第1章 第1节 第3课时.docx

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第1章第1节第3课时

第1章第1节第3课时

第3课时　反响焓变的计算

[目标导航]　1.掌握盖斯定律的内容，能用盖斯定律进行有关焓变的简单计算。

2.学会焓变的计算方法。

一、盖斯定律

1.内容

不管化学反响是一步完成还是分几步完成，其反响热是相同的（填“相同〞或“不同〞）。

2.特点

（1）反响的热效应只与始态、终态有关，与途径无关。

（2）反响热总值一定，如以下图的ΔH与ΔH1、ΔH2、ΔH3之间的关系。

那么ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。

（3）能量守恒：

能量既不会增加，也不会减少，只会从一种形式转化为另一种形式。

3.意义

因为有些反响进行得很慢，有些反响不容易直接发生，有些反响的产品不纯（有副反响发生），这给测定反响热造成了困难。

此时如果应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反响热计算出来。

【练一练】

：

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH1＝－393.5kJ·mol－1

②CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH2＝－283.0kJ·mol－1

怎样利用盖斯定律求C（s）＋

O2（g）===CO（g）的反响热ΔH?

答案　

（1）“虚拟路径〞法

根据盖斯定律知

　　　　　,ΔH2Ｆ

ΔH1＝ΔH＋ΔH2

ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5kJ·mol－1－（－283.0kJ·mol－1）＝－110.5kJ·mol－1

（2）“加合〞法

②变形为CO2（g）===CO（g）＋

O2（g）　ΔH＝283.0kJ·mol－1，和①相加得

C（s）＋O2（g）＋CO2（g）===CO2（g）＋CO（g）＋

O2（g）

ΔH＝－110.5kJ·mol－1

即C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－110.5kJ·mol－1

二、反响热的计算

反响热计算的几种类型

（1）依据热化学方程式：

反响热的绝对值与各物质的物质的量成正比，依据热化学方程式中的ΔH求反响热，如

aA　＋　bB===cC　＋　dD　　ΔH

abcd|ΔH|

n（A）n（B）n（C）n（D）|Q|

那么

＝

＝

＝

＝

。

（2）依据盖斯定律：

根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式，同时反响热也作相应的改变。

（3）依据反响物断键吸收热量Q吸与生成物成键放出热量Q放进行计算：

ΔH＝Q吸－Q放。

（4）依据反响物的总能量E反响物和生成物的总能量E生成物进行计算：

ΔH＝E生成物－E反响物。

（5）依据物质燃烧放热数值（或燃烧热ΔH）计算：

Q放＝n可燃物×|ΔH|。

（6）依据比热公式计算：

Q＝cmΔt。

【练一练】

2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.2kJ·mol－1，当放出热量23.05kJ时，求N2的转化率。

解析　　N2（g）＋3H2（g）2NH3　ΔH＝－92.2kJ·mol－1

1mol92.2kJ

x23.05kJ

x＝0.25mol

α（N2）＝

×100%＝25%。

答案　25%

2.在一定条件下，CO的燃烧热为283kJ·mol－1，CH4的燃烧热为890kJ·mol－1，求1molCO和3molCH4组成的混合气体在上述条件下充分燃烧，释放的热量为________。

解析　Q＝283kJ·mol－1×1mol＋890kJ·mol－1×3mol＝2953kJ。

答案　2953kJ

3.H—H键键能为436kJ·mol－1，H—N键键能为391kJ·mol－1，根据N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，那么N≡N键的键能为______。

