河北省石家庄市高中化学第一章化学反应与能量1.3化学反应热的计算课件新人教版选修4

1、 在化学科学研究中，在化学科学研究中，经常要通过实验测定物质经常要通过实验测定物质在发生化学反应时所放出或吸收的热量。在发生化学反应时所放出或吸收的热量。 但是有些反应的反应热由于种种原因很难直但是有些反应的反应热由于种种原因很难直接测得，接测得，只能通过化学计算的方式间接获得。只能通过化学计算的方式间接获得。例如：例如：C(s) + 1/2OC(s) + 1/2O2 2(g) (g) CO(g) CO(g) H H3 3 ? ? 它的一级火箭燃料采用的是液氧煤油，为了它的一级火箭燃料采用的是液氧煤油，为了提供这么大的能量，我们需要加注多少吨燃料呢？提供这么大的能量，我们需要加注多少吨燃料呢？

2、“长征五号长征五号”身高身高59.559.5米，米，起飞重量为起飞重量为643643吨，起吨，起飞飞推力推力为为833.8833.8吨。近地轨道吨。近地轨道2525吨，地球同步转移吨，地球同步转移轨道轨道1414吨。吨。燃煤工业锅炉正常工作燃煤工业锅炉正常工作一天可提供多少热能？一天可提供多少热能？ 烧开烧开5kg5kg常温的水，常温的水，需要多少升煤气呢？需要多少升煤气呢？ 在生产中对于燃料的燃烧、反应条件的控制在生产中对于燃料的燃烧、反应条件的控制以及以及“废热废热”的利用，也需要反应热计算的利用，也需要反应热计算 。 一、一、盖斯定律盖斯定律 18361836年，瑞士化学家年，瑞士化学家

3、盖斯盖斯（G GH HHessHess）通通过大量实验事实证明：过大量实验事实证明： 即化学反应的反应热只与反应体系的即化学反应的反应热只与反应体系的始态始态和和终态终态有关，而与反应的有关，而与反应的途径途径无关。无关。H H H H1 1 + + H H2 2 不管化学反应是不管化学反应是一步完成一步完成或或分几步分几步完成完成，其反应热是，其反应热是相同的相同的。态：态：物质种类物质种类、物质的量物质的量、物质的状态及环境条件。物质的状态及环境条件。对于盖斯定律的理解对于盖斯定律的理解生活实例：登山生活实例：登山 某人从山下某人从山下A A到达山顶到达山顶B B，无论是翻山越岭攀，无论是

4、翻山越岭攀登而上，还是坐缆车直奔山顶，其所处的海拔都登而上，还是坐缆车直奔山顶，其所处的海拔都高了高了300m300m（即山的高度与（即山的高度与A A、B B点的海拔有关，而点的海拔有关，而与由与由A A点到达点到达B B点的途径无关）点的途径无关）。用能量守恒定律论证盖斯定律用能量守恒定律论证盖斯定律 先从始态先从始态S S变化到到终态变化到到终态L L，体系放出热量，体系放出热量（H H1 10)0)。经过一个循环，体系仍处于。经过一个循环，体系仍处于S S态，因态，因为物质没有发生变化，所以就不能引发能量变化，为物质没有发生变化，所以就不能引发能量变化，即即H H1 1 + + H H

5、2 2 0 0盖斯定律的用途盖斯定律的用途 这些都给测量反应热造成了困难，利用这些都给测量反应热造成了困难，利用盖斯定律可以间接地把它们的反应热计算出盖斯定律可以间接地把它们的反应热计算出来。来。 用来计算用来计算难于测量难于测量或或不能测量不能测量的反的反应的应的反应热反应热。盖斯定律在科学研究中的重要意义：盖斯定律在科学研究中的重要意义： 有些反应进行得有些反应进行得很慢很慢；有些反应；有些反应不容易不容易直接发生直接发生；有些反应的；有些反应的产品不纯产品不纯（有副反应（有副反应发生）发生）利利用用盖盖斯斯定定律律解解决决问问题题图示法图示法C C(s)(s)COCO2 2(g)(g)H

