基于焓變計算的幾種考查方式

鐘舜方

(福建省沙縣第一中學(xué) 365050 )

焓變計算是對化學(xué)反應(yīng)及能量變化知識考查的重要題型之一，本文就幾種常見的考查方式例析如下.

一、利用蓋斯定律求焓變

首先根據(jù)所求反應(yīng)的方程式中各物質(zhì)的系數(shù)，將已知熱化學(xué)方程式整體乘以相應(yīng)的系數(shù)，然后進行加減合并.若合并后出現(xiàn)負(fù)號則移項，使各物質(zhì)的系數(shù)與所求的方程式完全相同即可.

例1 已知：①甲醇脫水反應(yīng)

ΔH1=-23.9kJ·mol-1

②甲醇制烯烴反應(yīng)

ΔH2=-29.1kJ·mol-1

③乙醇異構(gòu)化反應(yīng)

ΔH3=+50.7 kJ·mol-1

則乙烯氣相直接水合反應(yīng)

C2H4(g)+H2O(g)=C2H5OH(g)

的ΔH= kJ·mol-1.

解析通過觀察已知熱化學(xué)方程式與所求熱化學(xué)方程式，再由蓋斯定律可知：①-②-③可得到此熱化學(xué)方程式

所以ΔH=①-②-③=-23.9 kJ/mol-

(-29.1 kJ/mol)-50.7 kJ/mol=-45.5kJ/mol.

二、利用化學(xué)鍵鍵能求焓變

由于化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是反應(yīng)物舊化學(xué)鍵斷裂要吸收能量，生成物新化學(xué)鍵形成要釋放能量，所以反應(yīng)的焓變ΔH=反應(yīng)物各物質(zhì)的總鍵能-生成物各物質(zhì)的總鍵能.

例2 SF6是一種優(yōu)良的絕緣氣體，分子結(jié)構(gòu)中只存在S—F鍵.已知：1 mol S(s)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硫原子吸收能量280 kJ,斷裂1mol F—F 、S—F鍵需吸收的能量分別為160 kJ、330 kJ.則S(s) + 3F2(g)=SF6(g)的反應(yīng)熱ΔH為( ).

A.-1780kJ/mol B. -1220 kJ/mol

C.-450 kJ/mol D. + 430 kJ/mol

解析由題意的1mol S(s)和3 mol F2(g)形成硫原子和氟原子共需要吸收能量是280 kJ+3×160 kJ=760 kJ.而生成1mol SF6(g)時需形成6 mol S—F鍵，共放出6×330 kJ=1980 kJ，因此該反應(yīng)熱ΔH=760 kJ/mol-1980kJ/mol=-1220kJ/mol，故選項B正確.

三、利用能量變化圖像求焓變

根據(jù)反應(yīng)物具有的總能量與生成物具有的總能量之前的關(guān)系判斷：反應(yīng)物具有的總能量高于生成物具有的總能量，該反應(yīng)為放熱反應(yīng).反應(yīng)物具有的總能量低于生成物具有的總能量，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng).

例3 氮氣與氫氣化學(xué)反應(yīng)的能量變化圖如圖所示，寫出N2(g)和H2(g)反應(yīng)生成NH3(l)的熱化學(xué)方程式 .

變式1 P和Cl2發(fā)生反應(yīng)生成PCl3和PCl5，反應(yīng)過程和能量關(guān)系如圖所示(圖中的ΔH表示生成1 mol產(chǎn)物的數(shù)據(jù))根據(jù)圖回答下列問題.

(1)P和Cl2反應(yīng)生成PCl3的熱化學(xué)方程式 ；

(2)PCl5分解生成PCl3和Cl2的熱化學(xué)方程式 ；

解析(1)根據(jù)圖可知：

反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱為ΔH=-306 kJ/mol，則熱化學(xué)方程式為：

PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)

是吸熱反應(yīng)；熱化學(xué)方程式為

PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g) ΔH=+93 kJ/mol

四、利用燃燒熱求焓變

燃燒熱是在101kPa時，1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量.

例4 科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出直接以甲醇為燃料的燃料電池.已知H2(g)、CO(g)和CH3OH的燃燒熱ΔH分別為-285.8kJ·mol-1、-283.0kJ·mol-1和-726.5kJ·mol-1，則甲醇不完全燃燒生成一氧化碳和液態(tài)水的熱化學(xué)方程式為____；

解析由題可知，先寫出燃燒熱的熱化學(xué)方程式如下：

ΔH=-283.0kJ·mol-1①

CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2 H2O(l)

ΔH=-726.5kJ·mol-1②

用②-①得到

五、利用中和熱求焓變

中和熱是指在稀溶液中，強酸跟強堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol液態(tài)H2O時的反應(yīng)熱.

例5 分別取100 mL 0.50 mol/L鹽酸與100 mL 0.55 mol/L NaOH溶液進行中和反應(yīng).通過測定反應(yīng)過程中所放出的熱量可計算中和熱.假設(shè)鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是1 g/cm3，中和后生成溶液的比熱容c=4.18 J/(g·℃).實驗時，測得反應(yīng)前鹽酸與NaOH溶液的平均溫度為21.5℃，反應(yīng)后混合溶液的溫度為24.9℃．則實驗測得的中和熱ΔH= (保留1位小數(shù)).

解析先根據(jù)Q=m·c·ΔT計算反應(yīng)放出的熱量，然后根據(jù)ΔH=Q/nkJ·mol-1計算出反應(yīng)熱.

n(H2O)=0.1 L×0.5 mol=0.05 mol

m(aq)=200 mL×1g/mL=200 g

ΔT=24.9℃-21.5℃=3.4℃，

Q=m·c·ΔT=200 g×4.18J/(g·℃)×3.4℃=2842.4 J=2.842kJ

ΔH=Q/n=-2.842 kJ/0.05 mol=-56.8 kJ·mol-1

六、利用多種能量綜合求焓變

例6 室溫下，將1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低，熱效應(yīng)為ΔH1，將1 mol的CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高，熱效應(yīng)為ΔH2，CuSO4·5H2O受熱分解的化學(xué)方程式為：

熱效應(yīng)為ΔH3，寫出ΔH1、ΔH2、ΔH3之間的關(guān)系.

解析先分別寫出ΔH1、ΔH2、ΔH3對應(yīng)的熱化學(xué)方程式：

由蓋斯定律可得：①-② =③，即ΔH1-ΔH2=ΔH3.

因此，同學(xué)們要熟練掌握以上幾種焓變計算的考查方式，這對解題會起到事半功倍效果.