第1章 第2节 反应热的计算（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019 单选版）

第二节　反应热的计算 课程标准 核心素养目标 1.了解盖斯定律及其简单应用。 2．能进行反应焓变的简单计算，能用热化学方程式表示反应中的能量变化，能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。 1.宏观辨识与微观探析：理解盖斯定律的含义，认识同一个化学反应的反应热与反应进行的途径无关。 2．科学态度与社会责任：通过计算反应热，体会反应热与反应条件、能量利用的关系，能合理利用反应热，感受定量研究的意义。 [对应学生用书P12] 一、盖斯定律 1．盖斯定律的内容 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．盖斯定律的理解 (1)盖斯定律表明，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)始态→终态有途径 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ ，根据盖斯定律可知，各途径中反应热存在关系：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。 3．盖斯定律的意义 利用盖斯定律，可以间接计算以下情况(不能直接测定)的反应热：①有些反应进行得很慢；②有些反应不容易直接发生；③有些反应往往伴有副反应发生。 4．盖斯定律的应用 根据盖斯定律，利用已知反应的反应热来计算未知反应的反应热。例如， 已知：①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ/mol； ②CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ/mol。 分析上述热化学方程式的关系可以得出，将反应①减去反应②，得到反应：C(s)＋O2(g)===CO(g)。根据盖斯定律可得：ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，则有ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－110.5 kJ/mol。 二、反应热的计算 1．根据热化学方程式进行计算 例如，25 ℃、101 kPa时，1 mol FeS2(s)完全燃烧生成Fe2O3(s)和SO2(g)，放出853 kJ热量，则FeS2(s)燃烧的热化学方程式为FeS2(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)＋2SO2(g) ΔH＝－853 kJ/mol；理论上180 g FeS2(s)完全燃烧放出的热量为×853 kJ/mol＝1 279.5 kJ。 2．根据盖斯定律进行计算 分析题给热化学方程式，通过热化学方程式的加减得到新的热化学方程式。例如，确定P4(白磷，s)→P(红磷，s)的热化学方程式。 已知：①P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH1　 ②P(红磷，s)＋O2(g)===P4O10(s)　ΔH2　 根据盖斯定律，由①－②×4可得热化学方程式：P4(白磷，s)===4P(红磷，s)　ΔH＝ΔH1－4ΔH2。 ◆要点图解 盖斯定律的理解图示 ◆方法技巧 盖斯定律应用的常用方法 (1)虚拟路径法 由A生成D有两个途径：①A→D，反应热为ΔH；②A→B→C→D，每一步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，存在关系如图所示： 则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。 (2)加和法 思维流程如下： ◆易错警示 应用盖斯定律计算反应热的注意事项 (1)热化学方程式乘以某个数值(整数或分数)时，反应热也要同时乘以该数值。 (2)热化学方程式相加减时，同种物质(相同状态)之间可以相加减，反应热也随之加减。 (3)对于一个化学反应，当反应逆向进行时，其反应热与其正反应的反应热数值相等，符号相反。 (4)同种物质不同状态之间转化时，状态由固→液→气变化时，会吸收热量，反之，则放出热量。 [对应学生用书P13] 探究一 盖斯定律的理解与应用 太阳能是一种可再生能源，研究人员提出利用含硫物质的热化学循环实现太阳能的转化与存储，过程如图所示。 反应 Ⅰ ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋551 kJ/mol 反应 Ⅲ ：S(s)＋O2(g)===SO2(g)　 ΔH3＝－297 kJ/mol [问题设计] (1)结合上述信息，写出反应 Ⅱ 的热化学方程式： 。 提示：3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ/mol (2)若将反应 Ⅰ 、 Ⅱ 和 Ⅲ 相加，会得到什么结果？含硫物质起到什么作用？ 提示：该热化学循环过程没有实质意义上的物质转化，物质转化的作用是传递能量；含硫物质在该热化学循环中是储能物质。 盖斯定律的解题技巧 (1)唯一入手(唯一：目标化学方程式中的物质，在给出的已知化学方程式中只出现一次)。 (2)同加异减(目标化学方程式中的物质，与给定化学方程式中物质若在化学方程式等号的同侧，则加起来，反之，则减去)。 例如反应： ①H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1 ② N2(g)＋O2(g)===NO2(g)　ΔH2 ③N2(g)＋H2(g)===NH3(g)　ΔH3 则反应2NH3(g)＋O2(g)===2NO2(g)＋3H2O(g)的ΔH为多少？ 目标化学方程式中的NH3只在③中出现一次，且“异”侧，则－2×③，O2出现两次，暂时不看，NO2(g)和H2O(g)同理。由(－2×③＋3×①＋2×②)得：2NH3(g)＋O2(g)===2NO2(g)＋3H2O(g)。则ΔH＝3ΔH1 ＋2ΔH2－2ΔH3。 