反应热的计算 讲义 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

反应热的计算学习目标1.学会应用盖斯定律计算反应热。2.学会应用键能、燃烧热以及反应物和生成物的总能量来计算反应热。3.理解并学会反应热的大小比较。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。示例如下：则eq\f(n（A）,a)＝eq\f(n（B）,b)＝eq\f(n（C）,c)＝eq\f(n（D）,d)＝eq\f(Q,|ΔH|)【例1】已知由氢气和氧气反应生成4.5g水蒸气时放出60.45kJ的热量。(1)写出H2燃烧的热化学方程式。________________________________________________________________(2)计算该条件下50gH2燃烧放出的热量。________________________________________________________________________________________________________________________________2.根据反应物、生成物的键能计算ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。【例2】(湖南卷节选)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过氨热分解法制氢气。相关化学键的键能数据如下：化学键N≡NH—HN—H键能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝________kJ·mol－1。听课笔记3.根据物质的燃烧热数值计算Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH(燃烧热)|。【例3】已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2216kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水，则放出的热量为________。听课笔记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及其ΔH。【例4】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＝－75kJ·mol－1C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－394kJ·mol－1C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－111kJ·mol－1该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。听课笔记5.用反应物和生成物的总能量计算反应热(1)反应热ΔH的计算公式：ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量：(2)实例(图甲、图乙)图甲ΔH＝(a－b)kJ·mol－1＝－ckJ·mol－1图乙ΔH＝(a－b)kJ·mol－1＝＋ckJ·mol－1【例5】反应CO(g)＋H2O(g)=CO2(g)＋H2(g)的能量变化如图所示：(1)该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。(2)该反应的ΔH＝________。听课笔记1.回答下列问题。(1)足量H2在1molO2中完全燃烧生成2mol液态水，放出571.6kJ的热量，H2的燃烧热ΔH＝____________________________________________________。(2)N2H4可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和H2O。已知：①N2(g)＋2O2(g)=N2O4(l)ΔH＝－19.5kJ·mol－1②N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－534.2kJ·mol－1写出液体燃料N2H4与液态N2O4反应的热化学方程式：________________________________________________________________。(3)在230℃和催化剂存在的条件下，将CO2与H2转化为CH3OH(g)和H2O(g)。如图为生产1molCH3OH(g)的能量变化示意图：下表为破坏1mol不同共价键所需的能量(kJ)。试计算：C—HC—OC=OH—HH—O413.4351745436462.8CO2与H2转化为1molCH3OH(g)和H2O(g)的反应为________反应(填吸热或放热)，其ΔH＝________。(4)已知下列两个热化学方程式：C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－2220.0kJ·mol－1，H2O(l)=H2O(g)ΔH＝＋44.0kJ·mol－1，则0.5mol丙烷燃烧生成CO2和气态水时释放的热量为________kJ。(5)已知：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ/mol，CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH＝－283.0kJ/mol。某H2和CO的混合气体完全燃烧时放出113.74kJ热量，同时生成3.6g液态水，则原混合气体中H2和CO的物质的量之比为________。【题后归纳】计算反应热方法归纳计算依据计算反应热方法热化学方程式热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数根据盖斯定律根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式根据燃烧热可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×|燃烧热|根据化学键的变化ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量和－生成物的化学键形成所放出的能量和根据反应物和生成物的总能量ΔH＝E(生成物)－E(反应物)二、反应热大小的比较(一)知识梳理ΔH大小比较的基本方法和要点(1)比较大小时，要包括所含的“＋”和“－”。所以吸热反应的反应热肯定比放热反应的反应热大。(2)同一放热(吸热)反应，其他条件相同时，参加反应的反应物的物质的量越大，放出(吸收)的热量越多，ΔH的值越小(越大)。(3)燃料的燃烧，其他条件相同时：①燃烧产物越稳定，放出热量越多，则ΔH越小；②燃料状态为气、液、固，放出的热量依次减少，则ΔH依次增大。(二)问题探究问题1同温、同压下，比较下列反应放出的热量Q1、Q2；同时判断ΔH1、ΔH2的大小。2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH1＝－Q1kJ/mol2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2＝－Q2kJ/mol________________________________________________________________________________________________________________________________问题2相同温度下，下列2个反应放出的热量分别以Q1、Q2表示，找出Q1、Q2的关系。2H2(g)＋O2(g)→2H2O(g)＋Q1；H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)→H2O(g)＋Q2________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________问题3已知常温下红磷比白磷稳定，在下列反应中：①4P(红磷，s)＋5O2(g)=P4O10(s)ΔH＝－Q1kJ·mol－1②P4(白磷，s)＋5O2(g)=P4O10(s)ΔH＝－Q2kJ·mol－1若Q1、Q2均大于零，则判断Q1和Q2的大小关系。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________问题4已知在相同条件下1mol碳燃烧生成1mol一氧化碳放出的热量为Q1，1mol一氧化碳燃烧生成1mol二氧化碳放出的热量为Q2，1mol碳燃烧生成1mol二氧化碳放出的热量为Q3，则Q1、Q2与Q3的关系为________。