燃烧热 化学反应热的计算基础

1、1.21燃烧热 化学反应热的计算【学习目标】1、了解燃烧热、中和热的概念，并能进行简单的计算；2、了解化学在解决能源危机中的重要作用。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义；3、知道盖斯定律，能用盖斯定律进行反应热的简单计算。【要点梳理】要点一、反应热的类型1、燃烧热：在101kPa时，1mol物质燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJ/mol表示。要点诠释：燃烧热是反应热的一种形式。使用燃烧热的概念时要理解下列要点。 规定是在101 kPa压强下测出热量。书中提供的燃烧热数据都是在101kPa下测定出来的。因为压强不同，反应热有所不同。 规定可燃物的

2、物质的量为1mol(这样才有可比性)。因此，表示可燃物的燃烧热的热化学方程式中，可燃物的化学计量数为1，其他物质的化学计量数常出现分数。例如，C8H18的燃烧热为5518kJ/mol，用热化学方程式表示则为C8H18(l)+O2(g)= 8CO2(g)+9H2O(l)H=5518kJ/mol 规定生成物为稳定的氧化物例如C CO2、H H2O(l)、S SO2等。 C(s)+O2(g)=CO2(g) H=393.5kJ/mol2、中和热：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1mol H2O，这时的反应热叫中和热。中和热的表示：H(aq)+OH(aq)=H2O(l)H=57.3kJ/mol。要点

3、诠释： 这里的稀溶液一般要求酸溶液中的c(H)1mol/L，碱溶液中的c(OH)1mol/L。这是因浓酸溶液和浓碱溶液相互稀释时会放出热量。强酸与强碱的中和反应其实质是H和OH反应(即与酸、碱的种类无关)，通过许多次实验测定，1molH和1molOH反应生成1molH2O时，放出热量57.3kJ。其热化学方程式为H(aq)+OH(aq)=H2O(l)；H=57.3kJ/mol因此，所有中和反应的H相同，都为57.3kJ/mol。 中和热是以生成1molH2O为基准，因为表示中和热的热化学方程式中，水的化学计量数为1，其酸、碱或盐的化学计量数可以为分数；中和反应对象为稀溶液；强酸与强碱中和时生成

4、1mol H2O均放热57.3kJ，弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。要点诠释：比较燃烧热与中和热燃烧热中和热相同点能量变化放热反应HH<0，单位：kJ/mol不相同点反应条件101kPa在稀溶液中反应物的量1mol(O2的量不限)可能是1mol，也可能是0.5mol生成物的量不限量H2O是1mol反应热的含义1mol反应物完全燃烧时放出的热量；不同反应物燃烧热也不同。生成1molH2O时放出的热量；不同反应物的中和热大致相同，均约为57.3kJ/mol。要点二、能源1、含义：能源就是能提供能量的自然资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、

5、潮汐及柴草等等。我国目前使用的主要能源是化石燃料。2、我国能源的现状(1)主要是化石燃料蕴藏量有限，而且不能再生，最终将枯竭。(2)能源利用率低，浪费严重。(3)能源储量丰富，我国的人均能源拥有量较低。(4)近年来能源的总消费量与人均消费量情况呈下降趋势，但是，仍然出现了能源危机问题。3新能源类型：太阳能、生物能、风能、氢能、地热能、海洋能和生物质能等。特点：资源丰富，可以再生，没有污染或很少污染。要点三、盖斯定律1、盖斯定律的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。2、盖斯定律直观化HH1+H23

6、、盖斯定律的应用(1)有些化学反应进行很慢或不易直接发生，很难直接测得这些反应的反应热，可通过盖斯定律获得它们的反应热数据。 例如：C(s)0.5O2()=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无法直接测得。但是下述两个反应的H却可以直接测得：C(s)O2(g)=CO2(g)   H1=-393.5kJ/molCO(g)0.5 O2(g)CO2(g) H2-283.0kJ/mol根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的H。 分析上述反应的关系，即知H1H2H3H3H1H2-

7、393.5kJ/mol(-283.0kJ/mol)-110.5kJ/mol由以上可知，盖斯定律的实用性很强。(2)在化学计算中，可利用热化学方程式的组合，根据盖斯定律进行反应热的计算。(3)在化学计算中，根据盖斯定律的含义，可以根据热化学方程式的加减运算，比较H的大小。要点四、反应热的计算根据热化学方程式、盖斯定律和燃烧热的数据，可以计算一些反应的反应热。反应热、燃烧热的简单计算都是以它们的定义为基础的，只要掌握了它们的定义的内涵，注意单位的转化即可。热化学方程式的简单计算的依据：(1)热化学方程式中化学计量数之比等于各物质物质的量之比；还等于反应热之比。(2)热化学方程式之间可以进行加减运算

