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标题: 热化学方程式的书写与计算 [打印本页]

作者: lina 时间: 2012-4-18 14:22
标题: 热化学方程式的书写与计算
本帖最后由烨晚于 2012-4-18 15:32 编辑

一、热化学方程式的书写

与普通化学方程式相比，书写热化学方程式除了遵循书写普通化学方程式外，还应该注意以下几点：

①反应热ΔH与测定的条件（温度、压强）有关，同一个化学反应，在不同温度或压强下进行时，所产生的热效应一般不同，因此书写热化学方程式时，要注明应热ΔH的测定条件。在25℃、101kPa时的化学反应热通常称为标准反应热，一般不注明反应的温度和压强时，即为此条件下的反应热。

②同一个化学反应，由于聚集状态不同，反应热数值不同，因此热化学方程式必须注明每个反应物和生成物的聚集状态，反应热ΔH一般写在热化学方程式的右边。放热为负值，吸热为正值，单位为kJ·mol－1（kJ/mol）。聚集状态固体用“s”、液体用“l”、气体用“g”、溶液用“aq”等表示，只有这样才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不标“↑”或“↓”。

③对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。如：

S(s，单斜) + O2(g) === SO(g) △H1 ＝－297.16 kJ/mol

S(s，正交) + O2(g) === SO(g) △H2 ＝－296.83 kJ/mol

④热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，不表示物质的分子数或原子数（意为若干个分子参加反应的热效应是难以测量的），因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。

⑤热化学方程式是表示反应已完成的数量。由于ΔH与反应完成物质的量有关，所以方程式中化学前面的化学计量系数必须与ΔH相对应，如果化学计量系数加倍，那么ΔH也加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。

⑥在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1 mol 水时的反应热叫中和热。书写中和热的化学方程式应以生成1 mol 水为基准。

⑦反应热可分为多种，如燃烧热、中和热、溶解热等，在25℃、101kPa时，1mol 纯物质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。

二、热化学方程式的计算

①根据能量：△H ＝ E总(生成物)－E总(反应物)

②根据键能：△H ＝E总(断键)－E总(成键)

③燃烧热：Q(放) ＝ n(可燃物)·△H(燃烧热)

④中和热：Q(放) ＝ n(H2O )·△H(中和热)

⑤将ΔH看作是热化学方程式中的一项，再按普通化学方程式的计算步骤、格式进行计算，得出有关数据。

⑥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相同的，即盖斯定律：化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与反应的途径无关。如下图所示，可表示为：

△H ＝△H1+△H2+△H3

三、叠加法求热化学方程式中的焓变

首先观察已知的热化学方程式与目标热化学方程式的差异：①若目标热化学方程式中的反应物在某个已知热化学方程式中作生成物（或目标方程式中的某种生成物在某个已知方程式中作反应物），可把该热化学方程式的反应物和生成物颠倒，相应的△H改变符号；②将每个已知的热化学方程式两边同乘以某个合适的数，使已知热化学方程式中某种反应物或生成物的化学计量系数与目标热化学方程式中的该反应物或生成物的化学计量系数一致。热化学方程式中的△H也进行相应的换算；③将已知热化学方程式进行叠加，相应的热化学方程式中的△H也进行叠加。

【例题1】下列热化学方程式或根据热化学方程式得出的结论正确的是

A. 甲烷的标准燃烧热为－890.3 kJ/mol，则甲烷燃烧的热化学方程式可不是为：

CH4(g) + 2O2(g) === CO2(g) + 2H2O(g) △H ＝－890.3 kJ/mol

B. 500℃、30MPa下，将0.5mol N2和1.5mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3kJ，其热化学方程式为：

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) △H ＝－38.6 kJ/mol

C. 已知NaOH(aq) + HCl(aq) ＝ NaCl (aq) + H2O(l) △H＝－57.4kJ/mol，则20.0 g NaOH固体与稀盐酸完全中和，放出28.7kJ的热量。

D. 已知C(石墨，s) === C(金刚石，s) △H＞0，则石墨比金刚石稳定。

解析：根据标准燃烧热的定义，1mol 可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量（标准指25℃、101kPa），A项把水写成了气态，应该为液态，故A项错误；B项根据热化学方程式的含义，该反应对应的热量是1 mol 氮气完全反应时的热量，但该反应是可逆反应，故投入0.5 mol 的氮气，最终参加反应的氮气一定小于0.5 mol，所以△H的值应小于－38.6 kJ/mol，故B项错误；C项忽视了NaOH固体溶于水时的热效应，因此错误；D选项说明石墨转变成金刚石需要吸收能量，即石墨具有的能量没有金刚石据有的能量多，根据能量越低越稳定的原理知该选项正确。

