1、第一章 化学反应与能量 第三节 化学反应热的计算 在化学科研中，经常要通过实验在化学科研中，经常要通过实验 测定物质在发生化学反应时所放出测定物质在发生化学反应时所放出 或吸收的热量。但是某些物质的反或吸收的热量。但是某些物质的反 应热，由于种种原因不能直接测得，应热，由于种种原因不能直接测得， 只能通过化学计算的方式间接获得。只能通过化学计算的方式间接获得。 在生产中，对燃料的燃烧、反应条在生产中，对燃料的燃烧、反应条 件的控制以及废热的利用，也需要件的控制以及废热的利用，也需要 反应热计算反应热计算 。 一、盖斯定律一、盖斯定律 1840年，瑞士化学家年，瑞士化学家盖斯盖斯（GHHess）
2、 通过大量实验事实证明，不管化学反应是通过大量实验事实证明，不管化学反应是 一步完成或分几步完成，其反应热是相同一步完成或分几步完成，其反应热是相同 的。的。 换句话说，化学反应的反应热只与反应体换句话说，化学反应的反应热只与反应体 系的始态和终态有关，而与反应的途径无系的始态和终态有关，而与反应的途径无 关。这就是盖斯定律。关。这就是盖斯定律。 看下面的图理解盖斯定律看下面的图理解盖斯定律 某人从山下某人从山下A到达山顶到达山顶B， 无论是翻山越岭攀登而上，无论是翻山越岭攀登而上， 还是坐缆车直奔山顶，其所还是坐缆车直奔山顶，其所 处的海拔都高了处的海拔都高了300m 即山的高度与即山的高度
3、与A、B点的海点的海 拔有关，而与由拔有关，而与由A点到达点到达B 点的途径无关点的途径无关 这里的这里的A相当于反应体系的相当于反应体系的 始态，始态，B相当于反应体系的相当于反应体系的 终态终态.山的高度相当于化学山的高度相当于化学 反应的反应热反应的反应热 用能量守恒定律论证盖斯定律用能量守恒定律论证盖斯定律 先从始态先从始态S变化到到终变化到到终 态态L，体系放出热量，体系放出热量 （H10)。 经过一个循环，体系仍经过一个循环，体系仍 处于处于S态，因为物质没态，因为物质没 有发生变化，所以就不有发生变化，所以就不 能引发能量变化，即能引发能量变化，即 H1+H20 盖斯定律在科学研
4、究中的重要意义盖斯定律在科学研究中的重要意义 有些反应进行得很慢有些反应进行得很慢 有些反应不容易直接发生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）有些反应的产品不纯（有副反应发生） 这些都给测量反应热造成了困难这些都给测量反应热造成了困难 利用盖斯定律可以间接地把它们的反应热利用盖斯定律可以间接地把它们的反应热 计算出来计算出来 C（s）+ O2（g）=CO（g）因为）因为C燃烧燃烧 时不可能完全生成时不可能完全生成CO，总有一部分，总有一部分CO2生生 成，因此这个反应的成，因此这个反应的H无法直接测得，请无法直接测得，请 同学们自己根据盖斯定律设计一个方案计同学们自己根据
5、盖斯定律设计一个方案计 算该反应的算该反应的H。 提示提示（1) C(s) + ) C(s) + O O2 2(g) (g) = CO= CO2 2(g) (g) H1=-393.5 kJ/mol (2) CO(g) + O(2) CO(g) + O2 2(g) = CO(g) = CO2 2(g)(g) H3=-283.0 kJ/mol H1= H2+ H3 H2 = H1- H3 = -393.5 kJ/mol -(-283.0 kJ/mol) = -110.5 kJ/mol C (s) + O2 (g) = CO (g) H=-110.5 kJ/mol 同素异形体相互转化但反应热相当小而
6、且同素异形体相互转化但反应热相当小而且 转化速率慢，有时还很不完全，测定反应热很转化速率慢，有时还很不完全，测定反应热很 困难。现在可根据盖斯提出的观点“不管化学困难。现在可根据盖斯提出的观点“不管化学 反应是一步完成或分几步完成，这个总过程的反应是一步完成或分几步完成，这个总过程的 热效应是相同的”。已知：热效应是相同的”。已知： P P4 4(s(s、白磷、白磷)+5O)+5O2 2(g)=P(g)=P4 4O O10 10(s) (s)； = = - -2983.2 kJ/mol2983.2 kJ/mol H1 P(sP(s、红磷、红磷)+5/4O)+5/4O2 2(g)=1/4P(g)
7、=1/4P4 4O O10 10(s) (s)； = = - -738.5 kJ/mol738.5 kJ/mol H2 试写出白磷转化为红磷的热化学方程式试写出白磷转化为红磷的热化学方程式 _。 P4(s、白磷白磷)=4 P(s、红磷红磷)； = -29.2 kJ/mol H 1、热化学方程式、热化学方程式同乘以一个数同乘以一个数时，反应热数值时，反应热数值 也必须也必须同乘以该数值同乘以该数值； 2、热化学方程式、热化学方程式相加减相加减时，同种物质之间可相时，同种物质之间可相 加减，加减，反应热也随之相加减反应热也随之相加减； 3、将一个热化学方程式、将一个热化学方程式颠倒颠倒时，时， H
