魯科化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)》第二學(xué)案

1、第2課時反應(yīng)焓變的計算學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握、理解蓋斯定律。2.能運用蓋斯定律計算化學(xué)反應(yīng)中的焓變。重點·難點蓋斯定律的應(yīng)用及焓變的計算。1蓋斯定律(1)一個化學(xué)反應(yīng)無論是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)焓變都是一樣的。即化學(xué)反應(yīng)的焓變只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與反應(yīng)的途徑無關(guān)，這一規(guī)律稱為蓋斯定律。(2)如下圖所示：則HH1H2H3H4H5。2應(yīng)用(1)利用已知反應(yīng)焓變求未知反應(yīng)焓變。若一個化學(xué)方程式可由幾個化學(xué)方程式相加減而得到，則該化學(xué)反應(yīng)的焓變即為這幾個化學(xué)反應(yīng)焓變的代數(shù)和。(2)已知：Fe2O3(s)C(s)=CO2(g)2Fe(s)H234.14 kJ·mol1C(s)

2、O2(g)=CO2(g)H393.5 kJ·mol1則2Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)的H是()A824.4 kJ·mol1 B627.6 kJ·mol1C744.7 kJ·mol1 D169.4 kJ·mol1答案A解析把題給的兩個方程式變換為：2Fe(s)CO2(g)=Fe2O3(s)C(s)H234.14 kJ·mol1C(s)O2(g)=CO2(g)H590.25 kJ·mol1，相加即得結(jié)果。一、蓋斯定律1為什么化學(xué)反應(yīng)的焓變與化學(xué)反應(yīng)過程無關(guān)？答案由于在指定狀態(tài)下各種物質(zhì)的焓值都是確定惟一的，因此無論經(jīng)過

3、哪些步驟從反應(yīng)物變成反應(yīng)產(chǎn)物，它們的差值是不會改變的，即化學(xué)反應(yīng)的焓變與反應(yīng)過程無關(guān)。2對于反應(yīng)：C(s)O2(g)=CO(g)，由于C燃燒時不可能完全生成CO，總有部分CO2生成，所以此反應(yīng)的H無法直接測得。試?yán)盟鶎W(xué)蓋斯定律計算上述反應(yīng)的H。(已知：C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJ·mol1CO(g)O2(g)=CO2(g)H2283.0 kJ·mol1)答案設(shè)此反應(yīng)分兩步進(jìn)行：第一步：C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJ·mol1第二步：CO2(g)=CO(g)O2(g)H2H2283.0 kJ·mol1將上述兩

4、步反應(yīng)相加得總反應(yīng)為：C(s)O2(g)=CO(g)H3？由蓋斯定律，總反應(yīng)的H3H1H2393.5 kJ·mol1283.0 kJ·mol1110.5 kJ·mol1，所以C(s)O2(g)=CO(g)的H為110.5 kJ·mol1。3(1)一個熱化學(xué)方程式中分子式前的化學(xué)計量數(shù)同時擴(kuò)大n倍時，焓變應(yīng)擴(kuò)大n倍。(2)將一個熱化學(xué)方程式中的反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物顛倒時，則焓變的正、負(fù)號也相應(yīng)地改變。(3)若熱化學(xué)方程式相加，則焓變相加；若熱化學(xué)方程式相減，則焓變相減。歸納總結(jié) 典例1單質(zhì)碳很難與氫氣直接化合生成CH4，CH4直接分解生成C和H2也較難用實驗法

5、測定反應(yīng)過程中的能量變化，已知：C(s，石墨)O2(g)=CO2(g) H393.5 kJ·mol1CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l) H890 kJ·mol12H2(g)O2(g)=2H2O(l) H571.6 kJ·mol1利用蓋斯定律，寫出C(s，石墨)與H2合成CH4的熱化學(xué)方程式。解析C(s，石墨)與H2合成CH4的化學(xué)方程式為：C(s，石墨)2H2(g)=CH4(g)H故可調(diào)整方程式：C(s，石墨)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJ·mol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)H2571.6 kJ·mo

