2020-2021学年第二节 反应热的计算导学案

这是一份2020-2021学年第二节 反应热的计算导学案，共23页。学案主要包含了盖斯定律的内容，盖斯定律的应用等内容，欢迎下载使用。
第03讲盖斯定律



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课前引入
热化学方程式可以表明反应所放出或吸收的热量，而一个反应所放出或吸收的热量，需要通过实验测量得到。如测量1mol C完全燃烧生成1mol CO2所放出的热量，就可以写出相关的热化学方程式。
但如果一个反应不容易直接发生，或者伴有副反应发生时，又该如何测量呢？



模块一盖斯定律

知识精讲

一、盖斯定律的内容
1. 俄国化学家盖斯从大量的实验事实中总结出一条规律：一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成，其___________是相同的，这就是盖斯定律。
2. 也就是说，化学反应的_______只与反应体系的_______和________有关，而与反应的______无关。
3. 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是一样的。
即：ΔH = ______________________
【答案】反应热；反应热；始态；终态；途径 ΔH1 + ΔH2 + ΔH3
科学史话：热化学研究的先驱——盖斯
1802年，盖斯出生于瑞士的日内瓦，三岁时全家迁居俄国。1825年，盖斯获得医学博士学位，1838年当选为俄国科学院院士。
最早研究反应热的是法国化学家拉瓦锡和法国数学家、天文学家拉普拉斯(P.-S.Laplace，1749―1827) ，他们利用冰量热计(即以被熔化了的冰的质量来计算热量)测定了碳单质的燃烧热，测得的数值与现代精确测定值十分接近。1836年，盖斯受炼铁中热现象的启发，利用自己设计的量热计测定了大量的反应热，并依据氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、石灰分别与硫酸反应的反应热总结出了盖斯定律。
盖斯定律的提出，为反应热的研究提供了极大的方便，使一些不易测准或无法测定的化学反应的反应热可以通过推算间接求得。盖斯定律的提出要早于能量守恒定律的确认，因此，盖斯定律是化学热力学发展的基础，至今仍有广泛的应用。


二、盖斯定律在生产和科学研究中的意义
有些反应，因为某些原因，导致反应热难以直接测定，如：
（1）有些反应进行得很慢
（2）有些反应不容易直接发生
（3）有些反应的产品不纯（有副反应发生）

三、盖斯定律的应用
根据盖斯定律，我们可以利用已知反应的反应热来计算未知反应的反应热。如：
对于前面提到的反应：C(s) + 12O2(g) === CO(g) 虽然该反应的反应热无法直接测定，但下列两个反应的反应热却可以直接测定：
C(s) + O2(g) === CO2(g) ΔH1=﹣393.5 kJ/mol
CO(g) + 12O2(g) === CO2(g) ΔH2 =﹣283.0 kJ/mol
上述三个反应具有如下关系：

根据盖斯定律，ΔH3=_________________________________________________
【答案】ΔH1- ΔH2=﹣393.5 kJ/mol -（-283.0 kJ/mol）= -110.5 kJ/mol

及时小练
已知A(g) === B(g) ΔH1 = a kJ/mol；C(g) === D(g) ΔH2 = b kJ/mol。
（1）A(g) + C(g) === B(g) + D(g) ΔH1 = ________kJ/mol
（2）12A(g) + D(g) === 12B(g) + C(g) ΔH2 = ________kJ/mol
（3）2A(g) + C(g) === 2B(g) + D(g) ΔH3 = ________kJ/mol

【答案】（1）a + b；（2）12a-b；（3）2a+b

及时小练
（1）已知：①2C(s)＋O2(g)＝2CO(g) △H1＝－221.0 kJ·mol－1
②2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g) △H2＝－483.6kJ·mol－1
则制备水煤气的反应③C(s)＋H2O(g)＝CO(g)＋H2(g)的△H等于__________________

（2）已知反应：①H2(g) + 12O2(g) === H2O(g) ΔH1
②12N2(g) + O2(g) === NO2(g) ΔH2
③12N2(g) + 32H2(g) === NH3(g) ΔH3
则反应2NH3(g) +72O2(g) === 2NO2(g) + 3H2O(g)的ΔH=_____________________



