高三化學一輪復習 反應熱的計算新題型之標準摩爾生成焓 講義

課題：反應熱的計算之標準摩爾生成焓【新題型】組編：高三化學組長霍老師校對：高三化學組課題：反應熱的計算之標準摩爾生成焓【新題型】組編：高三化學組長霍老師校對：高三化學組姓名班級學號化學學案總第（22）課時高三年級最近在許多模擬題和名校聯(lián)考題中在化學反應原理的大題中出現(xiàn)了一個新名詞標準摩爾生成焓，大家很陌生，現(xiàn)在為大家講解一下標準摩爾生成焓的概念和如何通過它計算ΔH，我們通過這篇學案把包括標準摩爾生成焓在內的所有關于反應熱的計算講解一遍。1．根據(jù)熱化學方程式計算熱化學方程式中反應熱數(shù)值與各物質的化學計量數(shù)成正比。例如，aA(g)＋bB(g)=cC(g)＋dD(g)ΔHabcd|ΔH|n(A)n(B)n(C)n(D)Q則eq\f(nA,a)＝eq\f(nB,b)＝eq\f(nC,c)＝eq\f(nD,d)＝eq\f(Q,|ΔH|)。例1.已知由氫氣和氧氣反應生成4.5g水蒸氣時放出60.45kJ的熱量。(1)寫出H2燃燒的熱化學方程式。(2)計算該條件下50gH2燃燒放出的熱量?！窘馕觥?1)已知生成4.5g水蒸氣(0.25mol)放出60.45kJ的熱量2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH2mol1mol2mol|ΔH|0.25mol60.45kJ則eq\f(2,0.25)＝eq\f(|ΔH|,60.45)，|ΔH|＝483.6kJ·mol－1，由于反應放熱，所以ΔH＝－483.6kJ·mol－1，故熱化學方程式：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1。(2)50gH2的物質的量為eq\f(50g,2g·mol－1)＝25mol，50gH2放出熱量為25mol×eq\f(483.6,2)kJ·mol－1＝6045kJ?！敬鸢浮?1)2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1(2)6045kJ2．根據(jù)反應物、生成物的鍵能計算ΔH＝E(反應物的鍵能總和)－E(生成物的鍵能總和)。例2.根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)計算CH4(g)＋4F2(g)=CF4(g)＋4HF(g)的反應熱ΔH＝_____________?；瘜W鍵C—HC—FH—FF—F鍵能/(kJ·mol－1)414489565155【解析】mol－1＝－1940kJ·mol－1?！敬鸢浮浚?940kJ·mol－13．根據(jù)物質的燃燒熱數(shù)值計算Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH|(燃燒熱)。例3.已知丙烷的燃燒熱ΔH＝－2215kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃燒后生成1.8g水，則放出的熱量約為()A．55kJB．220kJC．550kJD．1108kJ【答案】A【解析】丙烷分子式是C3H8，燃燒熱為2215kJ·mol－1，則1mol丙烷完全燃燒會產(chǎn)生4mol水，放熱2215kJ，1.8g水的物質的量為0.1mol，則消耗丙烷的物質的量為0.025mol，所以反應放出的熱量為0.025mol×2215kJ·mol－1＝55.375kJ，則放出的熱量約為55kJ。4.根據(jù)標準摩爾生成焓來計算標準摩爾生成焓（Standardmolarenthalpyofformation，簡稱ΔH?）是熱化學中的一個重要概念，它表示在一定溫度和壓力下，由最穩(wěn)定的單質生成1摩爾純物質時的熱效應或焓變。這個概念在化學計量、化學反應熱效應的計算以及熱力學數(shù)據(jù)的分析中有著廣泛的應用。標準摩爾生成焓的定義強調了幾個關鍵點：它是在標準狀態(tài)下（通常指的是壓力為100kPa，溫度為298.15K）測定的。涉及的反應物是最穩(wěn)定的單質，而生成的是1摩爾的化合物。最穩(wěn)定單質的標準摩爾生成焓規(guī)定為零。在實際應用中，標準摩爾生成焓的數(shù)據(jù)可以從物理化學手冊中獲得，這些數(shù)據(jù)對于計算化學反應的平衡常數(shù)、反應方向以及反應熱效應等方面至關重要。例如，通過知道反應物和生成物的標準摩爾生成焓，可以計算出化學反應的標準摩爾焓變，進而分析反應的熱效應是吸熱還是放熱，以及反應的熱效應大小。①ΔH=生成物的標準摩爾生成焓—反應物的標準摩爾生成焓生成焓①ΔH=生成物的標準摩爾生成焓—反應物的標準摩爾生成焓生成焓②最穩(wěn)定單質的標準摩爾生成焓規(guī)定為零簡單來說例4：將和兩種氣體轉化為合成氣(和CO)，可以實現(xiàn)能量綜合利用，對環(huán)境保護具有十分重要的意義。