解析　ΔH＝E（N≡N）＋3E（H—H）－6E（N—H）＝－92.4kJ·mol－1，代入数据，那么E（N≡N）＝945.6kJ·mol－1。

答案　945.6kJ·mol－1

一、盖斯定律的应用

1.虚拟路径法：

设计合理的反响途径，求某反响的ΔH

ΔH＝ΔH1＋ΔH2或ΔH＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。

2.加合法：

由热化学方程式写目标热化学方程式

―→

―→

―→

【例1】根据盖斯定律，结合下述热化学方程式，答复以下问题。

：

（1）NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）

ΔH＝－176kJ·mol－1

（2）HCl（g）＋H2O（l）===HCl（aq）

ΔH＝－72.3kJ·mol－1

（3）NH3（g）＋HCl（aq）===NH4Cl（aq）

ΔH＝－52.3kJ·mol－1

（4）NH4Cl（s）＋H2O（l）===NH4Cl（aq）　ΔH＝Q

那么第（4）个方程式中的反响热是________。

解析　

利用盖斯定律知，（3）＋

（2）－

（1）＝（4），那么ΔH＝－52.3kJ·mol－1＋（－72.3kJ·mol－1）－（－176kJ·mol－1）＝51.4kJ·mol－1。

答案　51.4kJ·mol－1

【反思归纳】

1.解题模型

2.解题考前须知

（1）热化学方程式同乘以某一个数时，反响热数值也必须乘上该数。

（2）热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反响热也随之相加减，所求之和为其代数和。

（3）将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋〞、“－〞号必须随之改变。

（4）为了防止出错，应将方程式左、右颠倒，用“加法〞计算。

变式训练1　盖斯定律指出：

化学反响的反响热只与反响的始态（各反响物）和终态（各生成物）有关，而与具体反响进行的途径无关。

物质A在一定条件下可发生一系列转化，由图判断以下关系错误的选项是（　　）

→F，ΔH＝－ΔH6

H1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝1

→F，|ΔH|＝|ΔH1＋ΔH2＋ΔH6|

D.|ΔH1＋ΔH2＋ΔH3|＝|ΔH4＋ΔH5＋ΔH6|

解析　A→F过程与F→A过程相反，两个过程反响热的数值大小相等，符号相反，A项正确；整个变化过程起始物和终态物均为A物质，能量变化为0，故ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＋ΔH5＋ΔH6＝0，B项错误；F→C的ΔH＝ΔH6＋ΔH1＋ΔH2，那么C→F的ΔH＝－（ΔH1＋ΔH2＋ΔH6），而A→D的ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3，D→A的ΔH＝ΔH4＋ΔH5＋ΔH6，二者数值相等，符号相反，所以C项、D项也都正确。

答案　B

二、反响热大小的比拟

【例2】　以下各组热化学方程式中，化学反响的ΔH前者大于后者的是（　　）

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2

②S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH3

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH4

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH5

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH6

④CaCO3（s）===CaO（s）＋CO2（g）　ΔH7

CaO（s）＋H2O（l）===Ca（OH）2（s）　ΔH8

A.①B.④

C.②③④D.①②③

答案　C

【方法总结】

反响热ΔH的大小比拟方法

（1）比拟ΔH时，把反响热的符号与反响热的数值看作一个整体进行比拟，而比拟反响放出或吸收的热量时只比拟数值。

（2）直接比拟法

依据规律、经验和常识直接判断不同反响的ΔH的大小的方法可称为直接比拟法，如：

①吸热反响的ΔH肯定比放热反响的大（前者大于0，后者小于0）。

②ΔH与物质的量有关，同一反响且物质的状态都相同时，|ΔH|与反响物的物质的量成正比。

③等质量的反响物完全燃烧肯定比不完全燃烧放出的热量多；ΔH那么要小。

④一般情况下，生成等物质的量的水时，强酸和强碱的稀溶液反响肯定比弱酸和强碱、弱碱和强酸、弱酸和弱碱的稀溶液反响放出的热量多（电离要吸热）；中和反响在生成水的同时假设还产生沉淀[如硫酸和Ba（OH）2溶液反响]，那么放出的热量比只生成水的反响放出的热量多。

⑤ΔH与物质的状态有关。

等量的可燃物完全燃烧生成液态水肯定比生成气态水放出的热量多；等量的气态反响物反响放出的热量肯定比固态反响物放出的热量多。

（3）图示比拟法

反响热是生成物所具有的总能量与反响物所具有的总能量的差，即ΔH＝E生－E反，画出化学变化过程中的能量变化图后，依据反响物的总能量与生成物的总能量的上下关系可以很方便地比拟ΔH的大小。

