化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算蓋斯定律

第三節(jié)化學(xué)反應(yīng)熱的計(jì)算一、蓋斯定律二、反應(yīng)熱計(jì)算一、蓋斯定律蓋斯

蓋斯，俄國(guó)化學(xué)家，早年從事分析化學(xué)的研究，發(fā)現(xiàn)蔗糖可氧化成糖二酸。1830年專門(mén)從事化學(xué)熱效應(yīng)測(cè)定方法的改進(jìn)。1840年蓋斯在總結(jié)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)（熱化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）的基礎(chǔ)上提出：“定壓或定容條件下的任意化學(xué)反應(yīng)，在不做其它功時(shí)，不論是一步完成的還是幾步完成的，其熱效應(yīng)總是相同的（反應(yīng)熱的總值相等）?！眱?nèi)容：不論化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是幾步完成的，其反應(yīng)熱總是相同的。換句話說(shuō)，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)（各反應(yīng)物）和終態(tài)（各生成物）有關(guān)，而與反應(yīng)進(jìn)行的途徑無(wú)關(guān)。

1.蓋斯定律：AB請(qǐng)思考：由起點(diǎn)A到終點(diǎn)B有多少條途徑？從不同途徑由A點(diǎn)到B點(diǎn)的高度有什么關(guān)系?登山的高度與上山的途徑無(wú)關(guān)，只與起點(diǎn)和終點(diǎn)的相對(duì)高度有關(guān)2、理解蓋斯定律（1）途徑角度△H2>0△H1<0S（始態(tài)）L（終態(tài)）先從始態(tài)S變化到到終態(tài)L，體系放出熱量（△H1<0），然后從L到S，體系吸收熱量(△H2>0)。經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)，體系仍處于S態(tài)，因?yàn)槲镔|(zhì)沒(méi)有發(fā)生變化，所以就不能引發(fā)能量變化，即△H1+△H2=0（2）能量角度ΔH=ΔH1+ΔH2BΔHACΔH1ΔH2

蓋斯定律是斷定能量守恒的先驅(qū)，也是化學(xué)熱力學(xué)的基礎(chǔ)。3、圖示4、重要意義有些反應(yīng)進(jìn)行得很慢有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純（有副反應(yīng)發(fā)生）利用蓋斯定律可以間接地把它們的反應(yīng)熱計(jì)算出來(lái)CO（g）+O2（g）＝CO2（g）C（s）+O2（g）=CO2（g）

例：C（s）+1/2O2（g）=CO（g），因?yàn)镃燃燒時(shí)不可能完全生成CO，總有一部分CO2生成，因此這個(gè)反應(yīng)的ΔH無(wú)法直接測(cè)得。ΔH1=-393．5kJ／molΔH3=-283．0kJ／mol∵ΔH1=ΔH2+ΔH3∴ΔH2=ΔH1－ΔH3=-393.5kJ/mol-（-283.0kJ/mol）=-110.5kJ／mol即：C（s）+O2（g）=CO（g）的ΔH=-110.5kJ／mol例1：某次發(fā)射火箭，用N2H4（肼）在NO2中燃燒，生成N2、液態(tài)H2O。已知：

①N2(g)+2O2(g)==2NO2(g)△H1=+67.2kJ/mol

②N2H4(g)+O2(g)==N2(g)+2H2O(l)△H2=-534kJ/mol假如都在相同狀態(tài)下，請(qǐng)寫(xiě)出發(fā)射火箭反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(l)△H=-1135.2kJ/mol

2×②－①：二、反應(yīng)熱的計(jì)算應(yīng)用蓋斯定律進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算的方法（1）確定待求的反應(yīng)方程式（2）找出待求方程式中各物質(zhì)出現(xiàn)在已知方程式中的位置(是同側(cè)還是異側(cè)）（3）根據(jù)未知方程式中各物質(zhì)計(jì)量數(shù)和位置的需要對(duì)已知方程式進(jìn)行處理，或調(diào)整計(jì)量數(shù)，或調(diào)整反應(yīng)方向。①當(dāng)反應(yīng)式乘以或除以某數(shù)時(shí)，△H也應(yīng)乘以或除以某數(shù)。②反應(yīng)式進(jìn)行加減運(yùn)算時(shí)，△H也同樣要進(jìn)行加減運(yùn)算，且要帶“+”、“-”符號(hào)，即把△H看作一個(gè)整體進(jìn)行運(yùn)算。③當(dāng)設(shè)計(jì)的反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)，其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號(hào)相反。（4）實(shí)施疊加并確定反應(yīng)熱的變化。已知①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)ΔH1=－283.0kJ/mol②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH2=－285.8kJ/mol

