1.2反应热的计算 课件 2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第一章 化学反应的热效应 第二节 反应热的计算 1 学习目标 1 通过学习并理解盖斯定律的内容,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算,培养宏观辨识与微观探析的核心素养。 通过学会有关反应热计算的方法技巧,进一步提高化学计算的能力。 2 思考:反应热可以通过实验直接测定 还记得用啥吗？ 量热计 如何测定如下反应: C(s)+1/2O2(g)=CO(g) △H=？ ①能直接测定吗？如何测？ ②若不能直接测，怎么办？ 计算 3 拉瓦锡 拉普拉斯 法国化学家拉瓦锡和法国数学家、天文学家拉普拉斯，利用冰量热计(即以被熔化了的冰的质量来计算热量)测定了碳单质的燃烧热。 课本P15 科学史话：热化学研究的先驱——盖斯 盖斯 1836年，俄国化学家盖斯利用自己设计的量热计测定了大量的反应热，并依据氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、石灰分别与硫酸反应的反应热总结出了盖斯定律 一、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。 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，而与反应进行的途径无关。 2.特点： ΔH=H终态-H始态= = 。 ΔH1+ΔH2 ΔH3+ΔH4+ΔH5 始态 终态 反应热 3．理解 (1)途径角度 如同山的绝对高度与上山的途径无关一样，A点相当于反应体系的 ，B点相当于反应体系的 ，山的高度相当于化学反应的 。 终态 始态 反应热 6 (2)能量守恒角度 经过一个循环，体系仍处于S态，因为物质没有发生变化，所以就不能引发能量变化，即∆H1+∆H2=0 先从始态S变化到终态L 体系放出热量(∆H1 <0) 始态(S) 然后从L到S，体系吸收热量(∆H2>0) 终态(L) 推论：同一个热化学反应方程式，正向反应∆H1与逆向反应∆H2大小相等，符号相反，即： ∆H1= –∆H2 7 4. 图例说明 从反应途径角度：A→D： ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝－(ΔH4＋ΔH5＋ΔH6)； 从能量守恒角度：ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0。 一、盖斯定律 8 5.意义：利用盖斯定律，可以间接地计算很难直接测量的反应热。 C(s)+(g)=CO (g) 回顾一下 我们如何得到该反应的反应热呢？ 一、盖斯定律 9 虽然C(s)+(g)=CO (g)该反应的反应热无法直接测定，但下列两个反应的反应热却可以直接测定： C(s)+O2(g)=CO2(g) ∆H1=-393.5 kJ/mol CO(g)+ O2 (g)=CO2(g) ∆ H2=-283.0 kJ/mol 上述三个反应具有如下关系： C(s)+O2(g) CO2(g) CO(g)+ O2 (g) ∆H1 ∆H3 ∆H2 途径一 途径二 根据盖斯定律，则有： ∆H3=∆H1-∆H2 =-393.5kJ/mol-（-283.0kJ/mol） =-110.5kJ/mol ∆H1=∆H2+∆H3 10 1.虚拟路径法 若反应物A变为生成物D，可以有两种途径： (a)由A直接变成D，反应热为ΔH； (b)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 二、盖斯定律的应用 例1：已知 H2(g)+1/2O2(g)==H2O(g) △H1=-241.8kJ/mol H2O(g)==H2O(l) △H2=-44kJ/mol 那么H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l) △H是多少？ ΔH＝ ΔH1＋ ΔH2＝－285.8kJ/mol +) 关键：目标方程式的“四则运算式”的导出（消元法） (要消去“过渡物质”) 2.加合法 即运用所给热化学方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。 例2：同素异形体相互转化但反应热相当小而且转化速率慢，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观点“不管化学反应是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的”。已知： ①P4(s，白磷)+5O2(g)=P4O10(s) △H1=-2983.2 kJ/mol ②P(s，红磷)+5/4O2(g)=1/4P4O10(s) △H2= -738.5 kJ/mol 试写出白磷转化为红磷的热化学方程式 。 