資源簡介

第二節 反應熱的計算
第2課時 反應熱的計算
學習目標
1.熟練掌握熱化學方程式的書寫及正誤判斷。
2.應用蓋斯定律進行化學反應的反應熱的計算。
3.掌握反應熱計算的常見題型。
學習過程
1.熱化學方程式的書寫及正誤判斷
【典例1】化學反應N2+3H22NH3的能量變化如圖所示，該反應的熱化學方程式是(　　)
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(l)　ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1
B.N2(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
【變式訓練1】已知在1.01×105 Pa、298 K條件下，2 mol氫氣燃燒生成水蒸氣放出484 kJ的熱量，下列熱化學方程式正確的是(　　)
A.H2O(g)H2(g)+O2(g)　ΔH=+242 kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-484 kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH=+242 kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=+484 kJ·mol-1
【變式訓練2】在298 K時通過實驗測得如下數據，寫出下列反應的熱化學方程式。
(1)NO2(g)與H2O(l)反應生成2 mol HNO3(aq)時，放出138 kJ熱量。
_________________________________________________________。
(2)1 mol C2H5OH(l)與適量O2(g)反應，生成CO2(g)和H2O(l)，放出1366.8 kJ熱量。
__________________________________________________________。
(3)2 mol Al(s)與適量O2(g)發生反應，生成Al2O3(s)放出1669.8 kJ熱量。
___________________________________________________________。
【歸納】熱化學方程式的書寫及正誤判斷時，應注意以下幾個方面：
1.注明各物質的聚集狀態。聚集狀態之間的變化有能量變化，如H2與O2反應分別生成1 mol的氣態水和1 mol 的液態水放出的熱量不同，即ΔH的數值不同。
2.熱化學方程式中的化學計量數僅表示該物質的物質的量，不表示微粒個數，故可以是整數也可以是分數。
3.熱化學方程式是指反應已完成的量，而ΔH的值也與反應完成的量有關，故方程式中的化學計量數必須與ΔH相對應。
4.對于可逆反應的情況，正反應與逆反應的ΔH數值相等，符號相反。尤其注意合成氨的反應3H2(g)+N2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1是指生成2 mol NH3(g)時放出92.4 kJ的熱量，而不是3 mol H2(g)與1 mol N2(g)混合在一定條件下反應就可放出92.4 kJ的熱量，其實際放出的熱量小于92.4 kJ。
2.利用蓋斯定律進行反應熱的計算
【典例2】發射衛星時可用肼(N2H4)為燃料，用二氧化氮為氧化劑，這兩種物質反應生成氮氣和水蒸氣。已知：
①N2(g)+2O2(g)2NO2(g)　ΔH1=+67.7 kJ·mol-1
②N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-534 kJ·mol-1
試計算1 mol肼和二氧化氮完全反應時放出的熱量為　　　　kJ；寫出肼與二氧化氮反應的熱化學方程式：_________________________________________。
【變式訓練3】已知下列兩個熱化學方程式：
H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1
C3H8(g)+5O2(g)4H2O(l)+3CO2(g)　ΔH=-2220.0 kJ·mol-1
(1)實驗測得H2和C3H8的混合氣體共5 mol，完全燃燒生成液態水時放熱6264.5 kJ，則混合氣體中H2和C3H8的體積比是　　　　。
(2)已知：H2O(l)H2O(g)　ΔH=+44.0 kJ·mol-1，寫出丙烷燃燒生成CO2和氣態水的熱化學方程式：_______________________________________。
