1、第三节 化学反应热的计算 学习目标定位1.知道盖斯定律的内容，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。2.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。1(1)许多化学反应的反应热可以直接测量，其测量的仪器叫做量热计。(2)下列H表示物质燃烧热的是；表示物质中和热的是(填序号)。2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H1C(s)O2(g)=CO(g) H2CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g) H3C6H12O6(s)6O2(g)=6CO2(g)6H2O(l)H4NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H52NaOH(aq)H2SO4(aq)=Na2S
2、O4(aq)2H2O(l)H62已知在101 kPa、273 K时，15 g乙烷完全燃烧生成CO2和液态水，放出a kJ的热量，表示乙烷燃烧热的热化学方程式是C2H6(g)O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H2a kJmol1。3充分燃烧一定量的丁烷放出的热量为161.9 kJ，生成的CO2恰好与5 molL1 100 mL KOH溶液完全反应生成正盐，则燃烧1 mol丁烷放出的热量为2_590.4_kJ。4氢气燃烧时耗氧量小，发热量大。已知碳和氢气燃烧的热化学方程式为C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1试
3、通过计算说明等质量的氢气和碳燃烧时产生热量的比是4.361。探究点一盖斯定律1同素异形体相互转化的反应热相当小而且转化速率较慢，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“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的”观点来计算反应热。已知P4(白磷，s)5O2(g)=P4O10(s)H12 983.2 kJmol1P(红磷，s)O2(g)=P4O10(s)H2738.5 kJmol1则白磷转化为红磷的热化学方程式为_。相同状况下，能量状态较低的是_；白磷的稳定性比红磷_(填“高”或“低”)。答案P4(白磷，s)=4P(红磷，s)H29.2 kJmol1红磷低解析
4、根据已知条件可以虚拟如下过程：根据盖斯定律HH1(H2)42 983.2 kJmol1738.5 kJmol1429.2 kJmol1同种元素的不同单质(即同素异形体)具有不同的能量，因此涉及书写此类单质的热化学方程式时，不仅要注明单质的聚集状态，而且应注明同素异形体的名称。所以白磷转化为红磷的热化学方程式为P4(白磷，s)=4P(红磷，s)H29.2 kJmol1同素异形体相互转化的反应中，若正反应放热，则生成物稳定；若正反应吸热，则反应物稳定。即本身所具有的能量越高越活泼，本身所具有的能量越低越稳定。所以，红磷能量较低，白磷稳定性较低。2盖斯定律的内容：不管化学反应是一步完成或分几步完成，
5、其反应热是相同的。或者说，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。3盖斯定律的应用方法(1)“虚拟路径”法若反应物A变为生成物D，可以有两个途径由A直接变成D，反应热为H；由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为H1、H2、H3。如图所示：则有HH1H2H3。(2)加合法运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。归纳总结应用盖斯定律计算反应热的方法(1)热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。(2)热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减。(3)将一个热化学方程式左右颠倒时，H的符号必须随之改变。活学
6、活用1已知C(s)O2(g)=CO(g)H。上述反应在O2供应充分时，可燃烧生成CO2；O2供应不充分时，虽可生成CO，但同时还部分生成CO2。因此该反应的H无法直接测得。但是下述两个反应的H却可以直接测得：(1)C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJmol1(2)CO(g)O2(g)=CO2(g)H2283.0 kJmol1根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的H。分析上述两个反应的关系，即知：H_。则C(s)与O2(g)生成CO(g)的热化学方程式为_。答案H1H2C(s)O2(g)=CO(g)H110.5 kJmol1解析根据已知条件，可以虚拟如下过程：由盖斯定律可知HH1H
