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知识讲解


高考总复习

热化学方程式和反应热的计算
责编:张灿丽

编稿:房鑫

【考试目标】 1.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。 2.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。 【考点梳理】 要点一、热化学方程式 1.定义:表示参加反应物质的量与反应热关系的化学方程式,叫做热化学方程式

。 要点诠释:热化学方程式既体现化学反应的物质变化,同时又体现反应的能量变化,还体现 了参加反应的反应物的物质的量与反应热关系。如: H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g) ;ΔH1=-241.8kJ/mol 2H2(g)+ O2(g)=2H2O(g);ΔH2=-483.6kJ/mol H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ;ΔH3=-285.8kJ/mol 2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l);ΔH4=-571.6kJ/mol 2.书写热化学方程式的注意事项: (1)需注明反应的温度和压强; 因反应的温度和压强不同时, 其△H 不同。 不注明的指 101kPa 和 25℃时的数据。 (2) 要注明反应物和生成物的状态(不同状态,物质中贮存的能量不同) 。 如:H2 (g)+ H2 (g)+

1 O2 (g)==H2O (g) 2

Δ H=-241.8 kJ/mol

1 O2 (g)==H2O (1) 2

Δ H=-285.8 kJ/mol

(3)热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数,表示物质的量,它可以是整数也 可以是分数。对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其Δ H 成比例变化。 如:H2 (g)+Cl2 (g)==2HCl (g) Δ H=-184.6 kJ/mol

1 1 H2 (g)+ Cl2 (g)==HCl (g) 2 2

Δ H=-92.3 kJ/mol

(4)△H 的单位 kJ/mol,表示每 mol 反应所吸放热量,△H 和相应的计量数要对应。 (5)比较△H 大小时要带着“﹢” 、 “﹣”进行比较。 (6)表示反应已完成的热量,可逆反应 N2(g) +3H2(g) 2NH3 (g);△H=- 92.4kJ/mol,是

指当 1molN2(g)和 3molH2(g)完全反应, 生成 2 mol NH3(g)时放出的热量 92.4kJ; 2 mol NH3(g) 分解生成 1molN2(g)和 3molH2(g)时吸收热量 92.4kJ,即逆反应的△H=+92.4kJ/mol。 3.热化学方程式与化学方程式的比较: 化学方程式 热化学方程式

1

相似点 不 同 点 书 含

都能表明化学反应的物质变化,都遵循质量守恒定律。

只表示化学反应的物质变化。 义

重点表示化学反应的能量变化。

用化学式表示,遵循质量守恒, 除了化学方程式的一般要求外,还有如下特点: 各物质的计量数只能是整数,要 要标出物质状态;非常温常压条件要标出;计量 写 标出反应条件。 要点二、盖斯定律和反应热的计算。 1.盖斯定律的定义 不管化学反应是一步完成或分几步完成, 其反应热是相同的。 即化学反应的反应热与反 应途径无关,只与反应体系的始态和终态有关。 2.反应热的计算 (1) .根据反应物和生成物的总能量计算 △H=生成物的总能量-反应物的总能量 (2) .根据键能计算 Δ H=反应物键能总和―生成物键能总和 (3) .利用热化学方程式进行相关量的求解 先写出热化学方程式,再根据热化学方程式所体现的物质之间、物质与反应热之间的 关系直接求算物质的量或反应热。 (4) .利用盖斯定律求反应热 适当加减已知的热化学方程式,得出待求的热化学方程式,反应热也要进行相应的加 减运算,从而得出待求热化学方程式的反应热。 【典型例题】 类型一:热化学方程式的意义及书写 例 1、 火箭推进器中盛有强还原剂液态肼(N2H4)和强氧化剂液态双氧水. 当它们混合反应时, 即产生大量氮气和水蒸气,并放出大量热.已知 0.4 mol 液态肼与足量液态双氧水反应,生 成氮气和水蒸气,放出 256.652 kJ 的热量. (1)反应的热化学方程式为____________________. (2)又已知 H2O(l)===H2O(g) ΔH=+44 kJ/mol,由 16 g 液态肼与液态双氧水反应生成 液态水时放出的热量是________kJ. (3)此反应用于火箭推进,除释放大量热和快速产生大量气体外,还有一个很大的优点 是________________. 【答案】(1)N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g);ΔH=-641.63 kJ/mol (2)408.815 数既可以是整数也可以是分数;要写出△H。

