高中化學(xué) 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算名師導(dǎo)航 新人教版選修4

1、第三節(jié) 化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算名師導(dǎo)航知識(shí)梳理1.蓋斯定律(1)內(nèi)容：不管化學(xué)反應(yīng)是一步或_完成，其反應(yīng)熱是_的?；蛘哒f，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的_和_有關(guān)，而與反應(yīng)的_無關(guān)。(2)解釋：能量的釋放或吸收是以_的物質(zhì)為基礎(chǔ)的，兩者密不可分，但以_為主。(3)應(yīng)用：對于進(jìn)行得_的反應(yīng)，不容易_反應(yīng)，_即有_的反應(yīng)，_反應(yīng)熱有困難，如果應(yīng)用_，就可以_地把它們的反應(yīng)熱計(jì)算出來。例如：C（s）+O2(g)=CO(g) 上述反應(yīng)在O2供應(yīng)充分時(shí)，可燃燒生成CO2；O2供應(yīng)不充分時(shí)，雖可生成CO，但同時(shí)還部分生成CO2。因此該反應(yīng)的H_。但是下述兩個(gè)反應(yīng)的H卻可以直接測得：(1)C(s)+O2(g) =

2、CO2(g)H1=393.5 kJ·mol-1(2)CO(g)+O2(g) =CO2(g)H2=283.0 kJ·mol-1根據(jù)蓋斯定律，就可以計(jì)算出欲求反應(yīng)的H。分析上述兩個(gè)反應(yīng)的關(guān)系，即知：H1=_，H2=_。則C(s)與O2(g)生成CO(g)的熱化學(xué)方程式為：_。2.反應(yīng)熱的計(jì)算反應(yīng)熱計(jì)算的主要依據(jù)是_和_的數(shù)據(jù)。疑難突破 1.如何理解蓋斯定律？剖析：化學(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。也就是說，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)（各反應(yīng)物）和終態(tài)（各生成物）有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。如果一個(gè)反應(yīng)可以分幾步進(jìn)行，則各分步反應(yīng)的反應(yīng)熱之和與該反應(yīng)一

3、步完成時(shí)的反應(yīng)熱是相同的，這就是蓋斯定律。2.進(jìn)行反應(yīng)熱計(jì)算應(yīng)注意什么？剖析：(1)反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)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(jì)量數(shù)改變時(shí)，其反應(yīng)熱數(shù)值需同時(shí)做相同倍數(shù)的改變。(2)熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)熱是指反應(yīng)按所給形式完全進(jìn)行時(shí)的反應(yīng)熱。(3)正、逆反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等、符號(hào)相反。3.如何計(jì)算燃燒熱？剖析：（1）計(jì)算公式：Q放=n(可燃物)×H，其中Q放指可燃物完全燃燒放出的熱量，H表示可燃物的燃燒熱。（2）含義：一定量的可燃物完全燃燒放出的熱量，等于可燃物的物質(zhì)的量乘以該物質(zhì)的燃燒熱。問題探究問題：碳不完全燃燒生成一氧化碳，但同時(shí)不可避免地會(huì)生成少量二

4、氧化碳，因此用實(shí)驗(yàn)的方法不可能準(zhǔn)確地測量出一氧化碳的生成熱。如何得到一氧化碳的生成熱呢？請進(jìn)行探究。探究：（1）測定二氧化碳的生成熱和一氧化碳的燃燒熱，并寫出熱化學(xué)方程式。（2）比較這兩個(gè)反應(yīng)熱化學(xué)方程式與生成一氧化碳的熱化學(xué)方程式的不同點(diǎn)，找出無關(guān)的物質(zhì)變換化學(xué)計(jì)量數(shù)使其相同，再通過加減消去，然后算出熱量。一定要注意熱化學(xué)方程式相加減時(shí)，能量也要相加減。由此可以計(jì)算出一氧化碳的生成熱。典題精講【例1】(2010江蘇高考，21(3)通常人們把拆開1 mol 某化學(xué)鍵所吸收的能量看成該化學(xué)鍵的鍵能。鍵能的大小可以衡量化學(xué)鍵的強(qiáng)弱，也可用于估算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱(H)，化學(xué)反應(yīng)的H等于反應(yīng)中斷裂舊化

