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

第二节 反应热的计算 　盖斯定律　反应热的计算 第一章 化学反应的热效应 人 教 版 选 择 性 必 修 1 构建盖斯定律模型，理解盖斯定律的本质，形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。 1 2 3 学习 目标 了解盖斯定律对反应热测定的重要意义，增强为人类科学发展而努力的意识与社会责任感。 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。 反应热测定装置 有些反应热无法通过实验直接测定 实验测定 C(s) + O2(g) CO(g) ΔH =? 难以控制反应的程度 不能直接测定反应热 反应热的测定 问题导入 策略：利用一些已知反应的反应热来计算它的反应热 在科学研究和工业生产中，常常需要了解反应热。许多反应热可以通过实验直接测定，但是有些反应热是无法直接测定的。请判断以下反应是否可以直接测定，说出你的理由。 该反应的反应热是无法直接测定的。因为 C燃烧时不可能全部生成CO，总有一部分CO2生成。上述反应热是冶金工业中非常有用的数据，如何获得呢? 盖斯定律 GAI SI DING LV 01 法国科学家拉瓦锡和拉普拉斯设计了一个简单的冰量热计，利用被融化的冰的重量来测定反应热。 拉瓦锡 拉普拉斯 反应热研究简史 1.1 802年，盖斯出生于瑞士的日内瓦，三岁时全家迁居俄国。1825年，盖斯获得医学博士学位，1838年当选为俄国科学院院士。 最早研究反应热的是法国化学家拉瓦锡和法国数学家、天文学家拉普拉斯(P.-S.Laplace，1749―1827) ， 他们利用冰量热计(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，测得的数值与现代精确测定值十分接近。1836年，盖斯受炼铁中热现象的启发，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。 盖斯定律的提出，为反应热的研究提供了极大的方便，使一些不易测准或无法测定的化学反应的反应热可以通过推算间接求得。盖斯定律的提出要早于能量守恒定律的确认，因此，盖斯定律是化学热力学发展的基础，至今仍有广泛的应用。 5 G.H.Hess, 1802-1850 化学家盖斯改进了拉瓦锡和拉普拉斯的冰量热计，从而较为准确地测量了许多化学反应的热效应(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。 1840年，他将这一重大发现公之于众，这对反应热的研究做出重大贡献。 反应热研究简史 1.1 6 盖斯定律： 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 1.2 H2SO4 H2SO4·H2O H2SO4·2H2O H2SO4·3H2O ΔH1 ΔH2 ΔH3 ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3 ΔH 即：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。 7 h = 300 m 始态 终态 反应热 ΔH1 ΔH2 ΔH2= −ΔH1 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 。 始态 终态 反应热 盖斯定律的理解与证明 1.3 途径角度 某人要从山下A点到达山顶B点，他从A点出发，无论是翻山越岭攀登而上，还是乘坐缆车直奔山顶，当最终到达B点时，他所处位置的海拔相对于A点来说都高了300m。 8 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 盖斯定律的理解与证明 1.3 能量守恒角度 9 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。 盖斯定律的理解与证明 1.3 能量图 10 方程式 反应热间的关系 ΔH1＝－ΔH2 ΔH1＝aΔH2 ΔH＝ΔH1＋ΔH2 ＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5 aA⇌B ΔH1 A⇌B ΔH2 盖斯定律的定量关系 1.4 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； 将一个热化学方程式颠倒， △H的符号也要随之改变 11 盖斯定律的提出，为反应热的研究提供了极大的方便，使一些不易测定或无法测定的化学反应的反应热可以通过推算间接求得。 