2

(3)产物不会造成环境污染 【解析】(1)首先根据得失电子守恒即可配平该氧化还原反应为 N2H4+2H2O2===N2↑+ 4H2O,因此 1 mol N2H4(l)完全反应放出热量是: 化学方程式为 N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g) ΔH=-641.63 kJ/mol。 (2) 利用盖斯定律得: N2H4(l) + 2H2O2(l)===N2(g) + 4H2O(l) , 因 此 反 应 热 ΔH = - 641.63 kJ/mol - ( + 44 kJ/mol)× 4=-817.63 kJ/mol。所以 16 g(即 0.5 mol) N2H4(l)与液态 H2O2 反应生成液态 H2O 放出热量为 817.63 kJ/mol× 0.5 mol=408.815 kJ。 (3)因产物为 N2 和 H2O,故不会造成环境污染。 【总结升华】书写热化学方程式,要注意各物质的状态、ΔH 的正负及单位。 举一反三: 【变式 1】 已知充分燃烧 a g 乙炔气体时生成 1 mol 二氧化碳气体和液态水, 并放出热量 b kJ, 则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是( ) ― A.2C2H2 (g)+5O2 (g)==4CO2 (g)+2H2O (l);Δ H=―2b kJ·mol 1 B.C2H2 (g)+ ,因此热

5 ― O2 (g)==2CO2 (g)+H2O (l);Δ H=2b kJ·mol 1 2
―1

C.2C2H2 (g)+5O2 (g)==4CO2 (g)+2H2O (l);Δ H=―4b kJ·mol ― D.2C2H2 (g)+5O2 (g)==4CO2 (g)+2H2O (l);Δ H=+b kJ·mol 1 【答案】C

【变式 2】 在 25℃、 101 kPa 下, 1 g C8H18 (辛烷) 燃烧生成二氧化碳和液态水时, 放出 48.40 kJ 的热量,表示上述反应的热化学方程式正确的是( )

25 ― O2 (g)==8CO2 (g)+9H2O (g);Δ H=―48.40 kJ·mol 1 2 25 ― B.C8H18 (l)+ O2 (g)==8CO2 (g)+9H2O (l);Δ H=―5517.60 kJ·mol 1 2 25 ― C.C8H18 (l)+ O2 (g)==8CO2 (g)+9H2O (l);Δ H=+5517.60 kJ·mol 1 2
A.C8H18 (l)+ D.2C8H18 (l)+25O2 (g)==16CO2 (g)+18H2O (l);Δ H=―96.80 kJ·mol 【答案】B 【解析】1 g 辛烷的物质的量为
―1

1 mol,则 1 mol C8H18 完全燃烧放出的热量为 48.40 114

×114=5517.60 kJ,注意燃烧是放热反应,Δ H<0,并注意各物质的聚集状态。 类型二:有关反应热的计算 例 2、SF6 是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在 S-F 键。已知:1molS(s)转化为气态硫 原子吸收能量 280kJ,断裂 1molF-F 、S-F 键需吸收的能量分别为 160kJ、330kJ。则 S(s)+ 3F2(g)=SF6(g)的反应热△H 为 A. -1780kJ/mol C.-450 kJ/mol B. -1220 kJ/mol D. +430 kJ/mol
3

【答案】B 【解析】 由题意的 1mol S(s)和 3molF2(g)形成 S 原子和 F 原子共需要吸收能量是 280kJ+3 ×160kJ=760 kJ。而生成 1mol SF6(g)时需形成 6molS-F 键,共放出 6×330kJ=1980 kJ,因 此该反应共放出的热量为 1980 kJ - 760 kJ = 1220kJ, 所以该反应的反应热 △H =- 1220 kJ/mol,选项 B 正确。 【总结升华】本题考查反应热的有关计算。在化学反应中断键需要吸热,而形成新的化 学键需要放热。 举一反三: 【变式 1】在反应 H2+Cl2=2HCl 中,已知 H-H 键能为 436kJ,Cl-Cl 键能为 247kJ, H-Cl 键能为 431kJ,判断该反应是( ) A. 吸热反应 B. 放热反应 C. 吸收 179kJ 热量 D.放出 179kJ 热量 【答案】BD 【变式 2】氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰,在反应中,破坏 1molH-H 键消耗的能量为 Q1kJ, 破坏 1molO = O 键消耗的能量为 Q2kJ, 形成 1molH-O 键释放的能量为 Q3kJ。 下列关系式中正确的是( ) A. 2Q1 + Q2 > 4Q3 C. Q1 + Q2 < Q 3 【答案】B 例 3、已知 1 g 氢气在氧气中完全燃烧,生成气态水放出 120.9kJ 的热量,试计算 1000L 标 准状况下的氢气完全燃烧所放出的热量。 【答案】1000L 标准状况下的氢气完全燃烧所放出的热量为 1.08×104 kJ 【解析】设氢气燃烧的热化学反应的反应热 △H=-Q kJ/ mol H2 (g) + 2g 1g B. 2Q1 + Q2 < 4Q3 D. Q1 + Q2 = Q3