5、學(xué)鍵的鍵能之和與反應(yīng)中形成新化學(xué)鍵的鍵能之和的差?；瘜W(xué)鍵SiOSiClHHHClSiSiSiC鍵能/kJ·mol-1460360436431176347工業(yè)上高純硅可通過下列反應(yīng)制取：SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl (g)該反應(yīng)的反應(yīng)熱H=_kJ·mol -1思路解析：根據(jù)拆鍵吸收能量，成鍵放出能量和能量守恒原理，分別求出反應(yīng)中斷裂舊化學(xué)鍵的鍵能之和與反應(yīng)中形成新化學(xué)鍵的鍵能之和，相減即得該反應(yīng)的反應(yīng)熱H，即H=360 kJ·mol-1×4 mol+436 kJ·mol-1 ×2 mol431 kJ·m

6、ol-1×4 mol176 kJ·mol-1×mol236 kJ。答案：+236【例2】 發(fā)射衛(wèi)星時(shí)可用肼(N2H4)為燃料，用二氧化氮為氧化劑，這兩種物質(zhì)反應(yīng)生成氮?dú)夂退魵狻Ｒ阎篘2(g)+2O2(g)=2NO2(g) H1=+67.7 kJ·mol-1 N2H4(g)+O2(g) =N2(g)+2H2O(g) H2534 kJ·mol-1 試計(jì)算1 mol 肼和二氧化氮完全反應(yīng)時(shí)放出的熱量為_kJ，寫出肼與二氧化氮反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_。思路解析：由題意可知：N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) H1=+67.7 kJ·m

7、ol-1 N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) H2=534 kJ·mol-1 根據(jù)蓋斯定律，為在反應(yīng)物中消去O2并得到N2H4和NO2的反應(yīng)。令×2-得：2 N2H4(g)N2(g)=2N2(g)+4H2O(g)2NO2(g)；H2H2-H1，整理得：2 N2H4(g)+2NO2(g) =3N2(g)+4H2O(g)H2H2H1534 kJ·mol-1×267.7 kJ·mol-11 135.7 kJ·mol-1。則1 mol N2H4反應(yīng)放出的熱量為567.85 kJ。答案：567.85 2 N2H4(g)+2N

8、O2(g) =3N2(g)+4H2O(g) H1 135.7 kJ·mol-1。【例3】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)H=395.41 kJ·mol-1,C(石墨，s)+O2(g) =CO2(g) H=393.51 kJ·mol-1,則金剛石轉(zhuǎn)化為石墨時(shí)的熱化學(xué)方程式為_。由此看來更穩(wěn)定的碳的同素異形體為_。若取金剛石和石墨的混合晶體共1 mol 在O2中完全燃燒，產(chǎn)生熱量為Q kJ,則金剛石和石墨的物質(zhì)的量之比為_（用含Q的代數(shù)式表示）。思路解析：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(gè)熱

9、化學(xué)方程式相減即得，C（金剛石，s）C(石墨，s)=0。H3=H1H2=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) H=1.90 kJ·mol-1?？梢娊饎偸D(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。金剛石395.41 Q393.51石墨393.51 395.41Q答案：C（金剛石，s）=C（石墨，s） H=1.90 kJ·mol-1 石墨 【例4】 (經(jīng)典回放)已知在25 、101 kPa下，1 g C8H18(辛烷）燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時(shí)放出

10、48.40 kJ的熱量。表示上述反應(yīng)的熱化學(xué)方程式正確的是（ ）A. C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(g) H=48.40 kJ·mol-1B. C8H18（l）+O2(g) =8CO2(g)+9H2O(l)；H=5 518 kJ·mol-1C. C8H18（l）+O2(g) =8CO2(g)+9H2O；H=+5 518 kJ·mol-1D. C8H18（l）+O2(g) =8CO2(g)+9H2O(l)；H=48.40 kJ·mol-1思路解析：本題考查熱化學(xué)方程式的正誤判斷。在25 、101 kPa下，1 mol C8H18燃

11、燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放出的熱量為×114 g=5 518 kJ。由于在判斷熱化學(xué)方程式時(shí)應(yīng)注明以下幾點(diǎn)：標(biāo)明各物質(zhì)的狀態(tài)，A中H2O的狀態(tài)標(biāo)錯(cuò)，A不正確；標(biāo)明反應(yīng)是吸熱還是放熱，H0時(shí)為吸熱反應(yīng)，H0時(shí)為放熱反應(yīng)，C錯(cuò)；熱量數(shù)值要與化學(xué)計(jì)量數(shù)相對應(yīng)，顯然D錯(cuò)。答案：B【例5】 已知下列兩個(gè)熱化學(xué)方程式：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=571.6 kJ·mol-1C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) H=2 220 kJ·mol-1根據(jù)上面兩個(gè)熱化學(xué)方程式，試回答下列問題：(1)H2的燃燒熱為_，C3H8的燃燒熱為_。(2)1

