高中化学选修四 化学反应热的计算

第3课时 化学反应热的计算

[学习目标定位] 1.理解盖斯定律，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。2.掌握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

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，不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。换句话说，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，这就是盖斯定律。 2．从能量守恒定律理解盖斯定律

从S →L ，ΔH 1<0，体系放出热量； 从L →S ，ΔH 2>0，体系吸收热量。 根据能量守恒，ΔH 1＋ΔH 2＝0。 3．根据以下两个反应：

C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 1＝－393.5 kJ·mol －

1

CO(g)＋12

O 2(g)===CO 2(g) ΔH 2＝－283.0 kJ·mol －1

根据盖斯定律，设计合理的途径，计算出C(s)＋1

2O 2(g)===CO(g)的反应热ΔH 。

答案 根据所给的两个方程式，反应C(s)＋O 2(g)===CO 2(g)可设计为如下途径：

ΔH 1＝ΔH ＋ΔH 2 ΔH ＝ΔH 1－ΔH 2

＝－393.5 kJ·mol －

1－(－283.0 kJ·mol －

1)

＝－110.5 kJ·mol －

1。

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)＋1

2O 2(g)===CO(g)

的ΔH 。

答案 C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 1＝－393.5 kJ·mol －

1

CO 2(g)===CO(g)＋12O 2(g) ΔH 2＝283.0 kJ·mol －1

上述两式相加得

C(s)＋12O 2(g)===CO(g) ΔH ＝－110.5 kJ·mol －

1。

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ΔH 1、ΔH 2、ΔH 3。 如图所示：

则有ΔH ＝ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3。 (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。 先确定待求的反应方程式

?

找出待求方程式中各物质在已知方程式中的位置

?

根据待求方程式中各物质的计量数和位置对已知方程式进行处理，得到变形后的新方程式?将新得到的方程式进行加减(反应热也需要相应加减)?写出待求的热化学方程式 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。

1．在25 ℃、101 kPa 时，已知： 2H 2O(g)===O 2(g)＋2H 2(g) ΔH 1 Cl 2(g)＋H 2(g)===2HCl(g) ΔH 2

2Cl 2(g)＋2H 2O(g)===4HCl(g)＋O 2(g) ΔH 3 则ΔH 3与ΔH 1和ΔH 2间的关系正确的是( ) A ．ΔH 3＝ΔH 1＋2ΔH 2 B ．ΔH 3＝ΔH 1＋ΔH 2 C ．ΔH 3＝ΔH 1－2ΔH 2 D ．ΔH 3＝ΔH 1－ΔH 2 答案 A

解析 第三个方程式可由第二个方程式乘以2与第一个方程式相加得到，由盖斯定律可知ΔH 3＝ΔH 1＋2ΔH 2。

2．已知P 4(白磷，s)＋5O 2(g)===P 4O 10(s) ΔH 1＝－2 983.2 kJ·mol －

1①

P(红磷，s)＋54O 2(g)===1

4P 4O 10(s)

ΔH 2＝－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。 答案 (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 ＝ΔH 1＋(－ΔH 2)×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P 4(白磷，s)===4P(红磷，s) ΔH ＝－29.2 kJ·mol －

1。

(2)“加合”法

P 4(白磷，s)＋5O 2(g)===P 4O 10(s) ΔH 1＝－2 983.2 kJ·mol －

1

P 4O 10(s)===5O 2(g)＋4P(红磷，s) ΔH 2′＝2 954 kJ·mol －

1

上述两式相加得：

P 4(白磷)===4P(红磷，s) ΔH ＝－29.2 kJ·mol －

1。

二 反应热的计算与比较

1．已知：

①Zn(s)＋1

2O 2(g)===ZnO(s)

ΔH ＝－348.3 kJ·mol －

1

②2Ag(s)＋1

2O 2(g)===Ag 2O(s)

ΔH ＝－31.0 kJ·mol －

1

则Zn(s)＋Ag 2O(s)===ZnO(s)＋2Ag(s)的ΔH 等于________________。 答案 －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．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) ΔH 1<0 A(g)＋B(g)===C(l) ΔH 2<0 则ΔH 1____ΔH 2。 答案 >