6、1C C(s)(s)COCO(g)(g)H2H3C(s) + OC(s) + O2 2(g) (g) CO CO2 2(g) (g) H H1 1 C(s) + 1/2OC(s) + 1/2O2 2(g) (g) CO(g) CO(g) H H2 2 ? ? CO(g) + 1/2OCO(g) + 1/2O2 2(g) (g) CO CO2 2(g) (g) H H3 3 根据根据盖斯定律：盖斯定律：H H1 1H H2 2+ +H H3 3H H2 2H H1 1H H3 3二、二、反应热的计算反应热的计算 利用热化学方程式、反应热利用热化学方程式、反应热（中和热、燃烧（中和热、燃烧热等）热

7、等）的概念、盖斯定律进行有关反应热的计算。的概念、盖斯定律进行有关反应热的计算。有关热化学方程式的计算有关热化学方程式的计算【例例1 1】已知：已知：CHCH(g) + 2O(g) + 2O2 2(g)(g)COCO2 2 (g) + 2H(g) + 2H2 2O(l)O(l) H H -Q-Q1 1 KJ/molKJ/mol2H2H2 2（g g）+ O+ O2 2(g)(g)2H2H2 2O O（g g） H H -Q-Q2 2 KJ/molKJ/mol2H2H2 2（g g） + O + O2 2(g)(g)2H2H2 2O O（l l） H H -Q-Q3 3 KJ/mol KJ/mo

8、l 常温下常温下, ,取体积比为取体积比为4:14:1的甲烷和氢气的混合的甲烷和氢气的混合气体气体11.2L11.2L( (标况标况) ), ,经完全燃烧恢复常温经完全燃烧恢复常温, ,放出的热放出的热量为多少量为多少KJ?KJ?P P1313 例例1 1钠钠与氯气起反应的化学方程式如下：与氯气起反应的化学方程式如下：Na(s) + Na(s) + Cl Cl2 2(g)(g) NaCl (sNaCl (s) ) H(kJ/mol)H(kJ/mol)23g/mol x23g/mol xx x 23g/mol23g/mol(-17.87kJ)(-17.87kJ)1.0g 1.0g -411kJ/

9、mol-411kJ/mol解：设生成解：设生成1molNaCl1molNaCl的反应热为的反应热为x x23g/mol : x 23g/mol : x 1g : -17.87kJ 1g : -17.87kJ1 12 2注意注意热化学方程式和热化学方程式和有关单位有关单位正确书写正确书写1g -17.87kJ1g -17.87kJ【例例2 2】P P1313 解：解：设设1kg1kg乙醇燃烧后放出的热量为乙醇燃烧后放出的热量为X XC C2 2H H6 6O(l) + 3OO(l) + 3O2 2(g) (g) 2CO2CO2 2(g) + 3H(g) + 3H2 2O(l) O(l) H H

10、-1366.8kJ/mol-1366.8kJ/mol 1 1366.81 1366.827.1427.14 X XX X 1366.8 1366.8 27.14 27.14 29710kJ29710kJ答：答：1kg1kg乙醇燃烧后放出乙醇燃烧后放出29710kJ29710kJ热量热量有关有关燃烧燃烧热热的计算的计算可燃物完全燃烧产生的热量可燃物完全燃烧产生的热量 可燃物的物质的量可燃物的物质的量其燃烧热其燃烧热练习练习1. 1. 在在101 kPa101 kPa时，时，1 mol CH1 mol CH4 4 完全燃烧生成完全燃烧生成COCO2 2和液态和液态H H2 2O O，放出，放出89

11、0.3 kJ890.3 kJ的热量，的热量，CHCH4 4的燃烧的燃烧热为多少？热为多少？1000 L CH1000 L CH4 4（标准状况）燃烧后所产（标准状况）燃烧后所产生的热量为多少？生的热量为多少？ 练习练习 在一定条件下，氢气和丙烷燃烧的热化学在一定条件下，氢气和丙烷燃烧的热化学方程式为：方程式为：2H2H2 2(g) + O(g) + O2 2(g) (g) 2H 2H2 2O(l) O(l) H H -571.6 kJ/mol-571.6 kJ/molC C3 3H H8 8(g) + 5O(g) + 5O2 2(g)(g) 3CO 3CO2 2(g)+ 4H(g)+ 4H2

12、2O(l) O(l) H H -2220 kJ/mol-2220 kJ/mol 5mol 5mol氢气和丙烷的混合气完全燃烧时放出氢气和丙烷的混合气完全燃烧时放出 3847 kJ3847 kJ的热量，则氢气和丙烷的体积比为的热量，则氢气和丙烷的体积比为 ( )( )A. 1:3 B.3:1 C. 1:4 D. 1:1A. 1:3 B.3:1 C. 1:4 D. 1:1 B B285.8285.8X X(5-(5-X X) )2220=38472220=3847方法方法1 1C C3 3H H8 8285.8285.822202220H H2 2769.4769.4483.6483.61450.

