2020年高考化学一轮总复习文档：第六章第20讲盖斯定律及反应热的计算 学案

第20讲　盖斯定律及反应热的计算

1.利用盖斯定律计算反应热

(1)盖斯定律的内容

不论化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即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。

(2)特点

①反应的热效应只与始态、终态有关，与途径无关。

②反应热总值一定，如图表示始态到终态的反应热。

则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。

(3)盖斯定律的意义

盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。

如：C(s)＋O2(g)===CO(g)反应的ΔH无法直接测得，但下列两个反应的ΔH可以直接测得：

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

CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1

则在此温度下C(s)＋O2(g)===CO(g)反应的ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－110.5_kJ·mol－1。

2．依据键能计算ΔH的方法

(1)计算公式：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

(2)根据键能计算反应热的关键是正确找出反应物和生成物所含共价键的数目。如：1 mol NH3中含有3 mol N—H键。

1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。

(1)C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH>0，说明石墨比金刚石稳定。(√)

错因：_______________________________________________

(2)已知：500 ℃、30 MPa下，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1；将1.5 mol H2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量46.2 kJ。(×)

错因：此反应是可逆反应，不能进行完全，1.5_mol_H2不能完全转化为NH3，放出的热量小于46.2_kJ。

(3)2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)的焓变ΔH>0。(√)

错因：_________________________________

(4)已知相同条件下2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH1，反应2SO2(s)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH2，则ΔH1>ΔH2。(×)

错因：ΔH越小，放出的热量越多，固态SO2转化为SO3(g)时放出的热量应小于气态SO2转化为SO3(g)，即ΔH1<ΔH2。

(5)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH1和2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2中的ΔH1＝ΔH2。(×)

错因：ΔH的数值与方程式中的分子式前面的系数成正比，即ΔH2＝2ΔH1。

(6)H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1和H2O(g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH2中的ΔH1＝－ΔH2。(√)

错因：______________________________

2．教材改编题

(据人教选修四P14 T6)FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。

已知25 ℃、101 kPa时：4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)

ΔH＝－1648 kJ·mol－1

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393 kJ·mol－1

2Fe(s)＋2C(s)＋3O2(g)===2FeCO3(s)

ΔH＝－1480 kJ·mol－1

FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是____________。

答案　4FeCO3(s)＋O2(g)===2Fe2O3(s)＋4CO2(g)　ΔH＝－260 kJ·mol－1

考点　盖斯定律及应用

[典例1]　(2018·河南安鹤新开四校联考)工业上制取硝酸铵的流程图如下所示：

请回答下列问题：

已知：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)

ΔH＝－1745.2 kJ·mol－1；

6NO(g)＋4NH3(g)5N2(g)＋6H2O(g)

ΔH＝－1925.2 kJ·mol－1；

则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为_______________________。

解析　将已知的两个热化学方程式从上到下依次标记为①和②，根据盖斯定律由①×5－②×4得：4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1025.2 kJ·mol－1。

答案　4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)

ΔH＝－1025.2 kJ·mol－1

名师精讲

利用盖斯定律计算反应热的一般步骤

1．在298 K、101 kPa时，已知：

①2H2O(g)===O2(g)＋2H2(g)　ΔH1

②Cl2(g)＋H2===2HCl(g)　ΔH2

③2Cl2(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　根据盖斯定律，由①＋②×2可以得到③，故ΔH1＋2ΔH2＝ΔH3，A项正确。

2．(2018·河南安鹤新开四校联考)用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出废旧印刷电路板上的铜。已知：

Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)

ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1

2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)

ΔH＝－196.46 kJ·mol－1

H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.84 kJ·mol－1

在H2SO4溶液中，Cu与H2O2反应生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反应热ΔH等于(　　)

A．－417.91 kJ·mol－1   B．－319.68 kJ·mol－1

C．＋546.69 kJ·mol－1   D．－448.46 kJ·mol－1

答案　B

解析　将已知反应从上到下依次标记为①、②、③，则①＋②×＋③得：Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l)　ΔH＝－319.68 kJ·mol－1。

考点　根据键能计算反应热

[典例2]　已知：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)

ΔH＝a kJ·mol－1

2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－220 kJ·mol－1

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

解析　根据盖斯定律，由题给的两个热化学方程式可得：2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋(2a＋220) kJ·mol－1，则有：4×462 kJ·mol－1－2×436 kJ·mol－1－496 kJ·mol－1＝(2a＋220) kJ·mol－1，解得a＝＋130，故选项D正确。