8、。【典型例题】类型一、概念的应用例1 下列热化学方程式中，H能正确表示物质的燃烧热的是( )ACO(g) +1/2O2(g) =CO2(g) H-283.0 kJ/molBC(s) +1/2O2(g) =CO(g) H-110.5 kJ/molCH2(g) +1/2O2(g)=H2O(g) H-241.8 kJ/molD2C8H18(l) +25O2(g)=16CO2(g)+18H2O(l) H-11036 kJ/mol【思路点拨】解题时注意燃烧热定义的要点：“1 mol、充分燃烧、生成稳定的氧化物”。【答案】A【解析】A 本题旨在考查燃烧热的定义，选项B不是物质完全燃烧生成稳定的氧

9、化物，选项C生成物H2O(g)不是稳定的氧化物，其稳定的氧化物为H2O(l)，选项D不是1mol的完全燃烧不符合燃烧热的概念。【总结升华】高中阶段的化学，在学习时尤其注意准确掌握概念的内涵和外延，不可自己凭空想像，做不出不当假设。举一反三：【变式1】强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应，H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) H=-57.3kJ/mol，向1L0.5mol/L的NaOH溶液中加入稀醋酸、浓H2SO4、稀硝酸，则恰好完全反应时的热效应H1、H2、H3的关系正确的是A. H1>H2>H3 B. H1<H3<H2C. H2>H1>H3 D.

10、H1>H3>H2【答案】 D【解析】弱电解质电离吸热，中和过程放热少；浓硫酸稀释放热，中和过程放热多。H的比较要注意符号，放热越多，H越小。【变式2】已知： 2H2(g) + O2(g) = 2H2O (l); rH1= 572 kJ /mol CH4(g) +2O2(g) = CO2(g)+2H2O (l); r H2= 890 kJ/mol由1 mol H2和2 mol CH4组成的混合气体在上述条件下完全燃烧时放出的热量为多少。【答案】2066kJ【解析】1mol H2完全燃烧放出的热量是572kJ/2，2mol CH4完全燃烧放出的热量是890kJ×2，本题释放的

11、总能量应当是(572/2+890×2 )kJ【变式3】甲烷和氢气燃烧的热化学方程式分别如下：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)H22H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H3常温下取体积为4：1的甲烷和氢气混合气体11.2L(标况)，完全燃烧后恢复常温，放出热量为( )A、0.4H10.05H3 B、0.4H10.05H2 C、0.4H10.1H3 D、0.4H10.2H3【答案】A 类型二、能源的利用例2  我国二氧化碳的排放量位居世界第二，为减少二氧化碳这种温室气体的排放，

12、下列措施不对的是：A. 大力发展氢能源 B. 充分利用太阳能C. 不使用含碳能源 D. 提高能源利用率 【答案】C【解析】目前全球能源还主要依靠含碳物质的燃烧。要减少二氧化碳的排放应在开发新能源，提高能源利用率等方面下功夫。举一反三：【变式1】（2015 福建泉州五校联考）化学与生活、社会密切相关。下列说法不正确的是（ ） A利用太阳能等清洁能源代替化石燃料，有利于节约资源、保护环境 B用废旧皮革生产药用胶囊可以提高原子利用率 C为防止电池中的重金属等污染土壤和水体，应积极开发废电池的综合利用技术 D提倡人们购物时不用塑料袋，是为了防止白色污染【答案】B【解析】使用清洁能源可减少大气

13、污染物的排放，还可以节约化石能源，所以A正确；旧皮革中含有有毒物质，不能用来生产药用胶囊，B错误；C正确；白色污染是指废旧塑料制品带来的污染，提倡人们购物时不用塑料袋，是为了防止白色污染，D正确。类型三、盖斯定律 反应热的计算例3已知C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) HakJ·mol-1，2C(s)+O2(g)=2CO(g)H-220 kJ·mol-1，HH、OO和OH键的键能分别为436 kJ·mol-1、496 kJ·mol-1和462 kJ·mol-1，则a为()A.-332 B.-118 C.+350 D.+130【思路点

14、拨】利用盖斯定律找出题中的两个热化学方程式与H-H、OO和OH键的键能之间的关系。【答案】D【解析】根据题意有C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)HakJ·mol-1，2C(s)+O2(g)=2CO(g)H-220 kJ·mol-1，根据盖斯定律-×2得2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)H-(220+2a)kJ·mol-1，496+2×436-2×2×462-(220+2a)，a+130，D正确。【总结升华】利用盖斯定律进行计算的一般步骤：举一反三：【变式1】用CaSO4代替O2与燃料CO反应，既可提高燃烧效

