2021-2022学年高中化学-第1章-化学反应与能量转化-第1节-第2课时-热化学方程式-反应焓变.doc

2021-2022学年高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第1节 第2课时 热化学方程式 反应焓变的计算学案 鲁科版选修4

2021-2022学年高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第1节 第2课时 热化学方程式 反应焓变的计算学案 鲁科版选修4

年级：
姓名：

- 10 -

第2课时　热化学方程式　反应焓变的计算
目标与素养：1.掌握热化学方程式的书写。(变化观念)2.理解盖斯定律的内容。(证据推理)3.能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。(模型认知)

一、热化学方程式
1．概念
把一个化学反应中的物质的变化和反应的焓变同时表示出来的式子。
2．意义
热化学方程式不仅表明了物质的变化，还表示了能量的变化。
3．实例
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝131.3 kJ·mol－1，表示在25 ℃和101 kPa的条件下，1_mol C(s)和1_mol H2O(g)完全反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2(g)时吸收的热量为131.3 kJ。
微点拨：热化学方程式中物质的系数仅表示物质的量，因此可以是整数或分数，而普通的化学方程式中物质的系数只能是整数。
二、反应焓变的计算
1．盖斯定律
(1)定义：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样的。
(2)盖斯定律的特点
①化学反应的焓变只与反应的始态和终态有关，与反应的途径无关。
②反应焓变一定。如图分别有三个途径：(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)。

则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。
微点拨：化学反应的焓变与反应的过程、条件无关。
2．盖斯定律的应用
(1)科学意义：对于无法或较难通过实验测定的反应的焓变，可应用盖斯定律计算求得。
(2)方法——“叠加法”
若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。

1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)
(1)热化学方程式前面的系数代表分子数或物质的量。 (　　)
(2)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)和2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)的ΔH相同。
(　　)
(3)相同条件下，等质量的S(s)和S(g)完全燃烧释放的热量不同。 (　　)
(4)中，存在关系式：ΔH1＝ΔH2＋ΔH3。 (　　)
[提示]　(1)×　热化学方程式中的系数只代表物质的量。
(2)×　同一反应的热化学方程式系数不同，ΔH不同。
(3)√　(4)×　ΔH3＝ΔH1＋ΔH2。
2．热化学方程式C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔH＝131.3 kJ·mol－1表示(　　)
A．碳和水反应吸收131.3 kJ热量
B．1 mol碳和1 mol水反应生成一氧化碳和氢气，并吸收131.3 kJ热量
C．1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气，并吸收131.3 kJ热量
D．1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸收131.3 kJ热量
C　[ΔH的数值要与热化学方程式中物质的系数、状态相对应，A、B项错误，C项正确；热化学方程式中的系数表示对应物质的物质的量，D项错误。]
3．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，还与反应的途径有关
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以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
[答案]　A

热化学方程式的书写
“五步”突破热化学方程式的书写

【例1】　写出298 K时下列反应的热化学方程式：
(1)3 mol NO2(g)与1 mol H2O(l)反应生成HNO3(aq)和NO(g)，放出热量138 kJ。
________________________________________________________________
(2)用CO还原1 mol Fe2O3，放出热量24.8 kJ。
________________________________________________________________
(3)1 mol HgO(s)分解为液态汞和氧气，吸收热量90.7 kJ。
________________________________________________________________
[答案]　(1)3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)
ΔH＝－138 kJ·mol－1
(2)3CO(g)＋Fe2O3(s)===2Fe(s)＋3CO2(g)
ΔH＝－24.8 kJ·mol－1
(3)2HgO(s)===2Hg(l)＋O2(g)
ΔH＝＋181.4 kJ·mol－1

热化学方程式书写的注意事项
(1)ΔH的单位是kJ·mol－1或J·mol－1。
(2)根据焓的性质，对于相同物质的反应，当系数不同时，其ΔH也不同。若化学方程式中各物质的系数加倍，则ΔH的数值也加倍。
(3)热化学方程式中不用“↑”“↓”，“===”上不用标明反应条件。

1 g氢气在氧气中燃烧生成液态水，放出142.9 kJ的热量，表示该反应的热化学方程式是(　　)
A．H2(g)＋1/2 O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
B．H2(g)＋1/2 O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ
D．H2＋1/2 O2===H2O　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
A　[由1 g氢气燃烧生成液态水放出142.9 kJ的热量可知，1 mol H2燃烧生成液态水放出285.8 kJ的热量，则ΔH＝－285.8 kJ·mol－1。]

利用盖斯定律计算反应焓变
利用盖斯定律计算ΔH的步骤

【例2】　在298 K、100 kPa时，已知：
C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)
ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH2＝－571.6 kJ·mol－1
2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH3＝－2 599 kJ·mol－1
则相同条件下时由C(s，石墨)和H2(g)生成1 mol C2H2(g)反应的焓变ΔH4是(　　)
A．－226.7 kJ·mol－1　　 B．－326 kJ·mol－1
C．226.7 kJ·mol－1 D．326 kJ·mol－1
C　[据盖斯定律可知ΔH4＝＝226.7 kJ·mol－1。]

运用盖斯定律计算反应热的3个关键
(1)热化学方程式的系数加倍，ΔH也相应加倍。
(2)热化学方程式相加减，同种物质之间可加减，反应热也要相应加减。
(3)将热化学方程式颠倒时，ΔH的正负必须随之改变。