13、61450.6方法方法2 22H2H2 2(g) + O(g) + O2 2(g) (g) 2H 2H2 2O(l) O(l) H H -571.6 kJ/mol-571.6 kJ/molC C3 3H H8 8(g) + 5O(g) + 5O2 2(g)(g) 3CO 3CO2 2(g)+ 4H(g)+ 4H2 2O(l) O(l) H H -2220 kJ/mol-2220 kJ/mol 5mol 5mol氢气和丙烷的混合气完全燃烧时放出氢气和丙烷的混合气完全燃烧时放出 3847 kJ3847 kJ的热量的热量. . 化学键与反应热化学键与反应热H H( (焓变焓变) )的关系的关系 有关

14、有关反应热反应热H H的计算的计算H H E E反应物的键能总和反应物的键能总和E E生成物的键能总和生成物的键能总和【例例3 3】白磷与氧气可发生如下反应：白磷与氧气可发生如下反应：P P4 4 + 5O+ 5O2 2 P P4 4O O1010。已知断裂下列化学键。已知断裂下列化学键1mol1mol需要需要吸收的能量分别为：吸收的能量分别为：P PP P a a kJ/mol kJ/mol、PO PO b b kJ/molkJ/mol、P P O O c kJ/mol c kJ/mol、O OO O d d kJ/mol kJ/mol。根据。根据上图的分子结构和有关数据估算该反应的上图的分

15、子结构和有关数据估算该反应的H. .名称名称化学式化学式键的物质的量键的物质的量金刚石金刚石C(s)C(s)2mol2molC CC C石墨石墨C(s)C(s)1.5mol1.5molC CC C晶体硅晶体硅SiSi2mol2molN NH H二氧化硅二氧化硅SiSiO O2 24mol4molSiSiO O白磷白磷P P4 46mol6molC CH H氨氨NHNH3 33mol3molSiSiSiSi甲烷甲烷CHCH4 44 4molPPmolPP学会比较，学会总结学会比较，学会总结物质总能量与反应热物质总能量与反应热( (焓变焓变) )的关系的关系 H H E E生成物能量总和生成物能量

16、总和E E反应物能量总和反应物能量总和有关有关盖斯定律的计算盖斯定律的计算应用盖斯定律的常用方法：应用盖斯定律的常用方法：虚拟路径法虚拟路径法 若反应物若反应物A A变为生成物变为生成物D D，可以有两个途径：，可以有两个途径：由由A A直接变成直接变成D D，反应热为，反应热为HH；由由A A经过经过B B变成变成C C，再由，再由C C变成变成D D，每步的反应热分，每步的反应热分别为别为HH1 1、HH2 2、HH3 3，如图所示：，如图所示：H H HH1 1 + H + H2 2 + H + H3 3根据根据盖斯定律：盖斯定律：【例例4 4】已知下列反应的反应热为已知下列反应的反应热

17、为CHCH3 3COOH(l) + 2OCOOH(l) + 2O2 2(g) (g) 2CO2CO2 2(g) + 2H(g) + 2H2 2O(l)O(l) H H1 1 -870.3 kJ/mol -870.3 kJ/molC(s) + OC(s) + O2 2(g) (g) COCO2 2(g)(g) H H2 2 -393.5 kJ/mol -393.5 kJ/molH H2 2(g) + (g) + 1/21/2O O2 2(g) (g) H H2 2O(l)O(l) H H3 3 -285.8 kJ/mol -285.8 kJ/mol试计算下述反应的反应热试计算下述反应的反应热H

18、H：2C(s) + 2H2C(s) + 2H2 2(g) + O(g) + O2 2(g) (g) CH CH3 3COOH(l) COOH(l) H H 加和法加和法 2 2C(s) + C(s) + 2 2O O2 2(g) (g) 2 2COCO2 2(g)(g) H H2 2 - -787787. .0 0 kJ/mol kJ/mol 2 2H H2 2(g) + O(g) + O2 2(g) (g) 2 2H H2 2O(l)O(l) H H3 3 -5-57171. .6 6 kJ/mol kJ/mol 2CO2CO2 2(g) + 2H(g) + 2H2 2O(l) O(l) C