盖斯定律的应用 1.5 利用盖斯定律间接求算反应热 伴随副反应的反应 不容易直接发生的反应 速率很慢的反应 12 任务 C(s) + O2(g) CO(g) ΔH =? CO2(g) C(s) + O2(g) ΔH2 ΔH3=? ΔH1 路径I 路径II ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 ΔH3 = ΔH1 − ΔH2 = −393.5 kJ/mol − (−283.0 kJ/mol) = −110.5 kJ/mol 思路1：虚拟路径法 物质 燃烧热 ΔH (kJ/mol) C(s) −393.5 CO(g) −283.0 CO(g) + 1/2O2(g) 盖斯定律的应用 1.5 13 思路2：代数运算法 C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH1 = −393.5 kJ/mol -) CO(g) + O2(g) CO2(g) ΔH2 = +283.0 kJ/mol ΔH3 = ΔH1 − ΔH2= −110.5 kJ/mol 任务 C(s) + O2(g) CO(g) ΔH =? 已知 ① C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH1= −393.5 kJ/mol ② CO(g) + O2(g) CO2(g) ΔH2= −283.0 kJ/mol 未知反应： C(s) + O2(g) CO(g) 盖斯定律的应用 1.5 14 【典例】火箭发射时可以用肼（N2H4，液态）作燃料，NO2作氧化剂。 已知：① N2(g) + 2O2(g) = 2NO2(g) △H1= +66.4 kJ/mol ② N2H4(l) + O2(g) = N2(g) + 2H2O(g) △H2= -534 kJ/mol 试计算 2N2H4(l) + 2NO2(g) = 3N2(g) + 4H2O(g) 的△H。 只出现在②式，系数为2，且与②式同侧 只出现在①式，系数相同，与①式为异侧 同侧相加 异侧相减 方法：②×2－① △H= - 1134.4kJ/mol 运用盖斯定律计算反应热 1.6 15 ① 定目标方程式，给已知方程式编号。 ②结合目标方程式中关键物质找位置(同侧还是异侧)； 已知反应里有，但目标反应里没有的物质 — 需要消去的中间产物 ③利用同侧相加、异侧相减进行处理，并调整计量数 ④叠加计算(注意带正负号运算)： 减去反应 = 加上逆反应，逆反应前后颠倒， ΔH只变正负，不变数值 运用盖斯定律计算反应热-思路 1.6 目的： 消去中间产物， 得到目标方程 应用盖斯定律计算反应热时应注意的事项： 1.热化学方程式中物质的化学计量数同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。 2.热化学方程式相加减时，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。 4.若热化学方程式需相减，最好能先把被减方程式进行颠倒，然后相加，更不易出错。 易错提醒 【例1】下列关于盖斯定律描述不正确的是( ) A．化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关 B．盖斯定律遵守能量守恒定律 C．利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热 D．利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热 A 跟踪强化 题型一：对盖斯定律的理解 18 【例2】已知:2Zn(s)+O2(g) === 2ZnO(s)　ΔH=-701.0 kJ·mol-1 2Hg(l)+O2(g) === 2HgO(s)　ΔH=-181.6 kJ·mol-1 则反应Zn(s)+HgO(s) === ZnO(s)+Hg(l)的ΔH为(　　) A.+519.4 kJ·mol-1 B.+259.7 kJ·mol-1 C.-259.7 kJ·mol-1 D.-519.4 kJ·mol-1 C 解析:（①-②）/2 跟踪强化 题型二：已知方程式，求ΔH 19 C2H8N2(l) + 4NO2(g) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1 -) 4NO2(g) 2N2O4(l) -2ΔH2 C2H8N2(l) + 2N2O4(l) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH=ΔH1−2ΔH2 运用盖斯定律计算反应热 C2H8N2(l) + 4NO2(g) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) ΔH1 2NO2(g) N2O4(l) ΔH2 求：C2H8N2(l) + 2N2O4(l) 2CO2(g) + 3N2(g) + 4H2O (g) 的ΔH 【例3】 跟踪强化 题型二：已知方程式，求ΔH 20 查燃烧热表知： ①C(石墨，s)+O2(g)= CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol ②C(金刚石，s)+O2(g)= CO2(g) △H2=-395.0kJ/mol 解:①- ②得：C(石墨，s)= C(金刚石，s) △H=+1.5kJ/mol 【例4】写出石墨变成金刚石的热化学方程式 (25℃,101kPa时) 跟踪强化 题型三：利用盖斯定律书写热化学方程式 21 反应热的计算 FAN YING RE DE JI SUAN 02 【例1】已知：CH3CH3→CH2＝CH2＋H2； 有关化学键的键能如下。 