【答案】（1）＋131.3 kJ·mol－1
根据盖斯定律：(①-②)：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g) ΔH=131.3kJ∙mol－1；
（2）3ΔH1 + 2ΔH2- 2ΔH3

思考与交流：应该盖斯定律时，如果每次都要将方程式进行加减，很是费时费力，有无简便的方法？


总结归纳——盖斯定律的解题技巧
①唯一入手（唯一：目标方程式中的物质，在给出的已知方程式中只出现一次）
②同加异减（目标方程式中的物质，与给定方程式中物质若在方程式等号的同侧，则加起来，反之，则减去）

说明
如上述即时小练（2），目标方程式中的NH3只在③中出现一次，且“异”侧，则- 2×③，O2出现两次，暂时不看，NO2(g) 和H2O同理。


对点训练

题型一：对盖斯定律的理解
【例1】（2020·全国）下列关于盖斯定律描述不正确的是
A．化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关
B．盖斯定律遵守能量守恒定律
C．利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热
D．利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
【答案】A
【变1】（2021·唐山市丰润区第二中学高二月考）下列关于盖斯定律的说法不正确的是
A．不管反应是一步完成还是分几步完成，其反应热相同
B．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
C．有些反应的反应热不能直接测得，可通过盖斯定律间接计算得到
D．根据盖斯定律，热化学方程式中△H直接相加即可得总反应热
【答案】D
题型二：盖斯定律的应用（框图加减）
【例2】（2021·广东深圳市·高二期末）石墨燃烧过程中的能量变化可用下图表示。下列说法正确的是

A．石墨的燃烧热为
B．反应C(s，石墨)在任何温度下均能自发进行
C．由图可知：
D．已知C(s，金刚石)=C(s，石墨)，则金刚石比石墨稳定
【答案】C
【变2-1】（2021·浙江高二月考）下列关于如图所示转化关系(X代表卤素)的说法不正确的是

A．△H3＜0
B．△H1+△H2+△H3=0
C．按照Cl、Br、I的顺序，△H2依次减少
D．一定条件下，拆开1 mol气态HX需要吸收a kJ能量，则该条件下△H3=-2a kJ/mol
【答案】B
【变2-2】（2020·通城县第二高级中学高二期中）某科学家利用二氧化铈(CeO2)在太阳能作用下将H2O、CO2转变成H2、CO。其过程如下：
mCeO2(m-x)CeO2·xCe+xO2
(m-x)CeO2·xCe+xH2O+xCO2mCeO2+xH2+xCO
下列说法不正确的是

