鲁科版 (2019)第1节 化学反应的方向第2课时学案

第2课时　热化学方程式　反应焓变的计算

一、热化学方程式

1．概念

在热化学中，常用热化学方程式把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来。

2．意义

热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，还表明了化学反应中的能量变化。

3．常用的聚集状态符号

g(气体)、l(液体)、s(固体)、aq(溶液)。

4．实例

已知在298 K时，由N2、H2反应生成1 mol NH3(g)放热46.1 kJ，请将下列化学方程式写成热化学方程式：

H2＋N2===NH3：H2(g)＋N2(g)===NH3(g)　ΔH＝－46.1 kJ·mol－1；

3H2＋N2===2NH3：3H2(g)＋N2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ·mol－1；

NH3===H2＋N2：NH3(g)===H2(g)＋N2(g)　ΔH＝＋46.1 kJ·mol－1。

结论：①ΔH与化学系数对应成比例。

②反应逆向进行时，与正向相比，ΔH符号相反，绝对值相等。

微点拨：热化学方程式ΔH的单位中“mol－1”表示参加反应的各物质的物质的量的数值与化学方程式中各物质化学式前的系数相同。“每摩尔”不要理解为每摩尔具体物质，可以理解为“每摩尔反应”。

二、反应焓变的计算

1．盖斯定律

(1)定义：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，反应热都是一样的。

(2)盖斯定律的特点

①化学反应的焓变只与反应的始态和终态有关，与反应的途径无关。

②反应焓变一定。如图分别有三个途径：(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)。

则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。

微点拨：化学反应的焓变与反应的过程、条件无关。

2．盖斯定律的应用

(1)科学意义：对于无法或较难通过实验测定的反应的焓变，可应用盖斯定律计算求得。

(2)方法——“叠加法”

若一个化学反应的化学方程式可由另外几个化学反应的化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为另外几个化学反应焓变的代数和。

三、能源

1．概念

自然界中，能为人类提供能量的物质或物质运动。

2．常见能源

常见能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能、核能、化石燃料等。

3．实现能源可持续发展的措施是“开源”；“节流”。

1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)

(1)热化学方程式中各物质化学式前的系数代表分子数或物质的量。(　　)

(2)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)和2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)的ΔH相同。(　　)

(3)相同条件下，等质量的S(s)和S(g)完全燃烧释放的热量不同。(　　)

(4)中，存在关系式：ΔH1＝ΔH2＋ΔH3。(　　)

提示：(1)×　热化学方程式中的系数只代表物质的量。

(2)×　同一反应的热化学方程式系数不同，ΔH不同。

(3)√　

(4)×　ΔH3＝ΔH1＋ΔH2。

2．下列对H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH(101 kPa、298 K)＝－184.6 kJ·mol－1的叙述正确的是   (　　)

A．1分子H2和Cl2反应，放出热量184.6 kJ

B．1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成 2 mol HCl(g)，放出的热量为184.6 kJ

C．在101 kPa、298 K的条件下，1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)，放出的热量为184.6 kJ

D．在101 kPa、298 K的条件下，1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)，吸收的热量为184.6 kJ

C　[热化学方程式中ΔH的值与具体化学反应相对应，在反应中各物质前的化学系数不再表示微粒数目，只表示各物质的物质的量，A错误；在描述反应时应说明外界条件，而B中没有说明温度和压强，B错误；ΔH<0时，反应放热而非吸热，D错误。]

3．写出下列反应的热化学方程式。

(1)1 mol C2H4(g)与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和H2O(l)，放出1 411 kJ的热量。

__________________________________________________________________

(2)1 mol Al(s)与适量O2(g)发生反应，生成Al2O3(s)，放出834.9 kJ的热量。

__________________________________________________________________

(3)23 g C2H6O(l)和一定量的氧气混合点燃，恰好完全反应，生成27 g液态水和22.4 L CO2(标准状况)并放出683.5 kJ的热量。

__________________________________________________________________

[答案]　(1)C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 411 kJ·mol－1

(2)Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)ΔH＝－834.9 kJ·mol－1

(3)C2H6O(l)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l)