【例题2】已知25℃、101 kPa时，1mol石墨完全燃烧生成CO2气体放热393.5 kJ，1mol CO完全燃烧生成CO2气体放热283.0 kJ，下列说法不正确的是

A．在25℃、101 kPa时， C (石墨)燃烧生成CO气体的热化学方程式是：

2C(石墨) + O2(g) === 2CO(g) △H ＝ 110.5 kJ/mol

B．CO气体的燃烧热是283.0 kJ/mol

C．C(石墨)和CO2(g)反应生成CO(g)的反应是吸热反应

D．等物质的量的石墨和金刚石，如果金刚石燃烧生成CO2(g) 放出的热大于石墨燃烧生成CO2(g)放出的热，则可断定从石墨转变为金刚石需要吸热

解析：C→CO，CO→CO2，这两个过程加合既得C→CO2。所以第一个过程的反应热等于总反应热减去第二个反应的反应热，393.5－283.0＝110.5，但A项反应式是2 molC燃烧，所以反应热应为221.0 kJ/mol，故该选项错误；B选项无论是数值还是单位都正确，燃烧热以放出的热量为正值，如果用△H表示，则应该为负值；C选项可这样简单推算：实际过程是C和CO2都变成CO。应为C→CO放热110.5 kJ，CO2→CO吸热283.0 kJ，吸热大于放热，所以总反应过程吸热，C选项正确；D选项金刚石或石墨燃烧最后结果都是生成CO2，我们可以吧放热多的作为“总过程”，分解过程如下：C(金刚石)→C(石墨)→CO2，两步都放热，总放热为C(金刚石)→CO2的反应热，既然C(金刚石)→C(石墨)放热，则反过程必然吸热，D选项正确。

答案：D

【例题3】（2011年海南高考）已知：2Zn(s) + O2(g)＝ 2ZnO(s) △H1＝－701.0kJ·mol-1，2Hg(l)+ O2(g)＝ 2HgO(s) △H2＝－181.6kJ·mol-1，则反应Zn(s) + HgO(s)＝ ZnO(s) + Hg(l)的△H为：

A. +519.4 kJ·mol－1 B. +259.7 kJ·mol－1 C. －259.7 kJ·mol－1 D. －519.4 kJ·mol－1

解析：反应的焓值由盖斯定律直接求出。即(△H1－△H2)/2＝－259.7 kJ·mol-1。

答案：C

点拨：本题中两负数相减易出错，此外系数除以2时，焓值也要以除2。

【例题4】（2011年重庆高考） SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S－F键。已知：1molS(s)转化为气态硫原子吸收能量280kJ,断裂1molF－F 、S－F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。则S(s) + 3F2(g) === SF6(g)的反应热△H为

A. －1780kJ/mol B. －1220 kJ/mol C. －450 kJ/mol D. + 430 kJ/mol

解析：在化学反应中断键需要吸热，而形成新的化学键需要放热。由题意的1mol S(s)和3 mol F2(g)形成S原子和F原子共需要吸收能量是280 kJ + 3×160 kJ＝760 kJ。而生成1mol SF6(g)时需形成6 mol S－F键，共放出6×330 kJ＝1980 kJ，因此该反应共放出的热量为1980 kJ－760 kJ＝1220 kJ，所以该反应的反应热△H＝－1220 kJ/mol，选项B正确。

答案：B

【例题5】已知1 g H2完全燃烧生成水蒸气时放出热量121kJ。且O2中1 mol O＝O键完全断裂时吸收热量为496 kJ，水蒸气中1 mol H－O键形成时放出热量463 kJ，则H2中1 mol H－H键断裂时吸收的热量为

