1.2 反应热的计算-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学选择性必修1学习手册（人教版）

学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 学 习 目 标 1. 理解盖斯定律的含义， 认识同一个化学反 应的反应热与反应途径无关。 2. 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。 知 识 梳 理 知识点 1 盖斯定律 1. 内容 1836 年， 化学家盖斯 （ G.H.Hess ， 1802 — 1850 ） 从大量实验中总结出一条规律： 一 个化学反应， 不管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， 而与反应的途径无关。 2. 应用能量守恒定律对盖斯定律进行论证 假设反应体系的始态为 S ， 终态为 L ， 它们之间的变化用两段弧线 （可以包含着任 意数目的中间步骤） 连接如下： 从 S→L ， ΔH 1 <0 ， 体系放热， 从 L→S ， ΔH 2 >0 ， 体系吸热， 根据能量守恒， ΔH 1 +ΔH 2 =0 。 3. 盖斯定律在科学研究中的意义 应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 ） 有些反应的产品不纯 （有副反应发生）。 4. 应用盖斯定律解决实际问题可采用的方法 （ 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 。 第二节 反应热的计算 温馨提示 盖斯定律是由实验总结得到的。 其 表述可理解为： 若一个反应经多条途径 均可实现， 每条途径又可有多步， 则各 途径的多步的反 应热之和与该反 应一步完成时的 反 应 热 是 相 同 的。 如图所示： ΔH=ΔH 1 +ΔH 2 =ΔH 3 +ΔH 4 +ΔH 5 始态 终态 a ΔH 1 ΔH 2 ① ② ΔH ③ ΔH 4 b c ΔH 5 ΔH 3 （始态） S L （终态） ΔH 1 <0 ΔH 2 >0 归纳总结 （ 1 ） 能量的释放或吸收是以发生变化的 物质为基础的， 二者密不可分， 但 以物质为主。 （ 2 ） 如果物质没有变化， 就不能引发能 量的变化， 前者为因， 后者为果。 14 学 第一章 化学反应的热效应 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 ） 加和法 即运用所给热化学方程式通过数学运算 得到所求的热化学方程式。 知识点 2 反应热的计算 1. 反应热计算的依据和类型 （ 1 ） 根据热化学方程式计算： 所求热化学方 程式的反应热的绝对值与已知热化学 方程式的反应热的绝对值成正比， 即 |ΔH 求 |=n|ΔH| ， 即化学计量数加倍， 反应 热的绝对值加倍， 化学计量数减半， 反 应热的绝对值减半。 （ 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： 将已知热化学方程 式进行适当的变形后， 通过 “ + ” “ - ” 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） ×| 燃烧热的 ΔH| 。 （ 6 ） 根据比热公式进行计算： Q=cmΔt 。 2. 实例——应用盖斯定律计算 C 燃烧生成 CO 的反应热 已知： （ 1 ） C （ s ） +O 2 （ g ） CO 2 （ g ） ΔH 1 =-393.5 kJ · mol -1 （ 2 ） CO （ g ） + 1 2 O 2 （ g ） CO 2 （ g ） ΔH 2 =-283.0 kJ · mol -1 若 C （ s ） + 1 2 O 2 （ g ） CO （ g ） 的反应热为 ΔH ， 求 ΔH 。 ① 虚拟路径： ② 应用盖斯定律求解： ΔH 1 =ΔH+ΔH 2 则 ΔH=ΔH 1 -ΔH 2 =-393.5 kJ · mol -1 - （ -283.0 kJ · mol -1 ） =-110.5 kJ · mol -1 。 要 点 精 析 要点 1 运用盖斯定律计算反应热的步骤 典例 1 黑火药是中国古代的四大发明之 一， 其爆炸的热化学方程式： S （ s ） +2KNO 3 （ s ） +3C （ s ） K 2 S （ s ） +N 2 （ g ） + 3CO 2 （ g ） ΔH=x kJ · mol -1 A B C D ΔH 1 ΔH 2 ΔH 3 ΔH 温馨提示 热化学方程式可等同于数学方程式 一样进行运算。 依据盖斯定律， 根据已 知的热化学方程式， 进行有关反应热的 计算或大小比较。 