6、l1CO2(g)2H2O(l)=CH4(g)2O2(g)H3890 kJ·mol1則C(s，石墨)2H2(g)=CH4(g)的HH1H2H3393.5 kJ·mol1571.6 kJ·mol1890 kJ·mol175.1 kJ·mol1答案C(s，石墨)2H2(g)=CH4(g)H75.1 kJ·mol1變式訓(xùn)練1同素異形體相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)熱相當(dāng)小而且轉(zhuǎn)化速率較慢，有時還很不完全，測定反應(yīng)熱很困難?，F(xiàn)在可根據(jù)蓋斯提出的“不管化學(xué)過程是一步完成或分幾步完成，這個總過程的焓變是相同的”觀點來計算反應(yīng)熱。已知：P4(白磷，s)5O2(g)=

7、P4O10(s)H12 983.2 kJ·mol1P(紅磷，s)O2(g)=P4O10(s)H2738.5 kJ·mol1則白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式為_。相同狀況下，能量狀態(tài)較低的是_；白磷的穩(wěn)定性比紅磷_(填“高”或“低”)。答案P4(白磷，s)=4P(紅磷，s)H29.2 kJ·mol1紅磷低解析×4得P4(白磷，s)=4P(紅磷，s)HH14H2(2 983.24×738.5) kJ·mol129.2 kJ·mol1，白磷轉(zhuǎn)化為紅磷是放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)物的能量大于反應(yīng)產(chǎn)物的能量，故反應(yīng)產(chǎn)物紅磷的能量低，白磷的穩(wěn)定性

8、比紅磷低(能量越低越穩(wěn)定)。變式訓(xùn)練2已知：2C(s)O2(g)=2CO(g)H221.0 kJ·mol1；2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJ·mol1。則制備水煤氣的反應(yīng)C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)的H為()A262.6 kJ·mol1 B131.3 kJ·mol1C352.3 kJ·mol1 D131.3 kJ·mol1答案D解析根據(jù)蓋斯定律，由題意知：×1/2×1/2得：H(221.0 kJ·mol1)×1/2(483.6 kJ·mol1)&#

9、215;1/2131.3 kJ·mol1。二、反應(yīng)焓變的計算方法1根據(jù)熱化學(xué)方程式計算反應(yīng)熱與參加反應(yīng)的各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。2根據(jù)化學(xué)鍵斷裂和形成過程中的能量變化來計算焓變等于破壞舊化學(xué)鍵吸收的能量與形成新化學(xué)鍵放出的能量之差。HE(反應(yīng)物的化學(xué)鍵斷裂吸收的總能量)E(反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)鍵形成放出的總能量)。3根據(jù)物質(zhì)所具有的能量計算HE(反應(yīng)產(chǎn)物的能量和)E(反應(yīng)物的能量和)。4根據(jù)蓋斯定律進(jìn)行計算運用蓋斯定律時可從以下幾方面入手：(1)根據(jù)蓋斯定律的實質(zhì)，分析給定反應(yīng)與所求反應(yīng)物質(zhì)與焓變的關(guān)系。(2)運用解題技能，將已知熱化學(xué)方程式進(jìn)行變換、加減得到總反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。注意運用

10、蓋斯定律求反應(yīng)焓變，必要時可先根據(jù)題意虛擬轉(zhuǎn)化過程，然后再根據(jù)蓋斯定律列式求解，同時注意正、逆反應(yīng)的焓變數(shù)值相等，符號相反。典例2 紅磷P(s)和Cl2(g)發(fā)生反應(yīng)生成PCl3(g)和PCl5(g)。反應(yīng)過程和能量關(guān)系如下圖所示(圖中的H表示生成1 mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù))。根據(jù)上圖回答下列問題：(1) P和Cl2反應(yīng)生成PCl3的熱化學(xué)方程式是_。(2) PCl5分解成PCl3和Cl2的熱化學(xué)方程式是_。(3)P和Cl2分兩步反應(yīng)生成1 mol PCl5的H3_，P和Cl2一步反應(yīng)生成1 mol PCl5的H4_H3(填“大于”、“小于”或“等于”)。解析(1)反應(yīng)產(chǎn)物的總能量減去反應(yīng)物的總能量