ΔH＝－683.5 kJ·mol－1(其他合理答案也可)

热化学方程式的书写

(素养养成——宏观辨识与微观探析)

请你认真分析以下三个热化学方程式：

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

②H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－235 kJ·mol－1

③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

1．对比①、②你得出什么结论？

提示：反应物和反应产物的聚集状态不同，焓变不同。

2．对比①、③你得出什么结论？

提示：热化学方程式中各物质化学式前的系数加倍，则ΔH的数值也加倍。

3．方程式中“”代表什么意义？

提示：“”代表物质的量为“ mol”。

4．热化学方程式与普通化学方程式的意义有什么不同？

提示：普通化学方程式只表明化学反应中的物质变化；热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，而且表明了化学反应中的能量变化。

1．“五步”突破热化学方程式的书写

2．热化学方程式书写“五注意”

(1)注意ΔH只能写在标有反应物和反应产物状态的化学方程式的右边，并用“空格”隔开。若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位一般为kJ·mol－1。

(2)注意反应热ΔH与测定条件(温度、压强等)有关。因此书写热化学方程式时应注明ΔH的测定条件。绝大多数ΔH是在25 ℃、101 Pa下测定的，此时可不注明温度和压强。

(3)注意热化学方程式中各物质化学式前面的系数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子或原子数。因此各物质的系数可以是整数，也可以是分数。

(4)注意反应物和产物的聚集状态不同，反应热数值以及符号都可能不同。因此，必须注明物质的聚集状态(“s”“l”“g”或“aq”)才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不用“↓”和“↑”。

(5)注意热化学方程式不是表示反应已完成的数量。由于ΔH与反应完成物质的量有关，所以方程式中化学式前面的系数必须与ΔH相对应。如果系数加倍，则ΔH也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。

【例1】　(双选)根据如图所给信息，得出的结论正确的是(　　)

A．48 g碳完全燃烧放出热量为1 574 kJ·mol－1

B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　 ΔH＝－221.0 kJ·mol－1

C．2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　 ΔH＝＋283.0 kJ·mol－1

D．C(s)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH＝－393.5 kJ·mol－1

BD　[A.根据图示可知，1 mol的C完全燃烧放出热量是393.5 kJ，则48 g碳也就是4 mol的碳完全燃烧放出热量为393.5 kJ·mol－1×4 mol＝1 574 kJ，错误；B.1 mol的C燃烧变为CO，放热为393.5 kJ－283.0 kJ＝110.5 kJ，则2 mol的C燃烧变为CO放出热量是110.5 kJ×2＝221.0 kJ，所以有热化学方程式2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.0 kJ·mol－1，正确；C.根据图示可知1 mol的CO2比1 mol的CO和mol的O2的能量低283.0 kJ，则相应的热化学方程式是2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝＋566.0 kJ·mol－1，错误；D.1 mol的固体C完全燃烧产生1 mol CO2(g)放出热量为393.5 kJ，热化学方程式为C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1，正确。]

1．下列热化学方程式或叙述正确的是(　　)

A．1 mol液态肼在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642 kJ的热量：N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋642 kJ·mol－1

B．12 g石墨转化为CO时，放出110.5 kJ的热量：2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－110.5 kJ·mol－1

C．已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286 kJ·mol－1，则：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋572 kJ·mol－1

D．已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，则在一定条件下向密闭容器中充入0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)充分反应放出46.2 kJ的热量

C　[A.反应放热，ΔH<0，A错误；B.2 mol石墨即24 g石墨放出的热量是221.0 kJ，B错误；C.氢气燃烧放热，则水分解吸热，C正确；D.反应是可逆反应，不能计算放出的热量，D错误。]

2．化学反应N2＋3H2===2NH3的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是(　　)

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

A　[由题图可以看出， mol N2(g)和 mol H2(g)的化学键断裂需吸收的总能量为a kJ，形成1 mol NH3(g)放出的能量为b kJ，所以有N2(g)＋H2(g)===NH3(g)　ΔH＝(a－b) kJ·mol－1，而1 mol NH3(g)转化为1 mol NH3(l)放出c kJ的热量，所以有N2(g)＋H2(g)===NH3(l)　ΔH＝(a－b－c) kJ·mol－1，即N2(g)＋3H2(g)===2NH3(l)　ΔH＝2(a－b－c) kJ·mol－1。]

