第一章

化學反應的熱效應第二節(jié)

反應熱的計算第二課時

反應熱的計算新課導入為什么我們需要進行反應熱的計算？長征五號“身高59.5米起飛重量為643噸，起飛推力為833.8噸。近地軌道25噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道14噸。它的一級火箭燃料采用的是液氧煤油，為了提供這么大的能量，我們需要加注多少噸燃料呢？新課導入在化學科研中，經(jīng)常要通過實驗測定物質(zhì)在發(fā)生化學反應時所放出或吸收的熱量。但是某些物質(zhì)的反應熱，由于種種原因不能直接測得，只能通過化學計算的方式間接獲得。在生產(chǎn)中，對燃料的燃燒、反應條件的控制以及廢熱的利用，也需要反應熱計算。燒開5kg常溫的水，需要多少升煤氣呢？燃煤工業(yè)鍋爐正常工作一天可提供多少熱能？反應熱的計算1.根據(jù)蓋斯定律計算反應熱將兩個或兩個以上的熱化學方程式包括其△H相加或相減，得到一個新的熱化學方程式及其△H。(1)確定待求反應的熱化學方程式(確定目標熱化學方程式)。(2)找出待求熱化學方程式中只在已知化學方程式中出現(xiàn)一次的物質(zhì)(多次的不考慮)，并依據(jù)該物質(zhì)調(diào)整已知化學方程式的方向(同側(cè)相加，異側(cè)相減)和化學計量數(shù)。(3)每個已知化學方程式只能調(diào)整一次。(4)ΔH與化學方程式一對應調(diào)整和運算。反應熱的計算1.根據(jù)蓋斯定律計算反應熱(1)虛擬路徑法:若反應物A變?yōu)樯晌顳，可以有兩個途徑:a.由A直接變成D，反應熱為ΔH;b.由A經(jīng)過B變成C，再由C變成D，每步反

應的反應熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3。如圖所示，則有:ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。反應熱的計算a.確定待求反應的熱化學方程式b.找出待求熱化學方程式中各物質(zhì)出現(xiàn)在已知熱化學方程式中的位置(是同側(cè)還是異側(cè))。c.根據(jù)待求熱化學方程式中各物質(zhì)的化學計量數(shù)來調(diào)整已知熱化學方程式中的化學計量數(shù)。d.對調(diào)整后的已知熱化學方程式進行加和(利用同側(cè)相加,異側(cè)相減原則),計算待求反應的焓變。(2)加和法：利用加和法計算反應焓變一般要經(jīng)過4步:1.根據(jù)蓋斯定律計算反應熱反應熱的計算例1：CH4—CO2催化重整反應為CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)

ΔH1C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH2C(s)＋O2(g)===CO(g)

ΔH3該催化重整反應的ΔH＝

。2ΔH3-ΔH1-ΔH21.根據(jù)蓋斯定律計算反應熱反應熱的計算1.根據(jù)蓋斯定律計算反應熱例2：煤可通過下列兩種途徑成為燃料:途徑ⅠC(s)+O2(g)=CO2(g)

ΔH1<0途徑Ⅱ先制水煤氣:C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)

ΔH2>0①再燃燒水煤氣:2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)

ΔH3<0②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)