A．该过程中CeO2没有消耗
B．该过程实现了太阳能向化学能的转化
C．上图中ΔH1=-(ΔH2+ΔH3)
D．上图中ΔH1=ΔH2+ΔH3
【答案】D
题型三：盖斯定律的应用（两个方程式加减）
【例3】（2021·青海海东市·平安一中高二月考）发射“神五”时用肼(N2H4)作为火箭发动机的燃料，NO2为氧化剂，反应生成N2和水蒸气。已知：① N2(g) + 2O2(g)=2NO2(g) ΔH = +67.7 kJ/mol；②N2H4(g) + O2(g)=N2(g) + 2H2O(g) ΔH = -534 kJ/mol。下列关于肼和NO2反应的热化学方程式中，正确的是
A．2N2H4(g) + 2NO2(g)=3N2(g) + 4H2O(l) ΔH =-1135.7 kJ/mol
B．2N2H4(g) + 2NO2(g)=3N2(g) + 4H2O(g) ΔH=- 1000.3 kJ/mol
C．N2H4(g) + NO2(g)= N2(g) + 2H2O(l) ΔH=-1135.7 kJ/mol
D．2N2H4(g) + 2NO2(g)=3N2(g) + 4H2O(g) ΔH=-1135.7 kJ/mol
【答案】D
【变3-1】（2021·重庆高三三模）硫是一种重要的非金属元素，正交硫(Orthogonal sulfur)是硫稳定存在的唯一形式，单斜硫是硫的同素异形体之一。下列说法不正确的是
已知：①S(正交，s)+O2(g)=SO2(g)ΔH1=-296.83kJ•mol-1
②S(单斜，s)+O2(g)=SO2(g)ΔH2=-297.16kJ•mol-1
③S(单斜，s)=S(正交，s)ΔH3
A．硫黄是一种黄色晶体，不溶于水
B．正交硫比单斜硫稳定
C．ΔH3=-0.66kJ•mol -1，
D．1mol S(单斜，s)和1mol O2(g)的总能量高于1mol SO2(g)的能量
【答案】C
【变3-2】（2021·山东高三专题练习）已知25℃、101kPa下，1mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.0kJ
①H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)△H1=-57.3kJ•mol-1
②2CH3OH(l)+3O2(g)=4H2O(g)+2CO2(g)△H2=-1277.0kJ•mol-1
下列有关说法错误的是
A．若反应②中CH3OH变为气态，则该反应的反应热△H>△H2
B．CH3OH(l)的燃烧热△H=-726.5kJ•mol-1
C．CH3COOH(aq)+NaOH(aq)=CH3COONa(aq)+H2O(l)△H>﹣57.3kJ•mol-1
D．液态水变为水蒸气过程中需要克服分子间作用力
【答案】A
题型四：盖斯定律的应用（三个方程式加减）
【例4】（2021·钦州市第四中学高二月考）已知碳的气化反应过程部分化学反应的热化学方程式为：
C(s)+2H2(g)=CH4(g)△H1
C(s)+O2(g)=CO2 (g)△H2
C(s)+O2(g)=CO(g)△H3
则催化重整反应CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)的△H为
A．2△H3﹣△H1﹣△H2 B．2△H3﹣△H1+△H2
C．2△H3+△H1﹣△H2 D．2△H3﹣△H1﹣2△H2
【答案】A
【变4-1】（2021·四川成都市·高一期末）已知：①
②
③
④
下列关系正确的是
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【变4-2】（2020·长沙市南雅中学高一期中）以太阳能为热源，热化学硫碘循环分解水是一种高效、环保的制氢方法，其流程图如下：

相关反应的热化学方程式为：
反应I：
反应II：
反应III：
下列说法不正确的是
A．该过程实现了太阳能到化学能的转化
B．和对总反应起到了催化剂的作用
C．总反应的热化学方程式为：
D．该过程使水分解制氢反应更加容易发生，但总反应的不变
【答案】C
【变4-3】（2021·浙江台州市·高三开学考试）已知将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低。关于下列∆H的判断不正确的是
CuSO4·5H2O (s)= CuSO4(s)+5H2O(1) ∆H1
CuSO4(s)= CuSO4(aq) ∆H2
CuSO4(aq)= Cu2+(aq)+(aq) ∆H3
CuSO4·5H2O (s)= Cu2+(aq)+(aq)+5H2O(1) ∆H4
A．∆H1>∆H4 B．∆H1>0 ∆H2∆H1
【答案】D
题型五：盖斯定律的应用大题训练
【例5】（2021·陕西宝鸡市·虢镇中学高二月考）盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。现根据下列的3个热化学反应方程式：
Fe203(s)+3CO(g)=2Fe(s)+3CO2(g)△H=﹣25kJ/mol
Fe203(s)+CO(g)=Fe3O4(s)+CO2(g)△H=﹣15.7kJ/mol
Fe304(s)+CO(g)=3FeO(s)+CO2(g)△H=+19kJ/mol
试写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学反应方程式：___________。
【答案】CO(g)+FeO(s)=Fe(s)+CO2(g)△H=﹣10.98kJ/mol

【例6】（2021·全国高三专题练习）甲酸是基本有机化工原料之一，广泛用于农药、皮革、染料、医药和橡胶等工业。
(1)已知热化学方程式：
I：HCOOH(g)⇌CO(g)+H2O(g) ΔH1=+72.6kJ·mol-1；
II：2CO(g)+O2(g)⇌2CO2(g) ΔH2=-566.0kJ·mol-1；
III：2H2(g)+O2(g)⇌2H2O(g) ΔH3=-483.6kJ·mol-1
则反应IV：CO2(g)+H2(g)⇌HCOOH(g)的ΔH=_______kJ·mol-1。
(2)查阅资料知在过渡金属催化剂存在下，CO2(g)和H2(g)合成HCOOH(g)的反应分两步进行：第一步：CO2(g)+H2(g)+M(s)=M·HCOOH(s)；则第二步反应的方程式为_______。
【答案】-31.4M·HCOOH(s)=HCOOH(g)+M(s)
【例7】（2021·全国高三专题练习）CH4超干重整CO2的催化转化如图1所示：

