高2下册人教版化学 1.3化学反应热的计算”(选修④) 逐字稿-4,229字

  师:各位同学大家好,今天由我带领大家学习化学反应热的计算。上课前,老师想问,大家喜欢爬山吗?在安徽省六安市金寨县,有被誉为华东地区最后一片原始森林的天堂寨,风景如画。要是去天堂寨玩,你们想坐缆车上山还是徒步呢?大家想想,登山高度与上山途径有关吗?显然无关。那同学们能不能类比登山,思考一下化学反应的反应热与反应途径是否有关?1840年,瑞士化学家盖斯通过大量实验证明,不管化学反应是一步完成还是分几步完成,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(各反应物)和终态(各生成物)有关,而与反应途径无关。

  我们用简单图示表示:a到b的反应热为ΔH,a到c的反应热为ΔH?,c到b的反应热为ΔH? ,那么ΔH与ΔH?、ΔH?有什么关系呢?显然,ΔH = ΔH? + ΔH?,这就是盖斯定律。如果始态到终态的反应热为ΔH?,终态到始态的反应热为ΔH?,根据能量守恒定律,ΔH?与ΔH?之间有什么关系呢?即ΔH? + ΔH? = 0。

  那盖斯定律对实际生产生活有什么用途呢?在实际中,有些化学反应进行得很慢或不易直接发生,很难直接测得反应热。这时就可以利用盖斯定律获得反应热数据。例如,碳与氧气反应生成一氧化碳,因反应条件难控制,该反应热很难直接测定。怎么办呢?我们可以利用碳与一氧化碳的燃烧热来间接获得。

  用图示表示:1摩尔固态碳单质与氧气反应生成1摩尔二氧化碳气体,反应热为ΔH?;1摩尔一氧化碳气体与氧气反应生成1摩尔二氧化碳气体,反应热为ΔH?。消去多余的1/2摩尔氧气后,可得1摩尔固态碳单质反应生成1摩尔一氧化碳气体的ΔH。根据图示,ΔH与ΔH?、ΔH?有什么关系呢?显然,ΔH? = ΔH + ΔH? ,代入数值计算,即 - 393.5千焦/摩尔 -( - 283.0千焦/摩尔),算出结果为 - 110.5千焦/摩尔。通过这种方式,就能获得难以直接测得的反应热。

  “工欲善其事,必先利其器”,给了众多已知热化学反应方程式,求目标反应方程式的反应热,具体怎么做呢?关键在于由已知方程式推导出目标方程式,可分为四步:导、乘、消、加。

  “导”,即选取目标热化学方程式一侧的物质作为参考物,注意是以目标方程式中的物质为参考。是不是目标方程式中的物质都能作参考物呢?讲题时具体分析。若目标方程式中参考物位置与已知方程式不在等号同一侧,就将已知方程式调转过来;反之则不转。

  “乘”,将已知热化学方程式中参考物的系数与目标化学方程式(仍以目标热化学方程式为基准)的系数保持一致。

  “消”,调节剩余已知方程式,消去目标方程式中没出现的中间物质。

  “加”,将方程式叠加,代入焓变值进行计算。

  下面具体演示:本题目标热化学反应方程式是碳与氢气、氧气反应生成乙酸。先选目标方程式中的碳,发现它在已知方程式2中出现,且都在等号左侧,所以“导”这步不需要。“乘”,因为目标方程式中碳的系数是2,所以将已知方程式2乘以2,即两摩尔固态碳单质与两摩尔氧气反应生成两摩尔二氧化碳气体,对应的反应热也乘以2。看完碳,分析氢气,氢气在已知方程式3中出现,已知方程式系数为1,目标方程式系数为2,所以已知方程式3也乘以2。氧气在已知方程式1、2、3中均出现,这种不是在已知方程式中唯一出现的物质,不作为参考物。乙酸在已知方程式1中出现,在已知方程式1中位于等号左侧,在目标方程式中位于等号右侧,所以将已知方程式1调转过来,即两摩尔二氧化碳气体与两摩尔液态水反应生成一摩尔乙酸和两摩尔氧气,对应的反应热为 - ΔH?。

  接着将上述三个方程式叠加,目标方程式中没出现的二氧化碳气体、液态水以及多余的氧气都消去了,得到目标反应方程式。通过反应加和得到能量加和,所以ΔH = 2ΔH? + 2ΔH? - ΔH?。代入数值计算,可得ΔH = - 488.3千焦/摩尔。

  通过以上分析,只要深刻理解“导、乘、消、加”,解决这类题型就不难。有同学觉得每次做题通过反应加和得到能量加和太繁琐,有没有更精炼的方法呢?老师送大家十二字箴言:“找唯一、乘系数、同侧加、异侧减”。

  什么叫“找唯一”呢?例如目标方程式中的碳只在已知方程式2中出现,属于一一对应,是唯一的;但像氧气,在已知方程式1、2、3中都出现,就不属于唯一的,只有唯一的物质才进行下一步。“乘系数”,以目标方程式为基础,目标方程式中碳的系数是2,所以已知方程式2的系数也乘2,ΔH乘以2。系数乘相同后,根据“同侧加、异侧减”确定符号。碳在等号同一侧,都是左侧,所以同侧加,前面符号为正;而乙酸分别在等号两侧,属于异侧减,前面符号为负。用同样方法确定氢气系数乘以2,同侧加。这样就能得出ΔH = 2ΔH? + 2ΔH? - ΔH?,代入数值计算即可。通过这种方式,可避免繁琐的反应加和,直接得到能量加和。

  “纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。下面用2018年全国卷一以及2019年全国卷2中的题目练习一下。

  第一题,找唯一,五氧化二氮气体在已知方程式1中出现,乘系数,目标反应方程式中五氧化二氮系数为1,已知方程式中系数为2,调节为1需乘以1/2。再根据同侧加异侧减,它们在同侧,前面符号为正。二氧化氮在已知方程式2中出现,系数一样不需要调节,因在等号不同侧,前面符号为负。所以ΔH = 1/2ΔH? - ΔH? 。代入数值计算,答案是 + 53.1千焦/摩尔,注意算出反应热数值为正值时,正号不能丢,计算一定要仔细。

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