高中化学 13化学反应热的计算课件 新人教版选修4.ppt

第三节化学反应热的计算 1 理解反应热 燃烧热的概念 能对反应热进行简单的计算 2 理解盖斯定律 并能用该定律处理一些实际问题 一 盖斯定律1 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 2 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 但以 为主 3 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 例如 c s o2 g co g 上述反应在o2供应充分时 可燃烧生成co2 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 1 c s o2 g co2 g h1 393 5kj mol 1 2 co g o2 g co2 g h2 283 0kj mol 1根据盖斯定律 就可以计算出欲求反应的 h 分析上述两个反应的关系 即知 h1 h 则c s 与o2 g 生成co g 的热化学方程式为 二 反应热的计算反应热计算的主要依据是 和 的数据 答案 一 1 分几步相同始态终态途径2 发生变化物质3 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 h2 h h1 h2c s 1 2o2 g co g h 110 5kj mol 1二 热化学方程式盖斯定律燃烧热 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 则 h与 h1 h2 h3 h4 h5之间有何关系 提示 h h1 h2 h3 h4 h5 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 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 说明 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 2 运用盖斯定律解题的一般方法 1 虚拟路径法若反应物a变为生成物d 可以有两个途径a 由a直接变成d 反应热为 h b 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 如图所示 则有 h h1 h2 h3 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 3 实例如已知下列两个热化学方程式 p4 s 白磷 5o2 g p4o10 s h1 2983 2kj mol p s 红磷 h2 738 5kj mol 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 h h1 h2 4 2983 2kj mol 738 5kj mol 4 29 2kj mol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 h 29 2kj mol也可由 4 得白磷转化为红磷的热化学方程式为 p4 s 白磷 4p s 红磷 h 29 2kj mol 3 运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 h的 号必须随之改变 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 h2 g o2 g h2o l h 285 8kj molh2o g h2o l h2 44 0kj mol求 h2 g o2 g h2o g 的反应热 h1 解析 本题型应用 加合法 解决 方便迅速 根据盖斯定律 h h1 h2 所以 h1 h h2 285 8kj mol 44 0kj mol 241 8kj mol 答案 h1 241 8kj mol 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 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 ch4 g 2o2 g co2 g 2h2o l h1 890 3kj mol 1 c 石墨 o2 g co2 g h2 393 5kj mol 1 h2 g 1 2o2 g h2o l h3 285 8kj mol 1 根据盖斯定律求反应c 石墨 2h2 g ch4 g 的 h4 解析 方法一 因为反应式 和 之间有以下关系 2 所以 h4 h2 2 h3 h1 393 5 2 285 8 890 3 74 8 kj mol 1 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 可见 h4 h2 2 h3 h1 74 8kj mol 1 答案 74 8kj mol 1 1840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 而与其中间步骤无关 按此规律 结合下述反应方程式 回答问题 已知 1 nh3 g hcl g nh4cl s h 176kj mol 1 2 nh3 g h2o l nh3 h2o aq h 35 1kj mol 1 3 hcl g h2o l hcl aq h 72 3kj mol 1 4 nh3 aq hcl aq nh4cl aq h 52 3kj mol 1 5 nh4cl s 2h2o nh4cl aq h q则第 5 个方程式中的反应热是 解析 考查盖斯定律的理解运用 本题可用 加合法 也可用 虚拟路径法 a 加合法 4 3 2 1 与 5 相比较得反应热得 16 3kj mol 1 b 虚拟路径法设计反应的虚拟过程则有 35 1kj mol 72 3kj mol 52 3kj mol 176kj mol h h 16 3kj mol 答案 16 3kj mol 1 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 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 c h2o g co h2 c s co g 和h2 g 完全燃烧的热化学方程式分别为 c s o2 g co2 g h1 393 5kj mol 1 h2 g o2 g h2o g h2 242 0kj mol 1 co g o2 g co2 g h3 283 0kj mol 1 试回答 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 2 比较反应热数据可知 1molco g 和1molh2 g 完全燃烧放出的热量之和比1molc s 完全燃烧放出的热量 填 多 或 少 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 乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图 请你写出 