答案　D

名师精讲

熟悉常见物质中化学键的数目

3．(2018·邯郸期末)已知

CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)　ΔH＝a kJ·mol－1。则a等于(　　)

A．－1928  B．＋1928  C．＋1838  D．－1838

答案　A

解析　由表格数据及反应可知，ΔH＝414 kJ·mol－1×4＋158 kJ·mol－1×4－489 kJ·mol－1×4－565 kJ·mol－1×4＝a kJ·mol－1，解得a＝－1928，故选A。

4．(2015·全国卷Ⅱ节选)甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1

②CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH2

③CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH3

回答下列问题：

(1)已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

由此计算ΔH1＝________kJ·mol－1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol－1，则ΔH3＝________kJ·mol－1。

答案　(1)－99　＋41

解析　(1)反应①中，生成1 mol CH3OH时需要形成3 mol C—H键、1 mol C—O键和1 mol O—H键，则放出的热量为：(413×3＋343＋465) kJ＝2047 kJ，需要断开1 mol CO键和2 mol H—H键，吸收的热量为：(1076＋436×2) kJ＝1948 kJ，则该反应为放热反应，ΔH1＝(1948－2047) kJ·mol－1＝－99 kJ·mol－1；根据盖斯定律，ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝(－58＋99) kJ·mol－1＝＋41 kJ·mol－1。

考点　反应热大小的比较

[典例3]　(2018·湖南长沙模拟)已知：

①H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1

②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH2＝b kJ·mol－1

③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH3＝c kJ·mol－1

④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH4＝d kJ·mol－1

下列关系式中正确的是(　　)

A．a<c<0   B．b>d>0

C．2a＝b<0   D．2c＝d>0

解析　氢气燃烧为放热反应，ΔH<0，气态水液化放出热量，故生成液态水放出的热量多，但ΔH小，故c<a<0，A项错误；同理，d<b<0，B项错误；热化学方程式中化学计量数表示物质的量，化学计量数增大一倍，ΔH为原来的2倍，故2a＝b<0，C项正确；同理，2c＝d<0，D项错误。

答案　C

名师精讲

比较反应热大小的注意要点

(1)反应物和生成物的状态

物质的气、液、固三态的变化与反应热关系：

(2)ΔH的符号：比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。

(3)化学计量数：当反应物和生成物的状态相同时，化学计量数越大，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。

(4)根据反应物的本性比较

等物质的量的不同物质与同一种物质反应时，性质不同其反应热不同，一般情况，等物质的量的不同金属或非金属与同一物质发生反应，金属或非金属越活泼，反应就越容易，放出的热量就越多，ΔH越小。

如：①2K(s)＋2H2O(l)===2KOH(aq)＋H2(g)　ΔH1

2Na(s)＋2H2O(l)===2NaOH(aq)＋H2(g)　ΔH2

ΔH1<ΔH2

②H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH3

H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)　ΔH4

ΔH3<ΔH4

(5)对于燃烧反应，燃烧越充分放出的热量就越多，ΔH越小。

如：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH1

2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g)　ΔH2

ΔH1>ΔH2

(6)对于可逆反应，若正反应为放热反应，反应正向进行的程度越大，则反应放出的热量就越多，若正反应为吸热反应，反应程度越大，则反应吸收的热量就越多。

(7)正确理解可逆反应的反应热(ΔH)，如：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1中的92.4 kJ是1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时放出的热量。

5．下列各组变化中，化学反应的反应热前者小于后者的一组是(　　)

①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1；

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH2；

②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH1；

H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2；

③CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH1；

CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s)　ΔH2。

A．①②③  B．①②  C．①③  D．②③

答案　B

解析　①中ΔH1和ΔH2均小于零，由于H2O(l)===H2O(g)吸收能量，故|ΔH1|>|ΔH2|，因此ΔH1<ΔH2。②中ΔH1＝2ΔH2，又ΔH1、ΔH2均小于零，所以ΔH1<ΔH2。③中ΔH1>0，ΔH2<0，所以ΔH1>ΔH2。故选B。

6．室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为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 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，为吸热反应，故ΔH1＞0,1 mol CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，为放热反应，故ΔH2＜0,1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水可以分为两个过程，先分解成1 mol CuSO4(s)和5 mol水，然后1 mol CuSO4(s)再溶于水，CuSO4·5H2O的分解为吸热反应，即ΔH3＞0，根据盖斯定律得到关系式ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，分析得到答案：ΔH1＜ΔH3。