1 O2 (g) 2

H2O (g)

△H = -Q kJ/ mol Q kJ 120.9 kJ

Q = 241.8 △H = -241.8 kJ/ mol 又设 1000L 标准状况下的氢气完全燃烧所放出的热量为 Q1 H2 (g) + 22.4 L 1000 L

1 O2 (g) 2

H2O (g)

△H = -241.8 kJ/ mol 241.8kJ Q1

4

Q1

= 1.08×104 kJ

举一反三: 【变式 1】 .葡萄糖是人体所需能量的重要来源之一。 葡萄糖燃烧的热化学方程式为: C6H12O6(s) +6O2(g)= 6CO2(g)+6H2O(l) ;Δ H=-2 800 kJ/mol。葡萄糖在人体组织中氧化的热化学方 程式与它燃烧的热化学方程式相同。计算 100g 葡萄糖在人体中完全氧化时所产生的热量。 【答案】1556kJ 【解析】根据题意,葡萄糖的燃烧热为 2800kJ/mol。 100 g 葡 萄 糖 的 物 质 的 量 为 : n(C6H12O6)= m(C6H12O6 )/M(C6H12O6 ) =100g/180g· mol-1=0.556mol。 1mol C6H12O6 完全燃烧放出 2 800 kJ 的热量, 0.556 mol C6H12O6 完全燃烧放出的热量为:0.5556 mol×2800 kJ/mol=1556kJ。 类型三:盖斯定律的应用 例 4、已知:2Zn(s)+O2(g)=2ZnO(s) ;△H1=-701.0kJ·mol-1 2Hg(l)+O2(g)=2HgO(s) ;△H2=-181.6kJ·mol-1 则反应 Zn(s)+ HgO(s)=ZnO(s)+ Hg(l)的△H 为 A. +519.4kJ·mol-1 C. -259.7 kJ·mol-1 【答案】C 【解析】反应的焓值由盖斯定律直接求出。即△H =(△H1-△H2)/2=-259.7 kJ·mol-1。 【总结升华】本题考查盖斯定律。题中两负数相减易出错,此外系数除以 2 时,焓值也 要除 2。 举一反三: 【变式 1】已知下列反应的热化学方程式为 : (1)C(s)+O2(g)===CO2(g);ΔH1=-393.5 kJ/mol (2)CH3COOH(l)+2O2(g) →2CO2(g)+2H2O(l);ΔH2=-870.3 kJ/mol (3)H2(g)+ B. +259.7 kJ·mol-1 D. -519.4kJ·mol-1

1 O2(g)===H2O(l);ΔH3=-285.8 kJ/mol 2
( )

则 2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)的反应热(焓变)为 A.488.3 kJ/mol C.-244.15kJ/mol 【答案】B 【解析】据盖斯定律知(1)× 2+(3)× 2-(2)即得 2C(s)+2H2(g)+O2(g)===CH3COOH(l)
5

B.-488.3 kJ/mol D.244.15kJ/mol

ΔH=(-393.5 kJ/mol)× 2+(-285.8 kJ/mol)× 2-(-870.3 kJ/mol) =-488.3 kJ/mol 【变式 2】已知:①C (s)+O2 (g)==CO2 (g) ;Δ H1=-437.3 kJ·mol
-1

1 - O2 (g)==H2O (g);Δ H2=-285.8 kJ·mol 1 2 1 - ③CO (g)+ O2 (g)==CO2 (g) ;Δ H3=-283.0 kJ·mol 1 2
②H2 (g)+ 则煤的气化主要反应的热化学方程式是________________。 - 【答案】C (s)+H2O (g)==CO (g)+H2 (g);Δ H=+131.5 kJ·mol 1 【解析】 ①式—②式—③式得到煤的气化主要反应方程式 C (s)+H2O (g)==CO (g)+H2 (g) 则:Δ H=Δ H1-Δ H2-Δ H3 - - - =-437.3 kJ·mol 1-(-285.8 kJ·mol 1)-(-283.0 kJ·mol 1) - =+131.5 kJ·mol 1

6


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