8、的符号也的符号也 要随之改变要随之改变 注意要点注意要点 二、反应热的计算二、反应热的计算 有关热化学方程式的计算有关热化学方程式的计算 【例例1】25、101kPa时，使时，使1.0 g钠与足量钠与足量 的氯气反应，生成氯钠晶体并放出的氯气反应，生成氯钠晶体并放出17.87 kJ 的热量，求生成的热量，求生成1 mol氯化钠的反应热。氯化钠的反应热。 【解解】Na(g) + Cl2(g) = NaCl(s) 17.87 kJ / 1g 23 g / mol = 411 kJ / mol 答：生成答：生成1 mol NaCl的反应热为的反应热为-411 kJ / mol 变式练习变式练习 CH
9、 (g) + 2O2(g)= CO2 (g) + 2H2 O (l); H= -Q1 KJ/mol 2H2（g）+O2（g） = 2H2 O （g）; H= -Q2 KJ/mol 2H2（g）+O2（g） = 2H2 O （l）; H=- Q3 KJ/mol 常温下常温下,取体积比取体积比4:1的甲烷和氢气的的甲烷和氢气的 混合气体混合气体11.2L(标况标况),经完全燃烧恢复常温经完全燃烧恢复常温, 放出的热为放出的热为: 0.4Q1+0.05Q3 有关燃烧热的计算有关燃烧热的计算 【例例2】乙醇的燃烧热乙醇的燃烧热H=-1366.8 kJ/ mol， 在在25、101kPa时，时，1 kg
10、 乙醇充分燃烧后乙醇充分燃烧后 放出多少热量？放出多少热量？ 【解解】n(C2H5OH)= 1000 g / 46g/mol =21.74mol 1 kg C2H5OH燃烧后产生的热量：燃烧后产生的热量： 1366.8 kJ/ mol 21.74mol=2.971 104kJ 答：答：1 kg C2H5OH燃烧后放出燃烧后放出2.971 104kJ的热量。的热量。 已知已知25、101kPa下，石墨、金刚石燃烧的下，石墨、金刚石燃烧的 热化学方程式分别为：热化学方程式分别为： 据此判断，下列说法正确的是（据此判断，下列说法正确的是（ ） A. 由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨由石墨制
11、备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨 的能量比金刚石的低的能量比金刚石的低 B. 由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨 的能量比金刚石的高的能量比金刚石的高; C. 由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨 的能量比金刚石的低的能量比金刚石的低 D. 由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨 的能量比金刚石的高的能量比金刚石的高 A C(s ，石墨，石墨)+O2(g)= CO2(g) H1=-393.5kJ/mol C(s ，金刚石，金刚石)+O2(g)= CO
12、2(g) H2=-395.0kJ/mol 在在100 g 碳不完全燃烧所得气体中，碳不完全燃烧所得气体中，CO占占 1/3体积，体积，CO2占占2/3体积，且体积，且 C(s) +1/2O2(g) = CO(g)； = 110.35 kJ/mol CO(g) + 1/2O2(g) = CO2(g)； = 282.57 kJ/mol 与这些碳完全燃烧相比，损失的热量是与这些碳完全燃烧相比，损失的热量是( ) A.392.92 kJ B. 2489.44 kJ C. 784.92 kJ D. 3274.3 kJ H H C 应用盖斯定律的计算应用盖斯定律的计算 【例例3】已知下列反应的反应热为已知
13、下列反应的反应热为 CH3COOH (l) + 2O2(g) = 2CO2(g) + 2H2O(l) H1= -870.3 kJ/mol C(s) + O2 (g) = CO2(g) H2= -393.5 kJ/mol H2(g) + O2(g) = H2O(l) H3= -285.8 kJ/mol 试计算下述反应的反应热：试计算下述反应的反应热： 2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l) 【解解】分析各方程式的关系，知分析各方程式的关系，知 将方程式按将方程式按2 + - 组合得上述反应方程式组合得上述反应方程式 即：即：H = 2H 2 + H3 - H