15、率，又能得到高纯CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术，反应为主反应，反应和为副反应CaSO4（s）+CO（g）CaS（s）+CO2（g）H1=47.3kJmol1CaSO4（s）+CO（g）CaO（s）+CO2（g）+SO2（g）H2=+210.5kJmol1CO（g）C（s）+CO2（g）H3=86.2kJmol1反应2CaSO4（s）+7CO（g）CaS（s）+CaO（s）+6CO2（g）+C（s）+SO2（g）的H= （用H1、H2和H3表示）【答案】4H1+H2+2H3【解析】根据盖斯定律，×4+×2可得：2CaSO4（s）+7CO（g）CaS（s）+CaO

16、（s）+6CO2（g）+C（s）+SO2（g）的H=4H1+H2+2H3【变式2】盖斯根据一系列事实于1840年提出“不管化学过程是一步或分数步完成，这一过程热效应相同。”换而言之：若一个反应可分成几步完成，则各步反应的反应热总和与该反应一次发生时反应热相同。应用这条原理，解决下面问题：已知：C(s)+O2(g)=CO2(g) H=393.5kJ· mol1CO(g)+ O2(g)=CO2(g) H=283kJ· mol1 写出C(s)与O2(g)反应生成CO(g)的，热化学方程式 。【答案】依题知：C(s)+O2(g)=CO2(g) H=393.5kJ

17、· mol1CO(g)+ O2(g)=CO2(g) H=283kJ· mol1反应-反应得到C(s)+ O2(g)=CO(g) H=110.5kJ· mol-1 故答案为C(s)与O2(g)反应生成CO(g)的反应热为110.5kJ， 其热化学方程式为：式。【解析】先写出C(s)与O2(气)反应的化学方程式，由盖斯定律可知，碳完全燃烧生成CO2这个过程可分为两步完成。第一步是碳不完全燃烧生成CO，第二步是CO完全燃烧生成CO2。这两步的反应热之和应等于完全燃烧时的反应热。【强调】正确书写热化学方程式要比判断正误档次要高。它要求学生全面掌握书写原

18、则，无一疏漏。要认真细致进行计算，写出简明准确无误的热化学方程式。例4 （2015 山东临沂月考）已知单质硫在通常条件下以S8（斜方硫）的形式存在，其结构为：（冠状）。在一定条件下，S8（s）和O2（g）发生反应依次转化为SO2（g）和SO3（g）。反应过程和能量关系可用下图简单表示（图中的H表示生成1 mol产物的数据）。 （1）写出表示S8燃烧热的热化学方程式：_。 （2）写出SO3（g）分解生成SO2和O2的热化学方程式：_。 （3）若已知硫氧键（SO）的键能为d kJ·mol1，氧氧键（OO）的键能为e kJ·mol1，则S8分子中硫硫键（SS）的键能为_。 【思路

19、点拨】解题注意分解图像中的数据，结合相关定义解答。【答案】（1）S8（s）+8O2（g）=8SO2（g） H=8a kJ·mol1 （2）2SO3（g）=2SO2（g）+O2（g） H=+2b kJ·mol1 （3）（2dae）kJ·mol1【解析】（1）根据图象分析可知，1 mol O2和 mol S8反应生成二氧化硫放热a kJ，根据燃烧热的概念可写出热化学方程式。（2）根据题中图示可知SO3（g）的分解反应为吸热反应，在书写热化学方程式时注意标注物质的聚集状态。（3）已知硫氧键（SO）的键能为d kJ·mol1，氧氧键（OO）的键能为e kJ

20、83;mol1，设S8分子中硫硫键能为x kJ·mol1，依据反应热=反应物的键能总和生成物的键能总和得8x+8e16d=8a，x=2dae。【总结升华】有关反应热的计算方法：（1）盖斯定律及其应用；（2）根据一定量的物质参加反应放出的热量（或已知的热化学方程式），进行有关反应热的计算或比较大小；（3）利用键能计算反应热。举一反三：【变式1】已知下列两个热化学方程式：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=571.6kJ· mol1C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) H=2220.0kJ· mol1实验测得H2与C3H8的混合气体共