7、2110.5 kJmol1则热化学方程式是C(s)O2(g)=CO(g)H110.5 kJmol1。2在298 K、101 kPa时，已知：2H2O(g)=O2(g)2H2(g)H1Cl2(g)H2(g)=2HCl(g)H22Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g)H3则H3与H1和H2间的关系正确的是()AH3H12H2BH3H1H2CH3H12H2DH3H1H2答案A解析第三个方程式可由第二个方程式乘以2与第一个方程式相加得到，由盖斯定律可知H3H12H2。探究点二反应热的计算1100 g炭粉燃烧所得气体中，CO占体积、CO2占体积，且C(s)O2(g)=CO(g)H110.3
8、5 kJmol1CO(g)O2(g)=CO2(g)H282.57 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H392.92 kJmol1与这些炭完全燃烧相比较，损失的热量是_。答案784.92 kJ解析炭粉完全燃烧可分两步，先生成CO放热，CO再生成CO2再放热，总热量即为完全燃烧放出的热量，因此不完全燃烧与完全燃烧相比，损失的热量就是生成的CO燃烧放出的热量。CO(g)O2(g)=CO2(g)H282.57 kJmol11 mol282.57 kJ(100/12)1/3 molQQ784.92 kJ。2已知：(1)Zn(s)O2(g)=ZnO(s)H348.3 kJmol1(2)2Ag(s
9、)O2(g)=Ag2O(s)H31.0 kJmol1则Zn(s)Ag2O(s)=ZnO(s)2Ag(s)的H等于_。答案317.3 kJmol1解析根据盖斯定律，将方程式(1)(2)得目标方程式，所以H348.3 kJmol1(31.0 kJmol1)317.3 kJmol1。归纳总结有关反应热计算的依据(1)热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正负号；各项的化学计量数包括H的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。(2)根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其H相加或相减，得到一个新的热化学方程式。(3)可燃物完全燃烧产生的热量可燃物的物质的量其燃烧热。(4)根据反应物
10、和生成物的键能，H反应物的键能和生成物的键能和。活学活用3氢气、一氧化碳、辛烷、甲烷燃烧热的热化学方程式分别为H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1CO(g)O2(g)=CO2(g)H283.0 kJmol1C8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5 518 kJmol1CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1。相同质量的氢气、一氧化碳、辛烷、甲烷完全燃烧时，放出热量最少的是()AH2 BCO CC8H18 DCH4答案B解析题中各H对应的可燃物的物质的量为1 mol，把它们的H值换算成1 g可燃物燃烧的热量(即H/
11、M)即可比较。4键能是指在25 、1.01105 Pa，将1 mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B时所需要的能量。已知键能：HH为436 kJmol1；ClCl为243 kJmol1；HCl为431 kJmol1。下列说法中不正确的是()A1 mol H2中的化学键断裂时需要吸收436 kJ能量B2 mol HCl分子中的化学键形成时要释放862 kJ能量C此反应的热化学方程式为H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H183 kJmol1D此反应的热化学方程式为H2(g)Cl2(g)=HCl(g)H91.5 kJmol1答案C解析由键能可知，每摩尔HH键断开需要吸收436 kJ 的能
12、量，每摩尔ClCl键断开需要吸收243 kJ 能量，每摩尔 HCl 键形成会放出431 kJ 的能量，由此可知A、B说法正确；同时根据热化学方程式的书写要求，每摩尔H2和Cl2反应的反应热为436 kJmol1243 kJmol1431 kJmol12183 kJmol1，则每摩尔H2和Cl2反应的反应热为91.5 kJmol1，H为负，故C项错误，D项正确。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答案A解
13、析化学反应的反应热与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关。2已知热化学方程式：C(金刚石，s)O2(g)=CO2(g)H1C(石墨，s)O2(g)=CO2(g)H2C(石墨，s)=C(金刚石，s)H31.9 kJmol1下列说法正确的是()A石墨转化成金刚石的反应是吸热反应B金刚石比石墨稳定CH3H1H2DH1H2答案A解析由方程式中H31.9 kJmol10得出石墨比金刚石稳定，故A项对，B项错；C项中正确结论应为H3H2H1；H1与H2均小于零，石墨具有的能量低于金刚石，故都生成CO2时H1H2，D项错。3已知H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H184.6 kJmol1，则反应HC
