高中化学人教版选修4学案13化学反应热的计算

第三节化学反应热的计算

学习目标核心素养

1.证据推理与模型认知：依据生活中的常

1.从能量守恒的角度理解并掌握识，构建盖斯定律模型，理解盖斯定律的

盖斯定律。本质，形成运用盖斯定律进行相关判断或

2.能正确运用盖斯定律解决具体计算的思维模式。

问题。2.科学态度与社会责任：了解盖斯定律对

3.掌握化学反应热的有关计算。反应热测定的重要意义，树立为人类科学

发展而努力的精神与社会责任感。

一、盖斯定律

1.内容：不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相

圆的。或者说，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.从能量守恒定律理解：

从S->L,AHi<0,体系放热;

从LfS,AH2>0,体系吸热;

根据能量守恒，AHI+AH2=0O

3.应用：因为有些反应进行得很慢，有些反应不容易直接发生,

有些反应的产品不纯,这给测定反应热造成了困难。应用盖斯定律，

就可以间接地把它们的反应热计算出来。如求C(s)+1o2(g)=CO(g)

的反应热：

根据盖斯定律，AH1=AH3+AH2AH3=AHI-AH2

这样就可以求出C(s)+；O2(g)=CO(g)的反应热AH3o

二、反应热的计算

1.反应热的计算依据

(1)热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正、

负号；各项的系数包括的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。

(2)根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其

AH相加或相减，得到一个新的热化学方程式。

(3)可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量X其燃烧热。

2.注意事项

(1)反应热数值与各物质的化学计量数成正比，因此热化学方程式

中各物质的化学计量数改变时，其反应热数值需同时做相同倍数的改

变。

(2)热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反

应热。

(3)正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。

探究点一盖斯定律的应用

一、利用盖斯定律进行问题分析时，常用加合法和途径法

1.加合法

将所给热化学方程式适当加减得到所求的“目标”热化学方程式

过程中，反应热也作相应的处理。

由已知的若干热化学方程式写目标热化学方程式或求目标热化学

方程式的反应热。

(1)若已知热化学方程式的反应物仍然是目标热化学方程式的反应

物，则调整计量系数与“目标”一致后将其相加或做“基础”。

(2)若已知热化学方程式的反应物属于目标热化学方程式的生成

物，则调整计量数与“目标”相符，再由“基础”相减。

(3)与目标热化学方程式无关的物质通过加减乘除消去。

(4)反应热相应乘以系数后再相应加减。

2.途径法

(1)若反应物A变为生成物D,可以有两个途径：

途径I：由A直接变成D,反应热为AH；

途径H：由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别

为AHi、A“2、AH3O

途径I称为“逆时针方向”途径，途径n称为“顺时针方向”途

径；两种途径反应热总和相等。

则有：AH=AH1+AH2+AH3O

（2）如已知下列两个热化学方程式：

①P4（s,白磷）+5O2（g）=P4O10（S）

AHi=-2983.2kJ/moI

②P（s,红磷）+、C>2（g）=：P4Oi0（s）

AH2=-738.5kJ/moI

要写出白磷转化为红磷的热化学方程式可虚拟如下过程。

根据盖斯定律

AH=/HI+（-/〃2）X4=-2983.2kJ/mol+738.5kJ/moIX4=-

29.2kJ/mol

所以白磷转化为红磷的热化学方程式为

P4（s,白磷）=4P（s,红磷）\H=-29.2kJ/mol

也可由①一4X②得白磷转化为红磷的热化学方程式为：

P4（s,白磷）=4P（s,红磷）AH=-29.2kJ/mol

二、盖斯定律在比较物质稳定性中的应用

利用盖斯定律可以判断同素异形体、同分异构体的稳定性强弱，

它们之间转化的热效应和反应热的大小。

例如：已知下列两个热化学方程式：

①P4（S,白磷）+5O2（g）=P4O10（S）

AHi=-2983.2kJmoF1

②P（S,红磷）+永）29）=^401。缶）

1

AH2=-738.5kJmoF

根据盖斯定律：①一②X4可得P4（s,白磷）=4P（s,红磷），其AH

11

=AHI-4XAH2=-2983.2kJ-moF-4X（-738.5kJ-moF）=-29.2

kJ-mol1,说明白磷转化为红磷的反应是放热反应，从而说明白磷的稳

定性比红磷的稳定性弱。