h1 h2 h3 h4之间存在的关系式 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 3 请分析将煤转化为水煤气再燃烧有哪些优点 解析 2 1molco和1molh2共放热 q1 242 0kj 283 0kj 525 0kj1molc放热q2 393 5kj q1 q2 由于反应热只与始态和终态有关 与途径无关 所以 h1 h2 h3 h4 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1molco和1molh2放热比1molc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 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 答案 1 c s h2o g co g h2 g h 131 5kj mol 1 2 多 h1 h2 h3 h4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减少了二氧化硫 粉尘与污染物的排放 1 依据 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 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 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 4 根据反应物和生成物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 生成物的化学键断裂所吸收的能量 5 根据反应物和生成物的总能量计算 h e生成物 e反应物 6 根据比热公式进行计算 q cm t 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 其反应热数值需同时做相同倍数的改变 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 3 正 逆反应的反应热数值相等 符号相反 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 案例精析 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1molnacl的反应热 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 1molna反应后生成1molnacl的摩尔质量是23g mol 设生成1molnacl的反应热为x 1 0g 23g mol 17 87kj xx 411 01kj mol 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1molnacl晶体时放热17 87kj g 1 23g mol 1 411 01kj mol 答案 411 01kj mol 1 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 已知下列反应的反应热 h3 285 8kj mol试计算下述反应的反应热 2c s 2h2 g o2 g ch3cooh l 解析 将 式反写为2co2 g 2h2o l ch3cooh l 2o2 g h 1 870 3kj mol 将 2 2c s 2o2 g 2co2 g h 2 787kj mol 2 2h2 g o2 g 2h2o l h 3 571 6kj mol以上三式相加得 2c s 2h2 g o2 g ch3cooh l h 571 6kj mol 787kj mol 870 3kj mol即 h 488 3kj mol 答案 反应2c s 2h2 g o2 g ch3cooh l 的反应热为 488 3kj mol 点评 应用盖斯定律计算反应热时应注意 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 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 将一个热化学方程式左右颠倒时 h的 号必须随之改变 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 c3h8 g 5o2 g 3co2 g 4h2o g h 2200kj mol 12c4h10 g 13o2 g 8co2 g 10h2o g h 5800kj mol 1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 056kg 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 解析 由热化学方程式可知 1molc4h10燃烧放热2900kj 0 056kg液化石油气完全燃烧放出的热量为 将水烧开所需热量为 q cm t t0 4 2 4 0 88 0 8 100 20 1400 kj 答案 50 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 已知热化学方程式 c s o2 g co2 g h 393 5kj mol 1caco3 g cao s co2 s h 178 2kj mol 1若要将1t碳酸钙煅烧成生石灰 求理论上需要不含杂质的焦炭的质量 解析 碳酸钙分解所需要的能量由焦炭的燃烧提供 首先求出1t碳酸钙分解需要吸收的热量x 然后计算多少焦炭燃烧放出的热量为x 设煅烧1tcaco3需热量为x caco3 s cao s co2 g h 178 2kj mol 1100g178 2kj1 106gx解得 x 178 2 104kj 设要燃烧放出178 2 104kj的能量 需焦炭的质量为m 假设焦炭完全燃烧 c s o2 g co2 g h 393 5kj mol 112g393 5kjm178 2 104kj解得m 54 3 103g 故需焦炭54 3kg 答案 54 3kg 人类能源的新希望可燃冰的学名为 天然气水合物 是天然气在0 和30个大气压的作用下结晶而成的 冰块 冰块 里甲烷占80 99 9 可直接点燃 燃烧后几乎不产生任何残渣 污染比煤 石油 天然气都要小得多 西方学者称其为 21世纪能源 或 未来能源 1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0 8立方米的水 科学家估计 海底可燃冰分布的范围约4000万平方千米 占海洋总面的10 海底可燃冰可供人类使用1000年 随着研究和勘测调查的深入 世界各国的海洋中发现的可燃冰逐渐增加 1993年海底发现57处 2001年增加到88处 据探查估算 美国东南海岸外的布莱克海岭 可燃冰资源量多达180亿吨 可满足美国105年的天然气消耗 日本海及其周围可燃冰资源可供日本使用100年以上 据专家估计 全世界石油总储量在2700亿吨到6500亿吨之间 按照目前的消耗速度 再有50 60年 全世