12、 mol H2和2 mol C3H8組成的混合氣體完全燃燒釋放的熱量為_。(3)現(xiàn)有H2和C3H8的混合氣體共5 mol ,完全燃燒時(shí)放熱3 847 kJ,則在混合氣體中H2和C3H8的體積比是_。思路解析：(1)燃燒熱是指1 mol 可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定化合物所放出的熱量，據(jù)題給的熱化學(xué)方程式可知，H2的燃燒熱為571.6 kJ·mol-1÷2=285.8 kJ·mol-1，C3H8的燃燒熱為2 220 kJ·mol-1。(2)據(jù)公式Q放=n(可燃物)×H，1 mol H2和2 mol C3H8組成的混合氣體完全燃燒釋放的熱量為285.8

13、kJ·mol-1×1 mol+2 220 kJ·mol-1×2 mol=4 725.8 kJ。(3)設(shè)混合氣體H2的物質(zhì)的量為x，則C3H8的物質(zhì)的量為5 mol x，所以：285.8 kJ·mol-1×x+(5 mol x)×2 220 kJ·mol-1=3847 kJ解方程得x=3.75 mol，則5 mol x=1.25 mol。故V(H2)V(C3H8)=3.75 mol 1.25 mol=31。答案：(1)285.8 kJ·mol-1 2 220 kJ·mol-1 (2)4 725.8

14、 kJ (3)31知識(shí)導(dǎo)學(xué) 在學(xué)習(xí)蓋斯定律時(shí)要把教材上的“山的高度與上山的途徑無關(guān)”這一形象的比喻遷移到蓋斯定律的理解上來，然后運(yùn)用能量守恒定律加以驗(yàn)證，再通過實(shí)例感受蓋斯定律的應(yīng)用及在科學(xué)研究中的重要意義。 利用蓋斯定律可以從已經(jīng)精確測定的反應(yīng)熱效應(yīng)來計(jì)算難于測量或不能測量的反應(yīng)的熱效應(yīng)。 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)可以用實(shí)驗(yàn)方法測得，但許多化學(xué)反應(yīng)由于速率過慢，測量時(shí)間過長，因熱量散失而難于測準(zhǔn)反應(yīng)熱，也有一些化學(xué)反應(yīng)由于條件難于控制，產(chǎn)物不純，也難于測準(zhǔn)反應(yīng)熱。于是如何通過熱化學(xué)方法計(jì)算反應(yīng)熱，成為化學(xué)家關(guān)注的問題。 熱效應(yīng)與參與反應(yīng)的各物質(zhì)的本性、聚集狀態(tài)、完成反應(yīng)的物質(zhì)數(shù)量，反應(yīng)進(jìn)行的方式、溫

15、度、壓力等因素均有關(guān)，這就要求涉及的各個(gè)反應(yīng)式必須是嚴(yán)格完整的熱化學(xué)方程式。 各個(gè)反應(yīng)涉及的同一物質(zhì)應(yīng)具有相同的聚集狀態(tài)。 反應(yīng)熱用蓋斯定律的方法計(jì)算，需設(shè)計(jì)不同的途徑，用已知反應(yīng)的熱效應(yīng)來計(jì)算。疑難導(dǎo)析 可通過對比與之類似的物理學(xué)中的位移、重力做功來理解蓋斯定律。要弄清蓋斯定律與起始狀態(tài)有無關(guān)系，與反應(yīng)的途徑有無關(guān)系。 反應(yīng)熱的計(jì)算是前面所學(xué)知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用，涉及了反應(yīng)熱、燃燒熱、蓋斯定律等概念，及物質(zhì)的量在化學(xué)方程式中的計(jì)算等。 要清楚反應(yīng)熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)的關(guān)系，反應(yīng)熱與反應(yīng)的進(jìn)行有什么關(guān)系，正、逆反應(yīng)的反應(yīng)熱的數(shù)值和符號(hào)。 在解決這些問題時(shí)，要注意物質(zhì)質(zhì)量守恒和能量守恒原理