1.相同质量的H2分别与02完全反应生成液态水和气态水，哪一

个放出的热量多？

提示：比较两者放出热量的多少可根据盖斯定律设计如下过程：

故。i=S+A。，^Q>0,即0>。2。

因此，生成液态水放出的热量多。

2.根据以下两个反应：

-1

C(s)+O2(g)=CO2(g)AHi=-393.5kJ-mol

1

CO(g)+l/2O2(g)=CO2(g)AH2=-283.0kJ-moF

依据盖斯定律，设计合理的途径，计算出C(s)+l/2O2(g)=CO(g)

的反应热AHo

提示：根据所给的两个反应方程式，反应C(s)+O2(g)=CO2(g)

可设计为如下途径：

AHI=AH+AH2

-1

AH=AHi-AH2=-393.5kJ-rnol-(-283.0kJmo「)=-110.5

k『mo「。

[例1]已知下列反应的热化学方程式：

6C(s)+5H2(g)+3N2(g)+9O2(g)=2C3H5(ONO2)3(l)

XHi

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)Afh

C(s)+O2(g)=CO2(g)AH3

则反应4C3H5(ONO2)3(l)=12CO2(g)+10H2O(g)+O2(g)+6N2(g)

的AH为()

A.12AH3+5AH2-2AHI

B.2AHI-5AH2-12AH3

C.12A//3-5AH2-2AHI

D.AHI-5AH2-12AH3

【思路分析】本题考查对盖斯定律的理解：

【解析】根据盖斯定律，由第三个热化学方程式X12+第二个热

化学方程式X5—第一个热化学方程式X2可得目标热化学方程式，则

AH=12AH3+5AH2-2AM。

【答案】A

已知H2(g)>C2H4(g)和C2H50H⑴的燃烧热分别是一285.8kJmoI

r、-1411.0kJmo「和一1366.8kJ-moF1,则由C2H4(g)和H2O⑴

反应生成C2H50H⑴的AH为(A)

A.—44.2kJ*mol-1

B.+44.2kJ-mol1

C.—330kJ-mol-1

D.+330kJ-mol-1

解析：C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2%0⑴①

AH=-1411.0kJmol_1

C2H5OH(l)4-3O2(g)=2cO2®+3H2O⑴②

AH=-1366.8kJ-mol-1

①一②得C2H4(g)+H2O⑴==c2H50H(1)

AH=-44.2kJ・mo「。

探究点二反应热的计算

反应热的计算方法

计算依据计算方法

热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠

热化学

倒同时改变正负号,各物质前的化学计量数及AH的

方程式

数值可以同时扩大或缩小相同的倍数

根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方

根据盖程式包括相加或相减（很多时候，在热化学方程

斯定律式相加或相减之前需要乘以或除以一个数），得到一

个新的热化学方程式

可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量X

根据燃烧热

其燃烧热

根据化学AH=反应物的化学键断裂时所吸收的能量和一生成

键的变化物的化学键形成时所放出的能量和

根据反应物

和生成物的（生成物）一以反应物）

总能量

同

反应物的‘\A”=(&-&)kJ/mol

总能量居

|=3-母kJ/mol

1'Vj=-ckJ/mol

生成物的.

总能量&L

-反应过7

根据图像

能量]

/|\........tNH=(&-£)kJ/mol

生成物的I.

总能量已/j!=(a-b)kJ/mol

反应物的L」.....J................=+ckJ/mol

总能最&[_

―反应近程

特别提示：应用盖斯定律计算反应热时应注意以下三点：

①热化学方程式同乘以某一个数时，反应热的数值也必须乘上该

数。

②热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随

之相加减。

③将一个热化学方程式左右颠倒时，AH的“+”“一”号必须随

之改变。

根据单一热化学方程式计算反应热和根据多个热化学方程式计算

反应热的依据与方法有什么不同？如何操作？

提示：（1）单一热化学方程式的计算

根据热化学方程式的数据列比例式。对于热化学方程式，要注意

反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热，热化学方程式中的

化学计量数与各物质的物质的量成正比。

（2）多步热化学方程式的计算

运用盖斯定律将热化学方程式（包括AH）进行加减或乘除，得到新

的热化学方程式后，再列比例式。

[例2]甲醇（CH3OH）广泛用作燃料电池的燃料，可由天然气

来合成，已知：

①2cH4(g)+O2(g)=2CO(g)+4H2(g)