③C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)ΔH3=-1370kJ/mol

試計(jì)算④2CO(g)＋4H2(g)=H2O(l)＋C2H5OH(l)的ΔH

【解】：根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)④不論是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)熱效應(yīng)都是相同的。下面就看看反應(yīng)④能不能由①②③三個(gè)反應(yīng)通過(guò)加減乘除組合而成，也就是說(shuō)，看看反應(yīng)④能不能分成①②③幾步完成。①×2+②×4-③=④

所以，ΔH＝ΔH1×2＋ΔH2×4－ΔH3

＝－283.2kJ/mol×2－285.8kJ/mol×4＋1370kJ/mol

＝－339.6kJ/mol

練習(xí)有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算(1)根據(jù)熱化學(xué)方程式計(jì)算：反應(yīng)熱與反應(yīng)物各物質(zhì)的物質(zhì)的量成正比。(2)根據(jù)反應(yīng)物和生成物的能量計(jì)算：ΔH＝生成物的能量和－反應(yīng)物的能量和。(3)根據(jù)反應(yīng)物和生成物的鍵能計(jì)算：ΔH＝反應(yīng)物的鍵能和－生成物的鍵能和。(4)根據(jù)蓋斯定律計(jì)算：將熱化學(xué)方程式進(jìn)行適當(dāng)?shù)摹凹印薄皽p”等變形后，由過(guò)程的熱效應(yīng)進(jìn)行計(jì)算、比較。(5)根據(jù)物質(zhì)燃燒放熱數(shù)值計(jì)算：Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH|。(6)根據(jù)比熱公式進(jìn)行計(jì)算：Q＝cmΔt。1．1g炭與適量水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，需吸收10.94kJ的熱量，相應(yīng)的熱化學(xué)方程式為()A．C+H2O=CO+H2ΔH=+10.9kJ/molB．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)ΔH=+10.94kJ/molC．C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)ΔH=+131.28kJ/molD．1/2C(s)+1/2H2O(g)=1/2CO(g)+1/2H2(g)ΔH=+65.64kJ/molCD課堂練習(xí)2．已知1mol白磷轉(zhuǎn)化成1mol紅磷，放出18.39kJ熱量，又知：P4(白，s)+5O2=2P2O5(s)ΔH1,4P（紅，s）+5O2=2P2O5

（s）ΔH2

則ΔH1和ΔH2的關(guān)系正確的是()A．ΔH1＞ΔH2B．ΔH1＜ΔH2C．ΔH1=ΔH2D．無(wú)法確定B3.已知25℃、101kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為C(石墨)+O2(g)=CO2(g)△H=－393.51kJ·mol－1C(金剛石)+O2(g)=CO2(g)△H=－395.41kJ·mol－1據(jù)此判斷，下列說(shuō)法中正確的是()A、由石墨制備金剛石是吸熱反應(yīng)；等質(zhì)量時(shí)，石墨的能量比金剛石的低B、由石墨制備金剛石是吸熱反應(yīng)；等質(zhì)量時(shí)，石墨的能量比金剛石的高C、由石墨制備金剛石是放熱反應(yīng)；等質(zhì)量時(shí)，石墨的能量比金剛石的低D、由石墨制備金剛石是放熱反應(yīng)；等質(zhì)量時(shí)，石墨的能量比金剛石的高A4.某H2

和CO的混合氣體完全燃燒時(shí)放出113.74kJ熱量，同時(shí)生成3.6g液態(tài)水，則原混合氣體中H2和CO的物質(zhì)的量之比為＿2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）ΔH＝-571.6kJ/molCO（g）+O2（g）＝CO2（g）ΔH＝-283.0kJ/molA.2:1B.1:2C.1:1