14、1 H =2(-393.5kJ/mol) + (-285.8kJ/mol) -(-870.3kJ/mol) = - 488.3kJ/mol 答：反应答：反应2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l) 反应热为反应热为- 488.3kJ/mol 练习题练习题 1、火箭发射时用肼、火箭发射时用肼N2H4(l)作燃料，作燃料，NO2作氧化剂，作氧化剂， 反应生成反应生成N2和和H2O(l)，查课本第，查课本第7面上相关数据写面上相关数据写 出该反应的热化学方程式。出该反应的热化学方程式。 N2 (g) + 2O2 (g) = 2NO2 (g) H = +68 kJ/
15、mol N2H4(l) + O2 (g) = N2(g) +2 H2O(l) H = - 622kJ/mol N2H4(l) + NO2 (g) = 3/2 N2(g) +2 H2O(l) H =-622kJ/mol ( 68kJ/mol )/2 =-656kJ/mol 2、将煤转化为水煤气的主要反应为、将煤转化为水煤气的主要反应为: C (s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) .已知已知: C (s) + O2(g) = CO2(g) H1=-393.5kJ/mol H2(g) + O2(g) = H2O(g) H2=-242.0kJ/mol CO(g) + O2(g) =
16、 CO2(g) H3=-283.0kJ/mol 写出制取水煤气的热化学方程式写出制取水煤气的热化学方程式. C (s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) H=+110.5kJ/mol 比较反应热数据可知比较反应热数据可知,1mol H2和和1mol CO完全燃烧放出的热量之和比完全燃烧放出的热量之和比1mol C (s) 完全燃烧放出的热量（完全燃烧放出的热量（ ）。）。 甲同学据此认为“煤炭燃烧时加用量水可甲同学据此认为“煤炭燃烧时加用量水可 以使煤炭燃烧时放出更多的热量”。以使煤炭燃烧时放出更多的热量”。 乙同学根据盖斯定律通过计算，认为“将乙同学根据盖斯定律通过计算，认为
17、“将 煤转化为水煤气再燃烧放出的热量与直接煤转化为水煤气再燃烧放出的热量与直接 燃烧煤放出的热量一样多”。燃烧煤放出的热量一样多”。 你的观点呢？你的观点呢？ 乙同学是怎样计算的？你能重现乙的计算乙同学是怎样计算的？你能重现乙的计算 过程吗？过程吗？ 多多 乙同学的计算过程：乙同学的计算过程： C (s) + H2O(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) H1 C (s)+H2O(g)+O2(g) CO(g)+ H2(g)+O2(g) H2 CO(g)+H2(g)+O2(g) CO(g)+H2O(g)+1/2O2(g) H3 CO(g)+H2O(g)+1/2O2(g) CO2(
18、g)+H2O(g) H4 则有：则有： H1 = H2+H3+ H4 反应热计算的常见题型：反应热计算的常见题型： 1、化学反应中物质的量的变化与反应能量化学反应中物质的量的变化与反应能量 变化的定量计算变化的定量计算。 2、理论推算反应热：、理论推算反应热： 依据：物质变化决定能量变化依据：物质变化决定能量变化 （1）盖斯定律）盖斯定律 （2）通过已知热化学方程式的相加，得）通过已知热化学方程式的相加，得 出新的热化学方程式：出新的热化学方程式： 设计合理路径设计合理路径 路径路径1总能量变化等于路径总能量变化等于路径2总能量变化总能量变化 物质的叠加，反应热的叠加物质的叠加，反应热的叠加
19、反应热的计算依据反应热的计算依据 1）热化学方程式与数学上的代数方程式相似，）热化学方程式与数学上的代数方程式相似， 可以可以移项同时改变正负号移项同时改变正负号，各项的，各项的化学计量数化学计量数 包括包括H的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数； 2）根据盖斯定律，可以将）根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热两个或两个以上的热 化学方程式包括其化学方程式包括其H相加或相减相加或相减，得到一个新，得到一个新 的热化学方程式；的热化学方程式； 3）可燃物完全燃烧产生的热量）可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质可燃物的物质 的量的量燃烧热燃烧热； 4）根据反应物中）根据反应物中化学键断裂所吸收的能量化学键断裂所吸收的能量与与形形 成生成物中的化学键所放出的能量成生成物中的化学键所放出的能量， H =反应反应 物中的化学键断裂所吸收的能量和物中的化学键断裂所吸收的能量和-生成物中的生成物中的 化学键形成所放出的能量和化学键形成所放出的能量和； 5）根据反应物和生成物的总能量计算）根据反应物和生成物的总能量计算 H =E生成物 生成物-E反应物反应物