AH=-71kJ-mol1

②CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)

AH=-90.5kJ・mo「

③CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)

AH=-890kJ・mo「

(1)甲醇的燃烧热为。

1

⑵若CO的燃烧热为282.5kJ-moF,则H2的燃烧热为。

【思路分析】结合燃烧热的定义利用盖斯定律求解。

13

【解析】(1)根据盖斯定律，户(③X2一①)得：CO(g)+2H2(g)+T

_1

O2(g)=co2(g)+2H2O(1)AH=-854.5kJ-mol@,④一②得：

3

CH30H⑴+5O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)AH=-764kJ-mol-1,故甲

醇的燃烧热为764k『mo「。

(2)由热化学方程式④得CO的燃烧热+2XH2的燃烧热=854.5

1

kJ-mol,由此可得H2的燃烧热为286kJ-moF'o

【答案】(l)764kJ-moFi(2)286kJ-mol1

已知：2co(g)+O2(g)=2CC)2(g)AH=-566kJ/moI

Na2O2(s)+CO2(g)=Na2CO3(s)+1o2(g)

\H=~226kJ/moI

根据以上热化学方程式判断下列说法正确的是(C)

A.CO的燃烧热为283kJ

B.如下图所示为CO生成CO2的反应过程和能量的关系

C.2Na2O2(s)+2CO2(s)=2Na2CO3(s)+O2(g)

A”>-452kJ/moI

D.CO(g)与Na2O2(s)反应放出509kJ热量时，转移电子数为

6.02X1023

解析：A项，燃烧热的单位错误，应为kJ/mol;B项，图像中CO

与CO2的物质的量都应是2mol,且没有标明物质的状态，错误；由

Na2O2(s)+CO2(g)==Na2CO3(s)+1o2(g)

\H=~226kJ/mol知2Na2(h⑸+2CO2(g)=2Na2cCh⑸+C>2(g)

AHi=-452kJ/mol,因CC>2(g)的能量大于CO2(s)的能量，所以反应

2Na2O2(s)+2CO2(s)=2Na2CO3(s)+O2(g)AH2,放出的能量应比452

kJ小，而AH为负值，故AH2>AHI=-452kJ/mol,C项正确；根据

盖斯定律,将题中下式乘以2,然后与上式相加，再除以2,即得Na2O2(s)

+cO(g)=Na2CO3(s)AH3=-509kJ/mol,此时转移电子数为

1.204X1024,D项错误。

探究点三反应热的大小比较

反应热大小的比较是高考的常见考点，也是高中化学学习的难点。

1.总体原则

⑴比较NH的大小时，必须把反应热的“+”、“一”与反应热

的数值看作一个整体进行比较；比较反应放出或吸收的热量时只比较

数值的大小；比较“燃烧热”、“中和热”时，只需比较数值的大小。

(2)反应物的状态、化学计量数不同，则AH不同。

(3)AH是带符号进行比较的,所有吸热反应的均比放热反应的

AH大。放热反应的A"<0,放热越多，A"越小，但|AH|越大。

(4)同一物质，状态不同，反应热亦不同。

放热放热

如A(g)A(l)A(s)o

吸热吸热

(5)对于可逆反应，因反应不能进行到底，实际反应过程中放出或

吸收的能量要小于热化学方程式中反应热的数值。

2.比较类型

(1)同一反应，生成物的状态不同

如A(g)+B(g)=C(g)AHi<0

A(g)+B(g)=C(l)AH2<0

因为C(g)=C(DAH3<0,而ANMA%—AM,贝！)AHI>A"2。

(2)同一反应，反应物的状态不同

如S(g)+O2(g)=SO2(g)AHi=-«kJ/mol

S(s)+O2(g)==SO2(g)AH2=~bkJ/mol

(3)同素异形体的不同单质发生相似反应，产物相同时

如C(S,石墨)+O2(g)=CO2(g)

AHi=—akJ*mol-1

C(s,金刚石)+O2(g)=CO2(g)