3．完全燃烧m g液态乙醇得到液态水时放出的热量为 a kJ，经测定m g乙醇与Na反应时最多可生成0.5 g H2，则液态乙醇完全燃烧生成液态水的热化学方程式为(　　)

A．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)                   ΔH＝－a kJ·mol－1

B．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)                    ΔH＝＋a kJ·mol－1

C．C2H5OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝＋a kJ·mol－1

D．C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)           ΔH＝－2a kJ·mol－1

D　[根据相关的化学方程式进行计算

2C2H5OH＋2Na―→2C2H5ONa＋H2↑

  2 mol                      2 g

  n(C2H5OH)                 0.5 g

则有n(C2H5OH)＝0.5 mol，即m g乙醇的物质的量为0.5 mol，其完全燃烧放出的热量为a kJ，D项正确。]

利用盖斯定律计算反应焓变

(素养养成——变化观念与平衡思想)

如图表示始态到终态的反应焓变：

1．ΔH、ΔH1、ΔH2之间有什么关系？

提示：ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

2．ΔH、ΔH3、ΔH4、ΔH5之间有什么关系？

提示：ΔH＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。

3．由前两问焓变间关系可知Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种途径的焓变与途径有关吗？反应焓变与什么有关？

提示：反应焓变与反应的途径无关，只与反应体系的始态与终态有关。

　利用盖斯定律计算反应焓变的常用方法

(1)加和法

(2)虚拟途径法

①方法

先根据题意虚拟转化过程，然后根据盖斯定律列式求解，即可求得待求的反应热。

②举例

若反应物A变为反应产物D，可以有两个途径：

a．由A直接变成D，反应热为ΔH；

b．由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。

如图所示：

则有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。

【例2】　黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为

S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)

ΔH＝x kJ·mol－1

已知碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1

S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1

2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1则x为(　　)

A．3a＋b－c　 B．c＋3a－b

C．a＋b－c D．c＋a－b

A　[碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，其热化学方程式为C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1……①，S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1……②，2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s) 　ΔH3＝c kJ·mol－1……③，将方程式3×①＋②－③得S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)，则ΔH＝x kJ·mol－1＝(3a＋b－c) kJ·mol－1，所以x＝3a＋b－c，故选A。]

[借题发挥]

(1)结合题目分析a＋b和c的大小关系是怎样的？

(2)反应S(s)＋2KNO3(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3O2(g)的反应热ΔH＝y kJ·mol－1，则y是多少？

[答案]　(1)a＋b<c，因为黑火药的爆炸反应是放热反应，即x＝3a＋b－c<0，则3a＋b<c，a＋b<c。

(2)S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1……②，2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1……③，将方程式②－③得S(s)＋2KNO3(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3O2(g)，则ΔH＝y kJ·mol－1＝(b－c) kJ·mol－1，所以y＝b－c。

1．已知：Fe2O3(s)＋C(s)===CO2(g)＋2Fe(s)　ΔH1＝＋234.1 kJ·mol－1；C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1；则2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是(　　)

A．－824.4 kJ·mol－1   B．－627.6 kJ·mol－1

C．－744.7 kJ·mol－1 D．－169.4 kJ·mol－1

A　[已知热化学方程式Fe2O3(s)＋C(s)===CO2(g)＋2Fe(s)　ΔH1＝＋234.1 kJ·mol－1①；C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1②；由②×－①可得2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)，ΔH＝ΔH2－ΔH1＝－824.35 kJ·mol－1≈－824.4

kJ·mol－1。]

2．在298 K、100 kPa时，已知：

C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝－571.6 kJ·mol－1

2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l)

 ΔH3＝－2 599 kJ·mol－1

则相同条件下时由C(s，石墨)和H2(g)生成1 mol C2H2(g)反应的焓变ΔH4是

(　　)

A．－226.7 kJ·mol－1　 B．－326 kJ·mol－1

C．＋226.7 kJ·mol－1 D．＋326 kJ·mol－1

C　[据盖斯定律可知ΔH4＝＝＋226.7 kJ·mol－1。]

