2H4)作燃料，四氧化二氮作氧化剂，二者反应生成氮气和气态水。已知：
①N2(g)＋2O2(g)===N2O4(g) ΔH＝＋10.7 kJ·mol－1
②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－543 kJ·mol－1
写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式： 。
【答案】2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 096.7 kJ·mol－1
【解析】　根据盖斯定律，由2×②－①得：2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝2×(－543 kJ·mol－1) －(＋10.7 kJ·mol－1)＝－1 096.7 kJ·mol－1。
典例10．近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：

反应 Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g) ΔH1＝＋551 kJ·mol－1
反应Ⅲ：S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3＝－297 kJ·mol－1
反应Ⅱ的热化学方程式： 。
【答案】3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH2＝－254 kJ·mol－1
【解析】由题图可知，反应Ⅱ的化学方程式为3SO2＋2H2O2H2SO4＋S↓。根据盖斯定律，反应Ⅱ＝－(反应Ⅰ＋反应Ⅲ)可得：3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1。
【跟踪练习】 基础过关
1． 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)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)＋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
2．已知：
①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1
②3H2(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3H2O(g)　ΔH2
③2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH3
④2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH4
⑤2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)　ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)
A．ΔH1<0，ΔH3>0　　 B．ΔH5<0，ΔH4<ΔH3
C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5
3． 氧化亚铜常用于制船底防污漆。用CuO与Cu高温烧结可制取Cu2O，已知反应：
2Cu(s)+O2(g) ===2CuO(s)　ΔH=－314 kJ·mol-1
2Cu2O(s)+O2(g) ===4CuO(s)　ΔH=－292 kJ·mol-1
则CuO(s)+Cu(s) ===Cu2O(s)的ΔH等于( )
A．－11 kJ·mol-1　　 B．＋11 kJ·mol-1 C．＋22 kJ·mol-1　　 D．－22 kJ·mol-1
4． 根据下列热化学方程式：
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ/mol
②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝－285.8 kJ/mol
③CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH3＝－870.3 kJ/mol
可以计算出2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为(　　)
A．ΔH＝＋244.1 kJ/mol B．ΔH＝－488.3 kJ/mol
C．ΔH＝－996.6 kJ/mol D．ΔH＝＋996.6 kJ/mol
5． 已知：1 mol晶体硅中含有2 mol Si—Si键。工业上可通过下列反应制取高纯硅：SiCl4(g)＋2H2(g)高温,Si(s)＋4HCl(g)，根据下表列举的化学键的键能数据，判断该反应的反应热(ΔH)为(　　)
化学键
Si—O
Si—Cl
H—H
H—Cl
Si—Si
Si—C
键能/kJ·mol－1
460
360
436
431
176
347
A．＋412 kJ·mol－1 B．－412 kJ·mol－1
C．＋236 kJ·mol－1 D．－236 kJ·mol－1
能力达成
6． SO2的催化氧化反应是合成硫酸的重要步骤,下面是该反应中的能量变化示意图。已知：SO3(g)+H2O(l)===H2SO4(aq)　ΔH4=－d kJ·mol-1，且a、b、c、d均为正值。下列说法错误的是(　　)

A．SO2催化氧化反应的热化学方程式为2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH3=－c kJ·mol-1
B．2SO2(g)+O2(g)2SO3(s)的ΔH<ΔH3
C．由S(g)和O(g)形成1 mol SO3(g)中所含化学键放出的能量为a+b+c2 kJ
D．2SO2(g)+O2(g)+2H2O(l) ===2H2SO4(aq)　ΔH=－(c+d) kJ·mol-1
7． 硫酸是一种重要的基本化工产品，接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化。钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为(　　)

A．2V2O5(s)+SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=－351 kJ·mol-1
B．2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=＋351 kJ·mol-1
C．V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=－351 kJ·mol-1
D．2V2O5(s)+2SO2(g)2VOSO4(s)+V2O4(s)　ΔH=－351 kJ·mol-1
8． 将氧化铁还原为铁的技术在人类文明的进步中占有十分重要的地位。炼铁高炉中发生的关键反应如下：
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ/mol
CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH＝＋172.46 kJ/mol
Fe2O3＋CO―→Fe＋CO2
若已知：2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH＝－824.21 kJ/mol
根据上面三个热化学方程式，回答下列问题：
(1)CO的燃烧热为________；写出其热化学方程式 。
(2)高炉内Fe2O3被CO还原为Fe的热化学方程式为 。
(3)炼制1 t(吨)含铁96%的生铁所需焦炭的理论用量是________t，实际生产中所需焦炭远高于理论用量，其原因是 。