【歸納】利用蓋斯定律進行問題分析時，常采用熱化學方程式加合法和虛擬途徑法。
(1)虛擬途徑法：先根據題意虛擬轉化過程，然后根據蓋斯定律列式求解，即可求得待求的反應熱。
(2)加合法：根據需要將熱化學方程式進行代數轉換，然后進行加減運算，得出所需要的熱化學方程式。轉換時應注意各物質的化學計量數與ΔH的數值同等倍數的改變，ΔH的符號也作相應的改變。
3.根據化學鍵的鍵能計算反應熱
【典例3】已知H—H鍵的鍵能為436 kJ·mol-1，Cl—Cl鍵的鍵能為243 kJ·mol-1，H—Cl鍵的鍵能為431 kJ·mol-1，則H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)的反應熱(ΔH)等于(　　)
A.-183 kJ·mol-1 B.183 kJ·mol-1
C.-862 kJ·mol-1 D.862 kJ·mol-1
【變式訓練4】根據下表的鍵能的數據，可計算出CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)的ΔH為 (　　)
化學鍵 O=O C—H O—H C=O
鍵能/kJ·mol-1 497 414 463 803
A.-379 kJ·mol-1 B.-808 kJ·mol-1
C.-1656 kJ·mol-1 D.-2532 kJ·mol-1
【歸納】化學鍵的鍵能是形成(或拆開)1 mol化學鍵時釋放(或吸收)的能量。反應熱與鍵能的關系為ΔH=反應物總鍵能-生成物總鍵能。
4.依據熱化學方程式計算反應熱
【典例4】已知：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1，計算每生產1萬噸98%的濃硫酸所需要的SO3的質量和由SO2生產這些SO3所放出的熱量。
【變式訓練5】已知：1.00 g CH4完全燃燒生成液態水和CO2放出59.6 kJ熱量，C2H2的燃燒熱ΔH=-1298.3 kJ·mol-1。試計算CH4的燃燒熱和1 kg C2H2在O2中完全燃燒(生成液態水和CO2)所放出的熱量。
【歸納】熱化學方程式中ΔH與各物質的物質的量對應成比例，已知熱化學方程式，便可計算一定量的反應物發生反應所放出的熱量或放出一定量的熱量時消耗或生成的物質的質量、體積和物質的量。
隨堂測驗
1.已知1 mol白磷轉化為紅磷時放出 18.39 kJ的熱量。在下列兩個反應中：
4P(白，s)+5O2(g)2P2O5(s)　ΔH=-a kJ·mol-1(a >0)
4P(紅，s)+5O2(g)2P2O5(s)　ΔH=-b kJ·mol-1(b>0)
a和b的關系為(　　)
A.aC.a>b D.無法確定
2.已知(1) H2(g)+O2(g)H2O(g)　ΔH1=a kJ·mol-1
(2)2 H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH2=b kJ·mol-1
(3)H2(g)+O2(g)H2O(l)　 ΔH1=c kJ·mol-1
(4)2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH2=d kJ·mol-1
下列關系式中正確的是(　　)
A.ad>0
C.2a=b<0 D.2c=d>0
3.已知：H2O(g)H2O(l)　ΔH=-Q1 kJ·mol-1，C2H5OH(g)C2H5OH(l)　ΔH=-Q2kJ·mol-1，C2H5OH(g)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(g)　ΔH=-Q3 kJ·mol-1。若使23 g酒精液體完全燃燒，最后恢復到室溫，則放出熱量為(　　)
A.(Q1+Q2+Q3)kJ B.0.5(Q1+Q2+Q3)kJ
C.(1.5Q1 —0.5Q2+0.5Q3)kJ D.(0.5Q1 —1.5Q2+0.5Q3)kJ
4.在烴分子中去掉2個氫原子形成一個雙鍵是吸熱反應，需117~125 kJ·mol-1的熱量，但1，3-環己二烯失去2個氫原子變成苯是放熱反應，ΔH=-23.4 kJ·mol-1，以上事實表明(　　)
A.1，3-環己二烯加氫是吸熱反應 B.苯加氫生成環己烷是吸熱反應
C.1，3-環己二烯比苯穩定 D.苯比1，3-環己二烯穩定
5.已知反應X+YM+N為放熱反應，關于該反應的下列說法中正確的是(　　)
A.X的能量一定高于M
B.Y的能量一定高于N
C.X和Y的總能量一定高于M和N的總能量
D.因該反應為放熱反應，故不必加熱就可發生
