化学反应热的计算-课件.ppt

1、 第三节化学反应热的计算v1理解反应热、燃烧热的概念，能对反应热进行简单的计算。v2理解盖斯定律，并能用该定律处理一些实际问题。v一、盖斯定律v1内容：不管化学反应是一步或_完成，其反应热是_的。或者说，化学反应的反应热只与反应体系的_和_有关，而与反应的_无关。v2解释：能量的释放或吸收是以_的物质为基础的，二者密不可分。1.分几步相同始态终态途径分几步相同始态终态途径 2发生变化发生变化v3应用：对于进行得_的反应，不容易_的反应，_(即有_)的反应，_反应热有困难，如果应用_，就可以_地把它们的反应热计算出来。v例如：C(s)O2(g)CO(g)v上述反应在O2供应充分时，可燃烧生成CO

2、2；O2供应不充分时，虽可生成CO，但同时还部分生成CO2。因此该反应的H_。但是下述两个反应的H却可以直接测得：3很慢直接发生产品不纯副反应发生很慢直接发生产品不纯副反应发生测定盖斯定律间接无法测得测定盖斯定律间接无法测得v(1)C(s)O2(g)CO2(g)H1393.5kJmol1v(2)CO(g)O2(g)CO2(g)v H2283.0kJmol1v根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的H。v分析上述两个反应的关系，即知：vH1_，H_。v则C(s)与O2(g)生成CO(g)的热化学方程式为v_。H2HH1H2C(s)1/2O2(g)CO(g)H110.5kJmol1v二、反应热的计算v

3、反应热计算的主要依据是_、_和_的数据。热化学方程式盖斯定律燃烧热热化学方程式盖斯定律燃烧热v若一个化学反应由始态转化为终态可通过不同的途径(如图)，v则H与H1、H2、H3、H4、H5之间有何关系？提示：提示：HH1H2H3H4H5v1.盖斯定律v(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，换句话说，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。v说明：v如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热相同。v2运用盖斯定律解题的一般方法v(1)虚拟路径法v若反应物A变为生成物D，可以有两个途径va由A直接变成D，反应热

4、为H；vb由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为H1、H2、H3。v如图所示：v则有：HH1H2H3v(2)加合法v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。v(3)实例v如已知下列两个热化学方程式：vP4(s，白磷)5O2(g)P4O10(s)vH12983.2kJ/molvP(s，红磷)vH2738.5kJ/molv要写出白磷转化为红磷的热化学方程式可虚拟如下过程。v根据盖斯定律vHH1(H2)42983.2kJ/mol738.5kJ/mol429.2kJ/molv所以白磷转化为红磷的热化学方程式为vP4(s，白磷)4P(s，红磷)H29.2kJ/molv也可由4得白

5、磷转化为红磷的 热化学方程式为：vP4(s，白磷)4P(s，红磷)H29.2kJ/molv3运用盖斯定律计算反应热时的注意事项v(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。v(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。v(3)将一个热化学方程式颠倒时，H的“”“”号必须随之改变。v【例1】氢气和氧气生成液态水的反应，可以通过两种途径来完成，如图所示：已知：vH2(g)O2(g)H2O(l)H285.8kJ/molvH2O(g)H2O(l)H244.0kJ/molv求：H2(g)O2(g)H2O(g)的反应热H1。v解析本题型应用“加合法”解决，方便迅

6、速，根据盖斯定律：HH1H2，所以H1HH2285.8kJ/mol(44.0kJ/mol)241.8kJ/mol。v答案H1241.8kJ/molv点评根据盖斯定律，一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成，反应焓变是一样的。因此，利用已知焓变求未知焓变的方法为：若一个化学方程式可由另外几个方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个变化焓变的代数和。对热化学方程式之间进行数学方法处理是盖斯定律的必然结果，这就是数学在化学中的应用，自然科学是相通的。v实验中不能直接测出由石墨和氢气生成甲烷反应的H，但可测出下边几个反应的热效应：vCH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l)H1890

7、.3 kJmol1vC(石墨)O2(g)CO2(g)H2393.5 kJmol1vH2(g)1/2O2(g)H2O(l)H3285.8 kJmol1v根据盖斯定律求反应C(石墨)2H2(g)CH4(g)v的H4 v解析方法一：因为反应式和之间有以下关系：v2v所以H4H22H3H1v393.52(285.8)(890.3)v74.8(kJmol1)v方法二：也可以设计一个途径，使反应物经过一些中间步骤最后回复到产物：v可见H4H22H3H1 74.8kJmol1 答案74.8kJmol1v1840年，瑞士化学家盖斯提出了化学反应的热效应仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关，而与其中间步骤

8、无关。按此规律，结合下述反应方程式，回答问题。已知:v(1)NH3(g)HCl(g)NH4Cl(s);H176kJmol1v(2)NH3(g)H2O(l)NH3(aq);H35.1kJmol1v(3)HCl(g)H2O(l)HCl(aq);H72.3kJ/molv(4)NH3(aq)HCl(aq)NH4Cl(aq);H52.3kJ/molv(5)NH4Cl(s)2H2O(l)NH4Cl(aq)HQv则第(5)个方程式中的反应热是_。v解析考查盖斯定律的理解运用。v本题可用“加合法”，也可用“虚拟路径法”。va加合法v(4)(3)(2)(1)与(5)相比较得反应热:16.3kJmol1vb虚拟路