A．920 kJ B．557 kJ C．436 kJ D．188 kJ

解析：反应热与键能的关系是：反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能。根据题意可首先算出反应热，写出热化学方程式：H2(g) + 1/2O2(g) === H2O(g)；△H ＝－242 kJ/mol。题中给出的“形成”或“断裂”1 mol化学键时放出或吸收的热量称为该化学键的键能。根据键能与反应热的关系有：E(H－H) + 1/2E(O＝O) － 2E(H－O) ＝－242 kJ/mol。解得C符合题意。

答案：C

【例题6】25℃、101 kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5 kJ/mol、285.8 kJ/mol、890.3 kJ/mol、2800 kJ/mol，则下列热化学方程式正确的是：

A. C(s)+1/2O2(g) === CO(g)；△H ＝－393.5 kJ/mol

B. 2H2(g)+O2(g) === 2H2O(g)；△H ＝ + 571.6 kJ/mol

C. CH4(g) + 2O2(g) === CO2(g) + 2H2O(g)；△H ＝－890.3 kJ/mol

D. 1/2C6H12O6(s) + 3O2(g) === 3CO2(g) + 3H2O(1)；△H ＝－1400 kJ/mol

解析：燃烧热是指在101kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量。对碳（C）而言稳定的氧化物指CO2(g)、对氢气（H2）而言稳定的氧化物指H2O(l)。所以A、B、C错误，正确答案为D。

答案：D

【例题7】已知充分燃烧a g乙炔气体时生成1 mol 二氧化碳气体和液态水，并放出热量b kJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是：

A.2C2H2(g) + 5O2(g) === 4CO2(g) + 2H2O(l) △H ＝－4b k J/mol

B.C2H2(g) + 5/2O2(g) ===2CO2(g) + H2O(l) △H ＝ 2b k J/molIA

C.2C2H2(g) + 5O2(g) === 4CO2(g) + 2H2O(l) △H ＝－2b k J/mol

D.2C2H2(g) + 5O2(g) === 4CO2(g) + 2H2O(l) △H ＝ b k J/mol

解析：放热反应中ΔH＜0，所以B、D错误。生成1 mol CO2时放出b kJ的热量，所以，生成4 mol CO2时放出热量为4b kJ，所以A正确。

答案：A

【例题8】25 ℃，101 k Pa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3 kJ/mol，辛烷的燃烧热为5518 kJ/mol。下列热化学方程式书写正确的是

A.2H+(aq) + SO42－(aq) + Ba2+ (aq) +2OH－(aq)＝BaSO4(s) +2H2O(1) △H＝－57.3 kJ/mol

B.KOH(aq) + 1/2H2 SO4(aq) ＝ 1/2K2SO4(aq) + H2O(l) △H＝－57.3kJ/mol

C.C8H18(l) + 25/2O2 (g) ＝ 8CO2 (g)+ 9H2O △H＝－5518 kJ/mol

D.2C8H18(g) + 25O2 (g) ＝ 16CO2 (g)+18H2O(1) △H＝－5518 kJ/mol

答案：B

点拨：书写表示燃烧热的化学方程式时，可燃物的化学计量系数为1；产物应为完全燃烧生成的稳定氧化物，如C燃烧产物为CO2而不是CO，H2燃烧生成的是H2O(l)，而不是H2O(g)。书写表示中和热的热化学方程式时，H2O的化学计量系数为1，并以此配平其余物质的化学计量系数。

【例题9】（2010山东卷）下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是

A 生成物能量一定低于反应物总能量

B 放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率

C 根据盖斯定律，可计算某些难以直接测定反应的反应焓变

D 同温同压下，H2(g) + Cl2(g)===2HCl(g) 在光照和点燃条件的△H不同

解析：生成物的总能量低于反应总能量的反应，是放热反应，若是吸热反应则相反，故A错；反映速率与反应是吸热还是放热没有必然的联系，故B错；C是盖斯定律的重要应用，正确；根据△H＝生成物的焓－反应物的焓可知，焓变与反应条件无关，故D错。