11、就等于反應(yīng)熱，結(jié)合圖象可知，PCl3和反應(yīng)物P和Cl2的能量差值為306 kJ，因此該熱化學(xué)反應(yīng)方程式為：P(s)Cl2(g)=PCl3(g)H306 kJ·mol1。(2)根據(jù)圖象可知PCl5和PCl3之間的能量差值為93 kJ，因此PCl5分解成PCl3和Cl2的熱化學(xué)方程式為：PCl5(g)=PCl3(g)Cl2(g)H93 kJ·mol1。(3)根據(jù)蓋斯定律求得：H3399 kJ·mol1，且H3H4，反應(yīng)焓變與反應(yīng)的途徑無關(guān)，只與起始物質(zhì)、終了物質(zhì)有關(guān)。答案(1)Cl2(g)P(s)=PCl3(g)H306 kJ·mol1(2)PCl5(g)=

12、PCl3(g)Cl2(g)H93 kJ·mol1(3)399 kJ·mol1等于變式訓(xùn)練3燃燒熱是指1 mol可燃物充分燃燒生成穩(wěn)定氧化物時放出的熱量。已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃燒熱分別是285.8 kJ·mol1、1 411.0 kJ·mol1和1 366.8 kJ·mol1，則由C2H4(g)和H2O(l)反應(yīng)生成C2H5OH(l)的H為()A44.2 kJ·mol1 B44.2 kJ·mol1C330 kJ·mol1 D330 kJ·mol1答案A解析依據(jù)題意：H2(g)

13、1/2O2(g)=H2O(l)H285.8 kJ·mol1，C2H4(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(l)H1 411.0 kJ·mol1，C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H1 366.8 kJ·mol1，則后兩個方程式相減，便得到C2H4(g)H2O(l)=C2H5OH(l)H44.2 kJ·mol1。變式訓(xùn)練4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)H395.41 kJ·mol1，C(石墨，s)O2(g)=CO2(g)H393.51

14、kJ·mol1，則金剛石轉(zhuǎn)化為石墨時的熱化學(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)。答案C(金剛石，s)=C(石墨，s)H1.90 kJ·mol1石墨解析由蓋斯定律知，要得到金剛石和石墨的轉(zhuǎn)化關(guān)系，可將兩個熱化學(xué)方程式相減即得：C(金剛石，s)=C(石墨，s)H3H1H2395.41 kJ·mol1393.51 kJ·mol11.90 kJ·mol1。即C(金剛石，s)=C(石墨，s)H1.90 kJ

15、83;mol1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。由十字交叉法：Q金剛石395.41石墨393.51QQ可得兩者的物質(zhì)的量之比。1已知：H2(g)F2(g)=2HF(g)H270 kJ·mol1，下列說法正確的是()A2 L氟化氫氣體分解成1 L氫氣與1 L氟氣吸收270 kJ熱量B1 mol氫氣與1 mol氟氣反應(yīng)生成2 mol液態(tài)氟化氫放出的熱量小于270 kJC在相同條件下，1 mol氫氣與1 mol氟氣的能量總和大于2 mol氟化氫氣體的能量D1個氫氣分子與1個氟氣分子反應(yīng)生成2個氟化氫氣體分子放出270 kJ熱量答案C解析A項中用L做單位是錯誤的

16、，因為熱化學(xué)方程式的化學(xué)計量數(shù)表示物質(zhì)的量；B項中放出熱量小于270 kJ是錯誤的，應(yīng)大于270 kJ；D項中說幾個分子間反應(yīng)是錯誤的；C項正確。2以NA代表阿伏加德羅常數(shù)，則關(guān)于熱化學(xué)方程式C2H2(g)O2(g)=2CO2(g)H2O(l)H1 300 kJ·mol1的說法中，正確的是()A當(dāng)有10NA個電子轉(zhuǎn)移時，該反應(yīng)放出1 300 kJ的能量B當(dāng)有1NA個水分子生成且為液體時，吸收1 300 kJ的能量C當(dāng)有2NA個碳氧共用電子對生成時，放出1 300 kJ的能量D當(dāng)有6NA個碳氧共用電子對生成時，放出1 300 kJ的能量答案A解析C2H2(g)O10e2(g)=2CO2