19、HCH3 3COOH(l) + 2OCOOH(l) + 2O2 2(g)(g) H H1 1 +870.3 kJ/mol+870.3 kJ/mol2C(s) + 2H2C(s) + 2H2 2(g) + O(g) + O2 2(g) (g) CH CH3 3COOH(l) COOH(l) H H 2 2H H2 2 + 2+ 2H H3 3 - - H H1 1加和法加和法确定待求反应的热化学方程式确定待求反应的热化学方程式（目标热化学方（目标热化学方程式）程式）。找出目标热化学方程式中各物质出现在已知热找出目标热化学方程式中各物质出现在已知热化学方程式中的位置化学方程式中的位置( (是同侧还

20、是异侧是同侧还是异侧) )。利用同侧相加、异侧相减进行处理。利用同侧相加、异侧相减进行处理。根据目标方程式中各物质的化学计量数通过乘根据目标方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知热化学方程式中反应的化学计量数，除来调整已知热化学方程式中反应的化学计量数，并消去中间产物。并消去中间产物。实施叠加并确定反应热的变化。实施叠加并确定反应热的变化。 运用所给热化学方程式通过加减的方法得到运用所给热化学方程式通过加减的方法得到所求的热化学方程式所求的热化学方程式（目标热化学方程式）（目标热化学方程式）。【例例5 5】某次发射火箭，用某次发射火箭，用N N2 2H H4 4（肼）在（肼）在NONO2

21、 2中燃烧，中燃烧，生成生成N N2 2、液态、液态H H2 2O O。 已知：已知：N N2 2(g) (g) + 2O+ 2O2 2(g) (g) 2NO2NO2 2(g) (g) H H1 1 +67.2kJ/mol +67.2kJ/mol N N2 2H H4 4(g) (g) + O+ O2 2(g)(g) N N2 2(g) (g) + 2H+ 2H2 2O O(l)(l) H H2 2 -534kJ/mol-534kJ/mol 假如都在相同状态下，请写出发射火箭反应假如都在相同状态下，请写出发射火箭反应的热化学方程式。的热化学方程式。2 - 2 - 2N N2 2H H4 4(g

22、) (g) + 2NO+ 2NO2 2(g) (g) 3N N2 2(g) (g) + 4H+ 4H2 2O O(l)(l) H H -1135.2kJ/mol-1135.2kJ/mol 热化学方程式热化学方程式同乘同乘以某一个数时，反应热的以某一个数时，反应热的数值数值也必须也必须乘乘以该数以该数热化学方程式热化学方程式相加减相加减时，同种物质之间可相时，同种物质之间可相加减，加减，反应热反应热也随之也随之相加减相加减( (带符号带符号) )将一个化学方程式将一个化学方程式颠倒颠倒时，时，HH“”“”“”号必须随之号必须随之改变改变，但，但数值不变数值不变计算过程中需计算过程中需代入数据代入

23、数据，且数据必须，且数据必须带单位带单位 应用盖斯定律进行简单计算，关键在于根据应用盖斯定律进行简单计算，关键在于根据目标热化学方程式目标热化学方程式，对原热化学方程式进行恰当对原热化学方程式进行恰当“变形变形”。应用盖斯定律时的注意事项：应用盖斯定律时的注意事项：反应热大小的比较反应热大小的比较 反应热反应热H的大小比较是高考考查反应的大小比较是高考考查反应热的常见题型，也是高中化学学习的难点。热的常见题型，也是高中化学学习的难点。 在进行在进行H的大小比较时，的大小比较时，把反应热的把反应热的“”或或“”与反应热的与反应热的数值数值看作一个整看作一个整体进行比较，而比较两个反应放出或吸收热

24、体进行比较，而比较两个反应放出或吸收热量的多少时，应去掉量的多少时，应去掉“”、“”进行比进行比较，只比较数值。较，只比较数值。直接比较法直接比较法 依据规律、经验和常识直接判断不同反应的依据规律、经验和常识直接判断不同反应的HH的大小。的大小。吸热反应的吸热反应的H肯定比放热反应的大肯定比放热反应的大( (前者大于前者大于0 0，后者小于后者小于0)0)。物质燃烧时，可燃物物质的量越大，燃烧放出物质燃烧时，可燃物物质的量越大，燃烧放出的热量越多的热量越多，但，但H小小。等量的可燃物完全燃烧所放出的热量肯定比不等量的可燃物完全燃烧所放出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多完全燃烧所放出的热量多

