鲁教版化学反应原理第一节第2课时反应焓变的计算

第2课时 反应焓变的计算[学习目标] 1.掌握、理解盖斯定律。

2.能运用盖斯定律计算化学反应中的焓变。

[重点·难点] 盖斯定律的应用及焓变的计算。

1．盖斯定律(1)一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样的。

即化学反应的焓变只与反应的始态和终态有关，与反应的途径无关，这一规律称为盖斯定律。

(2)如下图所示：则ΔH ＝ΔH 1＋ΔH 2＝ΔH 3＋ΔH 4＋ΔH 5。

2．(1)利用已知反应焓变求未知反应焓变。

若一个化学方程式可由几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。

(2)已知：Fe 2O 3(s)＋32C(s)===32CO 2(g)＋2Fe(s) ΔH ＝234.14 kJ·mol －1C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH ＝－393.5 kJ·mol －1则2Fe(s)＋32O 2(g)===Fe 2O 3(s)的ΔH 是( )A ．－824.4 kJ·mol －1B ．－627.6 kJ·mol －1C ．－744.7 kJ·mol －1D ．－169.4 kJ·mol －1 答案 A解析 把题给的两个方程式变换为：2Fe(s)＋32CO 2(g)===Fe 2O 3(s)＋32C(s)ΔH ＝－234.14 kJ·mol －132C(s)＋32O 2(g)===32CO 2(g) ΔH ＝－590.25 kJ·mol －1，相加即得结果。

一、盖斯定律1．为什么化学反应的焓变与化学反应过程无关？答案 由于在指定状态下各种物质的焓值都是确定惟一的，因此无论经过哪些步骤从反应物变成反应产物，它们的差值是不会改变的，即化学反应的焓变与反应过程无关。

2．对于反应：C(s)＋12O 2(g)===CO(g)，由于C 燃烧时不可能完全生成CO ，总有部分CO 2生成，所以此反应的ΔH 无法直接测得。

试利用所学盖斯定律计算上述反应的ΔH 。

(已知：C(s)＋O 2(g)===CO 2(g)ΔH 1＝－393.5 kJ·mol －1CO(g)＋12O 2(g)===CO 2(g)ΔH 2＝－283.0 kJ·mol －1)答案 设此反应分两步进行： 第一步：C(s)＋O 2(g)===CO 2(g)ΔH 1＝－393.5 kJ·mol －1第二步：CO 2(g)===CO(g)＋12O 2(g)ΔH 2′＝－ΔH 2＝283.0 kJ·mol －1 将上述两步反应相加得总反应为：C(s)＋12O 2(g)===CO(g) ΔH 3＝？由盖斯定律，总反应的ΔH 3＝ΔH 1＋ΔH 2′＝－393.5 kJ·mol －1＋283.0 kJ·mol －1＝－110.5kJ·mol －1，所以C(s)＋12O 2(g)===CO(g)的ΔH 为－110.5 kJ·mol －1。

3．(1)一个热化学方程式中分子式前的化学计量数同时扩大n 倍时，焓变应扩大n 倍。

(2)将一个热化学方程式中的反应物与反应产物颠倒时，则焓变的正、负号也相应地改变。

(3)若热化学方程式相加，则焓变相加；若热化学方程式相减，则焓变相减。

归纳总结典例1 单质碳很难与氢气直接化合生成CH 4，CH 4直接分解生成C 和H 2也较难用实验法测定反应过程中的能量变化，已知：C(s ，石墨)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH ＝－393.5 kJ·mol －1CH 4(g)＋2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2O(l) ΔH ＝－890 kJ·mol －12H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH ＝－571.6 kJ·mol －1利用盖斯定律，写出C(s ，石墨)与H 2合成CH 4的热化学方程式。

解析 C(s ，石墨)与H 2合成CH 4的化学方程式为： C(s ，石墨)＋2H 2(g)===CH 4(g) ΔH 故可调整方程式：C(s ，石墨)＋O 2(g)===CO 2(g)ΔH 1＝－393.5 kJ·mol －1 2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l)ΔH 2＝－571.6 kJ·mol －1CO 2(g)＋2H 2O(l)===CH 4(g)＋2O 2(g)ΔH 3＝890 kJ·mol －1则C(s ，石墨)＋2H 2(g)===CH 4(g)的ΔH ＝ΔH 1＋ΔH 2＋ΔH 3＝－393.5 kJ·mol －1－571.6 kJ·mol －1＋890 kJ·mol －1＝－75.1 kJ·mol －1答案 C(s ，石墨)＋2H 2(g)===CH 4(g)ΔH ＝－75.1 kJ·mol －1变式训练1 同素异形体相互转化的反应热相当小而且转化速率较慢，有时还很不完全，测定反应热很困难。

现在可根据盖斯提出的“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的焓变是相同的”观点来计算反应热。