解析 因为C(g)===C(l) ΔH 3<0 则ΔH 3＝ΔH 2－ΔH 1，ΔH 2<ΔH 1。 (2)同一反应，反应物状态不同时 S(g)＋O 2(g)===SO 2(g) ΔH 1<0 S(s)＋O 2(g)===SO 2(g) ΔH 2<0 则ΔH 1____ΔH 2。 答案 <

解析 S(g)――→ΔH 3

S(s)――→ΔH 2

SΔH 1O 2(g)

ΔH 2＋ΔH 3＝ΔH 1，则ΔH 3＝ΔH 1－ΔH 2，又ΔH 3<0，所以ΔH 1<ΔH 2。

(3)两个有联系的不同反应相比 C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 1<0 C(s)＋1

2O 2(g)===CO(g) ΔH 2<0

则ΔH 1____ΔH 2。 答案 <

解析 根据常识可知CO(g)＋1

2O 2(g)===CO 2(g) ΔH 3<0，又因为ΔH 2＋ΔH 3＝ΔH 1，所以

ΔH 2>ΔH 1。 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。

3．在相同条件下，下列两个反应放出的热量分别用ΔH 1和ΔH 2表示：

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH2

则()

A．ΔH2>ΔH1B．ΔH1>ΔH2

C．ΔH1＝ΔH2D．无法确定

答案 B

解析气态水液化时释放能量，放热越多，ΔH越小。

4．镁是海水中含量较多的金属，镁、镁合金及其镁的化合物在科学研究和工业生产中用途非常广泛。

Mg2Ni是一种储氢合金，已知：

Mg(s)＋H2(g)===MgH2(s)

ΔH1＝－74.5 kJ·mol－1；

Mg2Ni(s)＋2H2(g)===Mg2NiH4(s)

ΔH2＝－64.4 kJ·mol－1；

Mg2Ni(s)＋2MgH2(s)===2Mg(s)＋Mg2NiH4(s)ΔH3。

则ΔH3＝________ kJ·mol－1。

答案84.6

解析根据盖斯定律可求得ΔH3＝(－2ΔH1)＋ΔH2＝84.6 kJ·mol－1。

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

答案 A

解析化学反应的反应热与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关。

2．已知热化学方程式：

C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1 ①

C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH2 ②

C(石墨，s)===C(金刚石，s)ΔH3＝1.9 kJ·mol－1 ③

下列说法正确的是()

A．石墨转化成金刚石的反应是吸热反应

B．金刚石比石墨稳定

C．ΔH3＝ΔH1－ΔH2

D．ΔH1>ΔH2

答案 A

解析由方程式③中ΔH3＝1.9 kJ·mol－1>0得出石墨比金刚石稳定，A项对，B项错；反应热的关系应为ΔH3＝ΔH2－ΔH1，C项错；ΔH1与ΔH2均小于零，石墨具有的能量低于金刚石，故都生成CO2时ΔH1<ΔH2，D项错。

3．已知下列反应的热化学方程式：

6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)===2C3H5(ONO2)3(l)ΔH1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH2

C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH3

则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋6N2(g)的ΔH为()

A．12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1

B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3

C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1

D．ΔH1－5ΔH2－12ΔH3

答案 A

解析将题干中反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由③×12＋②×5－①×2得目标方程式，故ΔH＝12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1。

4．已知热化学方程式：

H 2O(g)===H 2(g)＋12O 2(g) ΔH ＝241.8 kJ·mol －

1

H 2(g)＋12O 2(g)===H 2O(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

答案 B

解析 将两式相加得到H 2O(g)===H 2O(l) ΔH ＝－44 kJ·mol －1，所以1 g 液态水变成水蒸气需要吸收的热量为44

18

kJ ≈2.44 kJ 。

5．已知：Na 2CO 3·10H 2O(s)===Na 2CO 3(s)＋10H 2O(g) ΔH 1＝532.36 kJ·mol －

1

Na 2CO 3·10H 2O(s)===Na 2CO 3·H 2O(s)＋9H 2O(g) ΔH 2＝473.63 kJ·mol －

1

写出Na 2CO 3·H 2O 脱水反应的热化学方程式：____________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 Na 2CO 3·H 2O(s)===Na 2CO 3(s)＋H 2O(g) ΔH ＝58.73 kJ·mol －