D.2:3C教材習(xí)題答案1.2.5molC在O2中完全燃燒生成CO2，放出多少熱量？提示：C（s）＋O2（g）＝CO2（g）ΔH＝-393.51kJ/mol2.5molC完全燃燒：Q=2.5mol×（-393.51kJ/mol）=-938.8kJ2.完全燃燒多少摩H2是生成液態(tài)水，才能得到1000kJ熱量?提示：

H2（g）的燃燒熱ΔH＝－285.8kJ/mol

欲使H2完全燃燒生成液態(tài)水，得到1000kJ熱量，需要H2：1000kJ÷285.8kJ/mol=3.5mol3.4.0g硫粉在O2中完全燃燒生成SO2，放出37kJ熱量，計(jì)算S的燃燒熱。提示：設(shè)S的燃燒熱為ΔHS（s）＋O2（g）＝SO2（g）32g/mol4.0gΔH-37kJΔH＝32g/mol×（-37kJ）÷4.0g=－296kJ/mol4.1.00gCH4完全燃燒生成液態(tài)水和CO2，放出55.6kJ熱量，計(jì)算CH4的燃燒熱。提示：設(shè)CH4的燃燒熱為ΔHCH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）+2H2O（g）16g/mol1gΔH-55.6kJΔH＝16g/mol×（-55.6kJ）÷1g=-889.6kJ/mol5.2.00gC2H2完全燃燒生成液態(tài)水和CO2，放出99.6kJ熱量，3.00molC2H2完全燃燒能放出多少熱量？燃燒相同物質(zhì)的量的CH4和C2H2，哪種氣體燃燒放出的熱量多？26g/mol2.00gΔH-99.6kJ提示：1)求3.00molC2H2完全燃燒能放出的熱量QC2H2（g）＋O2（g）＝2CO2（g）+H2O（l）ΔH＝26g/mol×（-99.6kJ）÷2.00g=-1294.8kJ/molQ＝3.00mol×1294.8kJ/mol=3884.4kJ

2）從題4已知CH4的燃燒熱-889.6kJ/mol，相比之下，燃燒相同物質(zhì)的量的C2H2放出的熱量多。6.試計(jì)算25℃時(shí)CO與H2O作用轉(zhuǎn)化為H2和CO2反應(yīng)的反應(yīng)熱。

提示:根據(jù)題意可知由題中反應(yīng)（3）減反應(yīng)（1）和（2）可得CO與H2O作用轉(zhuǎn)化為H2和CO2反應(yīng)，因此有：ΔH=ΔH3

－（ΔH1+ΔH2）=-394kJ/mol+（111kJ/mol+242kJ/mol）=-41kJ/mol

即：CO與H2O作用轉(zhuǎn)化為H2和CO2反應(yīng)的反應(yīng)熱為=-41kJ/mol7.1kg人體脂肪可儲(chǔ)存約32200kJ能量。一般人每行走1km大約要消耗170kJ能量，如果某人每天步行5km，1年中因此消耗的脂肪大約是多少？

提示：已知1kg人體脂肪儲(chǔ)存32200kJ能量，行走1km消耗170kJ，求每天行走5km，1年中因此消耗的脂肪量:170kJ/km×5km/d×365d÷32200kJ/kg=9.64kg8.一個(gè)體重為70kg的人脂肪儲(chǔ)存的能量約為4.2×105kJ，如果快速奔跑1km要消耗420kJ能量，此人的脂肪可以維持奔跑的距離是多少？提示：此人脂肪儲(chǔ)存的能量約為4.2×105kJ，快速奔跑1km要消耗420kJ能量，此人的脂肪可以維持奔跑的距離為：4.2×105kJ÷420kJ/km=1000km9.某鍋爐用1.0t煤可燒開(kāi)水50t（進(jìn)鍋爐水溫20℃），請(qǐng)計(jì)算該鍋爐的熱效率。（1t煤燃燒熱2.9×107kJ）

提示：1t煤燃燒熱2.9×107kJ50t水由20℃升溫至100℃，溫差100℃-20℃=80℃此時(shí)需要吸熱：50×103kg×80℃×4.184kJ/(kg.℃)=1.6736×107kJ鍋爐的熱效率=(1.6736×107kJ÷2.9×107kJ)×100%=57.7%10.現(xiàn)廢品收購(gòu)站已收購(gòu)如下數(shù)量的廢塑料：耐綸5m3、聚氯乙烯50m3、丙