甲烷及二氧化碳重整涉及以下反應：I．平衡常數(shù)Ⅱ．平衡常數(shù)Ⅲ．平衡常數(shù)(1)為標準摩爾生成焓，其定義為標準狀態(tài)下，由穩(wěn)定相態(tài)的單質生成1mol該物質的焓變。對于穩(wěn)定相態(tài)單質，其為零。根據(jù)下表數(shù)據(jù)，計算反應Ⅱ的反應熱___________，該反應正反應活化能___________逆反應活化能(填“大于”、“小于”或“等于”)。物質CO()解析：（1）(CO2)+()-(CO)-()=[+0-()]=；該反應為放熱反應，則正反應活化能小于逆反應活化能。即ΔH=生成物的標準摩爾生成焓—反應物的標準摩爾生成焓，反應Ⅱ的生成物的標準摩爾生成焓為(CO2)+()=+0=，反應物的標準摩爾生成焓為(CO)-()==—352.3，ΔH=生成物的標準摩爾生成焓—反應物的標準摩爾生成焓=—（—352.3）=。5.根據(jù)活化能計算圖甲表示的是NO2和CO反應生成CO2和NO過程中能量變化示意圖，請寫出NO2和CO反應的熱化學方程式：NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)ΔH＝－234kJ·mol－1??H＝Ea正－Ea逆6．根據(jù)蓋斯定律計算將兩個或兩個以上的熱化學方程式包括其ΔH相加或相減，得到一個新的熱化學方程式及其ΔH。例5.CH4—CO2催化重整反應為CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)。已知：C(s)＋2H2(g)=CH4(g)ΔH＝－75kJ·mol－1C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－394kJ·mol－1C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－111kJ·mol－1該催化重整反應的ΔH＝________kJ·mol－1?！窘馕觥繉㈩}給三個反應依次編號為①②③：C(s)＋2H2(g)=CH4(g)ΔH＝－75kJ·mol－1①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－394kJ·mol－1②C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－111kJ·mol－1③根據(jù)蓋斯定律，由③×2－①－②可得CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247kJ·mol－1?！敬鸢浮浚?47(1)利用蓋斯定律解題時注意熱化學方程式中各物質的聚集狀態(tài)。(2)運用蓋斯定律求化學反應的反應熱時，常將多個反應變式加(減)，變式時常涉及熱化學方程式化學計量數(shù)的擴大或縮小，易忽視ΔH數(shù)值作同等倍數(shù)的改變。另外，ΔH帶“＋”“－”號進行加(減)。相信大家已經(jīng)掌握了這種題型，且已學會了怎樣計算，下面讓我們來練習一下1．【根據(jù)熱化學方程式計算】下列說法或表示方法正確的是A．等物質的量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，后者放出的熱量多B．由

可知，金剛石比石墨穩(wěn)定C．在101kPa時，2g完全燃燒生成液態(tài)水，放出285.8kJ熱量，則表示氫氣摩爾燃燒焓的熱化學方程式為D．在稀溶液中，，若將含0.5mol的濃硫酸與含1molNaOH的溶液混合，放出的熱量大于57.3kJ【答案】D【解析】A．S(s)=S(g)△H>0，因此前者放出熱量多，故A錯誤；B．此反應是吸熱反應，石墨的能量低于金剛石，能量越低，物質越穩(wěn)定，因此石墨穩(wěn)定，故B錯誤；C．燃燒熱是1mol可燃物完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物所放出的熱量，反應熱應是△H=－285.8×2kJ·mol－1=－571.6kJ·mol－1，故C錯誤。D．濃硫酸遇水放出熱量，因此和NaOH反應產(chǎn)生的熱效應大于57.3kJ，故D正確；故選：D?！靖鶕?jù)反應物、生成物的鍵能計算】已知：化學鍵C—HC—CC==CH—H鍵能/(kJ·mol－1)412348612436則＋H2(g)ΔH＝________；又知H2和苯乙烯的燃燒熱ΔH分別為－290kJ·mol－1和－4400kJ·mol－1，則乙苯的燃燒熱ΔH＝________kJ·mol－1。【解析】反應熱＝反應物總鍵能－生成物總鍵能，由有機物的結構可知，乙苯催化脫氫反應的反應熱等于—CH2CH3的總鍵能與—CH===CH2、H2的總鍵能之差，故乙苯催化脫氫反應的ΔH＝(5×412＋348－3×412－612－436)kJ·mol－1＝＋124kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，乙苯的燃燒熱ΔH＝－290kJ·mol－1＋(－4400kJ·mol－1)＋(＋124kJ·mol－1)＝－4566kJ·mol－1。