1

解析 通过观察两个热化学方程式，可将两式相减，从而得到Na 2CO 3·H 2O(s)===Na 2CO 3(s)＋H 2O(g)。故ΔH ＝ΔH 1－ΔH 2＝532.36 kJ·mol －1－473.63 kJ·mol －1＝58.73 kJ·mol －1。

40分钟课时作业 [经典基础题]

题组1 反应热大小的比较

1．化学反应：C(s)＋1

2O 2(g)===CO(g) ΔH 1<0

CO(g)＋1

2O 2(g)===CO 2(g) ΔH 2<0

C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 3<0。

下列说法中不正确的是(相同条件下)( )

A ．56 g CO 和32 g O 2所具有的总能量大于88 g CO 2所具有的总能量

B ．12 g

C 所具有的能量一定大于28 g CO 所具有的能量

C ．ΔH 1＋ΔH 2＝ΔH 3

D ．将两份质量相等的碳燃烧，生成CO 2的反应比生成CO 的反应放出的热量多 答案 B

解析 A 项由CO(g)＋1

2O 2(g)===CO 2(g) ΔH 2<0，得2CO(g)＋O 2(g)===2CO 2(g) ΔH ＝

2ΔH 2<0，为放热反应，说明56 g CO 和32 g O 2所具有的总能量大于88 g CO 2所具有的总能量，A 正确；B 项由C(s)＋1

2O 2(g)===CO(g) ΔH 1<0，不能判断C 与CO 能量的相对大小，

B 错；

C 项由盖斯定律知ΔH 3＝ΔH 1＋ΔH 2，C 正确；

D 项质量相等的碳完全燃烧时比不完全燃烧时放出的热量多，D 正确。 2．根据以下三个热化学方程式： 2H 2S(g)＋3O 2(g)===2SO 2(g)＋2H 2O(l) ΔH ＝－Q 1 kJ·mol －

1

2H 2S(g)＋O 2(g)===2S(s)＋2H 2O(l) ΔH ＝－Q 2 kJ·mol －

1

2H 2S(g)＋O 2(g)===2S(s)＋2H 2O(g) ΔH ＝－Q 3 kJ·mol －

1

判断Q 1、Q 2、Q 3三者关系正确的是( ) A ．Q 1>Q 2>Q 3 B ．Q 1>Q 3>Q 2 C ．Q 3>Q 2>Q 1 D ．Q 2>Q 1>Q 3

答案 A

解析 假设已知三个方程式分别为①、②、③，则①、②相比可知①为H 2S 完全燃烧的热化学方程式，故放出热量比②多，即Q 1>Q 2；②、③相比H 2O 的状态不同，因为等量的水，H 2O(l)比H 2O(g)能量低，故放出热量Q 2>Q 3，则有Q 1>Q 2>Q 3。 3．在同温同压下，下列各组热化学方程式中Q 2＞Q 1的是( ) A ．2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH ＝－Q 1 2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(g) ΔH ＝－Q 2 B ．S(g)＋O 2(g)===SO 2(g) ΔH ＝－Q 1 S(s)＋O 2(g)===SO 2(g) ΔH ＝－Q 2 C ．C(s)＋1

2O 2(g)===CO(g) ΔH ＝－Q 1

C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH ＝－Q 2 D ．H 2(g)＋Cl 2(g)===2HCl(g) ΔH ＝－Q 1

12H 2(g)＋1

2Cl 2(g)===HCl(g) ΔH ＝－Q 2 答案 C

解析 A 项，生成H 2O(l)放出热量多，Q 1＞Q 2；B 项，S(g)燃烧生成SO 2(g)放出热量多，Q 1＞Q 2；C 项，碳燃烧生成CO 2比生成CO 时放出热量多，Q 1＜Q 2；D 项，生成2 mol HCl 比生成1 mol HCl 时放出热量多，Q 1＞Q 2。