16、。 計(jì)算燃燒熱要先弄清可燃物燃燒放出的熱量與可燃物燃燒熱及物質(zhì)的量的關(guān)系。問題導(dǎo)思 熱化學(xué)方程式與數(shù)學(xué)上的方程式一樣，因此可類比代數(shù)方程式那樣疊加。 根據(jù)蓋斯定律，要得到一氧化碳的生成熱，先要選取易于測定生成熱的二氧化碳的生成反應(yīng)和易于測定燃燒熱的一氧化碳的燃燒反應(yīng)，設(shè)計(jì)反應(yīng)途徑，再通過加減消去，即可得到一氧化碳的生成熱。典題導(dǎo)考綠色通道：利用化學(xué)鍵鍵能可以求算化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱，公式是H=反應(yīng)物的鍵能總和-生成物的鍵能總和。【典題變式1】1.已知HH鍵能（斷裂時(shí)吸收或生成時(shí)放出的熱量）為436 kJ·mol-1， HN鍵能為319 kJ·mol-1，根據(jù)化學(xué)方程式N2+3H

17、22NH3 H=+92.4 kJ·mol-1，則NN鍵的鍵能是（ ）A.431 kJ·mol-1 B.946 kJ·mol-1 C.649 kJ·mol-1 D.896 kJ·mol-1答案:B2.已知1 mol H2分子中化學(xué)鍵斷裂時(shí)吸收436 kJ的能量，1 mol Cl2分子中化學(xué)鍵斷裂時(shí)吸收243 kJ的能量，1 mol HCl分子中化學(xué)鍵形成時(shí)放出431 kJ的能量，則H2+Cl2=2HCl的反應(yīng)熱為_kJ·mol-1。答案:-183綠色通道：利用蓋斯定律結(jié)合已知反應(yīng)的反應(yīng)熱可以求解一些相關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)熱。解此類題的關(guān)鍵是善于

18、設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)過程，適當(dāng)加減已知方程式及反應(yīng)熱?！镜漕}變式2】(2010天津高考)磷在氧氣中燃燒，可能生成兩種固態(tài)氧化物。3.1 g的單質(zhì)磷(P)在3.2 g的氧氣中燃燒，至反應(yīng)物耗盡，并放出x kJ熱量。(1)通過計(jì)算確定反應(yīng)產(chǎn)物的組成(用化學(xué)式表示)是_，其相應(yīng)的質(zhì)量(g)為_。(2)已知單質(zhì)磷的燃燒熱為y kJ·mol-1，則1 mol P與O2反應(yīng)生成固態(tài)P2O3的反應(yīng)熱H=_。(3)寫出1 mol P與O2反應(yīng)生成固態(tài)P2O3的熱化學(xué)方程式：_。答案:(1)P2O3 ，P2O5 2.75，3.55 (2)(20xy) kJ·mol-1 (3)P(s)+O2(g)=

19、P2O3(s) H=(20xy) kJ·mol-1綠色通道：根據(jù)蓋斯定律可以得出物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化的熱化學(xué)方程式，根據(jù)焓變可以比較物質(zhì)的穩(wěn)定性。【典題變式3】科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，該反應(yīng)的熱效應(yīng)是相同的，已知在25 、105 Pa時(shí)，1 mol C（石墨）完全燃燒生成CO2氣體，放熱393.15 kJ·mol-1，1 mol CO完全燃燒生成CO2氣體，放熱283.0 kJ·mol-1，下列說法正確的是（ ）A.在25 、105Pa時(shí)，C（石墨）燃燒生成CO氣體的熱化學(xué)方程式是2C（石墨）+O2（g）=2CO（g）H=-110.5 kJ&#

20、183;mol-1B.C（石墨）不完全燃燒生成CO2和CO氣體時(shí)，放熱280.3 kJ·mol-1 C.C（石墨）和CO2反應(yīng)生成CO氣體的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)D.如果金剛石燃燒生成CO2的反應(yīng)熱大于石墨燃燒生成CO2的反應(yīng)熱，則可以斷定從石墨變?yōu)榻饎偸姆磻?yīng)需要吸熱答案:CD綠色通道：熱化學(xué)方程式正誤的判斷可從狀態(tài)、H正負(fù)號(hào)、數(shù)值及物質(zhì)的量等主要方面入手。【典題變式4】1.(2010全國高考理綜，)已知充分燃燒a g乙炔氣體時(shí)生成1 mol 二氧化碳?xì)怏w和液態(tài)水，并放出熱量b kJ，則乙炔燃燒的熱化學(xué)方程式正確的是（ ）A.2C2H2（g）+5O2（g）=4CO2（g）+2H2O（l）；H=4b kJ·mol-1 B.C2H2（g）+O2（g）=2CO2（g）+H2O（l）；H=2b kJ·mol-1C.2C2H2（g）+