(1)已知相关反应的能量变化如图2所示：过程I的热化学方程式为_______。

(2)关于上述过程II的说法不正确的是_______(填字母)。
a.实现了含碳物质与含氢物质的分离
b.可表示为CO2+H2=H2O(g)+CO
c.CO未参与反应
d.Fe3O4、CaO为催化剂，降低了反应的ΔH
【答案】CH4(g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247.4kJ·mol-1cd
【例8】（2021·全国高三专题练习）解答下列问题
(1)2017年中科院某研究团队通过设计一种新型Na—Fe3O4/HZSM-5多功能复合催化剂，成功实现了CO2直接加氢制取辛烷值汽油，该研究成果被评价为“CO2催化转化领域的突破性进展”。
已知：H2(g)+O2(g)=H2O(l)ΔH1=-akJ·mol-1
C8H18(l)+O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)ΔH2=-bkJ·mol-1
试写出25℃、101kPa条件下，CO2与H2反应生成汽油(以C8H18表示)的热化学方程式：_______。
(2)直接排放含SO2的烟气会形成酸雨，危害环境。工业上常用催化还原法和碱吸收法处理SO2气体。1molCH4完全燃烧生成气态水和1molS(g)燃烧的能量变化如下图所示：

在催化剂作用下，CH4可以还原SO2生成单质S(g)、H2O(g)和CO2，写出该反应的热化学方程式：_______。
(3)合成氨在工业生产中具有重要意义。在合成氨工业中I2O5常用于定量测定CO的含量。已知2I2(s)+5O2(g)=2I2O5(s) ΔH=-76kJ·mol-1；2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH=-566kJ·mol-1。则该测定反应的热化学方程式为_______。
(4)化学反应原理研究物质转化过程中的规律并在生产生活中有广泛的应用。汽车排气管内的催化转化器可实现尾气无毒处理。
已知：N2(g)+O2(g)=2NO(g) ΔH=+180.5kJ·mol-1
2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-221.0kJ·mol-1
CO2(g)=C(s)+O2(g) ΔH=+393.5kJ·mol-1
则反应2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)的ΔH=_______kJ·mol-1。
(5)氮及其化合物与人类生产、生活密切相关。氮氧化物是造成光化学烟雾和臭氧层损耗的主要气体。
已知：CO(g)+NO2(g)=NO(g)+CO2(g) ΔH=-akJ·mol-1(a>0)
2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g) ΔH=-bkJ·mol-1(b>0)
若用CO还原NO2至N2，当消耗标准状况下3.36LCO时，放出的热量为_______kJ(用含有a和b的代数式表示)。
【答案】8CO2(g)+25H2(g)=C8H18(l)+16H2O(l) ΔH=-(25a-b) kJ·mol-1CH4(g)+2SO2(g)=2S(g)+CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=+352 kJ·mol-15CO(g)+I2O5(s)=5CO2(g)+I2(s)　ΔH=-1 377 kJ·mol-1-746.5或
提分特训

【题1】（2020·全国高二课时练习）下列说法正确的是
A．化学反应的反应热与反应过程有密切的关系
B．化学反应的反应热取决于反应体系的始态和终态
C．盖斯定律只是一条简单的自然规律，其实际作用不大
D．有的化学反应过程没有能量变化
【答案】B
【题2】（2019·湖南长沙市·望城区第二中学高二月考）下列关于反应热的说法正确的是（ ）
A．化学反应的反应热只与反应体系的始态和终点状态有关，而与反应的途径无关
B．已知C(s)+O2(g)＝CO(g)的反应热为110.5kJ/mol，说明碳的燃烧热为110.5kJ
C．反应热的大小与反应物所具有的能量和生成物所具有的能量无关
D．当∆H为“－”时，表示该反应为吸热反应
【答案】A
【题3】（2021·浙江高三月考）根据能量变化示意图，下列说法不正确的是

A．相同质量的NO2(g)和N2O4(g)，前者具有较高的能量
B．
C．
D．；则△H