高中化学 25 反应热的计算、盖斯定律、反应热大小的比较

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反应热的计算

根据热化学方程式计算：热化学方程式中各物质的化学计量数与反应热成正比。已知热化学方程式\(2H_{2}(g)+O_{2}(g)=2H_{2}O(l)\) \(\Delta H = -571.6kJ/mol\)，若有\(4molH_{2}\)完全燃烧，则反应热\(\Delta H'=\frac{4mol}{2mol}\times(-571.6kJ/mol)=-1143.2kJ/mol\)。

根据反应物和生成物的键能计算：化学反应的反应热等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，即\(\Delta H=\sum E_{反应物键能}-\sum E_{生成物键能}\)。例如，对于反应\(H_{2}(g)+Cl_{2}(g)=2HCl(g)\)，已知\(H—H\)键能为\(436kJ/mol\)，\(Cl—Cl\)键能为\(243kJ/mol\)，\(H—Cl\)键能为\(431kJ/mol\)，则\(\Delta H = 436kJ/mol + 243kJ/mol - 2\times431kJ/mol=-183kJ/mol\)。

盖斯定律

内容：化学反应的反应热只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

应用步骤：

确定目标反应，分析已知反应与目标反应之间的关系。

对已知反应进行适当的变形，如乘以某个系数、颠倒反应方向等，使其与目标反应的物质和化学计量数相匹配。

根据盖斯定律，将变形后的已知反应的反应热进行相应的计算，得到目标反应的反应热。

示例：已知\(①C(s)+O_{2}(g)=CO_{2}(g)\) \(\Delta H_{1}=-393.5kJ/mol\)；\(②CO(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=CO_{2}(g)\) \(\Delta H_{2}=-283.0kJ/mol\)，求\(C(s)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=CO(g)\)的反应热\(\Delta H\)。

由\(①-②\)可得目标反应，根据盖斯定律\(\Delta H=\Delta H_{1}-\Delta H_{2}=-393.5kJ/mol-(-283.0kJ/mol)=-110.5kJ/mol\)。

反应热大小的比较

根据反应物和生成物的状态比较：

同一物质的不同聚集状态，能量高低顺序为\(E_{气态}>E_{液态}>E_{固态}\)。例如，\(H_{2}O(g)\)的能量高于\(H_{2}O(l)\)，则\(H_{2}(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=H_{2}O(g)\)的反应热\(\Delta H_{1}\)大于\(H_{2}(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=H_{2}O(l)\)的反应热\(\Delta H_{2}\)，且\(\Delta H_{1}>\Delta H_{2}<0\)。

对于有气体参与的反应，若反应后气体物质的量增大，则反应吸热；若反应后气体物质的量减小，则反应放热。如\(C(s)+CO_{2}(g)=2CO(g)\)是吸热反应，\(\Delta H>0\)；\(2H_{2}(g)+O_{2}(g)=2H_{2}O(g)\)是放热反应，\(\Delta H<0\)，则\(\Delta H_{C(s)+CO_{2}(g)=2CO(g)}>\Delta H_{2H_{2}(g)+O_{2}(g)=2H_{2}O(g)}\)。

根据反应进行的程度比较：对于可逆反应，反应进行的程度越大，反应热越接近理论值。例如，\(SO_{2}(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)\rightleftharpoons SO_{3}(g)\)，若在相同条件下，反应\(a\)中\(SO_{2}\)的转化率为\(80\%\)，反应\(b\)中\(SO_{2}\)的转化率为\(90\%\)，则反应\(b\)放出的热量比反应\(a\)多，即\(\Delta H_{a}>\Delta H_{b}<0\)。

根据盖斯定律比较：通过盖斯定律将不同反应的反应热联系起来进行比较。例如，已知\(①2H_{2}(g)+O_{2}(g)=2H_{2}O(l)\) \(\Delta H_{1}=-571.6kJ/mol\)；\(②H_{2}(g)+\frac{1}{2}O_{2}(g)=H_{2}O(g)\) \(\Delta H_{2}=-241.8kJ/mol\)，由\(①-2\times②\)可得\(2H_{2}O(g)=2H_{2}(g)+O_{2}(g)\) \(\Delta H=\Delta H_{1}-2\Delta H_{2}=(-571.6kJ/mol)-2\times(-241.8kJ/mol)=-88kJ/mol\)，所以\(\Delta H_{1}<\Delta H_{2}\)。

反应热的计算、盖斯定律的应用以及反应热大小的比较是高中化学热化学部分的重点和难点，在解决化学平衡、化学反应速率等相关问题时也经常会用到，需要熟练掌握和运用。