3．已知：

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1

CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH2

2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3

4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH4

3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s)　ΔH5

下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)

A．ΔH1>0，ΔH3<0

B．ΔH2>0，ΔH4>0

C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3

D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5

C　[C或CO燃烧生成CO2均是放热反应，ΔH1<0，A错误；C与CO2反应生成CO是吸热反应，则ΔH2>0，Fe与O2反应生成Fe2O3是放热反应，ΔH4<0，B错误；将第2个热化学方程式和第3个热化学方程式相加可得第1个热化学方程式，所以由盖斯定律可知ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，C正确；由盖斯定律可知ΔH3＝ΔH4＋ΔH5，D错误。]

运用盖斯定律计算反应热的3个关键

(1)热化学方程式的系数加倍，ΔH也相应加倍。

(2)热化学方程式相加减，同种物质之间可加减，反应热也要相应加减。

(3)将热化学方程式颠倒时，ΔH的正负必须随之改变。

1．下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确)(　　)

A．2SO2＋O22SO3 　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1

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

C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ

D．C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1

B　[逐项分析如下：

2．(双选)已知热化学方程式2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH1＝－571.6

kJ·mol－1，则关于热化学方程式2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH2的说法中正确的是

(　　)

A．方程式中物质前的系数表示分子数

B．该反应ΔH2>0

C．该反应ΔH2＝＋571.6 kJ·mol－1

D．该反应与上述反应属于可逆反应

BC　[方程式中物质前的系数表示物质的量；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但绝对值不变；可逆反应是在同一条件下同时向正、逆两个方向进行的反应，而题中这两个反应的反应条件不同。]

3．已知：2Zn(s)＋O2(g)===2ZnO(s)

 ΔH＝－701.0 kJ·mol－1

2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s) ΔH＝－181.6 kJ·mol－1

则反应Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l)的ΔH为(　　)

A．＋519.4 kJ·mol－1　　 B．＋259.7 kJ·mol－1

C．－259.7 kJ·mol－1 D．－519.4 kJ·mol－1

C　[给两个反应标号

①2Zn(s)＋O2(g)===2ZnO(s)　ΔH＝－701.0 kJ·mol－1

②2Hg(l)＋O2(g)===2HgO(s)　ΔH＝－181.6 kJ·mol－1

则所求反应可表示为(①－②)×1/2；

则其ΔH＝[(－701.0 kJ·mol－1)－(－181.6 kJ·mol－1)]×1/2＝－259.7 kJ·mol－1。]

4．298 K时，下列对热化学方程式“H2(g)＋I2(g)===HI(g)　ΔH＝＋26 kJ·mol－1”的叙述中，正确的是(　　)

A．在298 K时，1 mol氢气与1 mol碘蒸气完全反应需要吸收26 kJ的热量

B．在298 K时，1个氢分子和1个碘分子完全反应需要吸收52 kJ的热量

C．在298 K时，1 mol H2(g)与1 mol I2(g)完全反应生成2 mol的HI气体需吸收52 kJ的热量

D．在298 K时， mol H2(g)与 mol I2(g)完全反应放出26 kJ的热量

C　[题中热化学方程式表示298 K时， mol H2(g)和 mol I2(g)反应生成1 mol HI(g)吸收26 kJ热量，故A、B项错误，C项正确；D项中应为吸收26 kJ热量。]

5．比较下列各组热化学方程式中ΔH的大小关系：

(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH2

ΔH1________ΔH2(填“>”“<”或“＝”，下同)。

(2)4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)　ΔH1

4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH2

ΔH1________ΔH2。

[解析]　(1)水蒸气变为液态水是放热过程，生成液态水的反应放出的热量多，但ΔH为负值，所以ΔH1<ΔH2。(2)两式相减得4Al(s)＋2Fe2O3(s)===2Al2O3(s)＋4Fe(s)　ΔH＝ΔH1－ΔH2，铝热反应很剧烈，是典型的放热反应，所以ΔH＝ΔH1－ΔH2<0，即ΔH1<ΔH2。

[答案]　(1)<　(2)<