高二化学人教版选修4课后作业第一章 第三节 化学反应热的计算.docx
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高二化学人教版选修4课后作业第一章第三节化学反应热的计算
第三节 化学反应热的计算
[目标要求] 1.理解盖斯定律的意义。
2.能用盖斯定律和热化学方程式进行有关反应热的简单计算。
一、盖斯定律
1.含义
(1)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。
(2)化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。
例如,
ΔH1、ΔH2、ΔH3之间有如下的关系:
ΔH1=ΔH2+ΔH3。
2.意义
利用盖斯定律,可以间接地计算一些难以测定的反应热。
例如:
C(s)+
O2(g)===CO(g)
上述反应在O2供应充分时,可燃烧生成CO2;O2供应不充分时,虽可生成CO,但同时还部分生成CO2。
因此该反应的ΔH不易测定,但是下述两个反应的ΔH却可以直接测得:
(1)C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH1=-393.5kJ·mol-1
(2)CO(g)+
O2(g)===CO2(g)
ΔH2=-283.0kJ·mol-1
根据盖斯定律,就可以计算出欲求反应的ΔH。
分析上述两个反应的关系,即知:
ΔH=ΔH1-ΔH2。
则C(s)与O2(g)生成CO(g)的热化学方程式为C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1。
二、反应热的计算
1.根据热化学方程式进行物质和反应热之间的求算
例1 由氢气和氧气反应生成4.5g水蒸气放出60.45kJ的热量,则反应:
2H2(g)+
O2(g)===2H2O(g)的ΔH为( )
A.-483.6kJ·mol-1B.-241.8kJ·mol-1
C.-120.6kJ·mol-1D.+241.8kJ·mol-1
解析 已知4.5g水蒸气生成时放热60.45kJ,要求方程式中生成2molH2O(g)的ΔH,
比例关系:
=
解得Q=483.6kJ,故ΔH=-483.6kJ·mol-1。
答案 A
2.利用燃烧热数据,求算燃烧反应中的其它物理量
例2 甲烷的燃烧热ΔH=-890.3kJ·mol-1
1kgCH4在25℃,101kPa时充分燃烧生成液态水放出的热量约为( )
A.-5.56×104kJ·mol-1B.5.56×104kJ·mol-1
C.5.56×104kJD.-5.56×104kJ
解析 16gCH4燃烧放出890.3kJ热量,1kgCH4燃烧放出的热量为
×1000g=55643.75kJ≈5.56×104kJ。
答案 C
3.利用盖斯定律的计算
例3 已知下列热化学方程式:
①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)
ΔH1=-26.7kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g)
ΔH2=-50.75kJ·mol-1
③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)
ΔH3=-36.5kJ·mol-1
则反应FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g)的焓变为( )
A.+7.28kJ·mol-1B.-7.28kJ·mol-1
C.+43.68kJ·mol-1D.-43.68kJ·mol-1
解析 根据盖斯定律,首先考虑目标反应与三个已知反应的关系,三个反应中,FeO、CO、Fe、CO2是要保留的,而与这四种物质无关的Fe2O3、Fe3O4要通过方程式的叠加处理予以消去:
因此将①×3-②-③×2得到:
6FeO(s)+6CO(g)=6Fe(s)+6CO2(g)
ΔH=+43.65kJ·mol-1
化简:
FeO(s)+CO(g)=Fe(s)+CO2(g)
ΔH=+7.28kJ·mol-1
答案 A
知识点一 盖斯定律及应用
1.运用盖斯定律解答问题
通常有两种方法:
其一,虚拟路径法:
如C(s)+O2(g)===CO2(g),
可设置如下:
ΔH1=ΔH2+ΔH3
其二:
加合(或叠加)法:
即运用所给方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。
如:
求P4(白磷)===4P(红磷)的热化学方程式。
已知:
P4(s,白磷)+5O2(g)===P4O10(s) ΔH1①
4P(s,红磷)+5O2(g)===P4O10(s) ΔH2②
即可用①-②得出白磷转化为红磷的热化学方程式。
答案 P4(白磷)===4P(红磷) ΔH=ΔH1-ΔH2
2.已知:
H2O(g)===H2O(l) ΔH=Q1kJ·mol-1
C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH=Q2kJ·mol-1
C2H5OH(g)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)
ΔH=Q3kJ·mol-1
若使46g酒精液体完全燃烧,最后恢复到室温,则放出的热量为( )
A.(Q1+Q2+Q3)KjB.0.5(Q1+Q2+Q3)kJ
C.(0.5Q1-1.5Q2+0.5Q3)kJD.(3Q1-Q2+Q3)kJ
答案 D
解析 46g酒精即1molC2H5OH(l)
根据题意写出目标反应
C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l) ΔH
然后确定题中各反应与目标反应的关系
则ΔH=(Q3-Q2+3Q1)kJ·mol-1
知识点二 反应热的计算
3.已知葡萄糖的燃烧热是ΔH=-2840kJ·mol-1,当它氧化生成1g液态水时放出的热量是( )
