1、第2课时 反应焓变的计算 一、盖斯定律 1.内容:一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成,反应热都是_。2.实质:化学反应的反应热只与反应体系的_有关,而与反应的_ 无关。必备知识素养奠基 一样的 始态和终态 途径【做一做】某始态和终态相同,反应的途径有如下三种:()()()。则有 H=_=_。H1+H2 H3+H4+H5【巧判断】(1)应用盖斯定律,可计算某些难以测定的反应焓变。()提示:。对于难以测定的化学反应的焓变,可以利用盖斯定律通过已知反应的焓变计算得出。(2)一个反应一步完成或分几步完成,两者相比,经过的步骤越多,放出的热量越多。()提示:。一个反应一步完成或分几步完成,反应的焓
2、变是相同的。二、盖斯定律的应用 1.盖斯定律的意义 2.方法:如果一个化学方程式可以通过其他几个化学方程式相加减而得到,则该反应的焓变可由这几个反应的焓变相加减得到。3.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)+O2(g)=CO2(g)H1=-393.5 kJmol-1(2)CO(g)+O2(g)=CO2(g)H2=-283.0 kJmol-1 若C(s)+O2(g)=CO(g)的反应热为 H,求 H。1212 虚拟路径:应用盖斯定律求解:H1=_ 则:H=_ _。H+H2 H1-H2=-393.5 kJmol-1-(-283.0 kJmol-1)=-110.5 kJm
3、ol-1【情境思考】硫黄是硫元素的单质,是一种重要的工业原料,在火山口的附近就存在单质硫,单质硫有多种同素异形体,其中有单斜硫、正交硫等。已知:S(s,单斜)+O2(g)=SO2(g)H1=-297.16 kJmol-1和S(s,正交)+O2(g)=SO2(g)H2=-296.83 kJmol-1,据此判断单斜硫和正交硫的稳定性。提示:由两式相减得热化学方程式S(s,单斜)=S(s,正交)H=-0.33 kJmol-1,所以正交硫能量低,能量越低越稳定,因此正交硫比单斜硫稳定。三、能源 1.定义:自然界中,能为人类提供热、光、电等有用_的物质或物质运动统称 为能源。能量 2.分类 分类 依据种
4、类举例转换 过程一次能源太阳能、风能、化石燃料、地热能、潮汐能等二次能源电能、氢能、石油加工产品、煤的加工产品等使用 历史常规能源化石燃料新能源太阳能、风能、核能、氢能、生物质能等性质可再生能源太阳能、风能、氢能、生物质能等不可再生 能源化石燃料、核能3.我国能源现状(1)我国目前使用最多的能源是_,包括_、_、_等,属 _ 再生能源,并且能源利用率总体偏低,能源危机趋于严重。(2)开源节流:即一方面开发核能、风能、太阳能等新能源和可再生能源,另一 方面大力实施节能减排。化石燃料 煤 石油 天然气 不可【情境思考】下列分别是利用不同能源发电的实例图形,分析哪些符合开源节流的思想。提示:符合开源
5、节流,属于新能源的开发利用,而火力发电是利用煤等作燃料进行的,不属于新能源的开发利用,不符合开源节流。四、摩尔燃烧焓【特别提醒】(1)“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物:CCO2(g),HH2O(l),SSO2(g)等。(2)摩尔燃烧焓是以1 mol纯物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写 它的热化学方程式时,应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量 数。例如:C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)H=-5 517.6 kJmol-1,即C8H18的摩尔燃烧焓为5 517.6 kJmol-1。252关键能力素养形成 知识点一 反应焓变的
6、计算方法【重点释疑】1.根据热化学方程式进行计算 其计算方法与一般方程式的计算相似,可以把 H当成方程式的一项进行处理,反应的焓变与参加反应的各物质的物质的量成正比。2.根据化学键断裂和形成中的能量变化来计算 焓变等于断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键放出能量的差值,即 H=反应物的化学键断裂所吸收的能量和-生成物的化学键形成所放出的能量和。3.根据焓变定义计算 H=H(生成物)-H(反应物)这种计算常以图示方法给出,如图:反应2A(g)+B(g)=2C(g)的焓变 H=H2-H1。4.利用盖斯定律计算反应焓变的两种方法(1)虚拟路径法。如C(s)+O2(g)=CO2(g)可设置如下:(2)
7、加和法:即运用所给热化学方程式通过加减的方法得到新的热化学方程式。如C(s)+O2(g)=CO2(g)H1=-393.5 kJmol-1 CO(g)+O2(g)=CO2(g)H2=-283 kJmol-1 则C(s)+O2(g)=CO(g)H=H1-H2=-110.5 kJmol-1 1212【思考讨论】1.为什么化学反应的焓变与反应过程无关?提示:根据焓变表达式:H=H(反应产物)-H(反应物),可知反应物不管分几步转变为反应产物,在确定条件下,反应物与反应产物所具有的总焓是确定的,其差值也就是确定的,与反应过程无关。2.相同条件下,等质量的C按a、b两种途径完全转化,途径a:C CO+H2