这种方法称为图示比拟法。

例如：

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1＝－akJ·mol－1；

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2＝－bkJ·mol－1。

由于S（g）的能量高于S（s），如下图，故相同条件时，S（g）能量高，生成SO2（g）放出热量多，所以a＞b，ΔH1＜ΔH2＜0。

（4）盖斯定律法

依据盖斯定律，化学反响的反响热只与反响的始态（反响物）和终态（生成物）有关，而与反响进行的具体途径无关。

比拟两个热化学方程式相减所得到的热化学方程式的ΔH是大于0还是小于0，可以用来判断原来两个反响的ΔH的大小。

这种方法称为盖斯定律法。

变式训练2　以下说法或表示方法正确的选项是（　　）

2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH1；2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH2，那么ΔH1>ΔH2

B.在稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1，假设将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热量大于57.3kJ

C.由C（s，石墨）===C（s，金刚石）　ΔH＝1.90kJ·mol－1可知，金刚石比石墨稳定

D.在101kPa时，2gH2完全烧烧生成液态水，放出285.8kJ热量，那么表示氢气燃烧的热化学方程式为：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1

解析　A项，2molH2（g）与1molO2（g）完全燃烧生成2molH2O（l）放出的热量大于生成2molH2O（g）放出的热量，因ΔH1、ΔH2均小于零，所以ΔH1<ΔH2，所以A错；B项，浓硫酸稀释过程中要放热，因此放出的热量大于57.3kJ，B正确；石墨转化为金刚石为吸热反响，那么金刚石所具有的能量高于石墨所具有的能量，能量越高越不稳定，所以金刚石不如石墨稳定，C错；2g即1molH2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ热量，所以热化学方程式中2molH2反响对应的焓变应为－571.6kJ·mol－1，所以D错。

答案　B

1.以下关于盖斯定律描述不正确的选项是（　　）

A.化学反响的反响热不仅与反响体系的始态和终态有关，也与反响的途径有关

解析　化学反响的反响热与反响体系的始态和终态有关，与反响途径无关。

答案　A

2.断裂1molH2（g）中的H—H键需要吸收436.4kJ的能量，断裂1molO2（g）中的共价键需要吸收498kJ的能量，生成H2O（g）中的1molH—O键能放出462.8kJ的能量。

以下说法正确的选项是（　　）

A.断裂1molH2O中的化学键需要吸收925.6kJ的能量

2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－480.4kJ·mol－1

2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝471.6kJ·mol－1

2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－240.2kJ·mol－1

解析　A项，没有指明水的状态，错误；B项，ΔH＝2E（H－H）＋E（O＝O）－4E（H－O）＝2×436.4＋498－4×462.8＝－480.4kJ·mol－1，正确；题给信息中H2O均为气态，C、D错误。

答案　B

2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－184.6kJ·mol－1，那么反响HCl（g）===

H2（g）＋

Cl2（g）的ΔH为（　　）

A.184.6kJ·mol－1B.－92.3kJ·mol－1

C.－369.2kJ·mol－1D.92.3kJ·mol－1

解析　据两热化学方程式的关系可知ΔH＝－（－184.6kJ·mol－1）×

＝92.3kJ·mol－1，D正确。

答案　D

4.热化学方程式：

H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）

ΔH＝241.8kJ·mol－1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH＝－285.8kJ·mol－1

当1g液态水变为水蒸气时，其热量变化是（　　）

H＝88kJ·mol－1H＝2.44kJ·mol－1

H＝－4.98kJ·mol－1H＝－44kJ·mol－1

解析　将两式相加得到H2O（g）===H2O（l）　ΔH＝－44kJ·mol－1，所以每1g液态水变成水蒸气需要吸收的热量为

kJ≈2.44kJ。

答案　B

5.：

Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）

ΔH1＝234.1kJ·mol－1①

C（s）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH2＝－393.5kJ·mol－1②

那么2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH3是（　　）

A.－824.4kJ·mol－1B.－627.6kJ·mol－1

C.－744.7kJ·mol－1D.－169.4kJ·mol－1

解析　由盖斯定律可知：

×②－①得2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s），所以ΔH3＝

×（－393.5kJ·mol－1）－234.1kJ·mol－1＝－824.35kJ·mol－1≈－824.4kJ·mol－1。

答案　A

分层训练

[根底过关]

