高中阶段反应焓变的求解方法

吴涛 刘燕伟

化学焓变的计算是高考的重要考查知识点，在高考试题中对焓变计算的考查的形式也是多种多样的.本文就计算反应焓变的方法进行归纳总结.

一、反应热与焓变的关系

化学上规定，当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热通常用符号Q表示.化学反应的热效应是由于反应前后物质所具有的能量不同而产生的，科学家定义了一个称为“焓”的物理量，符号为H，用它的变化来描述化学反应的反应热.对于在等压的条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能，则反应前后物质的焓的改变就等于该反应的反应热，其数学表达式为Qp=ΔH（在恒温恒压条件下，化学反应过程中，吸收或释放的热量，符号用ΔH表示，常用单位为kJ·mol-1.）二、焓变的求法

反应热的热效应可以用实验方法测得，但许多化学反应由于速率过慢，测量时间过长，因热量散失而难于测准反应热，也有一些反应由于条件难于控制，产物不纯，也难于测准反应热.一般通过以下几种方式进行计算.1.盖斯定律

盖斯定律表述为：不管化学反应是一步完成还是分布完成，其热效应总是相同的，即反应热的大小与反应途经无关，只与反应的始态和终态有关.

例1 现根据下列3个热化学反应方程式：

Fe2O3（s）+3CO（g）2Fe（s）+3CO2（g）

ΔH1=-24.8kJ·mol-1

①

3Fe2O3（s）+CO（g）2Fe3O4（s）+CO2（g）

ΔH2=-47.2kJ·mol-1②

Fe3O4（s）+CO（g）3FeO（s）+CO2（g）

ΔH3=+640.5kJ·mol-1③

則CO（g）+FeO（s）Fe（s）+CO2（g）

ΔH4=

解析 首先找目标方程式中的唯一来源，①式中有Fe（s），所以①×12;③式中有FeO（s），所以-③×13;其次利用①和②消去目标式中没有的物质Fe2O3（s），所以-②×13×12，或者利用②和③消去目标式中没有的物质Fe3O4（s），所以-②×13×12.

综上所述：ΔH4=12×ΔH1-13×ΔH3-13×12×ΔH2.

用盖斯定律求算反应热，需要知道许多反应的热效应，要将反应分解几个已知反应，有时这是很复杂的过程.

2.根据燃烧热的求解

化学热力学规定，在100kPa的压强下1mol物质完全燃烧时的热效应叫做该物质的标准摩尔燃烧热，简称标准燃烧热，用符号ΔHcHm表示.反应物和生成物的标准燃烧热求算反应热的公式：

ΔrHm=iviΔcHm（反应物）-iviΔcHm（生成物）

例2 丙烯是制备聚丙烯等材料的化工原料.工业上，以丁烯为原料制备丙烯的方法有烯烃歧化法：

①C4H8（g）+C2H4（g）2C3H6（g） ΔH1

回答下列问题：

（1）已知三种烃的燃烧热如表1所示.

表1

气体C4H8（g）

C2H4（g）C3H6（g）

燃烧热（ΔH）/（kJ·mol-1）

-2539-1411-2049

根据上述数据计算，ΔH1=kJ·mol-1

解析 反应①

C4H8（g）

+C2H4（g）2C3H6（g）

ΔH1=ΔcHm（C4H8）+ΔcHm（C2H4）

-2ΔcHm（C3H6）

=-2539 kJ·mol-1-1411 kJ·mol-1

-（-2049 kJ·mol-1）×2

=148 kJ·mol-1

3.根据生成热求解

化学热力学规定，某温度下，由处于标准状态的各种元素的最稳定的单质生成标准状态下单位物质的量某纯物质的热效应，叫做这种温度下该纯物质的标准摩尔生成热.或简称标准生成热，用符号ΔfHm

ΔfHm=iviΔfHm（生成物）-iviΔfHm（反应物）

例3 标准摩尔生成焓是指由稳态单质生成

1 mol该化合物的焓变，25℃下几种物质的标准生成焓如表2所示.

表2

NO2COCO2NO标准生成焓/kJ·mol-133.1

-110.5-183.690.3

求：CO（g）+NO2（g）CO2（g）+NO（g）

ΔH1=

解析 ΔH1=ΔfHm（CO2）+ΔfHm（NO）

-ΔfHm（CO）-ΔfHm（NO2）

=-183.6 kJ·mol-1+90.3kJ·mol-1

-（-110.5 kJ·mol-1）- 33.1 kJ·mol-1

=-15.9 kJ·mol-1

4.根据化学键求解

从微观的角度分析，化学反应的实质，是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成.断开化学键要吸热，形成化学键要放热，通过分析反应过程中化学键的断开和形成，应用键能的数据，可以估算化学反应的反应热.则ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能.

例4 已知白磷（P4）和P4O6的分子结构如图1所示，现提供以下化学键的键能：P-P

198 kJ·mol-1、P-O 360 kJ·mol-1、氧气分子内氧原子间的键能为498kJ·mol-1.则P4（s）+ 3O2（g） P4O6（s）的反应热ΔH为.

图1

解析 P4（s）+ 3O2（g）P4O6（s）

ΔH=6E（ P-P）+3E （O=O）-12E（P-O）

=6×198 kJ·mol-1+3×498 kJ·mol-1

-12×360 kJ·mol-1

=-1638 kJ·mol-1

5.根据总能量的求解

从宏观的角度看，反应热是生成物的总能量与反应物总能量的差值.则ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量.

例5 乙烷在一定条件可发生反应：C2H6（g）C2H4（g）+H2（g）

ΔH1

已知：298K时，相关物质的相对能量如图2所示.可根据相关物质的相对能量计算反应或变化的ΔH（ΔH随温度变化可忽略）.

图2

①ΔH1=kJ·mol-1.

解析 C2H6（g）C2H4（g）+H2（g）

ΔH1=E（C2H4）+E（H2）-E（C2H6）

=52kJ·mol-1+0 kJ·mol-1-（-84kJ·mol-1）

=136 kJ·mol-1

6.根据活化能求解

活化能可以用于表示一个化学反应发生所需要的最小能量，反应的活化能通常用符号Ea表示，单位kJ·mol-1.ΔH=Ea（正）-Ea（负）

例6 工业上用丙烯加成法制备1，2-二氯丙烷，主要副产物为3-氯丙烯反应原理为：

①CH2=CHCH3（g）+Cl2（g）→CH2ClCHClCH3（g）

ΔH1=-134kJ/mol

②CH2=CHCH3（g）+Cl2（g）→

CH2=CHCH2Cl（g）+HCl（g）

ΔH2=-102kJ/mol

已知：CH2=CHCH2Cl（g）+HCl（g）=CH2ClCHClCH3（g）的活化能Ea（逆）为164kJ/mol，则该反应的活化能Ea（正）为kJ/mol.

解析 CH2=CHCH2Cl（g）+HCl（g）=CH2ClCHClCH3（g）

ΔH=ΔH1-ΔH2

=-134kJ/mol

-（-102kJ/mol）

=-32kJ/mol

又有ΔH=Ea（正）-Ea（逆）=Ea（正）-

164kJ/mol=-32kJ/mol

该反应的活化能Ea（正）为132 kJ/mol.

以上主要通过结合习题来总結归纳反应焓变的求解方法.焓变的计算是高考的必考知识点，在求解焓变时，结合题目给出的条件，选择合适的方法可以既快又准确的求解出焓变.

（收稿日期：2021-09-09）