1.3 化學(xué)反應(yīng)熱的計算
第1時 蓋斯定律 反應(yīng)熱的計算 學(xué)案（人教版選修4）
[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.知道蓋斯定律的內(nèi)容，了解其在科學(xué)研究中的意義。2.能用蓋斯定律進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)熱的簡單計算。3.通過有關(guān)反應(yīng)熱計算的學(xué)習(xí)過程，掌握有關(guān)反應(yīng)熱計算的方法和技巧，以進(jìn)一步提高計算能力。
[重點•難點] 重點：蓋斯定律；反應(yīng)熱的計算。難點：有關(guān)反應(yīng)熱的計算。
1．蓋斯定律
(1)內(nèi)容
不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。或者說，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始終和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。
(2)理解
能量的釋放或吸收是以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)的，沒有物質(zhì)的變化，就不能引發(fā)能量的變化。
(3)蓋斯定律的重要意義
有些反應(yīng)進(jìn)行得很慢，有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生，有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純(有副反應(yīng)發(fā)生)，這給測定反應(yīng)熱造成了困難。如果應(yīng)用蓋斯定律，可以間接地把它們的反應(yīng)熱計算出。
2．反應(yīng)熱的計算
(1)計算依據(jù)
①熱化學(xué)方程式。②蓋斯定律。③燃燒熱的數(shù)據(jù)。
(2)計算方法
如已知
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ•mol－1
②CO(g)＋12O2(g)===CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ•mol－1
若C(s)＋12O2(g)===CO(g)的反應(yīng)熱為ΔH。
根據(jù)蓋斯定律，知：
ΔH1＝ΔH＋ΔH2
則：ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5_kJ•mol－1－(－283.0_kJ•mol－1)＝－110.5_kJ•mol－1。
3．根據(jù)蓋斯定律計算：已知金剛石和石墨分別在氧氣中完全燃燒的熱化學(xué)方程式為C(金剛石，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.41 kJ•mol－1, CO2(g)、H2(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.51 kJ•mol－1，則金剛石轉(zhuǎn)化為石墨時的熱化學(xué)方程式為
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
由此看更穩(wěn)定的碳的同素異形體為__________。
答案 C(金剛石，s)===C(石墨，s) ΔH＝－1.90 kJ•mol－1 石墨
解析 由蓋斯定律，要得到金剛石和石墨的轉(zhuǎn)化關(guān)系，可將兩個熱化學(xué)方程式相減：
C(金剛石，s)===C(石墨，s) ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－395.41 kJ•mol－1＋393.51 kJ•mol－1＝－1.90 kJ•mol－1。即C(金剛石，s)===C(石墨，s) ΔH＝－1.90 kJ•mol－1 可見金剛石轉(zhuǎn)化為石墨放出熱量，說明石墨的能量更低，較金剛石穩(wěn)定。
4．已知：
(1)Zn(s)＋1/2O2(g)===ZnO(s) ΔH＝－348.3 kJ•mol－1
(2)2Ag(s)＋1/2O2(g)===Ag2O(s) ΔH＝－31.0 kJ•mol－1
則Zn(s)＋Ag2O(s)===ZnO(s)＋2Ag(s)的ΔH等于( )
A．－317.3 kJ•mol－1 B．－379.3 kJ•mol－1
C. －332.8 kJ•mol－1 D．＋317.3 kJ•mol－1
答案 A
解析 由已知(1)、(2)熱化學(xué)方程式可知，(1)－(2)即可得到答案。
一、蓋斯定律的應(yīng)用
1．常用方法
(1)虛擬路徑法
若反應(yīng)物A變?yōu)樯晌顴，可以有三個途徑：
①由A直接變?yōu)樯晌顴，反應(yīng)熱為ΔH
②由A經(jīng)過B變成E，反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2。
③由A經(jīng)過C變成D，再由D變成E，反應(yīng)熱分別為ΔH3、ΔH4、ΔH5如圖所示：
則有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。
(2)加合法
即運用所給方程式通過加減的方法得到所求熱化學(xué)方程式。
2．實例
如已知下列兩個熱化學(xué)方程式：
①P4(s，白磷)＋5O2===P4O10(s) ΔH1＝－2 983.2 kJ•mol－1
②P(s，紅磷)＋54O2(g)＝14P4O10(s) ΔH2＝－738.5 kJ•mol－1
要寫出白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式可虛擬如下過程。
根據(jù)蓋斯定律：
ΔH＝ΔH1 +（—ΔH2）×4
＝－2_983.2_kJ•mol－1＋738.5_kJ•mol－1×4
＝－29.2_kJ•mol （結(jié)果）
所以白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式為P4(s，白磷)===4P(s，紅磷) ΔH＝－29.2 kJ•mol－1。也可利用加合法由①－4×②得白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式。
3．應(yīng)用蓋斯定律計算反應(yīng)熱時的注意事項
(1)熱化學(xué)方程式同乘以某一個數(shù)時，反應(yīng)熱數(shù)值也必須乘上該數(shù)。
(2)熱化學(xué)方程式相加減時，同種物質(zhì)之間可相加減，反應(yīng)熱也隨之相加減。
(3)將一個熱化學(xué)方程式顛倒時，ΔH的“＋”“－”號必須隨之改變。
【典例1】 已知下列熱化學(xué)方程式：
(1)Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－25 kJ•mol－1
(2)3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH＝－47 kJ•mol－1
(3)Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋19 kJ•mol－1
則FeO(s)被CO(g)還原成Fe(s)和CO2(g)的熱化學(xué)方程式為( )
A． FeO＋CO===Fe＋CO2 ΔH＝－11 kJ•mol－1
B． FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－22 kJ•mol－1
C . FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝－11 kJ•mol－1
D． FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g) ΔH＝＋11 kJ•mol－1
解析 Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＝－25 kJ•mol－1①，3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g) ΔH＝－47 kJ•mol－1②，F(xiàn)e3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g) ΔH＝＋19 kJ•mol－1③，將①式×3－②式得：
2Fe3O4(s)＋8CO(g)===6Fe(s)＋8CO2(g) ΔH＝－25 kJ•mol－1×3＋47 kJ•mol－1＝－28 kJ•mol－1，
將方程式兩邊同除以2得：
Fe3O4(s)＋4CO(g)===3Fe(s)＋4CO2(g) ΔH＝－14 kJ•mol－1④，將(④式－③式)÷3即可得出答案。所以A、B、C、D四個選項中，只有C項中的熱化學(xué)方程式正確。
答案 C
【變式訓(xùn)練1】 S(單斜)和S(正交)是硫的兩種同素異形體。
已知：①S(單斜，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH1＝－297.16 kJ•mol－1
②S(正交，s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH2＝－296.83 kJ•mol－1
③S(單斜，s)===S(正交，s) ΔH3
下列說法正確的是( )
A．ΔH3＝＋0.33 kJ•mol－1
B．單斜硫轉(zhuǎn)化為正交硫的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
C.S(單斜，s)===S(正交，s) ΔH3<0，正交硫比單斜硫穩(wěn)定
D．S(單斜，s)===S(正交，s) ΔH3>0，單斜硫比正交硫穩(wěn)定
答案 C
二、反應(yīng)熱的計算
1．反應(yīng)熱計算的類型及方法
(1)根據(jù)熱化學(xué)方程式計算：反應(yīng)熱與反應(yīng)物各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。
(2)根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量計算：
ΔH＝生成物的能量和－反應(yīng)物的能量和。
(3)根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計算
ΔH＝反應(yīng)物的鍵能和－生成物的鍵能和。
(4)根據(jù)蓋斯定律計算：將熱化學(xué)方程式進(jìn)行適當(dāng)?shù)摹凹印薄皽p”變形后，由過程的熱效應(yīng)進(jìn)行計算、比較。
(5)根據(jù)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)值計算：
Q(放)＝n(可燃物)×ΔH
(6)根據(jù)比熱公式進(jìn)行計算：Q＝cmΔt。
2．注意事項
(1)反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)成正比，因此熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)改變時，其反應(yīng)熱數(shù)值同時做相同倍數(shù)的改變。
(2)熱化學(xué)方程式與數(shù)學(xué)上的方程式相似，可以移項，同時改變正負(fù)號；各項的化學(xué)計量數(shù)以及ΔH的數(shù)值可以同時擴(kuò)大或縮小相同的倍數(shù)。
(3)根據(jù)蓋斯定律，可以將兩個或兩個以上的熱化學(xué)方程式包括其ΔH相加或相減，得到一個新的熱化學(xué)方程式。
(4)求總反應(yīng)的反應(yīng)熱，不能不假思索地將各步反應(yīng)的反應(yīng)熱簡單相加。不論一步進(jìn)行還是分步進(jìn)行，始態(tài)和終態(tài)完全一致，蓋斯定律才成立。某些物質(zhì)只是在分步反應(yīng)中暫時出現(xiàn)，最后應(yīng)該恰好消耗完。
【典例2】 已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是－285.8 kJ•mol－1、－1 411.0 kJ•mol－1和－1 366.8 kJ•mol－1，則由C2H4(g)和H2O(l)反應(yīng)生成C2H5OH(l)的ΔH為( )
A．－44.2 kJ•mol－1 B．＋44.2 kJ•mol－1
C.－330 kJ•mol－1 D．＋330 kJ•mol－1
解析 解答本題可先寫出相關(guān)的熱化學(xué)方程式，然后根據(jù)熱化學(xué)方程式進(jìn)行分析、計算。根據(jù)題給各物質(zhì)燃燒熱數(shù)據(jù)可得相關(guān)熱化學(xué)方程式為
①H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ•mol－1；
②C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－1 411.0 kJ•mol－1；
③C2H5OH(l)＋3O2(g)===3H2O(l)＋2CO2(g) ΔH＝－1 366.8 kJ•mol－1
由②－③可得：C2H4(g)＋H2O(l)===C2H5OH(l) ΔH＝－44.2 kJ•mol－1，故A選項正確。
答案 A
【變式訓(xùn)練2】 已知：N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g) ΔH＝＋67.7 kJ•mol－1①
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－543 kJ•mol－1②
12H2(g)＋12F2(g)===HF(g) ΔH＝－269 kJ•mol－1③
H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242 kJ•mol－1④
(1)寫出肼(N2H4)和NO2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式
________________________________________________________________________。
(2)有人認(rèn)為若用氟氣代替二氧化氮作氧化劑，則反應(yīng)釋放的能量更大，肼和氟氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為
________________________________________________________________________。
答案 (1)2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1 153.7 kJ•mol－1
(2)N2H4(g)＋2F2(g)===N2(g)＋4HF(g) ΔH＝－1 135 kJ•mol－1
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