一、由反响热比拟物质的稳定性

1.298K、100kPa条件下：

①4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）

ΔH＝－2834.9kJ·mol－1；

②4Al（s）＋2O3（g）===2Al2O3（s）

ΔH＝－3119.1kJ·mol－1。

由此得出的正确结论是（　　）

2比O3能量低，由O2变O3为吸热反响

2比O3能量高，由O2变O3为放热反响

3比O2稳定，由O2变O3为吸热反响

2比O3稳定，由O2变O3为放热反响

解析　根据盖斯定律②－①得2O3（g）===3O2（g）　ΔH＝－284.2kJ·mol－1，故等质量的O2能量低。

答案　A

2.灰锡（以粉末状存在）和白锡是锡的两种同素异形体。

：

①Sn（白，s）＋2HCl（aq）===SnCl2（aq）＋H2（g）　ΔH1

②Sn（灰，s）＋2HCl（aq）===SnCl2（aq）＋H2（g）　ΔH2

③Sn（灰，s）

Sn（白，s）

ΔH3＝2.1kJ·mol－1。

以下说法正确的选项是（　　）

H1>ΔH2

D.锡制器皿长期处在低于13.2℃的环境中，会自行毁坏

解析　由③知Sn（灰）转化为Sn（白）是吸热的，当温度低于13.2℃时Sn（白）自动转化为Sn（灰），所以A、B、C都错，D正确。

答案　D

二、盖斯定律的应用

3.：

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH＝akJ·mol－1

2C（s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－220kJ·mol－1

H—H键、O===O键和O—H键的键能分别为436kJ·mol－1、496kJ·mol－1和462kJ·mol－1，那么a为（　　）

A.－332B.－118

C.＋350D.＋130

解析　根据盖斯定律，由第一个反响×2－第二个反响得，2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g）　ΔH＝（2a＋220）kJ·mol－1。

根据反响热与键能的关系计算，那么2a＋220＝4×462－（436×2＋496），解得a＝＋130。

此题选D。

答案　D

4.以下热化学方程式：

Fe2O3（s）＋3CO（g）===2Fe（s）＋3CO2（g）；ΔH＝－24.8kJ/mol

Fe2O3（s）＋

CO（g）===

Fe3O4（s）＋

CO2（g）；ΔH＝－15.73kJ/mol

Fe3O4（s）＋CO（g）===3FeO（s）＋CO2（g）；ΔH＝＋640.4kJ/mol

那么14gCO气体复原足量FeO固体得到Fe单质和CO2气体时对应的ΔH约为（　　）

A.－218kJ/molB.－109kJ/mol

C.＋218kJ/molD.＋109kJ/mol

解析　14gCO气体的物质的量为

mol。

该问题可以转化为

CO（g）＋

FeO（s）===

Fe（s）＋

CO2（g）　ΔH＝？

所以应用盖斯定律，假设把给出的3个热化学方程式按照顺序编号为①、②、③，那么由反响[（①－②）×

－③]×

即可得到所求反响，再由盖斯定律即可得出结果。

答案　B

5.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。

CO和H2在一定条件下可以合成甲醇CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）。

那么CO与H2反响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

解析　根据题给三种物质的燃烧热可以写出：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH1＝－285.8kJ·mol－1①

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH2＝－282.5kJ·mol－1②

CH3OH（l）＋

O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH3＝－726.7kJ·mol－1③

运用盖斯定律进行计算，即①×2＋②－③可得：

CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）　ΔH＝2ΔH1＋ΔH2－ΔH3＝2×（－285.8kJ·mol－1）＋（－282.5kJ·mol－1）－（－726.7kJ·mol－1）＝－127.4kJ·mol－1。

答案　A

2＋3H2===2NH3的能量变化如下图，该反响的热化学方程式是（　　）

2（g）＋3H2（g）===2NH3（l）ΔH＝2（a－b－c）kJ·mol－1

2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）ΔH＝2（b－a）kJ·mol－1

C.