14、l(g)=H2(g)Cl2(g)的H为()A184.6 kJmol1 B92.3 kJmol1C369.2 kJmol1 D92.3 kJmol1答案D解析据两热化学方程式的关系可知H(184.6 kJmol1)92.3 kJmol1，D正确。4已知热化学方程式：H2O(g)=H2(g)O2(g)H241.8 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1当1 g液态水变为水蒸气时，其热量变化是()AH88 kJmol1BH2.44 kJmol1CH4.98 kJmol1DH44 kJmol1答案B解析将两式相加得到H2O(g)=H2O(l)H44 kJmol1，所以
15、每1 g液态水变成水蒸气需要吸收的热量为 kJ2.44 kJ。5已知：Fe2O3(s)C(s)=CO2(g)2Fe(s)H1234.1 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H2393.5 kJmol1则2Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)的H3是()A824.4 kJmol1 B627.6 kJmol1C744.7 kJmol1 D169.4 kJmol1答案A解析由盖斯定律可知：得2Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)，所以H3(393.5 kJmol1)234.1 kJmol1824.35 kJmol1824.4 kJmol1。6已知：Na2CO310H2O(s)=Na2CO
16、3(s)10H2O(g)H1532.36 kJmol1Na2CO310H2O(s)=Na2CO3H2O(s)9H2O(g)H2473.63 kJmol1写出Na2CO3H2O脱水反应的热化学方程式：_。答案Na2CO3H2O(s)=Na2CO3(s)H2O(g)H58.73 kJmol1解析通过观察两个热化学方程式，可将两式相减，从而得到Na2CO3H2O(s)=Na2CO3(s)H2O(g)。故HH1H2532.36 kJmol1473.63 kJmol158.73 kJmol1。 基础过关一、由反应热比较物质的稳定性1化学反应：C(s)O2(g)=CO(g)H10CO(g)O2(g)=CO
17、2(g)H20C(s)O2(g)=CO2(g)H30；下列说法中不正确的是(相同条件下)()A56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量B12 g C所具有的能量一定大于28 g CO所具有的能量CH1H2H3D将两份质量相等的碳燃烧，生成CO2的反应比生成CO的反应放出的热量多答案B解析A项由CO(g)O2(g)=CO2(g)H20得2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H2H20，为放热反应，说明56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量，A正确；B项由C(s)O2(g)=CO(g)H1H2B锡在常温下以灰锡状态存在C
18、灰锡转化为白锡的反应是放热反应D锡制器皿长期处在低于13.2 的环境中，会自行毁坏答案D解析由知Sn(灰)转化为Sn(白)是吸热的，当温度低于13.2 时Sn(白)自动转化为Sn(灰)，所以A、B、C都错，D正确。二、盖斯定律的应用4已知：2C(s)O2(g)=2CO(g)H221.0 kJmol1；2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJmol1。则制备水煤气的反应C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)的H为()A262.6 kJmol1 B131.3 kJmol1C352.3 kJmol1 D131.3 kJmol1答案D解析根据盖斯定律，由题意知：1/21/2得：H(
19、221.0 kJmol1)1/2(483.6 kJmol1)1/2131.3 kJmol1。5能源问题是人类社会面临的重大课题，H2、CO、CH3OH都是重要的能源物质，它们的燃烧热依次为285.8 kJmol1、282.5 kJmol1、726.7 kJmol1。已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇CO(g)2H2(g)=CH3OH(l)。则CO与H2反应合成甲醇的热化学方程式为()ACO(g)2H2(g)=CH3OH(l)H127.4 kJmol1BCO(g)2H2(g)=CH3OH(l)H127.4 kJmol1CCO(g)2H2(g)=CH3OH(g)H127.4 kJmol1DCO
20、(g)2H2(g)=CH3OH(g)H127.4 kJmol1答案A解析根据题给三种物质的燃烧热可以写出：H2(g)O2(g)=H2O(l)H1285.8 kJmol1CO(g)O2(g)=CO2(g)H2282.5 kJmol1CH3OH(l)O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H3726.7 kJmol1运用盖斯定律进行计算，即2可得：CO(g)2H2(g)=CH3OH(l)H2H1H2H32(285.8 kJmol1)(282.5 kJmol1)(726.7 kJmol1)127.4 kJmol1。6已知：H2O(g)=H2O(l)HQ1 kJmol1C2H5OH(g)=C2H5OH(