P4(s，白磷)= 4P(s，红磷) △H=-29.2kJ/mol ① － 4 × ② ΔH＝ ΔH1 －4 × ΔH2＝－29.2kJ/mol 例3：已知 ① CO(g) + 1/2 O2(g) = CO2(g) ΔH1= －283.0 kJ/mol ② H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) ΔH2= －285.8 kJ/mol ③C2H5OH(l) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 3H2O(l) ΔH3=-1370 kJ/mol 试计算: ④ 2CO(g)＋ 4 H2(g) = H2O(l)＋ C2H5OH (l) 的ΔH 【解】：④ = ①×2 + ②×4 - ③ ΔH＝ΔH1×2 ＋ΔH2×4 －ΔH3  ＝－283.2×2 －285.8×4 ＋1370 ＝－339.2 kJ/mol 【小结：利用盖斯定律计算反应热的一般步骤】 (1) 确定待求方程式(即目标方程式)；分析目标反应和已知反应的差异，明确①目标反应物和生成物；②需要约掉的物质； (2) 以目标方程式为参考，把已知方程式扩大或减小一定的倍数后进行加减消去未出现在目标方程式中的化学式，最后得出待求方程式； (3)把已知ΔH 带正负号进行与上述相同的四则运算规则进行计算即得目标方程式的ΔH 。 以上步骤可以概括为找目标，看来源，变方向，调系数，相叠加，得答案 1.热化学方程式同乘以一个数时，反应热数值也必须同乘以该数值； 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.热化学方程式加减时，ΔH 加减要带“+”“-”运算。 【几点小规则】 16 1.已知下列反应的反应热 CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l) △H1= -870.3 kJ/mol C(s) + O2 (g) = CO2(g) △H2= -393.5 kJ/mol H2(g) + ½ O2(g) =H2O(l) △H3= -285.8 kJ/mol 试计算下述反应的反应热： 2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l) 解： ④= ②×2 +③×2- ① 2C(s) + 2O2 (g) = 2CO2(g) 2△H2= -787.0 kJ/mol 2H2(g) + O2(g) =2H2O(l) 2△H3= -571.6 kJ/mol +) 2CO2(g)+2H2O(l) =CH3COOH(l)+2O2(g) -△H1= 870.3 kJ/mol ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2C(s) +2H2(l)+O2(g)=CH3COOH(l) △H= -488.3 kJ/mol 【当堂练习】 2.Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行： CuCl2(s)=CuCl(s)＋1/2Cl2(g)　ΔH1＝83 kJ·mol－1 CuCl(s)＋1/2O2(g)=CuO(s)＋1/2Cl2(g) ΔH2＝－20 kJ·mol－1 CuO(s)＋2HCl(g)=CuCl2(s)＋H2O(g) ΔH3＝－121 kJ·mol－1 则4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝______kJ·mol－1。 －116 【当堂练习】 18 (1)根据热化学方程式计算:反应热的绝对值与反应物的物质的量成正比。 (2)根据反应物和生成物的能量计算: ΔH=生成物的能量总和-反应物的能量总和。 (3)根据反应物和生成物的键能计算: ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和 (4)根据盖斯定律计算: 将热化学方程式进行适当的“加”“减”等变形,ΔH也进行相应“加”“减”计算。 (5)根据物质的燃烧热数值计算:Q(放)=n(可燃物)×|ΔH|。 三、反应热的计算 【例题1】黄铁矿（主要成分为FeS2)的燃烧是工业上制硫酸时得到SO2的途径之一，反应的化学方程式为： 4FeS2+11O2==2Fe2O3+8SO2 在25℃和101kPa时，1 mol FeS2(s)完全燃烧生成Fe2O3(s)和SO2(g)时放出853kJ的热量。这些热量（工业中叫做“废热”）在生产过程中得到了充分利用，大大降低了生产成本，对于节约资源、能源循环利用具有重要意义。 (1)请写出FeS2燃烧的热化学方程式。 (2)计算理论上1kg黄铁矿（FeS2的含量为90%)完全燃烧放出的热量。 高温 【解】(1)根据题意，FeS2燃烧的热化学方程式为： FeS2(s)+O2(g)Fe2O3(s)+2SO2(g) ∆H=-853 kJ/mol (2)FeS2的摩尔质量为120g·mol-1。 