17、(g)H2O(l)H1 300 kJ·mol1，當(dāng)有10 mol e轉(zhuǎn)移時，生成1 mol液態(tài)水和2 mol CO2(O=C=O)，其含8 mol碳氧共用電子對，放出1 300 kJ的能量。3.蓋斯定律指出：化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)(各反應(yīng)物)和終態(tài)(各反應(yīng)產(chǎn)物)有關(guān)，而與具體反應(yīng)進(jìn)行的途徑無關(guān)。物質(zhì)A在一定條件下可發(fā)生一系列轉(zhuǎn)化，由圖判斷下列關(guān)系錯誤的是() A. AFHH6BH1H2H3H4H5H61C. CF|H|H1H2H6|D|H1H2H3|H4H5H6|答案B解析 FA，H=H6，則AF，H=-H6；6個H全部相加，是AA的H，應(yīng)等于零；FC的H=H6+H1+H2，

18、則CF的H=-（H6+H1+H2）；AD的H=H1+H2+H3，DA的H=H4+H5+H6，二者的絕對值相等，符號相反。4灰錫(以粉末狀存在)和白錫是錫的兩種同素異形體。已知：Sn(s，白)2HCl(aq)=SnCl2(aq)H2(g)H1Sn(s，灰)2HCl(aq)=SnCl2(aq)H2(g)H2Sn(s，灰) Sn(s，白) H32.1 kJ·mol1下列說法正確的是()AH1>H2B錫在常溫下以灰錫狀態(tài)存在C灰錫轉(zhuǎn)化為白錫的反應(yīng)是放熱反應(yīng)D錫制器皿長期處在低于13.2的環(huán)境中，會自行毀壞答案D解析由知Sn(灰)轉(zhuǎn)化為Sn(白)是吸熱的，當(dāng)溫度低于13.2時，Sn(白)

19、自動轉(zhuǎn)化為Sn(灰)，所以A、B、C都錯，只能選D。5在298 K、100 kPa時，已知：2H2O(g)=O2(g)2H2(g)H1Cl2(g)H2(g)=2HCl(g) H22Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g) H3則H3與H1和H2間的關(guān)系正確的是()AH3H12H2BH3H1H2CH3H12H2DH3H1H2答案A解析令2H2O(g)=O2(g)2H2(g)H1Cl2(g)H2(g)=2HCl(g)H22Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g)H3根據(jù)蓋斯定律，將反應(yīng)反應(yīng)×2即可求得反應(yīng)，因此有H3H12H2，故A項正確。6已知298 K、100

20、 kPa條件下：4Al(s)3O2(g)=2Al2O3(s)H2 834.9 kJ·mol14Al(s)2O3(g)=2Al2O3(s)H3 119.1 kJ·mol1由此得出的正確結(jié)論是()A等質(zhì)量的O2比O3能量低，由O2變O3為吸熱反應(yīng)B等質(zhì)量的O2比O3能量低，由O2變O3為放熱反應(yīng)CO3比O2穩(wěn)定，由O2變O3為吸熱反應(yīng)DO2比O3穩(wěn)定，由O2變O3為放熱反應(yīng)答案A解析據(jù)蓋斯定律，得：3O2(g)=2O3(g)H284.2 kJ·mol1即等質(zhì)量的O2比O3能量低，O2比O3穩(wěn)定，O2變成O3為吸熱反應(yīng)。7已知熱化學(xué)方程式：2H2O(l)=2H2(g)O