化学键 C－H C＝C C－C H－H 键能(kJ/mol) 414.4 615.3 347.4 435.3 试计算该反应的反应热。 ΔH =＋125.6 kJ/mol 利用键能计算反应热 2.1 ΔH = ∑E吸 - ∑E放=∑(反应物的键能)-∑(生成物的键能) 【例2】已知：①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1； ②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)　ΔH2； ③2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)　ΔH3。 常温下取体积比4∶1的甲烷和氢气的混合气体11.2 L(标准状 况)，经完全燃烧后恢复至室温，则放出的热量为 －(0.4 mol×ΔH1＋0.05 mol×ΔH3) 利用热化学方程式直接求算 2.2 利用热化学方程式直接求算 2.2 【例3】(选择性必修1第15页例题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。 利用热化学方程式直接求算 2.2 【例3】 (1)根据题意，FeS2燃烧的热化学方程式为： FeS2+O2Fe2O3+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 900gFeS2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 利用热化学方程式直接求算 2.2 【例4】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(1) 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。 【解】根据热化学方程式可知，1 mol C6H12O6在人体组织中完全氧化时产生的热量为2 800 kJ。 C6H12O6的摩尔质量为180 g·mol-1。 100 g C6H12O6的物质的量为：0.556 mol C6H12O6完全氧化时产生的热量为：0.556 mol×2 800 kJ/mol＝1557 kJ 答：100 g葡萄糖在人体组织中完全氧化时产生的热量为1557 kJ。 Q放＝n(可燃物) × |ΔH|(燃烧热的绝对值) 利用燃烧热计算 2.3 可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×燃烧热 利用燃烧热计算 2.3 可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×燃烧热 【例5】已知：甲烷气体燃烧的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1。320 g “可燃冰”(分子式为CH4·8H2O)释放的甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出的热量为多少？ 320 g CH4·8H2O中甲烷的物质的量为2 mol，2 mol甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出的热量为1 780.6 kJ。 【例6】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 ②CH4(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（②-①），得到反应：CH4(g)=C(s)+2H2(g) ∆H=+74.4kJ/mol。 2.4 利用盖斯定律计算 30 ∆H=(E2-E1)kJ/mol =(a-b) kJ/mol =-ckJ/mol ∆H=(E2-E1)kJ/mol =(a-b) kJ/mol =+ckJ/mol 2.4 利用图像计算 31 【例7】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 2.4 利用图像计算 Q=cm∆t 50 mL 0.50 mol/L盐酸与50mL0.55molLNaOH溶液完全反应测得中和反应的反应热数据如下：计算生成1molH2O的反应热。 次数 起始温度t/℃ 终止温度 t3/℃ 温度差 △t/℃ 盐酸 t1 NaOH t2 平均值 1 24.5 25.0 24.7 26.5 1.75 2 22.0 22.4 22.2 25.4 3.2 3 25.0 25.4 25.2 28.2 3.0 ΔH = - 0.418(t2 - t1) 0.025 kJ/mol= -51.8 kJ/mol 2.4 利用比热容计算 c＝4.18 J•g-1•℃-1 Q=4.18*100*（t2-t1）/1000 【换算成KJ】 小结-----反应热的计算 反应热的计算方法 根据△H=生成物的总能量-反应物的总能量。 根据键能计算△H=反应物的键能总和-生成物的键能总和 根据热化学方程式计算 根据燃烧热计算 Q放＝n(可燃物) × |ΔH|(燃烧热的绝对值) 根据盖斯定律计算 根据图像信息计算 根据热量公式，比热容计算 34 人 教 版 选 择 性 必 修 1 本课结束，谢谢！ $$