【例1】 (2022·全国甲卷，节选)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1 000 ℃时反应的热化学方程式如下： (ⅰ)直接氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)　ΔH1＝＋172 kJ/mol (ⅱ)碳氯化：TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)===TiCl4(g)＋2CO(g)　ΔH2＝－51 kJ/mol 反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH为 kJ/mol。 答案：－223 解析：根据盖斯定律，由(ⅱ)－(ⅰ)可得反应2C(s)＋O2(g)===2CO(g)，则有ΔH＝ΔH2－ΔH1＝(－51 kJ/mol)－(＋172 kJ/mol)＝－223 kJ/mol。 解答本题的思路如下： (1)分析热化学方程式，确定“中间产物”：TiO2(s)、Cl2(g)、TiCl4(g)。 (2)依据盖斯定律，结合反应(ⅰ)、(ⅱ)计算2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH。 1．已知：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 上述反应④的反应热 ΔH4为(　　) A．2ΔH3－ΔH2－ΔH1 B．2ΔH3－2ΔH2－ΔH1 C．2ΔH3－2ΔH2＋ΔH1 D．2ΔH3＋2ΔH2－ΔH1 B　解析：由盖斯定律计算③×2－②×2－①得到2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1。 探究二 反应热的计算 甲烷在自然界的分布很广，是天然气、沼气和坑气等的主要成分，可用来作为燃料及制造氢气、炭黑、一氧化碳及甲醛等物质的原料。 已知：①CH4(g)的燃烧热为ΔH＝－890.3 kJ/mol； ②1 mol CH4(g)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)时，放出519 kJ热量； ③1 mol CH4(g)在m g O2(g)中燃烧生成CO(g)、CO2(g)和H2O(l)，放出704.65 kJ热量。 [问题设计] (1)写出CH4(g)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式。 提示：CH4(g)＋O2(g)===CO(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－519 kJ/mol (2)计算③中CH4(g)燃烧生成CO(g)、CO2(g)的物质的量之比及m的值。 提示：1∶1　56 解析：1 mol CH4(g)在m g O2(g)中燃烧生成CO(g)、CO2(g)和H2O(l)，放出704.65 kJ热量，设完全燃烧的CH4(g)为x mol，则不完全燃烧CH4(g)的物质的量为(1－x) mol，则有x mol×890.3 kJ/mol＋519 kJ/mol×(1－x) mol＝704.65 kJ，解得x＝0.5，故燃烧生成CO(g)、CO2(g)的物质的量之比为0.5 mol∶0.5 mol＝1∶1。0.5 mol CH4(g)完全燃烧消耗1 mol O2，0.5 mol CH4(g)不完全燃烧消耗0.75 mol O2，则共消耗1.75 mol O2，则有m(O2)＝1.75 mol×32 g/mol＝56 g。 计算反应热的五种常用方法 计算依据 计算方法 反应物和生成物的总能量(或焓值) ΔH＝E(生成物)－E(反应物) ΔH＝H(生成物)－H(反应物) 热化学方程式 结合热化学方程式，按照比例计算反应中热量变化 盖斯定律 根据盖斯定律，将两个或两个以上热化学方程式相加减，得到一个新的热化学方程式 化学键的键能 ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能 燃烧热 放出热量Q放＝n(可燃物)×|ΔH|(ΔH指燃烧热) 【例2】 非金属及其化合物间的转化广泛存在于自然界及人类的生产和生活中。 (1)已知：①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH1＝a kJ/mol ②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH2＝－220 kJ/mol 通常人们把拆开1 mol某化学键所消耗的能量看成该化学键的键能。已知H—H、O===O和O—H的键能分别为436 kJ/mol、496 kJ/mol和462 kJ/mol，则a为 。 (2)已知几种物质的相对能量如下表所示。 物质 NO2(g) NO(g) SO2(g) SO3(g) 相对能量/kJ 429 486 99 0 工业上，常利用下列反应处理废气：NO2(g)＋SO2(g)===NO(g)＋SO3(g)　ΔH，则ΔH＝ kJ/mol。 答案：(1)＋130　(2)－42 解析：(1)根据题中给出的键能可得出热化学方程式：③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝(2×436＋496－4×462)kJ/mol＝－480 kJ/mol，根据盖斯定律，由(②－③)×得反应①，则ΔH1＝(ΔH2－ΔH3)×＝[(－220 kJ/mol)－(－480 kJ/mol)]×＝＋130 kJ/mol，即a＝＋130。 (2)反应热等于生成物总能量与反应物总能量之差，故ΔH＝(486＋0－99－429)kJ/mol＝－42 kJ/mol。 2．目前，煤在我国依然是第一能源，煤的气化可以实现煤的综合利用，提高煤的利用价值。 已知：煤气化反应为C(s) ＋ H2O(g)=== CO(g)＋H2(g)　ΔH ⅰ.C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1＝－393.5 kJ/mol ⅱ.CO(g)＋O2(g)===CO2(g)ΔH2＝－283.0 kJ/mol ⅲ.H2(g)＋O2(g)===H2O(g)ΔH3＝－242.0 kJ/mol (1)ΔH与ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系是ΔH＝ ；ΔH＝ kJ/mol。 (2)从两个不同的角度评价将煤转化为CO和H2再燃烧的优点是 。 答案：(1)ΔH1－ΔH2－ΔH3　＋131.5 (2)减少煤直接燃烧时造成的污染、气化后的燃料便于运输(其他合理答案均可) 解析：(1)分析热化学方程式 ⅰ～ⅲ ，根据盖斯定律，由 ⅰ－ⅱ－ⅲ可得反应：C(s) ＋ H2O(g)===CO(g)＋H2(g)，则该反应的ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＝(－393.5 kJ/mol)－(－283.0 kJ/mol)－(－242.0 kJ/mol)＝＋131.5 kJ/mol。 (2)煤中含有S、N等元素，直接燃烧会产生SO2、NOx等污染性气体，同时为了使煤充分燃烧，需要将煤粉碎并与空气充分接触。将煤转化为CO和H2再燃烧的优点是减少煤直接燃烧时产生的污染，且气化后的燃料便于运输。 [对应学生用书P15] 1．反应a＋b―→c(ΔH<0)分两步进行：①a＋b―→x(ΔH>0)，②x―→c(ΔH<0)，下列示意图能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　) D　解析：由盖斯定律知，反应无论一步完成，还是多步完成，反应热与反应途径无关，故反应a＋b―→c(ΔH<0)，最终反应放热，A、B错误；a与b生成x的反应是吸热反应，x生成c的反应为放热反应，C错误、D正确。 2．已知：25 ℃，101 kPa时，反应①：Mn(s)＋ O2(g)===MnO2(s)　ΔH1＝－520 kJ/mol；反应②：Mn(s)＋SO2(g)＋ O2(g)===MnSO4(s)　ΔH2＝－768 kJ/mol，则反应MnO2 (s)＋SO2(g)===MnSO4(s)的 ΔH为(　　) A．－248 kJ/mol B．＋248 kJ/mol C．－1 288 kJ/mol D．＋1 288 kJ/mol A　解析：根据盖斯定律可知，由反应②－①可得目标反应MnO2(s)＋ SO2(g)===MnSO4(s)，ΔH＝ΔH2－ΔH1＝(－768 kJ/mol)－(－520 kJ/mol)＝－248 kJ/mol。 3．已知H—H键能(断裂时吸收或生成时放出的能量)为436 kJ/mol，H—N键能为391 kJ/mol，根据热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol，则N≡N的键能为(　　) A．431 kJ/mol B．945.6 kJ/mol C．649 kJ/mol D．869 kJ/mol B　解析：根据反应热与键能的关系可知，N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)的ΔH＝E(N≡N)＋3E(H—H)－6E(N—H)＝E(N≡N)＋3×436 kJ/mol－6×391 kJ/mol＝－92.4 kJ/mol，解得E(N≡N)＝945.6 kJ/mol。 4．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： ①2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s)　ΔH＝－314 kJ/mol ②2Cu2O(s)＋O2(g)===4CuO(s)　ΔH＝－292 kJ/mol 则CuO(s)＋Cu(s)===Cu2O(s)的ΔH等于(　　) A．－11 kJ/mol B．＋11 kJ/mol C．＋22 kJ/mol D．－22 kJ/mol A　解析：分析热化学方程式，根据盖斯定律，由×(①－②)可得CuO(s)＋Cu(s)===Cu2O(s)　ΔH＝×(－314 kJ/mol)－×(－292 kJ/mol)＝－11 kJ/mol。 5．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　① 途径 Ⅱ ：先制成水煤气：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH2>0　② 再燃烧水煤气：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3<0　③ 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH4<0　④ 请回答下列问题。 (1)途径 Ⅰ 放出的热量 ( 填“大于”“等于”或“小于”)途径 Ⅱ 放出的热量。 (2)ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的数学关系式是 。 (3)12 g 炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳，放出110.35 kJ热量。其热化学方程式为 。 答案：(1)等于　(2)ΔH1＝ΔH2＋(ΔH3＋ΔH4)　(3)C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－110.35 kJ/mol 解析：(1)由盖斯定律可知：若是一个反应可以分步进行，则各步反应吸收或放出的热量总和与这个反应一次发生时吸收或放出的热量相同； (2)根据盖斯定律，反应1＝反应2＋反应3×＋反应4×，所以ΔH1＝ΔH2＋(ΔH3＋ΔH4)； (3)12 g 炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳，放出110.35 kJ热量，即1 mol炭粉在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳，放出110.35 kJ热量，热化学方程式为C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－110.35 kJ/mol。 学科网（北京）股份有限公司 $$