9、径法v设计反应的虚拟过程v则有：35.1kJ/mol(72.3kJ/mol)v(52.3kJ/mol)176kJ/molH，v H16.3kJ/mol点评利用盖斯定律结合已知反应的反应热可以求解一些相关反应的反应热。解此类题关键是善于设计合理的反应过程，适当加减已知方程式及反应热。v1.依据v(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，各项的化学计量数包括H的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。v(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H相加或相减，得到一个新的热化学方程式。v(3)可燃物完全燃烧产生的热量可燃物的物质的量其燃烧热v(4)根据反应物和生成物

10、的化学键断裂所吸收的能量，H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释放的能量。v(5)根据反应物和生成物的总能量计算vHE生成物E反应物v(6)根据比热公式进行计算：vQcmtv2注意事项v(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。v(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。v(3)正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。v(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

11、出现，最后应该恰好消耗完。v将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。煤转化为水煤气的主要化学反应为：CH2O(g)COH2。C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式分别为：vC(s)O2(g)CO2(g)H1393.5kJmol1 vH2(g)O2(g)H2O(g)H2242.0kJmol1 vCO(g)O2(g)CO2(g)H3283.0kJmol1 v试回答：v(1)请你根据以上数据，写出C(s)与水蒸气反应生成CO和H2的热化学方程式：v_。v(2)比较反应热数据可知，1mol CO(g)和1mol H2(g)完全燃烧放出的热量之和比1mol C(s)完

12、全燃烧放出的热量_(填“多”或“少”)。v甲同学据此认为：“煤炭燃烧时加少量水，可以使煤炭燃烧放出更多的热量。”v乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图：v请你写出H1、H2、H3、H4之间存在的关系式：_。v乙同学据此认为：“将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量，最多与直接燃烧煤放出的热量相同。”请分析：甲、乙两同学观点正确的是_(填“甲”或“乙”)同学，另一同学出现错误观点的原因是_。v(3)请分析将煤转化为水煤气再燃烧有哪些优点？_。v解析(2)1mol CO和1mol H2共放热：Q1242.0kJ283.0kJ525.0kJ1mol C放热Q2393.5kJ，Q1Q2。v由于反应热只与始态和

13、终态有关，与途径无关，所以H1H2H3H4。v由能量守恒可知，乙同学的观点正确，因为虽然由比较的数据得出1mol CO和1mol H2放热比1mol C放热多，但甲同学违背了能量守恒，忽略了C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)为吸热反应。v(3)将煤转化为水煤气再燃烧，一方面提高了燃烧效率，另一方面减少了污染。v答案(1)C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)H131.5kJmol1(2)多H1H2H3H4乙甲同学忽视了反应C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)为吸热反应(3)将煤转化为水煤气后，一个优点是燃料更易充分燃烧，提高了燃烧效率，减少了能源的浪费；另一个优点是在燃料燃烧过程中

14、减少了二氧化硫、粉尘与污染物的排放。v案例精析v【例2】25、101kPa时，将1.0g钠跟足量的氯气反应，生成NaCl晶体并放出17.87kJ的热量，求生成1mol NaCl的反应热。v解析方法一Na与Cl2起反应的化学方程式如下：Na(s)Cl2(g)NaCl(s)v1mol Na反应后生成1mol NaCl的摩尔质量是23g/mol，设生成1mol NaCl的反应热为x。v10g:23g/mol17.87kJ:xx411.01kJ/molv方法二据Na元素守恒，生成 的NaCl晶体时放出17.87kJ的热量。则生成1mol NaCl晶体时放热17.87kJg123gmol1411.01k

15、J/mol。v答案411.01kJmol1v点评计算化合反应的反应热时，可根据化学方程式去计算或者根据元素守恒去计算。v已知下列反应的反应热：vH3285.8kJ/molv试计算下述反应的反应热：2C(s)2H2(g)O2(g)CH3COOH(l)v解析将式反写为2CO2(g)2H2O(l)CH3COOH(l)2O2(g)vH1870.3kJ/molv将22C(s)2O2(g)2CO2(g)vH2787kJ/molv22H2(g)O2(g)2H2O(l)vH3571.6kJ/molv以上三式相加得：2C(s)2H2(g)O2(g)CH3COOH(l)H571.6kJ/mol787kJ/mol8

16、70.3kJ/mol即H488.3kJ/mol。v答案反应2C(s)2H2(g)O2(g)CH3COOH(l)的反应热为488.3kJ/mol。v点评应用盖斯定律计算反应热时应注意：v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。v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。v将一个热化学方程式左右颠倒时，H的“”“”号必须随之改变。v某液化石油气由丙烷和丁烷组成，其质量分数分别为80%和20%。它们燃烧的热化学方程式分别为：vC3H8(g)5O2(g)3CO2(g)4H2O(g)vH2200kJmol1v2C4H10(g)13O2(g)8CO2(g)10H2O(g)vH5800kJmol1v有一质量为0.8kg、容积为4.0L的铝壶，将一壶20的水烧开需消耗该液化石油气0.056 kg。试计算该燃料的利用率。已知水的比热容为4.2kJ/(kg)，铝的比热为0.88kJ/(kg)。v解析由热化学方程式可知，1mol C4H10燃烧放热2900kJ。0.056kg液化石油气完全燃烧放出的热量为：v将水烧开所需热量为：Qcm(tt0)4.240.880.8(10020)1400(kJ)v答案50%v点评求解时应用了反应热与物理学热容知识的关系，解题的关键是不要遗漏铝壶升温时要吸收热量。