A.26.0kJ B.51.9kJC.155.8kJ D.467.3kJ
答案 A
解析 葡萄糖燃烧的热化学方程式是
C6H12O6(s)+6O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l)
ΔH=-2840kJ·mol-1
据此建立关系式 6H2O ~ ΔH
6×18g2840kJ
1gxkJ
解得x=
=26.3kJ,A选项符合题意。
4.已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6kJ·mol-1
CO(g)+
O2(g)===CO2(g)
ΔH=-282.8kJ·mol-1
现有CO、H2、CO2组成的混合气体67.2L(标准状况),经完全燃烧后放出的总热量为710.0kJ,并生成18g液态水,则燃烧前混合气体中CO的体积分数为( )
A.80%B.50%C.60%D.20%
答案 B
解析 根据生成18g液态H2O知混合气体中含1molH2,该反应产生的热量为
kJ=
285.8kJ。
CO燃烧放出的热量为710.0kJ-285.8kJ=424.2kJ,则CO的物质的量为n(CO)=
=1.5mol,V(CO)%=
×100%=50%。
练基础落实
1.已知:
(1)Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s)
ΔH=-348.3kJ·mol-1
(2)2Ag(s)+1/2O2(g)===Ag2O(s)
ΔH=-31.0kJ·mol-1
则Zn(s)+Ag2O(s)===ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH等于( )
A.-317.3kJ·mol-1B.-379.3kJ·mol-1
C.-332.8kJ·mol-1D.+317.3kJ·mol-1
答案 A
解析 ΔH=ΔH1-ΔH2=-348.3kJ·mol-1-(-31.0kJ·mol-1)=-317.3kJ·mol-1
2.已知25℃、101kPa条件下:
4Al(s)+3O2(g)===2Al2O3(s)
ΔH=-2834.9kJ·mol-1
4Al(s)+2O3(g)===2Al2O3(s)
ΔH=-3119.1kJ·mol-1
由此得出的正确结论是( )
A.等质量的O2比O3能量低,由O2变为O3为吸热反应
B.等质量的O2比O3能量低,由O2变为O3为放热反应
C.O3比O2稳定,由O2变为O3为吸热反应
D.O2比O3稳定,由O2变为O3为放热反应
答案 A
解析 将两个热化学方程式叠加处理得:
3O2(g)=2O3(g) ΔH=+284.2kJ·mol-1,所以O2变为O3的反应是吸热反应,O2的能量低,O2更稳定。
3.能源问题是人类社会面临的重大课题,H2、CO、CH3OH都是重要的能源物质,它们的燃烧热依次为-285.8kJ·mol-1、-282.5kJ·mol-1、-726.7kJ·mol-1。
已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)。
则CO与H2反应合成甲醇的热化学方程式为( )
A.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)ΔH=-127.4kJ·mol-1
B.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(l)ΔH=+127.4kJ·mol-1
C.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔH=-127.4kJ·mol-1
D.CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)ΔH=+127.4kJ·mol-1
答案 A
解析 根据目标反应与三种反应热的关系,利用盖斯定律,首先计算出目标反应的反应热ΔH=2×(-285.8kJ·mol-1)+(-282.5kJ·mol-1)-(-726.7kJ·mol-1)=-127.4kJ·mol-1。
4.已知火箭燃料二甲基肼(CH3—NH—NH—CH3)的燃烧热为-6000kJ·mol-1,则30g二甲基肼完全燃烧放出的热量为( )
A.1500kJB.3000KjC.6000kJD.12000kJ
答案 B
解析 二甲基肼的相对分子质量是60,30g二甲基肼是0.5mol,放出的热量是燃烧热的一半,即3000kJ。
练方法技巧
用关系式求反应热
5.在一定条件下,充分燃烧一定量的丁烷放出热量为QkJ(Q>0),经测定完全吸收生成的CO2需消耗5mol·L-1的KOH溶液100mL,恰好生成正盐,则此条件下反应C4H10(g)+
O2(g)===4CO2(g)+5H2O(g)的ΔH为( )
A.+8QkJ·mol-1B.+16QkJ·mol-1
C.-8QkJ·mol-1D.-16QkJ·mol-1
答案 D
解析 建立关系式:
C4H10 ~ 4CO2 ~ 8KOH ~ ΔH
1mol4mol8molΔH
5mol·L-1×0.1LQkJ
则ΔH=-
=-16QkJ·mol-1
练综合拓展
6.比较下列各组热化学方程式中ΔH的大小关系。
(1)S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH1
S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH2
ΔH1______ΔH2
(2)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH1
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH2
ΔH1______ΔH2
(3)煤作为燃料有两种途径:
途径1——直接燃烧