已知：P 4(白磷，s)＋5O 2(g)===P 4O 10(s)ΔH 1＝－2 983.2 kJ·mol －1①P(红磷，s)＋54O 2(g)===14P 4O 10(s)ΔH 2＝－738.5 kJ·mol －1②则白磷转化为红磷的热化学方程式为__________________________________________。

相同状况下，能量状态较低的是____________；白磷的稳定性比红磷__________(填“高”或“低”)。

答案P4(白磷，s)===4P(红磷，s)ΔH＝－29.2 kJ·mol－1红磷低解析①－②×4得P4(白磷，s)===4P(红磷，s)ΔH＝ΔH1－4ΔH2＝(－2 983.2＋4×738.5) kJ·mol－1＝－29.2 kJ·mol－1，白磷转化为红磷是放热反应，所以反应物的能量大于反应产物的能量，故反应产物红磷的能量低，白磷的稳定性比红磷低(能量越低越稳定)。

变式训练2已知：①2C(s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH＝－221.0 kJ·mol－1；②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－483.6 kJ·mol－1。

则制备水煤气的反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)的ΔH为()A．262.6 kJ·mol－1B．－131.3 kJ·mol－1C．－352.3 kJ·mol－1D．131.3 kJ·mol－1答案 D解析根据盖斯定律，由题意知：①×1/2－②×1/2得：ΔH＝(－221.0 kJ·mol－1)×1/2－(－483.6 kJ·mol－1)×1/2＝131.3 kJ·mol－1。

二、反应焓变的计算方法1．根据热化学方程式计算反应热与参加反应的各物质的物质的量成正比。

2．根据化学键断裂和形成过程中的能量变化来计算焓变等于破坏旧化学键吸收的能量与形成新化学键放出的能量之差。

ΔH＝E(反应物的化学键断裂吸收的总能量)－E(反应产物的化学键形成放出的总能量)。

3．根据物质所具有的能量计算ΔH＝E(反应产物的能量和)－E(反应物的能量和)。

4．根据盖斯定律进行计算运用盖斯定律时可从以下几方面入手：(1)根据盖斯定律的实质，分析给定反应与所求反应物质与焓变的关系。

(2)运用解题技能，将已知热化学方程式进行变换、加减得到总反应的热化学方程式。

注意运用盖斯定律求反应焓变，必要时可先根据题意虚拟转化过程，然后再根据盖斯定律列式求解，同时注意正、逆反应的焓变数值相等，符号相反。

典例2红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。

反应过程和能量关系如下图所示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。

根据上图回答下列问题：(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

(3)P 和Cl 2分两步反应生成1 mol PCl 5的ΔH 3＝__________________，P 和Cl 2一步反应生成1 mol PCl 5的ΔH 4________ΔH 3(填“大于”、“小于”或“等于”)。

解析 (1)反应产物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热，结合图象可知，PCl 3和反应物P 和Cl 2的能量差值为306 kJ ，因此该热化学反应方程式为：P(s)＋32Cl 2(g)===PCl 3(g) ΔH ＝－306 kJ·mol －1。

(2)根据图象可知PCl 5和PCl 3之间的能量差值为93 kJ ，因此PCl 5分解成PCl 3和Cl 2的热化学方程式为：PCl 5(g)===PCl 3(g)＋Cl 2(g) ΔH ＝93 kJ·mol －1。

(3)根据盖斯定律求得：ΔH 3＝－399 kJ·mol －1，且ΔH 3＝ΔH 4，反应焓变与反应的途径无关，只与起始物质、终了物质有关。

答案 (1)32Cl 2(g)＋P(s)===PCl 3(g)ΔH ＝－306 kJ·mol －1(2)PCl 5(g)===PCl 3(g)＋Cl 2(g) ΔH ＝93 kJ·mol －1(3)－399 kJ·mol －1 等于变式训练3 燃烧热是指1 mol 可燃物充分燃烧生成稳定氧化物时放出的热量。

已知H 2(g)、C 2H 4(g)和C 2H 5OH(l)的燃烧热分别是－285.8 kJ·mol －1、－1 411.0 kJ·mol －1和－1 366.8kJ·mol －1，则由C 2H 4(g)和H 2O(l)反应生成C 2H 5OH(l)的ΔH 为( )A ．－44.2 kJ·mol －1B ．44.2 kJ·mol －1C ．－330 kJ·mol －1D ．330 kJ·mol －1 答案 A解析 依据题意：①H 2(g)＋1/2O 2(g)===H 2O(l)ΔH ＝－285.8 kJ·mol －1，②C 2H 4(g)＋3O 2(g)===2CO 2(g)＋2H 2O(l)ΔH ＝－1 411.0 kJ·mol －1，③C 2H 5OH(l)＋3O 2(g)===2CO 2(g)＋3H 2O(l)ΔH ＝－1 366.8 kJ·mol －1， 则后两个方程式相减，便得到 C 2H 4(g)＋H 2O(l)===C 2H 5OH(l)ΔH ＝－44.2 kJ·mol －1。