6.熱化學方程式C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1表示(　　)
A.碳和水反應吸收131.3 kJ能量
B.將1 mol碳和1 mol水混合，反應生成一氧化碳和氫氣吸收131.3 kJ熱量
C.1 mol固態碳單位和1 mol水蒸氣反應生成1 mol一氧化碳氣體和1 mol氫氣，吸熱131.3 kJ
D.1個固態碳原子和1分子水蒸氣反應吸熱131.1 kJ
參考答案
學習過程
【典例1】解析：通過圖分析起點 mol N2(g)+ mol H2(g)，變化三階段為①吸收能量a kJ；②放出能量b kJ；③放出能量c kJ到1 mol NH3(l)。故可得熱化學方程式：
N2(g)+H2(g)NH3(l)　ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1。
答案：A
【變式訓練1】解析：2 mol氫氣燃燒生成水蒸氣放出484 kJ熱量，則1 mol 氫氣燃燒生成水蒸氣應放出×484 kJ=242 kJ熱量；放熱反應ΔH為“-”，各物質的狀態分別是H2(g)、O2(g)、H2O(g)；B項中的H2O的狀態應為氣態；C、D項中ΔH的符號應為“-”；A項是逆向進行的反應，ΔH為“+”，數值相等。故應選A。
答案：A
【變式訓練2】答案：(1)3NO2(g)+H2O(l)2HNO3(aq)+NO(g)　ΔH=-138 kJ·mol-1
(2)C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 366.8 kJ·mol-1
(3)2Al(s)+O2(g)Al2O3(s)　ΔH=-1 669.8 kJ·mol-1
【典例2 】解析：由題意知：
N2(g)+2O2(g)2NO2(g)　ΔH1=+67.7 kJ·mol-1　①
N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)　ΔH2=-534 kJ·mol-1　②
根據蓋斯定律，要在反應物中消去O2并得到N2H4和NO2的反應。
令②×2-①得：
2N2H4(g)-N2(g)2N2(g)+4H2O(g)-2NO2(g)　ΔH=2ΔH2-ΔH1
整理得：2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)
ΔH=2ΔH2-ΔH1=-534 kJ·mol-1×2-67.7 kJ·mol-1=-1 135.7 kJ·mol-1
則1 mol N2H4完全反應放出的熱量為=567.85 kJ。
答案：567.85　2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 135.7 kJ·mol-1
【變式訓練3】解析：(1)混合氣體共5 mol完全燃燒時，放出6 264.5 kJ的熱量，由熱化學方程式計算出n(H2)∶n(C3H8)=1∶1。
(2)丙烷燃燒生成4 mol水，當生成氣態水時，放出的熱量減少，ΔH=-(2 220.0-44×4)kJ·mol-1=-2 044.0 kJ·mol-1。
答案：(1)1∶1　(2)C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-2 044.0 kJ·mol-1
【典例3】解析：根據ΔH=反應物總鍵能-生成物總鍵能知：ΔH=436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-2×431 kJ·mol-1=-183 kJ·mol-1。
答案：A
【變式訓練4】解析：依題意有：CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=(4×414+2×497-2×803-4×463)kJ·mol-1=-808 kJ·mol-1。
答案：B
【典例4】解析：1萬噸98%的濃硫酸所含H2SO4的質量為104×106 g×98%=9.8×109 g。設需要的SO3的質量為x，反應放出的熱量為y。由
H2SO4　~　SO3~　ΔH
98 g　　　　80 g　　196.6 kJ·mol-1×
9.8×109 g 　x　　 　y
可得：x==8.0×109 g=8.0×103 t，y==9.83×109 kJ。
答案：8.0×103 t　9.83×109 kJ
【變式訓練5】答案：ΔH=-(16 g·mol-1×59.6 kJ·g-1)=-953.6 kJ·mol-1；Q=×1 298.3 kJ·mol-1≈5.0×104 kJ
隨堂測驗
1.C　2.C　3.C　4.D　5.C　6.C