AHi=~bkJ-mol-1

(4)两个有联系的不同反应

C(s)+O2(g)=CO2(g)AHi<0

C(s)+1o2(g)=CO(g)AH2<0

AHI

C(s)——-CO2(g)

AH2\H3

C(s)------*CO(g)------>CO2(g)\H2+\H3=\H1,AH1<O,AH2<O,

AH3<O,

所以AHI<AH2O

并据此可以写出热化学方程式：CO(g)+1o2(g)=CO2(g)\H=

AHi-AHi

(5)根据中和反应中反应物的酸碱性强弱和浓度等比较大小

①浓硫酸和氢氧化钠固体反应生成1mol水时，反应放出的热量

一定大于57.3kJ(浓硫酸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1mol水时，反应放出的热量一定

小于57.3kJ(醋酸电离会吸热)。

③稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应生成1mol水时，反应放出的热量

一定大于57.3kJ(SO厂和Ba2+反应生成BaSCh会放热)。

【例3】下列各组热化学方程式的AH前者大于后者的是()

@C(s)+O2(g)=CO2(g)AHi

C(s)+1o2(g)==CO(g)XH2

②S(s)+O2(g)=SO2(g)\H3

S(g)+O2(g)=SO2(g)AH4

③H2(g)+|o2(g)=H2=(l)AHS

2H2(g)+O2(g)=2H2O⑴AM

@CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)AH：

CaO(s)+H2O(l)=Ca(OH)2(aq)AH8

A.①②④B.①③④

C.②③④D.①②③

【思路分析】AH有正负之分，比较时要连同"+”、“一”一

起比较，类似数学中的正、负数大小的比较。

【解析】①中第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得:

CO(g)+1o2(g)=CO2(g)AH=AH1-AH2,该反应为放热反应，即

AH1-AH2<O,所以②等量的固态硫变为硫蒸气时吸热，

故在与02反应产生同样的SO2时，气态硫放出的热量多，即A“3>AH4；

③发生同样的燃烧反应，物质的量越大，放出的热量越多，故AH5>A“6；

④碳酸钙分解吸收热量，AH7>0,CaO与H2O反应放出热量，AH8<0,

显然AH7>AH8O

【答案】c

有下列两个反应：a.c2H2(g)+H2(g)=C2H4(g)AH<0

b.2cH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)AH>Oo根据上述变化，判断以下几

个热化学方程式：①C(s)+2H2(g)=CH4(g)kJ/mol

②2c(s)+H2(g)=C2H2(g)AH=-0kJ/mol③2c(s)+

2H2(g)=C2H4®

\H=-Q3kJ/mol,其中0、。2、。3从大到小的顺序是:

解析：由于反应式①②③中的生成物及H2均在a或b反应中出

现，因此可采取相减的方法消去C(s)得方程式a或b,a为放热反应，

b为吸热反应，即可比较0、。2、。3的大小。消去C(s)后得方程式为：

a:③一②C2H2(g)+H2(g)=C2H4(g)AH=-03-(-Q2)

kJ/moKO,故？2<°3。b:③一①X22cH4(g)=C2H4(g)+2H2(g)AH

=一。3一(一2X；?i)kJ/mol>0,故©>03。

1.盖斯定律指出：化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)

和终态(各生成物)有关，而与反应进行的具体途径无关。物质A在一

定条件下可发生一系列转化，由图示可判断下列关系错误的是(B)

A.AfF,XH=-XH6

B.AM+A"2+AH3+AH4+AH5+A"6=1

C.C-*F,|AH|=|AHI+AH2+AH6|

D.AHi+AH2+AH3=-AH4-AH5-AH6

解析：A项，F-*A,\H=\H6,贝UA—F,\H=-\H6,A项正

确。B项，6个步骤相加即回到原点，则AH+AHZ+AH+AM+AHS

+A“6=0,B项错误。C项，F—C,AH=A//6+AHI+AH2,则C->F,

|A//|=|AH1+AH2+AH6|,C项正确。D项，DfA与A^D的过程恰

好相反，即AH1+A%+AH3=-AH4-AH5-AH6,D项正确。

1

2.向足量的H2s04溶液中加入100mL0.4mol-L的Ba(OH)2溶

液,放出的热量是5.12kJ。向足量的Ba(OH)2溶液中加入100mL0.4

moHL'的HCI溶液，放出的热量为2.2kJ。贝!)Na2s。4溶液与BaCb

溶液反应的热化学方程式为(D)