8、 CO2+H2O;途径b:C CO2 比较途径a和途径b放出的热量的多少?提示:相等。根据盖斯定律知,两途径放出的热量相等。【案例示范】【典例】请完成下列填空:(1)(2018全国卷节选)已知 2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g)H1=-4.4 kJmol-1 2NO2(g)=N2O4(g)H2=-55.3 kJmol-1 则反应N2O5(g)=2NO2(g)+O2(g)的 H=kJmol-1。12(2)(2018天津高考节选)CO2与CH4经催化重整,制得合成气的化学方程式为 CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:则该反应的 H
9、=_。化学键CHCOHHC O(CO)键能/kJmol-14137454361 075【思维建模】利用盖斯定律计算反应焓变的思路为【解析】(1)已知2N2O5(g)=2N2O4(g)+O2(g)H1=-4.4 kJmol-1、2NO2(g)=N2O4(g)H2=-55.3 kJmol-1,根据盖斯定律可知反应 N2O5(g)=2NO2(g)+O2(g)的 H=H1-H2=kJmol-1=(-2.2+55.3)kJmol-1=53.1 kJmol-1。1212 14.455.3 2 (2)对于反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),断裂反应物中的化学键 吸收能量E1=(4134
10、+7452)kJ=3 142 kJ,形成生成物中化学键释放的能量 E2=(21 075+2436)kJ=3 022 kJ,则E1E2,反应为吸热反应,因此H=E1-E2=+120 kJmol-1。答案:(1)53.1(2)+120 kJmol-1【规律方法】模型认知虚拟途径法在盖斯定律中的应用(1)模型。先根据题意虚拟转化过程,然后根据盖斯定律列式求解,即可求得待求的反应热。(2)举例。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 H=H1+H2+H3。【迁移应用】1.(2020潍坊高
11、二检测)已知反应:H2(g)+O2(g)=H2O(g)H1 N2(g)+O2(g)=NO2(g)H2 N2(g)+H2(g)=NH3(g)H3 则反应2NH3(g)+O2(g)=2NO2(g)+3H2O(g)的 H为()1212123272A.2 H1+2 H2-2 H3 B.H1+H2-H3 C.3 H1+2 H2+2 H3 D.3 H1+2 H2-2 H3 【解析】选D。把已知反应依次编号为、,根据盖斯定律将方程式 3+2-2得2NH3(g)+O2(g)=2NO2(g)+3H2O(g)H=3 H1+2 H2-2 H3。722.(2020晋江高二检测)已知:C(s)+H2O(g)=CO(g)
12、+H2(g)H1=a kJmol-1 2C(s)+O2(g)=2CO(g)H2=-220 kJmol-1 通常人们把断开1 mol某化学键所消耗的能量看成该化学键的键能。已知 HH、OO和OH键的键能分别为436 kJmol-1、496 kJmol-1和 462 kJmol-1,则a为()A.-332 B.-118 C.350 D.130【解析】选D。根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。根据题中给出的键能 可得出热化学方程式:2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)H3=(2436+496-4 462)kJmol-1,即2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)H3=-480 kJmol-1,题
13、中 2C(s)+O2(g)=2CO(g)H2=-220 kJmol-1,根据盖斯定律(-)得 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H1=(H2-H3),即a=(-220+480)=130,选项D正确。1212123.(教材改编题)在100 kPa和298 K时,有关反应的热化学方程式有:H2(g)+O2(g)=H2O(g)H1=-241.8 kJmol-1 H2(g)+O2(g)=H2O(l)H2=-285.8 kJmol-1 下列说法错误的是()A.H2燃烧生成1 mol H2O(g)时,放出241.8 kJ的热量 B.O2前面的 表示参加反应的O2的分子数目 121212C.若1
