高中化学苏教版（2019）选择性必修1 专题1 化学反应与能量变化 第一单元 微专题1 反应热的计算和ΔH的大小比较学案

微专题1　反应热的计算和ΔH的大小比较

一、反应热的计算

1．根据热化学方程式计算

热化学方程式中反应热数值与各物质的化学计量数成正比。注：Q表示吸收或放出的能量。例如，

aA(g)＋bB(g)===cC(g)＋dD(g)　ΔH

　a　　　b　　　 c　　d　　 |ΔH|

n(A)　　 n(B)　　n(C)  n(D)　 Q

　则＝＝＝＝。

例1　已知由氢气和氧气反应生成4.5 g水蒸气时放出60.45 kJ的热量。

(1)写出H2燃烧的热化学方程式。

(2)计算该条件下50 g H2燃烧放出的热量。

答案　(1)已知生成4.5 g(0.25 mol)水蒸气放出60.45 kJ的热量，则有

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH

2 mol　 1 mol　 2 mol　　|ΔH|

　　　　　　　 0.25 mol　60.45 kJ

则＝，|ΔH|＝483.6 kJ·mol－1，

由于反应放热，所以ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，

故热化学方程式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1。

(2)50 g H2的物质的量为＝25 mol，

50 g H2放出的热量为25 mol× kJ·mol－1＝6 045 kJ。

2．根据反应物、生成物的键能计算

ΔH＝E(反应物的键能总和)－E(生成物的键能总和)。

例2　根据键能数据计算CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反应热ΔH＝___________。

答案　－1 940 kJ·mol－1

解析　ΔH＝E(反应物键能总和)－E(生成物键能总和)＝(4×414＋4×155－4×489－4×565) kJ·mol－1＝－1 940 kJ·mol－1。

3．根据物质的标准燃烧热数值计算

Q放＝n(可燃物)×|ΔH|(标准燃烧热)。

例3　已知丙烷的标准燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g水，则放出的热量约为(　　)

A．55 kJ  B．220 kJ  C．550 kJ  D．1 108 kJ

答案　A

解析　丙烷分子式是C3H8，标准燃烧热为－2 215 kJ·mol－1，则1 mol丙烷完全燃烧会生成4 mol水，放热2 215 kJ，1.8 g水的物质的量为0.1 mol，则消耗丙烷的物质的量为0.025 mol，所以反应放出的热量为0.025 mol×2 215 kJ·mol－1＝55.375 kJ，则放出的热量约为55 kJ。

4．根据图像计算

例4　根据如图写出反应CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)的反应热ΔH＝________________。

答案　－91 kJ·mol－1

解析　由图知：CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)的反应热ΔH＝(419－510)kJ·mol－1＝－91 kJ·mol－1。

5．根据盖斯定律计算

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及其ΔH。

例5　CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。

已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)

ΔH＝－75 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1

该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。

答案　247

解析　将题给三个反应依次编号为①②③：

C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－75 kJ·mol－1①

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1②

C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1③

根据盖斯定律，由③×2－①－②可得

CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)

ΔH＝247 kJ·mol－1。

1．已知葡萄糖的标准燃烧热ΔH＝－2 804 kJ·mol－1，当它氧化生成1 g水时放出的热量是(　　)

A．26.0 kJ  B．51.9 kJ  C．155.8 kJ  D．467.3 kJ

答案　A

解析　葡萄糖标准燃烧热的热化学方程式：C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－2 804 kJ·mol－1，由此可知，生成6 mol×18 g·mol－1＝108 g水放出2 804 kJ热量，则生成1 g水时放出的热量为≈26.0 kJ。

2．(2020·合肥一中模拟)已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)

ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ·mol－1。现有H2与CH4的混合气体112 L(标准状况下)，使其完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，若实验测得反应放热3 845.8 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是(　　)

A．1∶1  B．1∶3  C．1∶4  D．2∶3

答案　C

解析　设混合气体中含有x mol H2，则CH4的物质的量为(5－x) mol，则x＋890×(5－x)＝3 845.8，得x＝1，C项正确。

3．已知：①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1

②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220 kJ·mol－1

通常人们把拆开1 mol某化学键所消耗的能量看成该化学键的键能。已知H—H、O==O和O—H键的键能分别为436 kJ·mol－1、496 kJ·mol－1和462 kJ·mol－1，则 a为(　　)

A．－332  B．－118  C．350  D．130

答案　D

解析　根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。根据题中给出的键能可得出热化学方程式：③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝(2×436＋496－4×462)kJ·mol－1＝－480 kJ·mol－1，题中②2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH2＝－220 kJ·mol－1，根据盖斯定律(②－③)×得①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH1＝(ΔH2－ΔH3)×，即a＝(－220＋480)×＝130，选项D正确。

4．(2020·石家庄月考)已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－393.5 kJ·mol－1

H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.5 kJ·mol－1

欲得到相同热量，需充分燃烧C和H2的质量比约为(　　)

A．12∶3.25   B．3.25∶12

C．1∶1   D．6∶1

答案　A

解析　设需要碳和氢气的质量分别是x、y，则×393.5＝×241.5，解得x∶y≈12∶3.25。

二、焓变的大小比较

1．ΔH大小比较时注意事项

ΔH是有符号的，比较时要带着符号比。

(1)吸热反应的ΔH为正值，放热反应的ΔH为负值，

所以吸热反应的ΔH一定大于放热反应的ΔH。

(2)放热反应的ΔH为“－”，所以放热越多，ΔH越小。

2．常见的几种ΔH大小比较方法

(1)如果化学计量数加倍，ΔH的绝对值也要加倍

例如，H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH1＝－a kJ·mol－1；

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2＝－b kJ·mol－1，其中ΔH2＜ΔH1＜0，且b＝2a。