21、5mol，完全燃烧时放热3847kJ，则混合气体中H2与C3H8体积比是A. 1:3 B. 3:1 C. 1:4 D. 1:1【答案】B设H2的物质的量为x，则C3H8的物质的量为5-x，则(571.6÷2)x +2220×(5-x)=3847所以x=3.75mol，由体积之比等于物质的量之比3.75:(5-3.75)=3:1 【解析】可根据所给热化学方程式及反应热数值分别求出1mol H2和1mol C3H8完全燃烧各自放出的热量，然后再求混合物的组成。【巩固练习】一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)1以下几个热化学方程式，能表示固态碳和气态氢

22、气燃烧时的燃烧热的热化学方程式是 ()AC(s)1/2O2(g)CO(g)H110.5 kJ·mol1BC(s)O2(g)CO2(g)H393.5 kJ·mol1C2H2(g)O2(g)2H2O(l)H571.6 kJ·mol1DH2(g)1/2O2(g)H2O(g)H241.8 kJ·mol12下列有关能量转换的说法正确的是 ()A煤燃烧是化学能转化为热能的过程B化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能C动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程D植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程3天然气和液化石油气燃烧的主

23、要化学方程式依次为CH42O2CO22H2O，C3H85O23CO24H2O。现有一套以天然气为燃料的灶具，今改为烧液化石油气，应采取的正确措施是 ()A减少空气进入量，增大石油气进气量B增大空气进入量，减少石油气进气量C减少空气进入量，减少石油气进气量D增大空气进入量，增大石油气进气量4有人预言：H2是21世纪最理想的能源，其根据不正确的是 ()A生成H2的原料来源广阔B在等质量的可燃气体中，H2燃烧时放出的热量多CH2易液化，携带方便D燃烧时无污染5石墨和金刚石都是碳元素的单质，石墨在一定条件下可转化为金刚石。已知12 g石墨完全转化成金刚石时，要吸收E kJ的能量，下列说法正确的是 ()

24、A石墨不如金刚石稳定B金刚石不如石墨稳定C等质量的石墨与金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多D等质量的石墨与金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多6（2015 山东烟台期中）已知1 mol燃料完全燃烧的数据分别为：燃料一氧化碳甲烷异辛烷（C8H18）乙醇H283.0 kJ·mol1891.0 kJ·mol15461.0 kJ·mol11366.8 kJ·mol1使用上述燃料，最能体现“低碳经济”理念的是（ ）A一氧化碳 B甲烷 C异辛烷 D乙醇7已知天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体。等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者大。下面有关天然气

25、的几种叙述中正确的是 ()天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大燃烧天然气也是酸雨的成因之一AB只有C和 D只有8（2015 河南洛阳统考）下列依据热化学方程式得出的结论正确的是（ ） A已知2H2（g）+O2（g）=2H2O（g） H=483.6 kJ·mol1，则氢气的燃烧热为241.8 kJ·mol1 B已知NaOH（aq）+HCl（aq）=NaCl（aq）+H2O（1） H=57.3 kJ·mol1，则含40.0 g NaOH的稀溶液与稀醋酸完全中和，放出57.3 kJ的热量 C已知2C（s）+2O2（g）=2CO

26、2（g） H=a；2C（s）+O2（g）=2CO（g） H=b，则abD已知c（石墨，s）=c（金刚石，s） H0，则石墨比金刚石稳定9已知：C(s)+O2(g)CO2(g)H1CO2(g)+C(s)2CO(g)H22CO(g)+O2(g)2CO2(g)H34Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)H43CO(g)+Fe2O3(s)3CO2(g)+2Fe(s)H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()AH10，H30BH20，H40CH1=H2+H3DH3=H4+H510（2015 济南模拟）25、101 kPa时，1 g甲醇完全燃烧生成CO2和液态水，同时放出22.68 kJ热量。下列表示

27、该反应的热化学方程式中正确的是()A.CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H-725.8 kJ·mol-1B.2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) H+1 451.6 kJ·mol-1C.2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O H-22.68 kJ·mol-1D.CH3OH(l)+ O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) H-725.8 kJ·mol-111有关键能数据如表化学键SiOOOSiSi键能/kJ·mol1x498.8176晶体硅在氧气中燃烧的热化学方程式：Si(s)O2(g)

28、SiO2(s)；H989.2 kJ·mol1，则表中x的值为 ()A460 B920C1165.2 D423.312在一定温度下，CO和CH4燃烧的热化学方程式分别为2CO(g)O2(g)2CO2(g)H566 kJ/molCH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l)H890 kJ/mol1 mol CO和3 mol CH4组成的混合气体，在相同条件下完全燃烧时，释放的热量为 ()A2912 kJ B2953 kJC3236 kJ D3867 kJ二、非选择题1目前上海大部分城市居民所使用的燃料主要是管道煤气，浦东新区居民开始使用东海天然气作为民用燃料。管道煤气的主要成分是CO