CO （ g ） + 1 2 O 2 （ g ） C （ s ） +O 2 （ g ） CO 2 （ g ） ΔH ΔH 2 ΔH 1 15 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 已知： 碳的燃烧热 ΔH 1 =a kJ · mol -1 S （ s ） +2K （ s ） K 2 S （ s ） ΔH 2 =b kJ · mol -1 2K （ s ） +N 2 （ g ） +3O 2 （ g ） 2KNO 3 （ s ） ΔH 3 =c kJ · mol -1 则 x 为 （ ） A. 3a+b-c B. c-3a-b C. a+b-c D. c-a-b 解析： 本题已知的三个热化学方程式： ①C （ s ） +O 2 （ g ） CO 2 （ g ） ΔH 1 =a kJ · mol -1 ②S （ s ） +2K （ s ） K 2 S （ s ） ΔH 2 =b kJ · mol -1 ③2K （ s ） +N 2 （ g ） +3O 2 （ g ） 2KNO 3 （ s ） ΔH 3 = c kJ · mol -1 由盖斯定律可推出， 3×①+②-③ 可得热化 学方程式 S （ s ） +2KNO 3 （ s ） +3C （ s ） K 2 S （ s ） + N 2 （ g ） +3CO 2 （ g ） ΔH=x kJ · mol -1 = （ 3a+b- c ） kJ · mol -1 ， 因此 A 项正确。 答案： A 要点 2 反应热大小比较的技巧 典例 2 已知强酸与强碱的稀溶液发生中和 反应的热化学方程式为 H + （ aq ） +OH - （ aq ） H 2 O （ l ） ΔH= -57.3 kJ · mol -1 ， 又知电解质的 电离是吸热过程 。 向 1 L 0.5 mol · L -1 的 NaOH 溶液中加入下列物质： ① 稀醋酸、 ② 浓硫酸、 ③ 稀硝酸， 恰好完全反应。 其焓变 ΔH 1 、 ΔH 2 、 ΔH 3 的关系是 （ ） A. ΔH 1 >ΔH 2 >ΔH 3 B. ΔH 1 <ΔH 3 <ΔH 2 C. ΔH 1 =ΔH 3 >ΔH 2 D. ΔH 1 >ΔH 3 >ΔH 2 解析： 因为醋酸是弱电解质， 电离时吸热， 浓硫酸溶于水时放热， 故中和反应时放出的 热量 Q （浓硫酸） >Q （稀硝酸） >Q （稀醋酸）， 又因放热反应中， ΔH 为负值， 即 ΔH=-Q ， 故 ΔH 2 <ΔH 3 <ΔH 1 。 答案： D 典例 3 室温下， 将 1mol 的 CuSO 4 · 5H 2 O （ s ） 溶于水会使溶液温度降低， 热效应为 ΔH 1 ， 将 1 mol 的 CuSO 4 （ s ）溶于水会使溶液温度 升高， 热效应为 ΔH 2 ； CuSO 4 · 5H 2 O （ s ）受热 分解的化学方程式为 CuSO 4 · 5H 2 O （ s ） △ CuSO 4 （ s ） +5H 2 O （ l ）， 热效应为 ΔH 3 。 则下列 判断正确的是 （ ） A. ΔH 2 ＞ΔH 3 B. ΔH 1 ＜ΔH 3 C. ΔH 1 +ΔH 3 =ΔH 2 D. ΔH 1 +ΔH 2 ＞ΔH 3 解析： 方法一： “虚拟路径” 法。 根据盖斯定律： ΔH 1 =ΔH 3 +ΔH 2 ， 由于 ΔH 1 >0 ， ΔH 3 >0 ， ΔH 2 ＜0 ， 所以 ΔH 1 ＜ΔH 3 。 方法二： 方程式叠加法。 CuSO 4 · 5H 2 O （ s ） Cu 2+ （ aq ） +SO 2- 4 （ aq ） +5H 2 O （ l ） ΔH 1 >0 ① CuSO 4 （ s ） Cu 2+ （ aq ） +SO 2- 4 （ aq ） ΔH 2 ＜0 ② CuSO 4 · 5H 2 O （ s ） △ CuSO 4 （ s ） +5H 2 O （ l ） ΔH 3 >0 ③ 技巧点拨 利用盖斯定律进行计算的一般步骤 根据待求解的热化学方程式中的反应物和生 成物找出可用的已知热化学方程式 找出 调整 根据待求解的热化学方程式调整可用热化 学方程式的方向， 同时调整 ΔH 的符号 根据待求解的热化学方程式将调整好的热 化学方程式进行化简或扩大相应的倍数 将调整好的热化学方程式和 ΔH 进行加和 加和 检查得出的热化学方程式是否正确 检查 ΔH 随热化学方程式的调整而相应地进行 加、 减、 乘、 除运算 求焓 CuSO 4 · 5H 2 O （ s ） Cu 2+ （ aq ） +SO 2- 4 （ aq ） +5H 2 O （ l ） ΔH 1 >0 5H 2 O （ l ） +CuSO 4 （ s ） ΔH 3 >0 Δ H 2 < 0 16 学 第一章 化学反应的热效应 ②+③ ： CuSO 4 · 5H 2 O （ s ） Cu 2+ （ aq ） +SO 2- 4 （ aq ） +5H 2 O （ l ） ΔH 1 =ΔH 2 +ΔH 3 由于 ΔH 1 >0 ， ΔH 2 ＜0 ， ΔH 3 >0 ， 所以 ΔH 1 ＜ ΔH 3 。 答案： B （ 2 ） ΔH 的符号： 比较反应热大小时不要 只比较 ΔH 数值的大小， 还要考虑 其符号。 （ 3 ） 化学计量数： 当反应物和生成物的 状态相同时， 化学计量数越大， 放 热反应的 ΔH 越小， 吸热反应的 ΔH 越大。 （ 4 ） 正确理解可逆反应的反应热 （ ΔH ）， 如 N 2 （ g ） +3H 2 （ g ） 2NH 3 （ g ） ΔH= -92.4 kJ · mol -1 中的 92.4 kJ 是 1 mol N 2 （ g ）与 3 mol H 2 （ g ）完全反应生成 2 mol NH 3 （ g ）时放出的热量。 技巧点拨 比较反应热大小的四个要点 （ 1 ） 反应物和生成物的状态： 物质的气、 液、 固三态的变化与反应热的关系： 气态 液态 固态 放热 吸热 放热 吸热 吸热 放热 17