反应热的计算

1. 盖斯定律

(1)内容

不管化学反应是一步完成或分几步完成, 其反应热是相同的。或者说, 化学反应的反应热只与反应体系的始终和终态有关, 而与反应的途径无关。

(2)理解

能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的, 没有物质的变化, 就不能引发能量的变化。

(3)盖斯定律的重要意义

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(有副反应发生), 这给测定反应热造成了困难。如果应用盖斯定律, 可以间接地把它们的反应热计算出来。

2.反应热的计算

(1)计算依据

①热化学方程式。②盖斯定律。③燃烧热的数据。

(2)计算方法

如已知

①C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ?mol-1

②CO(g)+12O2(g)===CO2(g) ΔH2=-283.0 kJ?mol-1

若C(s)+12O2(g)===CO(g)的反应热为ΔH 。

根据盖斯定律, 知:

ΔH1=ΔH+ΔH2

则:ΔH=ΔH1-Δ

H2=-393.5_kJ?mol-1-(-283.0_kJ?mol-1)=-110.5_kJ?mol-1。

3.根据盖斯定律计算:已知金刚石和石墨分别在氧气中完全燃烧的热化学方程式为C(金刚石,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-395.41 kJ?mol-1, CO2(g)、H2(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.51 kJ?mol-1,则金刚石转化为石墨时的热化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

由此看来更稳定的碳的同素异形体为__________。

答案 C(金刚石,s)===C(石墨,s) ΔH=-1.90 kJ?mol-1 石墨 解析 由盖斯定律, 要得到金刚石和石墨的转化关系, 可将两个热化学方程式相减:

C(金刚石,s)===C(石墨,s) ΔH3=ΔH1-ΔH2=-395.41 kJ?mol-1+393.51 kJ?mol-1=-1.90 kJ?mol-1。即C(金刚石,s)===C(石墨,s) ΔH=-1.90 kJ?mol-1 可见金刚石转化为石墨放出热量, 说明石墨的能量更低, 较金刚石稳定。

4.已知:

&n

bsp; (1)Zn(s)+1/2O2(g)===ZnO(s) ΔH=-348.3 kJ?mol-1

(2)2Ag(s)+1/2O2(g)===Ag2O(s) ΔH=-31.0 kJ?mol-1 则Zn(s)+Ag2O(s)===ZnO(s)+2Ag(s)的ΔH 等于( )

A.-317.3 kJ?mol-1 B.-379.3 kJ?mol-1

C. -332.8 kJ?mol-1 D.+317.3 kJ?mol-1

答案 A

解析 由已知(1)、(2)热化学方程式可知,(1)-(2)即可得到答案。

一、盖斯定律的应用

1.常用方法

(1)虚拟路径法

若反应物A 变为生成物E, 可以有三个途径:

①由A 直接变为生成物E, 反应热为ΔH

②由A 经过B 变成E, 反应热分别为ΔH1、ΔH2。

③由A 经过C 变成D, 再由D 变成E, 反应热分别为ΔH3、ΔH4、ΔH5如图所示:

则有ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。

(2)加合法

即运用所给方程式通过加减的方法得到所求热化学方程式。

2.实例

如已知下列两个热化学方程式:

①P4(s,白磷)+5O2===P4O10(s) ΔH1=-2 983.2 kJ?mol-1

②P(s,红磷)+54O2(g)=14P4O10(s) ΔH2=-738.5 kJ?mol-1

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:

ΔH=ΔH1 +(—ΔH2) ×4

=-2_983.2_kJ?mol-1+738.5_kJ?mol-1×4

=-29.2_kJ?mol (结果)

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) ΔH=-29.2 kJ?mol-1。也可利用加合法由①-4×②得白磷转化为红磷的热化学方程式。

3.应用盖斯定律计算反应热时的注意事项

(1)热化学方程式同乘以某一个数时, 反应热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颠倒时, ΔH 的“+”“-”号必须随之改变。

【典例1】 已知下列热化学方程式:

(1)Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-25 kJ?mol-1

(2)3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-47 kJ?mol-1

(3)Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19 kJ?mol-1

则FeO(s)被CO(g)还原成Fe(s)和CO2(g)的热化学方程式为( )