14、 mol物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量为摩尔燃烧焓,则H2的摩尔燃烧焓为285.8 kJmol-1 D.1 mol液态水变成水蒸气时吸收44 kJ的热量 【解析】选B。物质分子式前面的化学计量数只表示“物质的量”,而不表示微粒个数。【素养提升】2019年4月20日22时41分,我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭,成功发射第四十四颗北斗导航卫星。此次发射是2019年度北斗导航卫星首次发射,拉开今年北斗高密度组网序幕。(1)长征三号乙运载火箭的一子级、助推器和二子级使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作为推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、
15、N2(g),并放出大量热,已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量,书写该反应的热化学方程式。提示:N2O4与偏二甲肼反应的产物为CO2、N2和气态水,1 mol C2H8N2(l)与N2O4(l)完全燃烧放出的热量为 60 g=2 550.0 kJ。该反应的热化学方程式为 C2H8N2(l)+2N2O4(l)=2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g)H=-2 550.0 kJmol-1。425 kJ10.0 g(2)长征三号乙运载火箭的三子级使用的是效能更高的液氢和液氧作为推进剂。已知:H2(g)=H2(l)H=-0.92 kJmol-1 O2(g)=O
16、2(l)H=-6.84 kJmol-1 H2O(l)=H2O(g)H=+44.0 kJmol-1 H2(g)+O2(g)=H2O(l)H=-285.8 kJmol-1 请写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式。12提示:根据盖斯定律,由+-得:H2(l)+O2(l)=H2O(g)H=-237.46 kJmol-1 1212(3)肼(N2H4)常用作火箭燃料。肼(H2NNH2)的有关化学反应的能量变化如图所示,计算下表中的a值。提示:391。由能量变化图示可知,反应N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)的 H1=-576 kJmol-1,根据反应热与键能的关系可知H1=(4a k
17、Jmol-1+154 kJmol-1+500 kJmol-1)-(942 kJmol-1+4463 kJmol-1)=-576 kJmol-1,解得a=391。化学键NNOONNOH NH键能(kJmol-1)154500942463a在火箭推进器中装有肼(N2H4)和过氧化氢,当两者混合时即产生气体,并放出大量的热。已知:N2H4(l)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(g)H=-641.6 kJmol-1;H2O(l)=H2O(g)H=+44.0 kJmol-1若用6.4 g液态肼与足量过氧化氢反应生成氮气和液态水,计算整个过程中放出的热量。提示:163.52 kJ。6.4 g液态肼
18、的物质的量为0.2 mol。由盖斯定律可知:液态肼与H2O2(l)反应生成N2(g)和液态水的热化学方程式:N2H4(l)+2H2O2(l)=N2(g)+4H2O(l)H=-(641.6+444)kJmol-1=-817.6 kJmol-1,故0.2 mol 液态肼放出的热量为0.2 mol817.6 kJmol-1=163.52 kJ。火箭的常规燃料是液态四氧化二氮和液态肼(N2H4),N2O4作氧化剂,有人认为若用氟气代替四氧化二氮作氧化剂,反应释放的能量更大(两者反应生成氮气和氟化氢气体)。已知:a.N2H4(l)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)H=-534.0 kJmol-1
19、b.H2(g)+F2(g)=HF(g)H=-269.0 kJmol-1 c.H2(g)+O2(g)=H2O(g)H=-242.0 kJmol-1 121212请写出肼和氟气反应的热化学方程式。提示:根据盖斯定律,由a+b4-c2得:N2H4(l)+2F2(g)=N2(g)+4HF(g)H=-1 126.0 kJmol-1。知识点二 反应焓变大小比较【重点释疑】反应热大小比较的注意要点(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关系:(2)H的符号 比较反应热大小时不要只比较 H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
20、的 H越小,吸热反应的 H越大。(4)可逆反应与反应热(H)正确理解可逆反应的反应热(H),如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1中的92.4 kJ是1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应生 成2 mol NH3(g)时放出的热量。【思考讨论】1.试比较下列三组反应中 H的大小。(1)A(g)+B(g)=C(g)H10;A(g)+B(g)=C(l)H20(2)S(g)+O2(g)=SO2(g)H30;S(s)+O2(g)=SO2(g)H40(3)C(s)+O2(g)=CO2(g)H50;C(s)+O2(g)=CO(g)H6H2。(2)硫由气态到固