ΔH4<0③(1)判斷兩種途徑放出的熱量:途徑Ⅰ放出的熱量

(填“大于”“等于”或“小于”)途徑Ⅱ放出的熱量。

(2)ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的數(shù)學關系是

。

反應熱的計算應用蓋斯定律計算反應熱時應注意的問題(1)首先要明確所求反應的始態(tài)和終態(tài)、各物質(zhì)的化學計量數(shù)及反應的吸、放熱情況。(2)不同途徑對應的最終結(jié)果應一樣。(3)當熱化學方程式乘以或除以某一個數(shù)時，ΔH也應乘以或除以同一個數(shù)；方程式進行加減運算時，ΔH也同樣要進行加減運算，注意各步反應ΔH的正負。(4)將一個熱化學方程式逆向書寫時，ΔH的符號也隨之改變，但絕對值不變。(5)在設計反應過程中，可能會遇到同一物質(zhì)的三態(tài)(固、液、氣)的相互轉(zhuǎn)化，狀態(tài)由固→液→氣變化時，會吸熱；反之會放熱。反應熱的計算2、根據(jù)反應物和生成物的鍵能計算ΔH＝E(反應物的鍵能總和)－E(生成物的鍵能總和)常見物質(zhì)中的化學鍵數(shù)目物質(zhì)CO2(C=O)CH4(C－H)P4(P－P)SiO2(Si－O)石墨金剛石S8(S－S)Si鍵數(shù)24641.5282反應熱的計算2、根據(jù)反應物和生成物的鍵能計算例3：根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)計算CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反應熱ΔH＝___________________?；瘜W鍵C—HC—FH—FF—F鍵能/(kJ·mol－1)414489565155－1940kJ·mol－1解析ΔH＝E(反應物鍵能總和)－E(生成物鍵能總和)＝(4×414＋4×155－4×489－4×565)kJ·mol－1＝－1940kJ·mol－1。反應熱的計算例4：已知:N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)ΔH=-92.4kJ/mol。若斷裂1molH-H、1molN-H需要吸收的能量分別為436kJ、391kJ，則斷裂1molN≡N需要吸收的能量為（

）。A.431kJ

B.945.6kJ

C.649kJ

D.869kJ-92.4kJ/mol=(EN≡N+3×436-6×391)kJ/molEN≡N=+945.6kJ/molB解析ΔH＝E(反應物鍵能總和)－E(生成物鍵能總和)2、根據(jù)反應物和生成物的鍵能計算反應熱的計算3、根據(jù)熱化學方程式計算熱化學方程式中反應熱數(shù)值與各物質(zhì)的化學計量數(shù)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反應熱的計算例5：焦炭與水蒸氣反應、甲烷與水蒸氣反應均是工業(yè)上制取氫氣的重要方法。這兩個反應的熱化學方程式分別為:①C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)△H1=+131.5kJ/mol②CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)△H2=+205.9kJ/mol試計算CH4(g)==C(s)+2H2(g)的△H。解析

分析各化學方程式的關系可以得出，將反應①的逆反應與反應②相加，得到反應:CH4(g)==C(s)+2H2(g)

CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g)△H3=-△H1=-131.5kJ/mol+)CH4(g)+H2O(g)==CO(g)+3H2(g)△H2=+205.9kJ/molCH4(g)==C(s)+2H2(g)△H=+74.4kJ/mol3、根據(jù)熱化學方程式計算反應熱的計算4、根據(jù)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)值計算可燃物完全燃燒放出的熱量＝n(可燃物)×|ΔH|(燃燒熱的絕對值)例6：黃鐵礦(主要成分為FeS2)的燃燒是工業(yè)上制硫酸時得到SO2的途徑之一，反應的化學方程式為:

4FeS2+11O2

2Fe2O3+8SO2在25℃和101kPa時，1molFeS2(s)完全燃燒生成Fe2O3(s)和SO2(g)時放出853kJ的熱量。這些熱量(工業(yè)中叫做“廢熱”)在生產(chǎn)過程中得到了充分利用，大大降低了生產(chǎn)成本，對于節(jié)約資源、能源循環(huán)利用具有重要意義。（1）請寫出FeS2燃燒的熱化學方程式。（2）計算理論上1kg黃鐵礦(FeS2的含量為90%)完全燃燒放出的熱量。反應熱的計算4、根據(jù)物質(zhì)的燃燒熱數(shù)值計算解析

(1)根據(jù)題意，F(xiàn)eS2燃燒的熱化學方程式為:

FeS2(s)+

O2(g)===Fe2O3(s)+2SO2(g)△H=-853kJ/mol(2)FeS2的摩爾質(zhì)量為120

g/mol。

答:(1)根據(jù)題意，F(xiàn)eS2燃燒的熱化學方程式為:

FeS2(s)+

O2(g)===Fe2O3(s)+2SO2(g)△H=-853kJ/mol(2)理論上1kg黃鐵礦完全燃燒放出的熱量為

6398kJ。反應熱的計算5.根據(jù)圖像計算ΔH＝E(生成物的總能量)－E(反應物的總能量)反應熱的計算例7：已知化學反應A2(g)＋B2(g)=2AB(g)的能量變化如圖所示，判斷下列敘述中正確的是(

)A.每生成2分子AB吸收bkJ熱量B.該反應熱ΔH＝＋(a－b)kJ·mol－1C.該反應中反應物的總能量高于生成物的總能量D.斷裂1molA—A鍵和1molB—B鍵，放出akJ能量B5.根據(jù)圖像計算反應熱的大小比較1.與“符號”相關的反應熱比較對于放熱反應來說，ΔH＝－QkJ·mol－1，雖然“-”僅表示放熱的意思，但在比較大小時要將其看成真正意義上的“負號”，即：放熱越多，ΔH反而越??；放熱越少，ΔH反而越大2.與“化學計量數(shù)”相關的反應熱比較如：H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l)

ΔH1＝－akJ·mol－1，2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)

ΔH2＝－bkJ·mol－1a<b，但是ΔH1>ΔH2。放熱反應，數(shù)值越大，ΔH越小反應熱的大小比較3、與“物質(zhì)聚集狀態(tài)”相關的反應熱比較(1)同一反應，生成物狀態(tài)不同時A(g)＋B(g)=C(g)

ΔH1<0，A(g)＋B(g)=C(l)

ΔH2<0，A(g)＋B(g)=C(s)ΔH3<0，因為C(g)=C(l)ΔH4<0

C(l)=C(s)ΔH5<0則ΔH4＝ΔH2－ΔH1<0，所以ΔH2<ΔH1則ΔH5＝ΔH3－ΔH2<0所以ΔH3<ΔH2ΔH3<ΔH2<ΔH1C(s)同一反應，當反應物狀態(tài)相同，生成物狀態(tài)不同①若是放熱反應，則物質(zhì)越穩(wěn)定，反應熱越小(數(shù)字越大)②若是吸熱反應，則物質(zhì)越不穩(wěn)定，反應熱越大(數(shù)字越大)反應熱的計算(2)同一反應，反應物狀態(tài)不同時S(g)＋O2(g)=SO2(g)

ΔH1<0S(s)＋O2(g)=SO2(g)

ΔH2<0ΔH2＋ΔH3＝ΔH1則ΔH3＝ΔH1－ΔH2又ΔH3<0，所以ΔH1<ΔH2同一反應，當生成物狀態(tài)相同，反應物狀態(tài)不同①若是放熱反應，則物質(zhì)越不穩(wěn)定，反應熱越小(數(shù)字越大)②若是吸熱反應，則物質(zhì)越穩(wěn)定，反應熱越大(數(shù)字越大)3、與“物質(zhì)聚集狀態(tài)”相關的反應熱比較反應熱的計算C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)

ΔH1C(金剛石，s)＋O2(g)=CO2(g)

ΔH2因為C(石墨，s)=C(金剛石，s)

ΔH>0ΔH=ΔH1-ΔH2所以ΔH=ΔH1-ΔH2ΔH1>ΔH24、與“同素異形體”相關的反應熱比較隨堂訓練1.通過以下反應均可獲取H2。下列有關說法正確的是（

）①太陽光催化分解水制氫：2H2O(l)=2H2(g)＋O2(g)

ΔH1=+571.6kJ·mol–1②焦炭與水反應制氫：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)

ΔH2=+131.3kJ·mol–1③甲烷與水反應制氫：CH4(g)＋H2O(g)