答案：C

【例题10】（2010重庆卷）已知H2(g) + Br2(l)===2HBr(g)；△H＝－72 kJ/mol 蒸发1mol Br2(l)需要吸收的能量为30kJ，其它相关数据如下表：

	H2(g)	Br2(l)	HBr(g)
1mol 分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ	436	a	369

则表中a为

A．404 B．260 C．230 D．200

【解析】由查盖斯定律得：Br2(l)＝Br2(g) △H＝+30KJ/mol，则H2(g) + Br2(g) === 2HBr(g)?△H ＝－102KJ/mol。436 + a－2×369＝－102；a＝－200 kJ，D项正确。

答案：D

【例题11】已知：①1mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量，②1mol Cl2分子中化学键断裂时需要吸收243kJ的能量，③由H原子和Cl 原子形成1mol HCl分子时释放431kJ的能量。下列叙述正确的是

A．氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是H2(g) + Cl 2(g) ＝ 2HCl(g)

B．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的△H ＝ 183kJ/mol

C．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的△H ＝－183kJ/mol

D．氢气和氯气反应生成1 mol氯化氢气体，反应的△H ＝－183kJ/mol

解析：根据热化学方程式的书写原则和反应热的计算方法：△H ＝反应物键能总和－生成物键能总和，即△H ＝436kJ/mol + 243kJ/mol － 2×431kJ/mol ＝－183kJ/mol，因此正确的热化学方程式是：

H2(g) + Cl 2(g) ＝ 2HCl(g) △H ＝－183kJ/mol。故选C。

答案：C

点拨：热化学方程式中的△H必须标明“＋”或“－”符号，比较反应热(△H)的大小时，要注意带符号(“＋”或“－”)进行比较。热化学方程式中的反应热数值表示反应物按方程式中化学计量数反应进行到底时的热量值，如反应是可逆反应，则热量值小于对应的反应热数值。化学反应逆向进行时，其反应热的数值不变，但符号改变。

【例题12】（09宁夏卷）（14分）2SO2(g) + O2(g) ＝2SO3(g) 反应过程的能量变化如图所示。已知1 mol SO2(g)氧化为1 mol SO3的ΔH＝－99 kJ·mol－1.请回答下列问题：

（1）图中A、C分别表示、，E的大小对该反应的反应热有无影响？。该反应通常用V2O5作催化剂，加V2O5会使图中B点升高还是降低？_____，理由是；

（2）图中△H ＝______ kJ·mol－1；

（3）V2O5的催化循环机理可能为：V2O5氧化SO2时，自身被还原为四价钒化合物；四价钒化合物再被氧气氧化。写出该催化循环机理的化学方程式；

（4）如果反应速率υ（SO2）为0.05 mol·L－1·min－1,则υ（O2）＝______mol·L－1·min－1、υ(SO3) ＝______mol·L－1·min－1；

（5）已知单质硫的燃烧热为296 kJ·mo l－1，计算由S(s)生成3 molSO3(g)的△H＝______（要求计算过程）。

解析：（1）本小题考查反应物总能量高于生成物总能量为放热反应，可得到A和C所表示的意义，E为活化能与反应热无关，但是用催化剂可以降低活化能；（2）图中表示的是2mol SO2的反应，因此△H＝－99×2kJ·mol－1；（3）依题意即可写出：SO2 +V2O5 ＝ SO3+2VO2 4VO2 + O2＝2V2O5；（4）依据速率之比等于化学计量数之比

答案：（1）反应物能量生成物能量无降低因为催化剂改变了反应的历程使活化能E降低（2）－198 （3）SO2 +V2O5 ＝ SO3 +2VO2 4VO2 + O2 ＝2V2O5 (4)0.025 0.05 (5))S(s) + O2(g) ＝ 2SO2(g) △H1＝－296 kJ·mol－1 , SO2(g)+1/2O2(g) ＝ SO3(g) △H2＝－99 kJ·mol－1 3S(s) + 9/2O2(g) ＝ 3SO3(g) △H ＝ 3(△H1+△H2)＝－1185 kJ·mol－1