A. FeO+CO===Fe+CO2 ΔH=-11 kJ?mol-1

B. FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-22 kJ?mol-1

C . FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-11 kJ?mol-1

D. FeO(s)+CO(g)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=+11 kJ?mol-1

解析 Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g) ΔH=-25 kJ?mol-1①,3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH=-47 kJ?mol-1

②,Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g) ΔH=+19 kJ?mol-1③, 将①式×3-②式得:

2Fe3O4(s)+8CO(g)===6Fe(s)+8CO2(g) ΔH=-25 kJ?mol-1×3+47 kJ?mol-1=-28 kJ?mol-1,

将方程式两边同除以2得:

Fe3O4(s)+4CO(g)===3Fe(s)+4CO2(g) ΔH=-14 kJ?mol-1④, 将(④式-③式) ÷3即可得出答案。所以A 、B 、C 、D 四个选项中, 只有C 项中的热化学方程式正确。

答案 C

【变式训练1】 S(单斜) 和S(正交) 是硫的两种同素异形体。

已知:①S(单斜,s)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-297.16 kJ?mol-1

②S(正交,s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-296.83 kJ?mol-1

> ③S(单斜,s)===S(正交,s) ΔH3 下列说法正确的是( )

A.ΔH3=+0.33 kJ?mol-1

B.单斜硫转化为正交硫的反应是吸热反应

C.S(单斜,s)===S(正交,s) ΔH3

D.S(单斜,s)===S(正交,s) ΔH3>0,单斜硫比正交硫稳定

答案 C

二、反应热的计算

1.反应热计算的类型及方法

(1)根据热化学方程式计算:反应热与反应物各物质的物质的量成正比。

(2)根据反应物和生成物的能量计算:

ΔH=生成物的能量和-反应物的能量和。

(3)根据反应物和生成物的键能计算

ΔH=反应物的键能和-生成物的键能和。

(4)根据盖斯定律计算:将热化学方程式进行适当的“加”“减”变形后, 由过程的热效应进行计算、比较。

(5)根据物质的燃烧热数值计算:

Q(放)=n(可燃物) ×|ΔH|

(6)根据比热公式进行计算:Q=cmΔt 。

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, 其反应热数值同时做相同倍数的改变。

(2)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; 各项的化学计量数以及ΔH 的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。

(3)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。

(4)求总反应的反应热, 不能不假思索地将各步反应的反应热简单相加。不论一步进行还是分步进行, 始态和终态完全一致, 盖斯定律才成立。某些物质只是在分步反应中暂时出现, 最后应该恰好消耗完。

【典例2】 已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是-285.8 kJ?mol-1、-1 411.0 kJ?mol-1和-1 366.8 kJ?mol-1,则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的ΔH 为( )

A.-44.2 kJ?mol-1 B.+44.2 kJ?mol-1

C.-330 kJ?mol-1 D.+330 kJ?mol-1

解析

解答本题可先写出相关的热化学方程式, 然后根据热化学方程式进行分析、计算。根据题给各物质燃烧热数据可得相关热化学方程式为

①

H2(g)+12O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8 kJ?mol-1;

②C2H4(g)+3O2(g)===2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1 411.0 kJ?mol-1;

③C2H5OH(l)+3O2(g)===3H2O(l)+2CO2(g) ΔH=-1 366.8 kJ?mol-1

由②-③可得:C2H4(g)+H2O(l)===C2H5OH(l) ΔH=-44.2 kJ?mol-1,故A 选项正确。

答案 A

【变式训练2】 已知:N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+67.7 kJ?mol-1①

N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ?mol-1②

12H2(g)+12F2(g)===HF(g) ΔH=-269 kJ?mol-1③

H2(g)+12O2(g)===H2O(g) ΔH=-242 kJ?mol-1④

(1)写出肼(N2H4)和NO2反应的热化学方程式

________________________________________________________________________。

(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂, 则反应释放的能量更大, 肼和氟气反应的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

答案 (1)2N2H4(g)+2NO2(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 153.7 kJ?mol-1

(2)N2H4(g)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g) ΔH=-1 135 kJ?mol-1