1kg黄铁矿含FeS2的质量为：1000g×90%=900g 900gFeS的物质的量为：=7.5mol 理论上1kg黄铁矿完全燃烧放出的热量为:7.5mol×853kJ/mol=6398kJ 答:(1)FeS2燃烧的热化学方程式 FeS2(s)+O2(g)Fe2O3(s)+2SO2(g) ∆H=-853 kJ/mol (2)理论上1kg黄铁矿完全燃烧放出的热量为6398kJ。 21 【解】根据热化学方程式可知，1molC6H12O6在人体组织中完全氧化时产生的热量为2800kJ。C6H12O6的摩尔质量为180g·mol-1。 100gC6H12O6的物质的量为: 0.556 mol C6H12O6完全氧化时产生的热量为：0.556mol×2800kJ/mol=1557kJ 答：100g葡萄糖在人体组织中完全氧化时产生的热量为1557kJ。 【例题2】葡萄糖是人体所需能量的重要来源之一，设它在人体组织中完全氧化时的热化学方程式为： C6H12O6(s)+ 6O2 (g) = 6CO2(g)+ 6H2O(l) Δ H =- 2 800 kJ/ mol 计算100g葡萄糖在人体组织中完全氧化时产生的热量。 【例题3】焦炭与水蒸气反应、甲烷与水蒸气反应均是工业上制取氢气的重要方法。这两个反应的热化学方程式分别为： ①C(s)+H2O(g) =CO(g)+H2(g) ∆ H1=+131.5kJ/mol ② CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ∆ H2=+205.9kJ/mol 试计算 CH4(g)=C(s)+2H2(g) 的 ∆ H。 【解】分析各化学方程式的关系可以得出，将反应①的逆反应与反应②相加，得到反应：CH4(g)=C(s)+2H2(g) 即：CO(g)+H2(g) =C(s)+H2O(g) ∆ H3=- ∆ H1=-131.5kJ/mol +） CH4(g)+H2O(g)=CO(g)+3H2(g) ∆ H2=+205.9kJ/mol CH4(g)=C(s)+2H2(g) ∆ H=？ 根据盖斯定律：∆ H= ∆ H3+ ∆ H2 = ∆ H2- ∆ H1 =+205.9kJ/mol-131.5kJ/mol =+74.4kJ/mol 答： CH4(g)=C(s)+2H2(g) 的∆ H=+74.4kJ/mol。 24 1.25 ℃、101 kPa时，使1.0 g钠与足量的氯气反应，生成氯化钠晶体并放出17.87 kJ的热量，求生成1 mol氯化钠的反应热。 【当堂练习】 △H =－411 kJ/mol 2.乙醇的燃烧热ΔH=-1366.8 kJ/mol，在25℃、101 kPa时，1 kg乙醇充分燃烧后放出多少热量？ 2.971×104 kJ 3.已知25 ℃、101 kPa时： 4Fe(s)＋3O2(g)==2Fe2O3(s) ΔH＝－1 648 kJ·mol－1 ① C(s)＋O2(g)==CO2(g)　 ΔH＝－393 kJ·mol－1　　　② 2Fe(s)＋2C(s)＋3O2(g)==2FeCO3(s) ΔH＝－1 480 kJ·mol－1　 ③ FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是： 解析：①×1/2+②×2-③ = －1648 ×1/2+（－393 ）×2－（－1480 ） =－130 kJ·mol－1 2FeCO3(s)+1/2O2(g)= Fe2O3(s) + 2CO2(g)　ΔH＝－130 kJ·mol－1 【当堂练习】 4.已知化学反应A2(g)＋B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示，判断下列叙述中正确的是(　　) A.每生成2分子AB吸收b kJ热量 B.该反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1 C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 D.断裂1 mol A-A键和1 mol B-B键，放出a kJ能量 B 【当堂练习】 解析　观察题给图像可以得到，上述反应的反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，其中反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1。化学反应过程中，化学键断裂为吸热过程，化学键形成为放热过程。 27 5.氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。 已知：CO(g)+NO2(g)=NO(g)+CO2(g) ΔH=-akJ·mol-1(a>0) 2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=-bkJ·mol-1(b>0) 若用CO还原NO2至N2，当消耗标准状况下3.36LCO时，放出的热量为_____________ kJ(用含有a和b的代数式表示)。 【当堂练习】 $$