逍遥右脑 2013-03-29 22:26
1.3 化学反应热的计算
第1时 盖斯定律 反应热的计算 学案（人教版选修4）
[学习目标] 1.知道盖斯定律的内容，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。
[重点•难点] 重点：盖斯定律；反应热的计算。难点：有关反应热的计算。
1．盖斯定律
(1)内容
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。或者说，化学反应的反应热只与反应体系的始终和终态有关，而与反应的途径无关。
(2)理解
能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，没有物质的变化，就不能引发能量的变化。
(3)盖斯定律的重要意义
有些反应进行得很慢，有些反应不容易直接发生，有些反应的产品不纯(有副反应发生)，这给测定反应热造成了困难。如果应用盖斯定律，可以间接地把它们的反应热计算出。
2．反应热的计算
(1)计算依据
①热化学方程式。②盖斯定律。③燃烧热的数据。
(2)计算方法
如已知
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ•mol－1
②CO(g)＋12O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ•mol－1
若C(s)＋12O2(g)===CO(g)的反应热为ΔH。
根据盖斯定律，知：
ΔH1＝ΔH＋ΔH2
则：ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5_kJ•mol－1－(－283.0_kJ•mol－1)＝－110.5_kJ•mol－1。
3．根据盖斯定律计算：已知金刚石和石墨分别在氧气中完全燃烧的热化学方程式为C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.41 kJ•mol－1, CO2(g)、H2(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.51 kJ•mol－1，则金刚石转化为石墨时的热化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
由此看更稳定的碳的同素异形体为__________。
答案 C(金刚石，s)===C(石墨，s) ΔH＝－1.90 kJ•mol－1 石墨
解析 由盖斯定律，要得到金刚石和石墨的转化关系，可将两个热化学方程式相减：
C(金刚石，s)===C(石墨，s) ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－395.41 kJ•mol－1＋393.51 kJ•mol－1＝－1.90 kJ•mol－1。即C(金刚石，s)===C(石墨，s) ΔH＝－1.90 kJ•mol－1 可见金刚石转化为石墨放出热量，说明石墨的能量更低，较金刚石稳定。
4．已知：
(1)Zn(s)＋1/2O2(g)===ZnO(s) ΔH＝－348.3 kJ•mol－1
(2)2Ag(s)＋1/2O2(g)===Ag2O(s) ΔH＝－31.0 kJ•mol－1
则Zn(s)＋Ag2O(s)===ZnO(s)＋2Ag(s)的ΔH等于( )
A．－317.3 kJ•mol－1 B．－379.3 kJ•mol－1
C. －332.8 kJ•mol－1 D．＋317.3 kJ•mol－1
答案 A
解析 由已知(1)、(2)热化学方程式可知，(1)－(2)即可得到答案。
一、盖斯定律的应用
1．常用方法
(1)虚拟路径法
若反应物A变为生成物E，可以有三个途径：
①由A直接变为生成物E，反应热为ΔH
②由A经过B变成E，反应热分别为ΔH1、ΔH2。
③由A经过C变成D，再由D变成E，反应热分别为ΔH3、ΔH4、ΔH5如图所示：
则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。
(2)加合法
即运用所给方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。
2．实例
如已知下列两个热化学方程式：
①P4(s，白磷)＋5O2===P4O10(s) ΔH1＝－2 983.2 kJ•mol－1
②P(s，红磷)＋54O2(g)＝14P4O10(s) ΔH2＝－738.5 kJ•mol－1
要写出白磷转化为红磷的热化学方程式可虚拟如下过程。
根据盖斯定律：
ΔH＝ΔH1 +（—ΔH2）×4
＝－2_983.2_kJ•mol－1＋738.5_kJ•mol－1×4
＝－29.2_kJ•mol （结果）
所以白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(s，白磷)===4P(s，红磷) ΔH＝－29.2 kJ•mol－1。也可利用加合法由①－4×②得白磷转化为红磷的热化学方程式。
3．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颠倒时，ΔH的“＋”“－”号必须随之改变。
【典例1】 已知下列热化学方程式：
(1)Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－25 kJ•mol－1
(2)3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH＝－47 kJ•mol－1
(3)Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋19 kJ•mol－1
则FeO(s)被CO(g)还原成Fe(s)和CO2(g)的热化学方程式为( )
A． FeO＋CO===Fe＋CO2 ΔH＝－11 kJ•mol－1
B． FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－22 kJ•mol－1
C . FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－11 kJ•mol－1
D． FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝＋11 kJ•mol－1
解析 Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－25 kJ•mol－1①，3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH＝－47 kJ•mol－1②，Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋19 kJ•mol－1③，将①式×3－②式得：
2Fe3O4(s)＋8CO(g)===6Fe(s)＋8CO2(g) ΔH＝－25 kJ•mol－1×3＋47 kJ•mol－1＝－28 kJ•mol－1，
将方程式两边同除以2得：
Fe3O4(s)＋4CO(g)===3Fe(s)＋4CO2(g) ΔH＝－14 kJ•mol－1④，将(④式－③式)÷3即可得出答案。所以A、B、C、D四个选项中，只有C项中的热化学方程式正确。
答案 C
【变式训练1】 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
二、反应热的计算
1．反应热计算的类型及方法
(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)根据反应物和生成物的能量计算：
ΔH＝生成物的能量和－反应物的能量和。
(3)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。
(4)根据盖斯定律计算：将热化学方程式进行适当的“加”“减”变形后，由过程的热效应进行计算、比较。
(5)根据物质的燃烧热数值计算：
Q(放)＝n(可燃物)×ΔH
(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，其反应热数值同时做相同倍数的改变。
(2)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；各项的化学计量数以及ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。
(3)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。
(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。
【典例2】 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)＋12O2(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
【变式训练2】 已知：N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.7 kJ•mol－1①
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－543 kJ•mol－1②
12H2(g)＋12F2(g)===HF(g) ΔH＝－269 kJ•mol－1③
H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242 kJ•mol－1④
(1)写出肼(N2H4)和NO2反应的热化学方程式
________________________________________________________________________。
(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，则反应释放的能量更大，肼和氟气反应的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
答案 (1)2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 153.7 kJ•mol－1
(2)N2H4(g)＋2F2(g)===N2(g)＋4HF(g) ΔH＝－1 135 kJ•mol－1