N2（g）＋

H2（g）===NH3（l）ΔH＝（b＋c－a）kJ·mol－1

D.

N2（g）＋

H2（g）===NH3（g）ΔH＝（a＋b）kJ·mol－1

解析　由图像知

molN2和

molH2变为氮原子和氢原子吸收热量akJ，而1molN原子和3mol氢原子结合成气态氨放出bkJ的热量，1mol气态氨液化为液态氨又放出ckJ热量，那么由N2和H2生成液态NH3的热化学方程式写作：

N2（g）＋3H2（g）===2NH3（l）

ΔH＝－2（b＋c－a）kJ·mol－1＝2（a－b－c）kJ·mol－1

或

N2（g）＋

H2（g）===NH3（l）；ΔH＝（a－b－c）kJ·mol－1生成气态氨的热化学方程式，N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）　ΔH＝2（a－b）kJ·mol－1或

N2（g）＋

H2（g）===NH3（g）　ΔH＝（a－b）kJ·mol－1。

答案　A

三、根据热化学方程式计算反响热

7.：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）ΔH＝－285.8kJ·mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）ΔH＝－283.0kJ·mol－1

假设氢气与一氧化碳的混合气体完全燃烧可生成5.4gH2O（l），并放出114.3kJ热量，那么混合气体中CO的物质的量为（　　）

A.0.22molB.0.15mol

C.0.1molD.0.05mol

解析　设当生成5.4gH2O时放出的热量为x，

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1

18g　　　　　285.8kJ

5.4g　　　　　　x

解得x＝85.74kJ，

所以CO燃烧放出的热量为114.3kJ－85.74kJ＝28.56kJ。

设CO的物质的量为y，

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ·mol－1

1mol283.0kJ

y　　28.56kJ

解得：

y≈0.1mol。

答案　C

8.以下热化学方程式：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）

ΔH＝－483.6kJ·mol－1

现有0.2mol的炭粉和氢气组成的气、固混合物在氧气中完全燃烧，共放出63.53kJ热量，那么炭粉与氢气的物质的量之比为（　　）

∶∶2

∶∶2

解析　设炭粉的物质的量为x，H2的物质的量为y，由题意知

解得x＝0.1mol，y＝0.1mol，那么x∶y＝1∶1。

答案　A

9.：

①CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH1

②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH2

③2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH3

常温下取体积比为4∶1的甲烷和氢气的混合气体11.2L（标准状况），经完全燃烧恢复至室温，放出的热量为（　　）

A.－（0.4mol×ΔH1＋0.05mol×ΔH3）

B.－（0.4mol×ΔH1＋0.05mol×ΔH2）

C.－（0.4mol×ΔH1＋0.1mol×ΔH3）

D.－（0.4mol×ΔH1＋0.1mol×ΔH2）

解析　CH4的物质的量为

×

＝0.4mol，H2的物质的量为

×

＝0.1mol，混合气体完全燃烧放出的热量为－（0.4mol×ΔH1＋0.05mol×ΔH3）。

答案　A

10.人体内葡萄糖的消耗可用以下热化学方程式表示：

C6H12O6（s）＋6O2（g）===6CO2（g）＋6H2O（l）　ΔH＝－2800.6kJ·mol－1，如果某人每天消耗12540kJ的热量，那么他每天至少需摄入葡萄糖的质量为（　　）

A.806gB.1000g

C.1250gD.15000g

解析　需要葡萄糖的质量为

×180g·mol－1≈806g。

答案　A

[能力提升]

11.按要求对以下两题进行填空。

（1）用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜。

：

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