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1<0
途径2——先制水煤气
C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH2>0
再燃烧水煤气:
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH3<0
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH4<0
ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的关系式是______________________________________。
答案
(1)>
(2)<
(3)ΔH1=ΔH2+
(ΔH3+ΔH4)
解析 ①反应热的大小与反应物、生成物的状态有关,与反应物的多少有关。
②比较ΔH时,应包括符号,对于放热反应,热值越大,ΔH越小。
7.发射卫星时可用肼(N2H4)作燃料,用二氧化氮作氧化剂,这两种物质反应生成氮气和水蒸气。
已知:
N2(g)+2O2(g)===2NO2(g)ΔH=+67.7kJ·mol-1
N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g)ΔH=-534kJ·mol-1
H2(g)+
F2(g)===HF(g)ΔH=-269kJ·mol-1
H2(g)+
O2(g)===H2O(g)ΔH=-242kJ·mol-1
(1)肼和二氧化氮反应的热化学方程式为__________________________;此反应用于火箭推进,除释放大量能量和快速产生大量气体外,还有一个很大的优点是______________。
(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂,则反应释放的能量更大。
肼和氟反应的热化学方程式为__________________。
答案
(1)2N2H4(g)+2NO2(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1135.7kJ·mol-1 产物无污染
(2)N2H4(g)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g)ΔH=-1126kJ·mol-1
解析 写出目标反应,然后再利用题给条件计算出反应热,最后写出热化学方程式。
第2课时 习题课
1.下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是( )
A.生成物总能量一定低于反应物总能量
B.放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率
C.应用盖斯定律,可计算某些难以直接测量的反应焓变
D.同温同压下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
答案 C
解析 放热反应生成物总能量低于反应物总能量,吸热反应生成物总能量高于反应物总能量,A错误;化学反应的速率与反应物本身的性质、温度、压强、浓度、催化剂等因素有关,与吸热、放热反应无关,B错误;通过盖斯定律可以间接测量某些难以直接测量的反应的焓变,C正确;同温同压下,H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应条件不会影响ΔH的值,D错误。
2.在298K、100kPa时,已知:
2H2O(g)===O2(g)+2H2(g) ΔH1
Cl2(g)+H2(g)===2HCl(g)ΔH2
2Cl2(g)+2H2O(g)===4HCl(g)+O2(g)ΔH3
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是( )
A.ΔH3=ΔH1+2ΔH2
B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH3=ΔH1-2ΔH2
D.ΔH3=ΔH1-ΔH2
答案 A
解析 令2H2O(g)===O2(g)+2H2(g) ΔH1①
Cl2(g)+H2(g)===2HCl(g) ΔH2②
2Cl2(g)+2H2O(g)===4HCl(g)+O2(g) ΔH3③
根据盖斯定律,将反应①+反应②×2即可求得反应③,因此有ΔH3=ΔH1+2ΔH2,故A项正确。
3.下列热化学方程式或离子方程式中,正确的是( )
A.甲烷的标准燃烧热为-890.3kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3kJ·mol-1
B.500℃、300MPa下,将0.5molN2和1.5molH2置于密闭容器中充分反应生成
NH3(g),放热19.3kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-38.6kJ·mol-1
C.氯化镁溶液与氨水反应:
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
D.氧化铝溶于NaOH溶液:
A12O3+2OH-===2AlO
+H2O
答案 D
解析 由燃烧热的定义可知,水应以液态形式存在,故A项错误;N2与H2反应生成NH3为可逆反应,不能完全进行,故19.3kJ不是0.5molN2与1.5molH2完全反应放出的热量,故B项错误;NH3·H2O为弱电解质,在书写离子方程式时,应写成化学式的形式,故C项错误;氧化铝与NaOH溶液反应,生成物是NaAlO2,故D项正确。
4.已知:
(1)Fe2O3(s)+
C(s)===
CO2(g)+2Fe(s) ΔH1=+234.1kJ·mol-1
(2)C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-393.5kJ·mol-1
则2Fe(s)+