21、2(g)H571.6 kJ·mol12H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJ·mol1當(dāng)1 g液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水時，對其熱量變化的下列描述：放出；吸收；2.44 kJ；4.88 kJ；88 kJ。其中正確的是()A和 B和 C和 D和答案D解析由蓋斯定律，將熱化學(xué)方程式(1)÷2(2)÷2得熱化學(xué)方程式：H2O(l)=H2O(g)H44 kJ·mol1故此轉(zhuǎn)化吸收熱量，據(jù)方程式計算可知，1 g液態(tài)水變?yōu)闅鈶B(tài)水時，吸收2.44 kJ的熱量。8已知：H2O(g)=H2O(l)HQ1 kJ·mol1C2H5OH(g)=C2H5

22、OH(l)HQ2 kJ·mol1C2H5OH(g)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(g)HQ3 kJ·mol1若使46 g酒精液體完全燃燒，最后恢復(fù)到室溫，則放出的熱量為()A(Q1Q2Q3) kJB0.5(QQ2Q3) kJC(0.5Q11.5Q20.5Q3) kJD(3Q1Q2Q3) kJ答案D解析由蓋斯定律和題意可得，乙醇燃燒的熱化學(xué)方程式：C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H(3Q1Q2Q3) kJ·mol1。9在298 K、1.00×105 Pa下，將22 g CO2通入750 mL 1 mol·L1的N

23、aOH 溶液中充分反應(yīng)，測得反應(yīng)放出x kJ的熱量。已知在該條件下，1 mol CO2通入1 L 2 mol·L1的NaOH溶液中充分反應(yīng)放出y kJ的熱量，則CO2與NaOH溶液反應(yīng)生成NaHCO3的熱化學(xué)方程式正確的是()ACO2(g)NaOH(aq)=NaHCO3(aq)H(2yx) kJ·mol1BCO2(g)NaOH(aq)=NaHCO3(aq)H(2xy) kJ·mol1CCO2(g)NaOH(aq)=NaHCO3(aq)H(4xy) kJ·mol1D2CO2(g)2NaOH(l)=2NaHCO3(l)H(8x2y) kJ·mol1

24、答案C解析0.5 mol CO2與0.75 mol NaOH反應(yīng)生成0.25 mol Na2CO3和0.25 mol NaHCO3，反應(yīng)所放出的熱量為x kJ，則生成1 mol Na2CO3和1 mol NaHCO3放出熱量4x kJ；1 mol CO2通入含2 mol NaOH的溶液中，生成1 mol Na2CO3，放出y kJ的熱量，則1 mol CO2與含1 mol NaOH的溶液反應(yīng)生成1 mol NaHCO3放出的熱量為(4xy) kJ，A項、B項均錯；D項中NaOH和NaHCO3的狀態(tài)標(biāo)注錯誤；只有C項正確。10(1)將氧化鐵還原為鐵的技術(shù)在人類文明的進(jìn)步中占有十分重要的地位。煉鐵

25、高爐中發(fā)生的關(guān)鍵反應(yīng)如下：C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJ·mol1CO2(g)C(s)=2CO(g)H172.46 kJ·mol1Fe2O3COFeCO2已知：2Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)H824.21 kJ·mol1，寫出高爐內(nèi)Fe2O3被CO還原為Fe的熱化學(xué)方程式_。(3) 煉制1 t(噸)含鐵96%的生鐵所需焦炭的理論用量是_t，實際生產(chǎn)中所需焦炭遠(yuǎn)高于理論用量，其原因是_。答案(1)Fe2O3(s)3CO(g)=2Fe(s)3CO2(g)H24.73 kJ·mol1(2)0.31焦炭沒有被充分利用(或其他合理說法

26、也正確)解析(1)C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJ·mol1CO2(g)C(s)=2CO(g)H172.46 kJ·mol12Fe(s)O2(g)=Fe2O3(s)H824.21 kJ·mol1Fe2O3被CO還原為Fe的化學(xué)方程式為：Fe2O33CO=2Fe3CO2，可通過××得到。(2)根據(jù)化學(xué)方程式計算焦炭的理論用量。11按要求對下列兩題進(jìn)行填空。(1)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出印刷電路板金屬粉末中的銅。已知：Cu(s)2H(aq)=Cu2(aq)H2(g)H164.39 kJ·mol12H2O2(l)=2H2O(l)O2(g)