3．【根據(jù)物質的燃燒熱數(shù)值計算】中科院大連化學物理研究所的一項最新成果實現(xiàn)了甲烷高效生產(chǎn)乙烯，甲烷在催化作用下脫氫，在氣相中經(jīng)自由基偶聯(lián)反應生成乙烯，如圖所示。物質燃燒熱/(kJ·mol－1)氫氣285.8甲烷890.3乙烯1411.0已知相關物質的燃燒熱如上表，寫出甲烷制備乙烯的熱化學方程式________________________?！敬鸢浮?1)2CH4(g)==C2H4(g)＋2H2(g)ΔH＝＋202.0kJ·mol－1[或CH4(g)==eq\f(1,2)C2H4(g)＋H2(g)ΔH＝＋101.0kJ·mol－1]【解析】(1)根據(jù)H2、CH4和C2H4的燃燒熱數(shù)據(jù)可寫出熱化學方程式：①H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1，②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.3kJ·mol－1，③C2H4(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－1411.0kJ·mol－1，根據(jù)蓋斯定律，由②×2－③－①×2得2CH4(g)==C2H4(g)＋2H2(g)ΔH＝＋202.0kJ·mol－1。4.【根據(jù)標準摩爾生成焓來計算】乙酸乙酯在工業(yè)上有著廣泛的用途?？茖W家以乙烯、乙酸為原料，雜多酸作催化劑制備乙酸乙酯，反應原理為?；卮鹣铝袉栴}：(1)在熱力學標態(tài)下由指定單質(大多是穩(wěn)定單質)生成1mol物質的反應焓變，稱為該物質的標準摩爾生成焓()。。相關物質的標準摩爾生成焓數(shù)據(jù)如表所示。物質/(kJ·mol)+52.3-436.4-463.2以乙烯(g)、乙酸(g)為原料制備乙酸乙酯(1)的反應的熱化學方程式為___________?！驹斀狻浚?）標準摩爾生成焓是由指定單質生成1mol該物質的反應焓變，所以一個反應的焓變=生成物的標準摩爾生成焓-反應物的標準摩爾生成焓；kJ?mol?1；【答案】(1)

kJ·mol5.【根據(jù)活化能計算】[2019·課標全國Ⅰ，28（3）]我國學者結合實驗與計算機模擬結果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程，如圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用*標注。可知水煤氣變換的ΔH______0(填“大于”“等于”或“小于”)。該歷程中最大能壘(活化能)E正＝_____eV，寫出該步驟的化學方程式________________________________?！敬鸢浮啃∮?.02COOH*＋H*＋H2O*=COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*=H*＋OH*)【解析】觀察起始態(tài)物質的相對能量與終態(tài)物質的相對能量知，終態(tài)物質相對能量低于始態(tài)物質相對能量，說明該反應是放熱反應，ΔH小于0。過渡態(tài)物質相對能量與起始態(tài)物質相對能量相差越大，活化能越大，由題圖知，最大活化能E正＝1.86eV－(－0.16eV)＝2.02eV，該步起始物質為COOH*＋H*＋H2O*，產(chǎn)物為COOH*＋2H*＋OH*。6．【根據(jù)蓋斯定律計算】[2017新課標Ⅰ]近期發(fā)現(xiàn)，H2S是繼NO、CO之后的第三個生命體系氣體信號分子，它具有參與調節(jié)神經(jīng)信號傳遞、舒張血管減輕高血壓的功能?；卮鹣铝袉栴}：（2）下圖是通過熱化學循環(huán)在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應系統(tǒng)原理。通過計算，可知系統(tǒng)（Ⅰ）和系統(tǒng)（Ⅱ）制氫的熱化學方程式分別為________________、______________，制得等量H2所需能量較少的是_____________?！敬鸢浮浚?）H2O(l)===H2(g)+O2(g)ΔH=+286kJ/molH2S(g)===H2(g)+S(s)ΔH=+20kJ/mol 系統(tǒng)（II）【解析】（2）①H2SO4(aq)===SO2(g)+H2O(l)+O2(g)△H1=＋327kJ/mol②SO2(g)+I2(s)+2H2O(l)===2HI(aq)+H2SO4(aq)△H2=－151kJ/mol③2HI(aq)===H2(g)+I