29、、H2和少量烃类，天然气的主要成分是CH4。它们的燃烧反应如下：2COO22CO22H2O22H2OCH42O2CO22H2O根据以上化学方程式判断：燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大的是_，因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的改进方法是_进口风(填“增大”或“减小”)，如不作改进，可能产生的不良结果是_。管道煤气中含有的烃类除甲烷外，还有少量乙烷、丙烷、丁烷等，它们的某些性质见下表。乙烷丙烷丁烷熔点/183.3189.7138.4沸点/88.642.10.5试根据以上某个关键数据解释在冬天严寒的季节里有时管道煤气火焰很小，并且呈断续状态的原因是_。2一定条件下，在水溶液

30、中1mol Cl、ClOx（x=1，2，3，4）的能量（kJ）相对大小如图所示D是 （填离子符号） BA+C反应的热化学方程式为 （用离子符号表示）3（2015 长沙检测）用H2O和H2SO4的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜。已知： Cu (s)+2H+ (aq)=Cu2+ (aq)+H2 (g) H=+64.39 kJmol 2H2O2 (1)=2H2O (1)+O2 (g) H=196.46 kJmol H2 (g)+O2 (g)=H2O (1) H=285.84 kJmol在H2SO4溶液中，Cu与H2O2反应生成Cu2+和H2O的热化学方程式为_。【答案与解析】一、选择题(每小

31、题有1个或2个选项符合题意)1【答案】B【解析】A项C(s)燃烧未生成稳定氧化物CO2(g)，故其反应热不能叫燃烧热；B项符合燃烧热的定义；C项H2虽然转变成了稳定的氧化物H2O(l)，但由于其反应热表示的是2 mol H2完全燃烧时的热量变化，故不能叫燃烧热；D项参加燃烧的H2虽然是1 mol，但其生成H2O(g)，而不是H2O(l)，故它的反应热也不为H2的燃烧热。【点评】不是任何燃烧反应的反应热都称之为燃烧热，燃烧热必须具备一定的条件，即“1 mol”、“完全燃烧”、“稳定的化合物”。稳定的化合物是指不能再燃烧的，在常温、常压状态下的化合物，一般：CCO2(g)、SSO2(g)、HH2O

32、(l)。2【答案】AB【解析】C选项中，葡萄糖氧化放出热量是化学能转化为热能，C不正确；D选项，应该是太阳能转化为化学能，D不正确。【点评】能源之间的相互转化关系3【答案】B【解析】等体积CH4(天然气)的耗氧量比C3H8(液化石油气)的小。4【答案】C【解析】H2燃烧热值大，来源广，无污染，是理想的新能源，但是由水分解成H2和储存及运输H2等技术还有待解决。5【答案】BC【解析】本题考查放热、吸热与稳定性之间的关系。据12 g石墨完全转化成金刚石时，要吸收E kJ的能量可知，石墨储存的能量比金刚石的少，能量越低越稳定，因此石墨比金刚石稳定，等质量的石墨与金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多。6

33、【答案】B【解析】释放相同的热量，甲烷排放的CO2量最少，最能体现“低碳经济”理念，故选B。7【答案】C【解析】天然气相对于煤、柴油而言是比较清洁的能源，目前部分城市代替汽油加以推广；SO2、NOx的过度排放是引起酸雨的原因，而CO2的过度排放是引起温室效应的原因。从题给信息看，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应是前者大，因等质量的CH4和CO2换算成物质的量时，n(CH4)大，故的说法正确，的说法错误。8【答案】D【解析】在101 kPa时，1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热，因此A错误；醋酸是弱电解质，其电离会吸收热量，因此含40.0 g Na

34、OH的稀溶液与稀醋酸完全中和，放出的热量小于57.3 kJ，B错误；碳完全燃烧比不完全燃烧放热多，即ab，C错误；石墨的能量比金刚石低，更稳定，D正确。9【答案】C【解析】A、所有的燃烧反应属于放热反应，因此H10，H30，故A错误；B、碳还原二氧化碳的反应属于吸热反应，H20，铁与氧气的反应属于放热反应，H40，故B错误；C、已知：C(s)+O2(g)CO2(g)H1，CO2(g)+C(s)2CO(g)H2，2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H3，由盖斯定律可知=+，因此H1=H2+H3，故C正确；D、已知2CO(g)+O2(g)2CO2(g)H3，4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)H4，3CO(g)+Fe2O3(s)3CO2(g)+2Fe(s)H5，由盖斯定律可知=×(+)，因此H3=H4+H5，故D错误；故选C10【答案】A【解析】A项，1 mol甲醇的质