已知：①Fe(s)＋O2(g)===FeO(s)　ΔH1＝－272 kJ·mol－1，②2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)
ΔH2＝－1 675 kJ·mol－1，则2Al(s)＋3FeO(s)===Al2O3(s)＋3Fe(s)的ΔH为(　　)
A．859 kJ·mol－1　　 B．－859 kJ·mol－1
C．－1 403 kJ·mol－1 D．－2 491 kJ·mol－1
B　[根据盖斯定律，ΔH＝ΔH2－3ΔH1＝－1 675 kJ·mol－1＋3×272 kJ·mol－1＝－859 kJ·mol－1，B项正确。]

反应焓变的比较
1.吸热反应的ΔH(ΔH＞0)大于放热反应的ΔH(ΔH＜0)。
2．ΔH的大小比较要带正负号。放热反应中放出的热量越多，ΔH越小；吸热反应中，吸收热量越多，ΔH越大。
3．等量可燃物完全燃烧的ΔH小于不完全燃烧的ΔH。
4．等物质的量的物质，能量大小与其状态有关，气态>液态＞固态。
【例3】　在同温同压下，下列各组热化学方程式中ΔH1＞ΔH2的是(　　)
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH2
B．S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1
S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2
C．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH1
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2
D．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH1
H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g)　ΔH2
C　[A.物质的燃烧反应是放热的，焓变是负值，液态水变为气态水的过程是吸热的，故ΔH1＜ΔH2，故A错误；
B．物质的燃烧反应是放热的，所以焓变是负值，固体硫变为气态硫需要吸收热量，所以ΔH1＜ΔH2，故B错误；
C．碳单质完全燃烧生成二氧化碳放热多于不完全燃烧生成一氧化碳放热，反应的焓变是负值，故ΔH1＞ΔH2，故C正确；
D．化学反应方程式的系数加倍，焓变数值加倍，该化合反应是放热的，所以焓变是负值，ΔH1＝2ΔH2，故ΔH1＜ΔH2，故D错误。]

已知①H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH3＝c kJ·mol－1
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH4＝d kJ·mol－1
下列关系式正确的是(　　)
A．a＜c＜0 B．b＞d＞0
C．2a＝b＜0 D．2c＝d＞0
C　[氢气燃烧是放热反应，ΔH＜0；生成液态水比生成气态水时放出的热量多，ΔH更小，即c＜a＜0,0＞b＞d；②中各物质的物质的量是①的2倍，则ΔH2＝2ΔH1。]

1．下列叙述正确的是(　　)
A．反应产物的总能量一定低于反应物的总能量
B．放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率
C．根据盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应的焓变
D．同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照条件下和点燃条件下的ΔH不同
C　[对于吸热反应，反应产物的总能量高于反应物的总能量，A项错误；反应速率与反应是吸热反应还是放热反应没有必然的联系，B项错误；C项是盖斯定律的重要应用，C项正确；反应焓变与反应条件无关，D项错误。]
2．下列热化学方程式书写正确的是(　　)
A．2SO2＋O22SO3　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1
B．4H2(g)＋2O2(g)===4H2O(l)　ΔH＝－1 143.2 kJ·mol－1
C．C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝393.5 kJ
D．C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝393.5 kJ·mol－1
B　[A中未注明各物质的聚集状态，C、D中ΔH的符号错误，放热反应的ΔH＜0，且C中ΔH的单位错误。]
3．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　[给两个反应标号
①2Zn(s)＋O2(g)===2ZnO(s)
ΔH＝－701.0 kJ·mol－1
②2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)
ΔH＝－181.6 kJ·mol－1
则所求反应可表示为(①－②)×1/2；
则其ΔH＝[(－701.0 kJ·mol－1)－(－181.6 kJ·mol－1)]×1/2＝－259.7 kJ·mol－1。]
4．同温同压下，已知下列各反应为放热反应，下列各热化学方程式中放出热量最少的是(　　)
A．2A(l)＋B(l)===2C(g)　ΔH1
B．2A(g)＋B(g)===2C(g)　ΔH2
C．2A(g)＋B(g)===2C(l)　ΔH3
D．2A(l)＋B(l)===2C(l)　ΔH4
[答案]　A
5．写出298 K时，下列反应的热化学方程式：
(1)1 mol HgO(s)分解为液态汞和氧气，吸热90.7 kJ。
________________________________________________________________
________________________________________________________________
(2)16 g固体硫完全燃烧时放出148.4 kJ的热量。
________________________________________________________________
_______________________________________________________________
(3)2.0 g C2H2气体完全燃烧生成液态水和CO2，放出99.6 kJ的热量。
_____________________________________________________________
(4)甲醇合成反应及其能量变化如图所示，合成甲醇的热化学方程式为_________________________________________________。

[解析]　(2)16 g固体硫完全燃烧时放出148.4 kJ的热量，故其热化学方程式可写为S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－148.4 kJ·mol－1或S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－296.8 kJ·mol－1。
(3)1 mol C2H2燃烧生成液态水和CO2放热：×26 g＝1 294.8 kJ，热化学方程式为
C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)
ΔH＝－1 294.8 kJ·mol－1。
(4)反应产物的能量比反应物的能量低，反应是放热反应，ΔH为负值。
[答案]　(1)2HgO(s)===2Hg(l)＋O2(g)　
ΔH＝181.4 kJ·mol－1或HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)
ΔH＝90.7 kJ·mol－1
(2)S(s)＋O2(g)===SO2(g)　
ΔH＝－148.4 kJ·mol－1或S(s)＋O2(g)===SO2(g)　
ΔH＝－296.8 kJ·mol－1
(3)C2H2(g)＋O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)
ΔH＝－1 294.8 kJ·mol－1
(4)CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)
ΔH＝(a－b) kJ·mol－1