A.Ba2+(aq)+SOi-(aq)=BaSO4(s)

AH=-2.92kJmo「

2+

B.Ba(aq)+SOF(aq)=BaSO4(s)

AH=-0.72kJmo「

C.Ba2+(aq)+SOF(aq)=BaSO4(s)

AH=-73kJ・mori

D.Ba2+(aq)+SOi-(aq)=BaSO4(s)

AH=-18kJ-mor1

解析：由题意可知①2H+(aq)+SOV(aq)+Ba2+(aq)+2OH-

5.12kJ

(aq)==BaSO(s)+2HO(1)AHi=128kJ・mo「；②H+

420.04mol

2.2kJ

(aq)+OH(aq)==H2O⑴AH=—55kJ・mo「。根据盖

20.04mol

斯定律，由①一②X2,即得Ba2+(aq)+SO?-(aq)=BaSO4(s)卜H=

—128kJ・mo「一(一55kJ*mo1*)X2=­18kJ*moI*o

3.NH3是重要的化工原料，已知：

-1

N2(g)+O2(g)===2NO(g)AHi=+«kJ-mol

4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)

Afh=-bkJ-mol-1

1

2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)\H3=~CkJmoF

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH4

则\H4为(A)

(a+^b—^c)kJ-moI-1

A.

13

(a—kJ*moI1

C.(2a+3Z>—2c)kJ,mol1

D.(2c+方一a)kJ-mol-1

解析：将前三个热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯

13

定律及对应方程式的构成特点，由①一；X②+^X③可得N2(g)+

3H2(g)2NH3(g)AH4=(«4-^_1c)kJ-mol-1,A项正确。

4.C和H2在生产、生活、科技中是非常重要的燃料。已知:

①2c(s)+O2(g)=2CO(g)AH=-221kJ-mol1

下列推断正确的是(C)

A.C(s)的燃烧热为110.5kJ-mol1

-1

B.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)AH=+484kJmol

C.C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)

AH=+131.5kJ-mol1

D.将2moiH2O(g)分解成H2(g)和Ch(g),至少需要提供4X463kJ

的热量

解析：A项，由题意可得反应③C(s)+l/2O2(g)=CO(g)\H=

-110.5kJ-moF1,但表达C(s)的燃烧热时必须生成稳定的氧化物二氧

化碳，故燃烧热不是110.5kJ・mofi,故A项错误；B项，2moi水分

子中含有4molH—O键，反应④2H2(g)+O2(g)==2H2O(g)的人"=反

应物总键能一生成物总键能=436kJ*moI_1X2+496kJ*moI-1—

4X463k『mo1-i=-484kJ-moI1,故B项错误；C项，③C(s)+

1

l/2O2(g)==CO(g)AH=-110.5kJ-moI-,④2H2(g)+

-1

O2(g)==2H2O(g)AH=-484kJ-mol,由③一1/2X④得：C(s)+

-1

H2O(g)=CO(g)+H2(g)\H=-110.5kJ-mol—1/2X(—484

k『mol-i)=+131.5kJ-mol1,故C项正确；D项，由2H2(g)+

O2(g)=2H2O(g)AH=-484k『mo「可知，2molH2O(g),至

少需要提供484kJ的热量，故D项错误。

5.在25℃、1.01X105Pa时，1gCHk燃烧生成CCh与液态H2O

放出55.6kJ的热量，则生成2molCO2时的反应热为(C)

A.+55.6kJ・mo「B.+889.6kJ-mol1

C.-1779.2kJmol^D.+1779.2kJ-mol1

解析：1molCH4燃烧放出热量为16X55.6kJ=889.6kJ,根据

CH4(g)+2O2(g)==CO2(g)+2H2O⑴\H=-889.6kJ/mol可知，生成

2moicCh时的反应热AH=-1779.2kJ/mol,C项正确。

6.火箭发射常以液态耕(N2H4)为燃料，液态过氧化氢为助燃剂。

已知：N2H4(I)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)

AH=-534kJ-mol-1

H2O2(1)