________________________________________________________________________________________________________________________________问题5在溶液中反应如下：CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)=CH3COONa(aq)＋H2O(l)ΔH＝－Q1kJ·mol－1，eq\f(1,2)H2SO4(浓)＋NaOH(aq)=eq\f(1,2)Na2SO4(aq)＋H2O(l)ΔH＝－Q2kJ·mol－1，HNO3(aq)＋KOH(aq)=KNO3(aq)＋H2O(l)ΔH＝－Q3kJ·mol－1(Q1、Q2、Q3均大于0)，则Q1、Q2、Q3由大到小关系为________(用“＝”或“>”连接)。________________________________________________________________________________________________________________________________【探究归纳】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)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH1＝－akJ·mol－1；2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2＝－bkJ·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)eq\o(,\s\up7(放热),\s\do5(吸热))A(l)eq\o(,\s\up7(放热),\s\do5(吸热))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。(3)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，放出热量越多，ΔH越小，如C(s)＋eq\f(1,2)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＝－197kJ·mol－1，向密闭容器中通入2molSO2(g)和1molO2(g)，发生上述反应，达到平衡后，放出的热量小于197kJ，但ΔH仍为－197kJ·mol－1。(4)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1mol水时，放出的热量一定大于57.3kJ(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1mol水时，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(SOeq\o\al(2－,4)和Ba2＋反应生成BaSO4沉淀会放热)2.(2024·广州执信中学高二月考)根据以下3个放热反应的热化学方程式：2H2S(g)＋3O2(g)=2SO2(g)＋2H2O(l)ΔH12H2S(g)＋O2(g)=2S(s)＋2H2O(l)ΔH22H2S(g)＋O2(g)=2S(s)＋2H2O(g)ΔH3对ΔH1、ΔH2、ΔH3三者大小关系的判断正确的是()A.ΔH1<ΔH3<ΔH2 B.ΔH1<ΔH2<ΔH3C.ΔH3<ΔH2<ΔH1 D.ΔH2<ΔH1<ΔH33.已知氯气、溴蒸气分别跟氢气反应的热化学方程式如下(Q1、Q2均为正值)：H2(g)＋Cl2(g)→2HCl(g)＋Q1kJ；H2(g)＋Br2(g)→2HBr(g)＋Q2kJ根据上述反应做出的判断不正确的是()A.Q1＞Q2B.生成物总能量均低于反应物总能量C.生成2molHCl(g)放出Q1kJ热量D.若反应生成2mol液态溴化氢，放出的热量低于Q2kJ反应热的计算一、【例1】(1)2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1(2)6045kJ解析(1)已知生成4.5g水蒸气(0.25mol)放出60.45kJ的热量则eq\f(2,0.25)＝eq\f(|ΔH|,60.45)|ΔH|＝483.6kJ·mol－1，由于放热，所以ΔH＝－483.6kJ·mol－1，故热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1。(2)50gH2的物质的量为eq\f(50g,2g·mol－1)＝25mol，50gH2放出热量为25mol×eq\f(483.6,2)kJ·mol－1＝6045kJ。【例2】＋90.8解析根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)，ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。【例3】55.4kJ解析丙烷分子式是C3H8，燃烧热为ΔH＝－2216kJ·mol－1，则1mol丙烷完全燃烧会产生4mol水，放热2216kJ。1.8g水的物质的量为0.1mol，则消耗丙烷的物质的量为0.025mol，所以反应放出的热量为0.025mol×2216kJ·mol－1＝55.4kJ，则放出的热量约为55.4kJ。【例4】＋247解析将题给三个反应依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，由③×2－①－②可得CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247kJ·mol－1。【例5】(1)放热(2)－41kJ·mol－1解析(1)由题干可知该反应的反应物总能量高于生成物的总能量，故是放热反应。(2)由题干图示信息可知，该反应的ΔH＝E1－E2＝127kJ/mol－168kJ/mol＝－41kJ/mol。对点训练1.(1)－285.8kJ·mol－1(2)2N2H4(l)＋N2O4(l)=3N2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－1048.9kJ·mol－1(3)放热－181.6kJ·mol－1(4)1022(5)1∶1解析(1)足量H2在1molO2中完全燃烧生成2mol液态水，放出571.6kJ的热量，则H2在0.5molO2中完全燃烧生成1mol液态水放出的热量为285.8kJ，因此H2的燃烧热ΔH＝－285.8kJ·mol－1；(2)由盖斯定律②×2－①得到2N2H4(l)＋N2O4(l)=3N2(g)＋4H2O(g)的焓变ΔH＝(－534.2kJ·mol－1)×2－(－19.5kJ·mol－1)＝－1048.9kJ·mol－1，反应的热化学方程式为2N2H4(l)＋N2O4(l)=3N2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－1048.9kJ·mol－1；(3)根据ΔH＝反应物的键能之和减去生成物的键能之和，可知反应CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝2E(C=O)＋3E(H—H)－3E(C—H)－E(C—O)－3E(H—O)＝2×745kJ/mol＋3×436kJ/mol－3×413.4kJ/mol－351kJ/mol－3×462.8kJ/mol＝－181.6kJ·mol－1，为放热反应；(4)分别编号两个反应为①和②，则丙烷燃烧生成CO2和气态水时的反应为C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(g)，ΔH＝①＋②×4＝－2220.0kJ·mol－1＋4×44.0kJ·mol－1＝－2044kJ·mol－1，所以0.5mol丙烷燃烧生成CO2和气态水时释放的热量为1022kJ；(5)生成3.6g液态水物质的量为n＝eq\f(m,M)＝eq\f(3.6g,18g/mol)＝0.2mol，根据氢元素守恒可知有0.2mol氢气燃烧，放出热量为57.16kJ，则CO燃烧放出热量为113.74kJ－57.16kJ＝56.58kJ，n(CO)＝eq\f(56.58kJ,283.0kJ/mol)＝0.2mol，原混合气体中H2和CO的物质的量之比为0.2mol∶0.2mol＝1∶1。二、(二)问题1Q1<Q2，ΔH1>ΔH2。气态水比液态水含有的能量高，所以放出的热量少，即Q1<Q2。二者均是放热反应，即ΔH1和ΔH2均小于0，所以ΔH1>ΔH2。问题2Q2＝eq\f(Q1,2)。反应(1)和反应(2)相比，量减半，则放出的能量也减半，则Q2＝eq\f(Q1,2)。问