【例题13】红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)，反应过程和能量关系如图所示（图中的△H表示生成1mol产物的数据）

根据上图回答下列问题

（1）P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式；

（2）PCl5分解生成PCl3和Cl2的热化学方程式；上述分解反应是一个可逆反应，温度T1时，在密闭容器中加入0.80 mol PCl5，反应达到平衡时还剩余0.60 mol PCl5，其分解率α1等于；若反应温度由T1升高到T2，平衡时PCl5分解率α2，α2α1 (填“大于”，“小于”或“等于”)；

（3）工业上制备PCl5通常分两步进行，先将P和Cl2反应生成中间产物PCl3，然后降温，再和Cl2反应生成PCl5。原因是；

（4）P和Cl2分两步反应生成1mol PCl5的△H3＝；P和Cl2一步反应生成1mol PCl5的△H4△H3(填“大于”、“小于”或“等于”)；

（5）PCl5与足量水反应，最终生成两种酸，其化学方程式是。

解析：（1）由图可以看出，1 mol P 在Cl2中完全燃烧生成1 mol PCl3，放出的热量为306kJ，所以P 在Cl2中完全燃烧生成PCl3的热化学方程式为： P(s) + 3/2Cl2(g) === PCl3(g)； △H ＝－306 kJ/mol或2P(s) + 3Cl2(g) ＝2PCl3(g)；△H ＝－612 kJ/mol。（2）中间产物PCl3和未反应的Cl2的总能量高于最终产物PCl3的能量，其△H ＝－93 kJ/mol，所以有：

PCl5(g) === PCl3(g) + Cl2(g)；△H ＝ 93 kJ/mol。分解率α1 ＝(0.80 mol－0.60 mol)/ 0.80 mol×100％＝25％；由热化学方程式知，此反应的正反应为吸热反应，所以升高温度，平衡向正反应方向移动，PCl5的分解率增大，即α2大于α1。（3）由图可以看出，P与Cl2反应生成PCl3，PCl3和Cl2进一步反应生成PCl5，都是放热反应，分两步进行且第二步降低温度，有利于PCl5的生成，防止PCl5的分解。（4）由盖斯定律可知，一步生成PCl5和两步生成PCl5的总热效应相等，即△H3 ＝（－612 kJ/mol）+（－93 kJ/mol）＝－399 kJ/mol；（5）PCl5与足量水反应生成H3PO4和HCl，其化学方程式为：PCl5 + 4H2O === H3PO4 + 5HCl

答案：

（1）2P(s) + 3Cl2(g) === 2PCl3(g)； △H ＝－612kJ/mol

（2） PCl5(g) === PCl3(g) + Cl2(g) △H ＝ + 93kJ/mol 25% 大于

（3）因为PCl5分解反应是吸热反应，温度太高，不利于PCl5的生成。

（4）－399kJ/mol 等于

（5）PCl5 + 4H2O === H3PO4 + 5HCl

点拨：热化学方程式的系数即可以用分数，也可以用整数。反应热随着系数的变化而变化。本题将化学图像与热化学方程式、反应热等概念结合起来很好地考查了考生的观察能力、思维能力等。要学会理解热化学方程式的含义，并能熟练地根据题给信息写出热化学方程式来。

【例题14】白磷与氧可发生如下反应：P4 + 5O2 === P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：P－P a kJ·mol－1、P－O b kJ·mol－1、P＝O c kJ·mol－1、O＝O d kJ·mol－1。

根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的△H，其中正确的是

A.（6a + 5d－4c－12b）kJ·mol－1 B.（4c + 12b－6a－5d）kJ·mol－1

C.（4c + 12b－4a－5d）kJ·mol－1 D.（4a + 5d－4c－12b）kJ·mol－1

解析：由图可以看出1 mol P4 中有6 mol P－P键，5 mol O2 中有5 mol O＝O键，1 mol P4O10中有4 mol P＝O键、12 mol P－O键，所以△H ＝（6a + 5d－4c－12b）kJ·mol－1。

答案：A

点拨：化学反应的实质就是旧化学键的断裂和新化学键的形成，在断裂和形成的过程中伴随着能量的吸收和释放。

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