高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用学案设计

微专题2　与反应焓变有关的计算

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化学式前的系数成正比。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＝＝＝＝

2．根据反应物和反应产物的能量计算

ΔH＝反应产物的总能量－反应物的总能量，

即ΔH＝E(反应产物)－E(反应物)。

注：E(反应产物)——反应产物的总能量

E(反应物)——反应物的总能量

3．根据化学键变化时吸收或放出的热量计算

ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的总能量－反应产物的化学键形成所释放的总能量，即ΔH＝Q(吸)－Q(放)。

注：Q(吸)——反应物断键吸收的总热量

Q(放)——反应产物成键放出的总热量

4．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。

5．根据比热公式计算

计算中和反应的反应热时，会利用比热公式Q＝－C(T2－T1)计算中和反应放出的热量。

【例1】　氯原子对O3分解有催化作用：

O3(g)＋Cl(g)===ClO(g)＋O2(g) 　ΔH1

ClO(g)＋O(g)===Cl(g)＋O2(g)　  ΔH2

大气臭氧层的分解反应是O3(g)＋O(g)===2O2(g)　ΔH，该反应的能量变化如图：

下列叙述中，正确的是(　　)

A．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E1－E3

B．O3＋O===2O2是吸热反应

C．ΔH＝ΔH1＋ΔH2

D．ΔH＝E3－E2>0

C　[A项，ΔH＝反应产物总能量－反应物总能量＝E3－E2；B项，由E2>E3知反应物总能量大于反应产物总能量，故O3＋O===2O2为放热反应；C项，根据盖斯定律将两式相加得ΔH＝ΔH1＋ΔH2；D项，由于O3＋O===2O2放热，故ΔH＝E3－E2<0。]

【例2】　白磷、红磷是磷的两种同素异形体，在空气中燃烧得到磷的氧化物，空气不足时生成P4O6，空气充足时生成P4O10。

(1)已知298 K时白磷、红磷完全燃烧的热化学方程式分别为

P4(s，白磷)＋5O2(g)===P4O10(s)

 ΔH1＝－2 983.2 kJ·mol－1

P(s，红磷)＋O2(g)===P4O10(s)

 ΔH2＝－738.5 kJ·mol－1

则该温度下白磷转化为红磷的热化学方程式为_________________________

________________________________________________________________。

(2)已知298 K时白磷不完全燃烧的热化学方程式为P4(s，白磷)＋3O2(g)===P4O6(s)　ΔH＝－1 638 kJ·mol－1。在某密闭容器中加入62 g白磷和50.4 L氧气(标准状况)，控制条件使之恰好完全反应。则所得到的P4O10与P4O6的物质的量之比为__________，反应过程中放出的热量为__________。

(3)已知白磷和PCl3的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能

(kJ·mol－1)：P—P 198，Cl—Cl 243，P—Cl 331。

则反应P4(s，白磷)＋6Cl2(g)===4PCl3(s)的反应热ΔH＝__________________。

[解析]　(1)根据盖斯定律，由第一个反应－第二个反应×4，可得：P4(s，白磷)===4P(s，红磷) 　ΔH＝－2 983.2 kJ·mol－1－(－738.5 kJ·mol－1)×4＝－29.2 kJ·mol－1。

(2)n(白磷)＝＝0.5 mol，n(O2)＝＝2.25 mol，设得到的P4O10与P4O6的物质的量分别为x mol、y mol。则x＋y＝0.5,5x＋3y＝2.25，解得x＝0.375，y＝0.125。反应过程中放出的热量为2 983.2 kJ·mol－1×0.375 mol＋1 638 kJ·mol－1×0.125 mol＝1 323.45 kJ。

(3)根据图示，1分子P4、PCl3中分别含有6个P—P键、3个P—Cl键，反应热为断裂6 mol P—P键、6 mol Cl—Cl键吸收的能量和形成12 mol P—Cl键放出的能量之差，即ΔH＝(6×198 kJ·mol－1＋6×243 kJ·mol－1)－12×331 kJ·mol－1＝－1 326 kJ·mol－1。

[答案]　(1)P4(s，白磷)===4P(s，红磷)　ΔH＝－29.2 kJ·mol－1

(2)3∶1　1 323.45 kJ　(3)－1 326 kJ·mol－1

1．50 g碳在氧气中燃烧，得到等体积的CO和CO2。

已知：C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－110.35 kJ·mol－1，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－282.57 kJ·mol－1。与完全燃烧相比，该反应燃烧损失的能量与实际放出的能量之比大约是(　　)

A．283∶503 B．55∶141

C．141∶196 D．1∶1

A　[假设C为2 mol，由题意可知2 mol C全部转化成2 mol CO 后，只有1 mol CO转化成1 mol CO2，损失的能量和实际放出的能量之比为282.57∶(110.35×2＋282.57)≈283∶503。故当C为50 g时，损失的能量和实际放出的能量之比约为283∶503。]

2．已知下列反应的热化学方程式为

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

②CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)

 ΔH2＝－870.3 kJ·mol－1

③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　 ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1

则反应2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的反应热(焓变)为(　　)

A．＋488.3 kJ·mol－1   B．－488.3 kJ·mol－1

C．－244.15 kJ·mol－1 D．＋244.15 kJ·mol－1

B　[将①×2＋③×2－②即得到待求的热化学方程式，故ΔH＝(－393.5 kJ·mol－1)×2＋(－285.8 kJ·mol－1)×2－(－870.3 kJ·mol－1)＝－488.3 kJ·mol－1。]

3．工业生产硫酸的过程中，SO2在接触室中被催化氧化为SO3气体，已知该反应为放热反应。现将2 mol SO2、1 mol O2充入一密闭容器中充分反应后，放出热量98.3 kJ，此时测得SO2的转化率为50%，则下列热化学方程式正确的是(　　)

A．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　 ΔH＝－196.6 kJ·mol－1

B．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　 ΔH＝－98.3 kJ·mol－1

C．SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　 ΔH＝＋98.3 kJ·mol－1

D．SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　 ΔH＝－49.2 kJ·mol－1

A　[根据题意可知，实际参加反应的SO2为1 mol，即1 mol SO2和0.5 mol O2完全反应时，放出热量98.3 kJ，那么当2 mol SO2完全反应时，即可放出热量196.6 kJ，A项正确。]

4．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。

(1)上图是N2(g)和H2(g)反应生成1 mol NH3(g)过程中能量的变化示意图，请写出N2和H2反应的热化学方程式：____________________________________。

(2)若已知下列数据

试根据表中及图中数据计算N—H键的键能为________kJ·mol－1。

(3)用NH3催化还原NOx还可以消除氮氧化物的污染。已知：4NH3(g)＋3O2(g)===2N2(g)＋6H2O(g)　              ΔH1＝－a kJ·mol－1　①

N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　 ΔH2＝－b kJ·mol－1②

求：若1 mol NH3还原NO至N2，则该反应过程中的反应热ΔH3＝________kJ·mol－1(用含a、b的式子表示)。

[解析]　(1)由图像可知，该反应为放热反应，且生成1 mol NH3(g)时，放出的热量为(300－254) kJ＝46 kJ。故N2和H2反应的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1。

(2)设N—H键的键能为x，故反应热ΔH＝－92 kJ·mol－1＝(3×435＋943) kJ·mol－1－6x，x＝390 kJ·mol－1。

(3)①－②×3，可得4NH3(g)＋6NO(g)===5N2(g)＋6H2O(g)，故其反应热ΔH＝3b－a，故1 mol NH3还原NO至N2，反应热为 kJ·mol－1。

[答案]　(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1　(2)390　(3)