(2)同一反应，反应物或生成物的状态不同，反应热不同

在同一反应里，反应物或生成物状态不同时，要考虑A(g)A(l)A(s)，或者从三状态自身的能量比较：E(g)＞E(l)＞E(s)，可知反应热大小亦不相同。

如S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1＝－a kJ·mol－1

S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2＝－b kJ·mol－1

(3)晶体类型不同，产物相同的反应，反应热不同

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

C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－b kJ·mol－1

(4)根据反应进行的程度比较反应热大小

①其他条件相同，燃烧越充分，放出的热量越多，ΔH越小，如C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH1；C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2。

②对于可逆反应，由于反应物不可能完全转化为生成物，所以实际放出(或吸收)的热量小于相应的热化学方程式中的ΔH的绝对值。如：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－197 kJ·mol－1，向密闭容器中通入2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)，发生上述反应，达到平衡后，放出的热量小于197 kJ，但ΔH仍为－197 kJ·mol－1。

(5)中和反应中反应热的大小不同

①浓硫酸和氢氧化钠固体反应生成1 mol水时，放出的热量一定大于57.3 kJ(浓硫酸稀释和氢氧化钠固体溶解时都会放出热量)。

②醋酸和NaOH溶液反应生成1 mol水时，放出的热量一定小于57.3 kJ(醋酸电离会吸热)。

③稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应生成1 mol水时，反应放出的热量一定大于57.3 kJ(SO和Ba2＋反应生成BaSO4沉淀会放热)。

1．下列两组热化学方程式中，有关ΔH的比较正确的是(　　)

①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH1

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH2

②NaOH(aq)＋H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH3

NaOH(aq)＋CH3COOH(aq)===CH3COONa(aq)＋H2O(l)　ΔH4

A．ΔH1＞ΔH2；ΔH3＞ΔH4

B．ΔH1＞ΔH2；ΔH3＜ΔH4

C．ΔH1＝ΔH2；ΔH3＜ΔH4

D．ΔH1＜ΔH2；ΔH3＞ΔH4

答案　B

解析　①中两个反应都是放热反应，后者生成液态水，所以放出的热量大于前者，而放热反应ΔH小于0，放热越多，焓变越小，故ΔH1＞ΔH2。②中两个反应的实质是酸碱中和，都是放热反应，两个反应生成水的物质的量都是1 mol，但是CH3COOH是弱电解质，电离过程吸收一部分热量，所以后者放出的热量少，所以ΔH3＜ΔH4。

2．(2020·福建省仙游县枫亭中学高二期中)强酸与强碱的稀溶液发生中和反应：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。分别向1 L 0.5 mol·L－1的NaOH溶液中加入：①稀醋酸、②浓H2SO4、③稀硝酸，恰好完全反应的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，它们的关系正确的是(　　)

A．ΔH1＞ΔH2＞ΔH3   B．ΔH2＜ΔH1＜ΔH3

C．ΔH1＝ΔH2＝ΔH3   D．ΔH1＞ΔH3＞ΔH2

答案　D

解析　等物质的量的NaOH与稀CH3COOH、浓H2SO4、稀HNO3恰好反应生成等物质的量的水，若不考虑物质的溶解热和弱电解质电离吸热，应放出相同的热量。但在实际反应中，浓H2SO4稀释放热，CH3COOH是弱电解质，电离要吸热，且放热越多，ΔH越小，则ΔH1＞ΔH3＞ΔH2。

3．室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，反应热为ΔH1，将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，反应热为ΔH2，CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l)，反应热为ΔH3，则下列判断正确的是(　　)

A．ΔH2＞ΔH3   B．ΔH1＜ΔH3

C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2   D．ΔH1＋ΔH2＞ΔH3

答案　B

解析　①胆矾溶于水时，溶液温度降低，反应为CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)＋5H2O(l)　ΔH1＞0；

②CuSO4(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)　ΔH2＜0；

③已知CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l)　ΔH3；依据盖斯定律①－②得到③，所以ΔH3＝ΔH1－ΔH2；ΔH2＜0，ΔH1＞0，故ΔH3＞0。由上述分析可知ΔH2＜ΔH3，故A项错误；ΔH2＝ΔH1－ΔH3，由于ΔH2＜0，则ΔH3＞ΔH1，故B项正确；ΔH3＝ΔH1－ΔH2，故C项错误；ΔH2＜0，ΔH1＞0，ΔH3＞ΔH1＋ΔH2，故D项错误。

4．下列各组热化学方程式中，ΔH1＜ΔH2的是(　　)

①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1

C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2

②S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1

S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2

③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH1

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2

④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH1

CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s)　ΔH2

A．①  B．②③④  C．④  D．①②③

答案　A

解析　碳不完全燃烧放热少，焓变比较大小时考虑符号，所以ΔH1＜ΔH2，故①符合；固态硫变为气态硫需要吸收热量，所以ΔH1＞ΔH2，故②不符合；相同条件下物质的量少的反应放热少，1 mol氢气燃烧放热小于2 mol氢气燃烧放热，所以ΔH1＞ΔH2，故③不符合；碳酸钙分解吸热，焓变为正值，氧化钙和水反应是化合反应，放热，焓变是负值，所以ΔH1＞ΔH2，故④不符合。