4．灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。 已知：

①Sn(白，s)＋2HCl(aq)===SnCl 2(aq)＋H 2(g) ΔH 1 ②Sn(灰，s)＋2HCl(aq)===SnCl 2(aq)＋H 2(g) ΔH 2 ③Sn(灰，s)

＞13.2 ℃＜13.2 ℃

Sn(白，s)

ΔH 3＝2.1 kJ·mol －

1 下列说法正确的是( ) A ．ΔH 1＞ΔH 2

B ．锡在常温下以灰锡状态存在

C ．灰锡转化为白锡的反应是放热反应

D ．锡制器皿长期处在低于13.2 ℃ 的环境中，会自行毁坏 答案 D

解析 由③知Sn(灰)转化为Sn(白)是吸热的，当温度低于13.2 ℃时Sn(白)自动转化为Sn(灰)，而灰锡是以粉末状存在，所以A 、B 、C 都错，只能选D 。 题组2 盖斯定律

5．已知下列热化学方程式：

①Fe 2O 3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO 2(g) ΔH ＝－25 kJ·mol －

1

②3Fe 2O 3(s)＋CO(g)===2Fe 3O 4(s)＋CO 2(g) ΔH ＝－47 kJ·mol －

1

则下列关于Fe 3O 4(s)被CO 还原成Fe(s)和CO 2的热化学方程式的书写中正确的是( ) A ．Fe 3O 4＋4CO===3Fe ＋4CO 2 ΔH ＝－14 kJ·mol －

1

B ．Fe 3O 4(s)＋4CO(g)===3Fe(s)＋4CO 2(g) ΔH ＝－22 kJ·mol －

1

C ．Fe 3O 4(s)＋4CO(g)===3Fe(s)＋4CO 2(g) ΔH ＝14 kJ·mol －

1

D ．Fe 3O 4(s)＋4CO(g)===3Fe(s)＋4CO 2(g) ΔH ＝－14 kJ·mol －

1

答案 D

解析 根据盖斯定律，①×3÷2－②÷2可得Fe 3O 4(s)＋4CO(g)===3Fe(s)＋4CO 2(g) ΔH ＝－14 kJ·mol －1，故D 正确。

6．已知：①2C(s)＋O 2(g)===2CO(g) ΔH ＝－221.0 kJ·mol －

1；②2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(g)

ΔH ＝－483.6 kJ·mol －

1。则制备水煤气的反应C(s)＋H 2O(g)===CO(g)＋H 2(g)的ΔH 为( )

A ．262.6 kJ·mol －1

B ．－131.3 kJ·mol －

1

C ．－352.3 kJ·mol －1

D ．131.3 kJ·mol －

1

答案 D

解析 根据盖斯定律，把已知两个反应相加减，可求得制备水煤气反应的ΔH 。①－②得2C(s)＋2H 2O(g)===2H 2(g)＋2CO(g) ΔH ＝－221.0 kJ·mol －1－(－483.6 kJ·mol －1)＝262.6 kJ·mol －

1

，则C(s)＋H 2O(g)===CO(g)＋H 2(g)的ΔH ＝262.6 kJ·mol －1÷2＝131.3 kJ·mol －1。

7．已知：

Fe 2O 3(s)＋32C(s)===3

2CO 2(g)＋2Fe(s)

ΔH 1＝234.1 kJ·mol

－1

① C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH 2＝－393.5 kJ·mol

－1

②

则2Fe(s)＋3

2O 2(g)===Fe 2O 3(s)的ΔH 3是( )

A ．－824.4 kJ·mol －

1

B ．－627.6 kJ·mol －

1

C ．－744.7 kJ·mol －1

D ．－169.4 kJ·mol －

1

答案 A

解析 由盖斯定律可知：32×②－①得2Fe(s)＋32O 2(g)===Fe 2O 3(s)，所以ΔH ＝3

2×(－393.5

kJ·mol －1)－234.1 kJ·mol －1＝－824.35 kJ·mol －1≈－824.4 kJ·mol －1。 题组3 根据热化学方程式计算反应热 8．已知：

H 2(g)＋1

2O 2(g)===H 2O(l)

ΔH ＝－285.83 kJ·mol －

1

CO(g)＋1

2O 2(g)===CO 2(g)

ΔH ＝－282.9 kJ·mol －

1