高中化學 專題1 化學反應與能量變化 第一單元 化學反應中的熱效應 4 反應熱的計算學案 蘇教版選修4.doc

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反應熱的計算 【考點精講】 反應熱的計算是化學概念和化學計算的一個結合點。反應熱的大小與反應的條件、反應物、生成物的種類、狀態(tài)及物質的量有關。 反應熱計算的類型及方法： （1）根據熱化學方程式計算：反應熱與反應物的物質的量成正比。 （2）根據反應物和生成物的能量計算：ΔH＝生成物的能量和－反應物的能量和。 （3）根據反應物和生成物的鍵能計算：通常人們把拆開1 mol某化學鍵所吸收的能量看成該化學鍵的鍵能，鍵能通常用E表示，單位為kJ/mol或kJmol－1。 方法：ΔH＝∑E（反應物）－∑E（生成物），即ΔH等于反應物的鍵能總和與生成物的鍵能總和之差。 如反應H2（g）＋Cl2（g）＝2HCl（g）ΔH＝E（H—H）＋E（Cl—Cl）－2E（H—Cl）。 （4）根據蓋斯定律計算：化學反應的反應熱只與反應的始態(tài)（各反應物）和終態(tài)（各生成物）有關，而與反應的途徑無關。可以采用虛擬路徑法或方程式加合法計算。 （5）根據物質的燃燒熱數(shù)值計算： Q（放）＝n（可燃物）｜ΔH｜。 （6）根據比熱公式進行計算：Q＝cmΔt。 【典例精析】 例題1在一定條件下，甲烷與一氧化碳的燃燒的熱化學方程式分別為： CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（l）△H ＝－890kJ/mol 2CO（g）＋O2（g）＝2CO2（g）△H＝－566.0kJ/mol 一定量的甲烷與一氧化碳的混合氣完全燃燒時，放出的熱量為262.9 kJ，生成的CO2用過量的飽和石灰水完全吸收，可得到50g白色沉淀。求混合氣體中甲烷和一氧化碳的體積比。 思路導航：由所給熱化學方程式可知，甲烷與一氧化碳的燃燒熱分別為890kJ/mol、283kJ/mol。 設混合氣體中甲烷與一氧化碳的物質的量分別為x mol和y mol。 50g白色沉淀即0.5mol的碳酸鈣，由碳的守恒可知：x＋y＝0.5 兩氣體燃燒放出的熱量可列等式：890x＋283y＝262.9 解得：x＝0.2mol y＝0.3mol 故混合氣體中甲烷和一氧化碳的體積比為2：3。 答案：2：3 例題2 化學反應的能量變化（ΔH）與反應物和生成物的鍵能有關（鍵能可以簡單地理解為斷開1mol化學鍵時所需吸收的能量），下表是部分化學鍵的鍵能數(shù)據： 化學鍵 P—P P—O O＝O P＝O 鍵能kJ/mol 197 360 499 a 已知白磷（P4）的燃燒熱為2378.0kJ/mol，白磷完全燃燒的產物（P4O10）的結構如下圖所示，則上表中a＝kJ/mol。 思路導航：1mol白磷（P4）燃燒的熱化學方程式為P4（s）＋5O2（g）＝P4O10（s）ΔH＝－2378.0kJ/mol，需斷 6molP—P和5molO＝O，形成12molP—O和4molP＝O，所以（4a＋12360）－（6197＋5499）＝2378，解得a＝433.75 kJ/mol。 答案：433.75 例題3 （1）用CH4催化還原NOx可以消除氮氧化物的污染。例如： CH4（g）＋4NO2（g）＝4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　 ΔＨ＝－574 kJmol－1 CH4（g）＋4NO（g）＝2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　 ΔＨ＝－1160 kJmol－1 若用標準狀況下4.48LCH4還原NO2至N2，放出的熱量為　　　　　kJ。 （2）已知：C3H8（g）＝CH4（g）＋HC≡CH（g）＋H2（g）△H1＝ +156.6kJmol－1 CH3CH＝CH2（g）＝CH4（g）＋HC≡CH（g）△H2＝ +32.4kJmol－1 則相同條件下，反應C3H8（g）＝CH3CH＝CH2（g）＋H2（g）的△H＝kJmol－1。 （3）甲烷在高溫下與水蒸氣反應的熱化學方程式為：CH4（g）＋H2O（g）＝CO（g）＋3H2（g）。部分物質的燃燒熱數(shù)據如下表：已知1molH2O（g）轉變?yōu)?molH2O（l）時放出44.0kJ熱量。寫出CH4和H2O在高溫下反應的熱化學方程式。 物質 燃燒熱（kJmol－1） H2（g） －285.8 CO（g） －283.0 CH4（g） －890.3 思路導航：（1）根據蓋斯定律可知，①＋②即得到CH4（g）＋2NO2（g）＝N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－867 kJmol－1。標準狀況下4.48 L CH4的物質的量為0.2 mol，放出的熱量為0.2 mol867 kJmol－1＝173.4 kJ。 （2）同樣根據蓋斯定律可知，①－②即得到C3H8（g）＝CH3CH＝CH2（g）＋H2（g），所以該反應的△H＝＋156.6kJmol－1－32.4kJmol－1＝＋124.2kJ/mol。 （3）根據物質的燃燒熱可知，①H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l）ΔＨ＝－285.8 kJmol－1、 ②CO（g）＋1/2O2（g）＝CO2（g）　ΔＨ＝－283.0 kJmol－1、 ③CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（l）　ΔＨ＝－890.3 kJmol－1、 ④ H2O（g）＝H2O（l）△H＝－44.0 kJ/mol。 所以根據蓋斯定律可知，③＋④－①3－②即得到 CH4（g）＋H2O（g）＝CO（g）＋3H2（g） ?H＝－206.1 kJ/mol。 答案：（1）173.4 （2）＋124.2 （3）CH4（g）＋H2O（g）＝CO（g）＋3H2（g） ?H＝－206.1 kJ/mol 【總結提升】 反應熱計算的注意事項 （1）反應熱數(shù)值與各物質的化學計量數(shù)成正比，因此熱化學方程式中各物質的化學計量數(shù)改變時，其反應熱數(shù)值同時做相同倍數(shù)的改變。 （2）熱化學方程式與數(shù)學上的方程式相似，可以移項，同時改變正負號；各項的化學計量數(shù)以及ΔH的數(shù)值可以同時擴大或縮小相同的倍數(shù)。 （3）根據蓋斯定律，可以將兩個或兩個以上的熱化學方程式包括其ΔH相加或相減，得到一個新的熱化學方程式。 （4）求總反應的反應熱，不能不假思索地將各步反應的反應熱簡單相加。不論一步進行還是分步進行，始態(tài)和終態(tài)完全一致，蓋斯定律才成立。某些物質只是在分步反應中暫時出現(xiàn)，最后應該恰好消耗完?！　? 例題利用蓋斯定律解答下列各小題 （1）已知反應：H2（g）＋O2（g）＝H2O（g） △H1 N2（g）＋2O2＝2NO2（g） △H2 N2（g）＋H2（g）＝NH3（g） △H3 利用上述三個反應，計算4NH3（g）＋7O2（g）＝4NO2（g）＋6H2O（g）的反應焓變?yōu)椋ㄓ煤鱄1、△H2、△H3的式子表示）。 （2）已知：CH4（g）＋H2O（g）＝CO（g）＋3H2（g） ΔH＝＋206.2 kJmol－1 CH4（g）＋CO2（g）＝2CO（g）＋2H2（g） ΔH＝＋247.4 kJmol－1 則以甲烷為原料制取氫氣是工業(yè)上常用的制氫方法。CH4（g）與H2O（g）反應生成CO2（g）和H2（g）的熱化學方程式為：。 思路導航：（1）考查反應熱的有關計算。根據蓋斯定律可知，①6＋②2－③4即得到4NH3（g）＋7O2（g）＝4NO2（g）＋6H2O（g），所以該反應的反應熱是△H＝6△H1 ＋ 2△H2－4△H3 。 （2）根據蓋斯定律可知，①2－②即得到CH4（g）＋2H2O（g）＝CO2（g）＋4H2（g），所以該反應的反應熱是△H＝＋206.2 kJmol－12－247.4 kJmol－1＝＋165.0 kJmol－1。 答案：（1）6△H1＋2△H2－4△H3 （2）CH4（g）＋2H2O（g）＝CO2（g）＋4H2（g） ΔH＝＋165.0 kJmol－1。