25、，但，但H小。小。同一反应，同一反应，产物相同产物相同时，时，气态物质气态物质燃烧所放出燃烧所放出的热量比的热量比固态物质固态物质燃烧所放出的热量多燃烧所放出的热量多，但，但H小小。同一反应，同一反应，反应物反应物相同时，生成相同时，生成液态物质液态物质放出放出的热量比生成的热量比生成气态物质气态物质所放出的热量多所放出的热量多，但，但H小。小。中和反应生成等量的水时，中和反应生成等量的水时，强酸与强碱强酸与强碱的稀溶的稀溶液反应比液反应比弱酸与强碱弱酸与强碱( (或强碱与弱酸、弱碱与弱酸或强碱与弱酸、弱碱与弱酸) )的稀溶液反应放出的热量多的稀溶液反应放出的热量多，但，但H小小。对于可逆反应

26、，因反应不能进行完全，实际反对于可逆反应，因反应不能进行完全，实际反应过程中放出或吸收的热量要小于相应热化学方应过程中放出或吸收的热量要小于相应热化学方程式中的反应热数值。程式中的反应热数值。2 2SOSO2 2+ O+ O2 2SOSO3 3 HH197 kJ/mol197 kJ/mol催化剂催化剂不同单质燃烧，能量高的不同单质燃烧，能量高的放出的热量多，但放出的热量多，但H小小。如：金刚石比石墨能量高，两者燃烧金刚石。如：金刚石比石墨能量高，两者燃烧金刚石放热多，对应放热多，对应H H 越小。越小。 利用盖斯定律，设计不同反应途径，由利用盖斯定律，设计不同反应途径，由能量守恒定律列式比较。

27、能量守恒定律列式比较。利用盖斯定律比较法利用盖斯定律比较法反应为：反应为： 2H2H2 2O O(g)(g)2H2H2 2O O(l) H(l) H3 3HH2 2HH1 1，而而HH3 30 0，所以所以HH2 2HH1 1。例如：例如：同一反应，生成物状态不同时：同一反应，生成物状态不同时：2H2H2 2(g) + (g) + O O2 2(g) (g) 2H2H2 2O O(g)(g) H H1 1 2H2H2 2(g) + (g) + O O2 2(g) (g) 2H2H2 2O O(l)(l) H H2 2 同一反应，同一反应，反应反应物状态不同时：物状态不同时：S S( (s s)

28、 + ) + O O2 2(g) (g) SOSO2 2(g)(g) H H1 1 S S( (g g) + ) + O O2 2(g) (g) SOSO2 2( (g g) ) H H2 2 反应为：反应为： S S( (s s) )S S(g)(g) H H3 3HH1 1HH2 2，而而HH3 30 0，所以所以HH1 1HH2 2。HH1 1HH2 2 + H+ H3 3，所以，所以HH1 1HH2 2两个有联系的不同反应相比：两个有联系的不同反应相比：CsCs) + ) + O O2 2(g) (g) C CO O2 2(g)(g) H H1 1C C( (s s) + ) + 1/

29、21/2O O2 2(g) (g) C CO O( (g g) ) H H2 2 C C(s)(s)COCO(g)(g)H2H3COCO2 2(g)(g)H1【例例6 6】：常温下，已知：常温下，已知：4Al(s) + 34Al(s) + 3O O2 2(g) (g) 2Al 2Al2 2O O3 3(s)(s) H H1 1 4Fe(s) + 3O4Fe(s) + 3O2 2(g) (g) 2Fe 2Fe2 2O O3 3(s)(s) H H2 2 下面关于下面关于HH1 1、HH2 2的比较正确的是的比较正确的是( )( )A.HA.H1 1HH2 2 B.H B.H1 1HH2 2C.HC.H1 1HH2 2 D.D.无法计算无法计算2Al(s) 2Al(s) + + FeFe2 2O O3 3(s) (s) 2Fe(s) 2Fe(s) + + 2Al2Al2 2O O3