利用蓋斯定律搞定反應(yīng)熱計算
2019-01-24 15:44:09三好網(wǎng)
【預(yù)備知識】
首先,讓我們來看預(yù)備知識,蓋斯定的含義有兩種表達方式:
、倩瘜W(xué)反應(yīng)不管是一步完成還是分幾步完成,其反應(yīng)熱是相同的。
②化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始態(tài)(各反應(yīng)物)和終態(tài)(各生成物)有關(guān),而與具體反應(yīng)的途徑無關(guān)。
【推論】
①任何化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱和其逆反應(yīng)的反應(yīng)熱大小相等,符號相反。
、谌魏位瘜W(xué)反應(yīng),當(dāng)各物質(zhì)系數(shù)發(fā)生變化時,反應(yīng)熱的數(shù)值也隨之發(fā)生變化。
蓋斯定律主要應(yīng)用于反應(yīng)熱的計算,下面我們就來了解如何利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱。
利用蓋斯定律計算反應(yīng)熱的傳統(tǒng)做法是:先設(shè)計反應(yīng)過程,將一個反應(yīng)分幾步完成,然后再將各步反應(yīng)的反應(yīng)熱相加,通過計算即可得出結(jié)果。
下面請看屏幕所示例題:
例題:
已知:
①CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890.3kJ·mol-1
、贑(s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-393·5kJ·mol-1
、跦2(g)+ O2(g)=H2O(l) ΔH3=-285.8kJ·mol-1
通過實驗不能直接測出由碳和氫氣生成甲烷的反應(yīng)熱,請通過計算得出:C(s)+2H2(g)=CH4(g)的反應(yīng)熱。
這個題目要求計算碳和氫氣反應(yīng)生成甲烷的反應(yīng)熱。根據(jù)已知的熱化學(xué)反應(yīng),我們可以設(shè)計一個途徑:首先碳和氫氣先分別與氧氣反應(yīng),生成水和二氧化碳;然后讓水和二氧化碳發(fā)生第一個反應(yīng)的逆反應(yīng),生成甲烷和氧氣。請看解題過程:
解: C(s)+2H2(g)=CH4(g) 反應(yīng)可以設(shè)計為:
CO2(g)+2H2O(l)=CH4(g)+2O2(g)是③的逆反應(yīng),由③可知:
CO2(g)+2H2O(l)=CH4(g)+2O2(g) ΔH4=890.3kJ·mol-1 ④
由此可得,C(s)+2H2(g)=CH4(g) 反應(yīng)方程式,可由②+③×2+④獲得。所以,ΔH=ΔH2+2×ΔH3+ΔH4=-393.5 kJ·mol-1+2(-285.8) kJ·mol-1+890.3 kJ·mol-1=-74.8kJ·mol-1
【缺點】設(shè)計反應(yīng)過程比較復(fù)雜,方法比較麻煩。
這個方法對于簡單問題還可以解決,但是對于復(fù)雜問題就很難解決了,而且每一個題目情況有所不同,需要采取不同的辦法去解決,這樣難度就比較大。下面,我給你介紹一個非常簡便的方法,來解決這類問題。
【學(xué)法指導(dǎo)】
具體做法是: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。
說明:若我們需要的物質(zhì)的系數(shù)不符合要求時,可以乘以相應(yīng)的數(shù)字來解決;若物質(zhì)位置不合適(也就是說,我們要的是反應(yīng)物,而已知方程式中卻是生成物),可以利用減法,將其移到方程式的另一側(cè)。
下面,讓我們用這種方法解決剛才那個問題。
我們觀察C(s)+2H2(g)=CH4(g) 的方程式發(fā)現(xiàn), 1molC(s)和2molH2(g)反應(yīng)生成1mol CH4(g),而反應(yīng)式②中有1molC(s)、反應(yīng)式③有1molH2(g)、反應(yīng)式①中的反應(yīng)物中有1mol CH4(g)。我們需要1molC(s)和2molH2(g)反應(yīng),生成1mol CH4(g),所以可以通過:②+③×2-①,得到C(s)+2H2(g)=CH4(g)。下面,請看解題過程。
解:由分析可知,反應(yīng)式C(s)+2H2(g)=CH4(g)可由②+③×2-①獲得。所以,ΔH=ΔH2+2×ΔH3-ΔH1=-393.5 kJ·mol-1+2(-285.8) kJ·mol-1-(-890.3) kJ·mol-1=-74.8kJ·mol-1
大家是否覺得,這個方法要比傳統(tǒng)做法簡單很多。
【活學(xué)活用】
已知CH4、H2和CO的燃燒熱分別為-890.3kJ·mol-1、-285.8 kJ·mol-1和-283.0 kJ·mol-1,利用CH4 +CO2=2CO+2H2可以制備CO。請寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。(說明:本題由2012年高考題修改而成)
由已知可知,反應(yīng)CH4+CO2=2CO+2H2的方程式,可由①-②×2-③×2獲得。下面請看解題過程:
解:由已知可知:
、貱H4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH1=-890.3 kJ·mol-1
、贖2(g)+O2(g)=H2O(l) ΔH2=-285.8 kJ·mol-1
、跜O (g)+O2(g)=CO2(g) ΔH3=-283.0 kJ·mol-1
故,反應(yīng)CH4+CO2=2CO+2H2的方程式,可由①-②×2-③×2獲得。該反應(yīng)的ΔH=-890.3kJ·mol-1—2×(-283.0)kJ·mol-1—2×(-285.8) kJ·mol-1=
247.3kJ·mol-1故,該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式應(yīng)為:
CH4 (g)+CO2(g)=2CO(g)+2H2(g) ΔH= 247.3kJ·mol-1