O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是( )
A.-824.4kJ·mol-1B.-627.6kJ·mol-1
C.-744.7kJ·mol-1D.-169.4kJ·mol-1
答案 A
解析
×
(2)-
(1)就可得2Fe(s)+
O2(g)===Fe2O3(s),则ΔH=
ΔH2-ΔH1=-824.4kJ·mol-1。
5.100g碳燃烧所得气体中,CO占
体积,CO2占
体积,且C(s)+
O2(g)===CO(g)
ΔH(25℃)=-110.35kJ·mol-1,
CO(g)+
O2(g)===CO2(g)
ΔH(25℃)=-282.57kJ·mol-1。
与这些碳完全燃烧相比较,损失的热量是( )
A.392.92kJB.2489.44kJ
C.784.92kJD.3274.3kJ
答案 C
解析 损失的热量就是CO继续燃烧所放出的热量,因为CO占
,即有
的C燃烧生成了CO,所以建立关系式:
C ~ CO ~ ΔH
12g1mol282.57kJ
g Q
故Q=282.57kJ×
g×
=784.92kJ。
6.在微生物作用的条件下,NH
经过两步反应被氧化成NO
。
两步反应的能量变化示意图如下:
1第一步反应是________反应(选填“放热”或“吸热”),判断依据是
________________________________________________________________________。
②1molNH
(aq)全部氧化成NO
(aq)的热化学方程式是
________________________________________________________________________。
答案 ①放热 ΔH=-273kJ·mol-1<0(或反应物的总能量大于生成物的总能量)
②NH
(aq)+2O2(g)===2H+(aq)+NO
(aq)+H2O(l) ΔH=-346kJ·mol-1
7.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:
Cu(s)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+H2(g)
ΔH=+64.39kJ·mol-1
2H2O2(l)===2H2O(l)+O2(g)
ΔH=-196.46kJ·mol-1
H2(g)+
O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.84kJ·mol-1
在H2SO4溶液中,Cu与H2O2反应生成Cu2+和H2O的热化学方程式为________________________________________________________________________。
答案 Cu(s)+H2O2(l)+2H+(aq)===Cu2+(aq)+2H2O(l) ΔH=-319.68kJ·mol-1
解析 已知热反应方程中①+
×②+③得:
Cu(s)+2H+(aq)+H2O2(l)===Cu2+(aq)+2H2O(l)
ΔH=-319.68kJ·mol-1
ΔH=ΔH1+
×ΔH2+ΔH3=+64.39kJ·mol-1+
×(-196.46kJ·mol-1)+(-285.84kJ·mol-1)
=-319.68kJ·mol-1
8.由磷灰石[主要成分Ca5(PO4)3F]在高温下制备黄磷(P4)的热化学方程式为
4Ca5(PO4)3F(s)+21SiO2(s)+30C(s)===3P4(g)+20CaSiO3(s)+30CO(g)+SiF4(g) ΔH
已知相同条件下:
4Ca5(PO4)3F(s)+3SiO2(s)===6Ca3(PO4)2(s)+2CaSiO3(s)+SiF4(g) ΔH1
2Ca3(PO4)2(s)+10C(s)===P4(g)+6CaO(s)+10CO(g) ΔH2
SiO2(s)+CaO(s)===CaSiO3(s) ΔH3
用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示ΔH,ΔH=________。
答案
(1)ΔH1+3ΔH2+18ΔH3
9.依据叙述,写出下列反应的热化学方程式。
(1)若适量的N2和O2完全反应,每生成23gNO2需要吸收16.95kJ热量。
其热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用NA表示阿伏加德罗常数,在C2H2(气态)完全燃烧生成CO2和液态水的反应中,每有5NA个电子转移时,放出650kJ的热量。
其热化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)已知拆开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+67.8kJ·mol-1
(2)C2H2(g)+
O2(g)===2CO2(g)+H2O(l)
ΔH=-1300kJ·mol-1
(3)N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92kJ·mol-1
解析 根据反应热和燃烧热的定义计算出相关的热量,同时注意物质的状态,再书写相应的热化学方程式即可。
10.已知25℃、101kPa时下列反应的热化学方程式为:
①CH3COOH(l)+2O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l)
ΔH1=-870.3kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH2=-393.5kJ·mol-1
③H2(g)+
O2(g)===H2O(l)
ΔH3=-285.8kJ·mol-1
则反应:
④2C(s)+2H2(g
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