21、态要释放能量,H3H4。(3)根据常识可知相同质量的碳,完全燃烧比不完全燃烧时放出的热量多,所以H52c=d。由于该反应为放热反应,且水由气态变为液态要放出热量,故有2a=b2c=d。【案例示范】【典例】(2020廊坊高二检测)下列各组热化学方程式中,化学反应的 H前者小于后者的是()C(s)+O2(g)=CO(g)H1 C(s)+O2(g)=CO2(g)H2 S(g)+O2(g)=SO2(g)H3 S(s)+O2(g)=SO2(g)H4 12CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(s)H5 CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)H6 A.仅 B.仅 C.仅 D.仅 【思维建模】判断
22、化学反应焓变的大小的一般思路为 【解析】选D。中碳完全燃烧放出的热量多,所以 H1 H2;中气态硫燃烧放出的热量多,H3 H4;中 H50,则 H5Q2 C.Q1 H3 H2 B.H1 H3 H2 C.H1=H3=H2 D.H1 H3=H2【解析】选A。由于醋酸是弱酸,所以电离过程中会吸收一部分热量,所以醋酸与NaOH溶液反应放出的热量应该比强酸强碱的稀溶液反应时放出的热量少;浓硫酸溶于水的过程是放热过程,所以浓硫酸与NaOH溶液反应时放出的热量应该比强酸强碱的稀溶液反应时放出的热量多;由于中和反应是放热反应,H H3 H2。【补偿训练】1.(2020大同高二检测)根据以下3个热化学方程式:2
23、H2S(g)+3O2(g)=2SO2(g)+2H2O(l)H1=-Q1 kJmol-1 2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(l)H2=-Q2 kJmol-1 2H2S(g)+O2(g)=2S(s)+2H2O(g)H3=-Q3 kJmol-1 判断Q1、Q2、Q3三者关系正确的是()A.Q1Q2Q3 B.Q1Q3Q2 C.Q3Q2Q1 D.Q2Q1Q3 【解析】选A。后两个反应理解为反应产物的状态不同,而第一个反应可理解为在第二个反应的基础上,S进一步与O2反应,这是S的燃烧,是放热反应。故可以作图如下:2.(2020曲靖高二检测)一定条件下水分解生成氢气和氧气,有关物质和能量的转
24、化关系如图所示,下列判断正确的是()A.H1 H2 B.H2 H2【解析】选C。由图知H2O(g)=H2(g)+O2(g)H1、H2O(l)=H2(g)+O2(g)H2、H2O(g)=H2O(l)H3,H2O分解为H2和O2为吸热反应,结合 H2O(g)的能量比H2O(l)高,则有H10、H20、H30,由以上分析并结合盖 斯定律得:H1H3、H1=H2+H3、H1+H3Q3 B.Q1+Q22Q3 C.Q1+Q2Q3 D.Q1+Q22Q3【解析】选D。由于氢气在氯气中燃烧是放热反应,则 H0,H=Q1+Q2-2Q3,则Q1+Q2-2Q30,即Q1+Q20)(3)减少污染,燃烧充分,方便运输等【
25、核心整合】1.化学反应热 知识关联素养应用 2.实例 氢气在氯气中燃烧的过程中发生反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的能量变化如下表:化学键 反应中能量变化 1 mol AB化学键 反应中能量变化 HH 吸收436 kJ 共吸收_kJ ClCl 吸收243 kJ HCl 放出431 kJ 共放出_kJ 679 862 化学键 反应中能量变化 1 mol AB化学键 反应中能量变化 结论 1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)放 出_ kJ的热量 热化学 方程式 H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H=-183 kJmol-1 183【
26、素养迁移】1.合成气是以一氧化碳和氢气为主要组分,用作化工原料的一种原料气,可由焦炭气化产生。(1)焦炭气化发生的反应为碳与水蒸气在一定条件下生成CO和H2,反应过程中的能量变化如下:书写此反应的热化学方程式。提示:从图示可以得出此反应为吸热反应,因此反应的热化学方程式为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H=+131.3 kJmol-1。(2)甲醇是重要的化工原料,又可作为燃料。利用合成气在催化剂的作用下合成甲醇,发生的主要反应如下:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H1 化学键HHCOCO中的化 学键HOCHE/(kJmol-1)4363431 076465413计算此反应