21、l)HQ2 kJmol1C2H5OH(g)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(g)HQ3 kJmol1若使46 g酒精液体完全燃烧，最后恢复到室温，则放出的热量为()A(Q1Q2Q3) kJB0.5(Q1Q2Q3) kJC(0.5Q11.5Q20.5Q3) kJD(3Q1Q2Q3) kJ答案D解析由盖斯定律和题意可得，乙醇燃烧的热化学方程式：C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H(3Q1Q2Q3) kJmol1。三、根据热化学方程式计算反应热7已知：H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.83 kJmol1CO(g)O2(g)=CO2(g)H282.9 kJmol
22、1若氢气与一氧化碳的混合气体完全燃烧可生成5.4 g H2O(l)，并放出114.3 kJ热量，则混合气体中CO的物质的量为()A0.22 mol B0.15 molC0.1 mol D0.05 mol答案C解析设当生成5.4 g H2O时放出的热量为xH2(g)O2(g)=H2O(l) H285.83 kJmol1 18 g285.83 kJ 5.4 g x解得x85.75 kJ所以CO燃烧放出的热量为114.3 kJ85.75 kJ28.55 kJ。设CO的物质的量为y，CO(g)O2(g)=CO2(g) H282.9 kJmol11 mol 282.9 kJy 28.55 kJ解得：y0
23、.1 mol。8已知下列热化学方程式：C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJmol1现有0.2 mol的炭粉和氢气组成的气、固混合物在氧气中完全燃烧，共放出63.53 kJ热量，则炭粉与氢气的物质的量之比为()A11 B12 C23 D32答案A解析设炭粉的物质的量为x，H2的物质的量为y，由题意知解得x0.1 mol，y0.1 mol，则xy11。9已知：CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H12H2(g)O2(g)=2H2O(g)H22H2(g)O2(g)=2H2O(l)H3常温下取体积比为41的甲
24、烷和氢气的混合气体11.2 L(标准状况)，经完全燃烧恢复至室温，放出的热量为()A(0.4 molH10.05 molH3)B(0.4 molH10.05 molH2)C(0.4 molH10.1 molH3)D(0.4 molH10.1 molH2)答案A解析CH4的物质的量为0.4 mol，H2的物质的量为0.1 mol混合气体完全燃烧放出的热量为(0.4 molH10.05 molH3)。10人体内葡萄糖的消耗可用下列热化学方程式表示：C6H12O6(s)6O2(g)=6CO2(g)6H2O(l)H2 800.6 kJmol1，如果某人每天消耗12 540 kJ的热量，则他每天至少需摄
25、入葡萄糖的质量为()A806 g B1 000 g C1 250 g D15 000 g答案A解析需要葡萄糖的质量为180 gmol1806 g。能力提升11依据叙述，写出下列反应的热化学方程式。(1)在25 、101 kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ。则表示甲醇燃烧热的热化学方程式为_。(2)用NA表示阿伏加德罗常数，在C2H2(气态)完全燃烧生成CO2和液态水的反应中，每有5NA个电子转移时，放出650 kJ的热量。其热化学方程式为_。答案(1)CH3OH(l)O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H725.76 kJmol1(2)C2H2(g)O2(g)=
26、2CO2(g)H2O(l)H1 300 kJmol1解析(1)1 mol甲醇燃烧放出的热量为22.68 kJ725.76 kJmol1。(2)1 mol C2H2燃烧生成CO2时转移10 mol电子，当有5NA个电子转移时，C2H2的物质的量为0.5 mol。1 mol C2H2燃烧放出的热量为650 kJ21 300 kJ。12发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料和二氧化氮(NO2)作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。已知：N2(g)2O2(g)=2NO2(g)H67.7 kJmol1N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H543 kJmol1H2(g)F2(g)=HF(g)H26
27、9 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(g)H242 kJmol1(1)肼和二氧化氮反应的热化学方程式为_。(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，反应释放的能量更大，试写出肼和氟气反应的热化学方程式：_。答案(1)2N2H4(g)2NO2(g)=3N2(g)4H2O(g)H1 153.7 kJmol1(2)N2H4(g)2F2(g)=N2(g)4HF(g)H1 135 kJmol1解析(1)结合盖斯定律：2便得反应2N2H4(g)2NO2(g)=3N2(g)4H2O(g)，其反应热H(543 kJmol1)2(67.7 kJmol1)1 153.7 kJmol1。(2)结合盖斯定律
28、知：42得反应N2H4(g)2F2(g)=N2(g)4HF(g)，其反应热H(543 kJmol1)(269 kJmol1)4(242 kJmol1)21 135 kJmol1。13“西气东输”是西部开发的重点工程，这里的气是指天然气，其主要成分是甲烷。工业上将C与水在高温下反应制得水煤气，水煤气的主要成分是CO和H2，两者的体积比约为11。已知：1 mol CO气体完全燃烧生成CO2气体放出283 kJ热量；1 mol H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量；1 mol CH4气体完全燃烧生成CO2气体和液态水放出890 kJ热量。(1)写出H2完全燃烧生成液态水的热化学方程式：_；
29、若1 mol CH4气体完全燃烧生成CO2气体和水蒸气，放出的热量_890 kJ(填“”、“”或“”)。(2)忽略水煤气中其他成分，相同状况下若得到相等的热量，所需水煤气与甲烷的体积比约为_；燃烧生成的CO2的质量比约为_。(3)以上数据和计算说明，以天然气代替水煤气作民用燃料，突出的优点是_。答案(1)2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol1(2)3132(3)燃烧热值高，减少了CO2的排放量，有利于保护环境解析(1)1 mol H2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ热量，根据热化学方程式的书写要求，则2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol
30、1。因气态水变为液态水要放热，故1 mol CH4完全燃烧生成CO2和水蒸气，放出的热量小于890 kJ。(2)设放出的热量为890 kJ，所需CH4的体积为Vm，则所需水煤气的体积为2Vm3Vm故。由COCO2，CH4CO2知3体积水煤气得1.5体积CO2,1体积甲烷得1体积CO2，故燃烧生成的CO2质量比为。(3)使用天然气作燃料，燃烧热值高，且减少了CO2的排放。14把煤作为燃料可通过下列两种途径：途径C(s)O2(g)=CO2(g)H10再燃烧水煤气：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H302H2(g)O2(g)=2H2O(g)H40请回答下列问题：(1)途径放出的热量理论上_(填
31、“大于”、“等于”或“小于”)途径放出的热量。(2)H1、H2、H3、H4的数学关系式是_。(3)已知：C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJmol12CO(g)O2(g)=2CO2(g)H2566 kJmol1TiO2(s)2Cl2(g)=TiCl4(s)O2(g)H3141 kJmol1则TiO2(s)2Cl2(g)2C(s)=TiCl4(s)2CO(g)的H_。答案(1)等于(2)H1H2(H3H4)/2(3)80 kJmol1解析(1)根据盖斯定律的含义知，途径放出的热量等于途径放出的热量。(2)由盖斯定律：得H1H2H3H4。(3)由2得所求方程式，即HH32H1H21
32、41 kJmol12(393.5 kJmol1)(566 kJmol1)80 kJmol1。拓展探究15(1)许多运动会使用的火炬内的熊熊大火来源于丙烷的燃烧，丙烷是一种优良的燃料。试回答下列问题：如图是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)过程中的能量变化图，请在图中的括号内填入“”或“”。写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：_。二甲醚(CH3OCH3)是一种新型燃料，应用前景广阔。1 mol 二甲醚完全燃烧生成CO2和液态水放出1 455 kJ热量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水共放出1 645 kJ热量，则混合气体中，丙烷和二甲醚的物质的量之比
33、为_。(2)碳(s)在氧气供应不足时，生成CO同时还部分生成CO2，因此无法通过实验直接测得反应：C(s)O2(g)=CO(g)的H。但可设计实验、利用盖斯定律计算出该反应的H，计算时需要测得的实验数据有_。答案(1)C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H2 215.0 kJmol113(2)碳和CO的燃烧热解析(1)丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)的过程放热，H为“”。燃烧热是1 mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，所以表示丙烷燃烧热的热化学方程式为C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H2 215.0 kJmol1。n(二甲醚)1 455 kJmol11 moln(二甲醚)2 215.0 kJmol11 645 kJ，解得n(二甲醚)0.75 mol，故n(丙烷)0.25 mol。(2)利用盖斯定律计算反应C(s)O2(g)=CO(g)的H，需要测得的实验数据有碳和CO的燃烧热。