27、的 H1。提示:反应热等于断键吸收的能量与形成化学键所放出的能量的差值,则根据 方程式CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)可知 H1=1 076 kJmol-1+2 436 kJmol-1-3413 kJmol-1-343 kJmol-1-465 kJmol-1=-99 kJmol-1。(3)利用CO2在催化剂的作用下也可以合成甲醇,这有利于温室效应的控制。已知有如下反应方程式 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)H2 CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)H3=+41 kJmol-1 利用(2)的有关数值计算 H2。提示:根据盖斯定律可知由CO2(g)+3H
28、2(g)CH3OH(g)+H2O(g)为反应 CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)和CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)的加和,因此 H2=H1+H3=-99 kJmol-1+41 kJmol-1=-58 kJmol-1。2.废旧印刷电路板的回收利用可实现资源再生,并减少污染。废旧印刷电路板经粉碎分离,能得到非金属粉末和金属粉末。用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷电路板金属粉末中的铜。已知:世纪金榜导学号 Cu(s)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+H2(g)H1=+64.39 kJmol-1 2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)H2=-196.46 kJmo
29、l-1 H2(g)+O2(g)=H2O(l)H3=-285.84 kJmol-1 写出在H2SO4溶液中,Cu与H2O2反应生成Cu2+和H2O的热化学方程式。12提示:已知热化学方程式中+得:Cu(s)+2H+(aq)+H2O2(l)=Cu2+(aq)+2H2O(l)H H=H1+H2+H3=+64.39 kJmol-1+(-196.46 kJmol-1)+(-285.84 kJmol-1)=-319.68 kJmol-1。因此反应的热化学方程式为Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)=Cu2+(aq)+2H2O(l)H=-319.68 kJmol-1。1212123.金刚石是自然界中存
30、在的硬度最大的单质,而碳元素形成的另一种单质石墨却硬度较小。已知:C(石墨,s)+O2(g)=CO2(g)H1=-393.1 kJmol-1 C(金刚石,s)+O2(g)=CO2(g)H2=-395.0 kJmol-1 试判断由石墨变成金刚石是放热反应还是吸热反应?判断金刚石和石墨哪种物质稳定性更强。提示:由-得:C(石墨,s)=C(金刚石,s)H=+1.9 kJmol-1,石墨变成金刚石是吸热反应;石墨的稳定性更强。【补偿训练】沼气是一种再生性能源,它的主要成分是CH4,CH4也是天然气的主要成分,现在天然气已经成为家庭中的主要能源。已知在常温下,8g CH4完全燃烧生成CO2和H2O时,放
31、出445 kJ热量。(1)书写出甲烷燃烧的热化学方程式。提示:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H=-890 kJmol-1。8g CH4的物质的量为0.5 mol,完全燃烧生成CO2和H2O时,放出445 kJ热量,即1 mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O时,放出890 kJ热量。(2)在家庭中,为了充分利用燃料,提高燃料的利用率,需要调节燃气灶的进气阀门使甲烷完全燃烧释放出最大的热量。若空气的进气阀门偏小会导致甲烷不完全燃烧生成CO,造成热量的损失。已知 2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)H=-565.2 kJmol-1。提示:CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)H=-607.4 kJmol-1。将反应编 号为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H=-890 kJmol-1,2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)H=-565.2 kJmol-1。利用盖斯定律可以判断-就得到甲烷不完全燃烧的反应CH4(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)H=-890 kJmol-1-(-565.2 kJmol-1)=-607.4 kJmol-1。32123212
