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模型2:反应热比较大小

反应热与焓变 · 高二
先确认一下:这一关能不能学
上面这几节是它的地基 —— 没通的话,补完再回来,比硬啃快得多。
讲清楚它是什么

定义 利用盖斯定律及反应热与化学计量数、反应方向的关系,判断不同热化学方程式中 $\Delta H$ 或 $Q$ 的相对大小。

从哪来 建立在 2.1 守恒法 之上。通过原子守恒和能量守恒,构建反应物与生成物之间的能量平衡关系,从而推导反应热的定量关系。

为什么 反应热 $\Delta H$ 是状态函数,只与始态和终态有关,与路径无关。 1. 计量数影响:热化学方程式中的 $\Delta H$ 对应的是方程式中各物质的化学计量数所表示的物质的量。若反应物或生成物的量加倍,$\Delta H$ 的绝对值也加倍(符号不变)。 2. 方向影响:正反应与逆反应互为可逆过程,若正反应放热($\Delta H < 0$),则逆反应必吸热($\Delta H > 0$),且绝对值相等。 3. 中间态影响:若一个反应可以分步进行,总反应热等于各分步反应热之和。通过引入中间状态(如气态、液态、固态),可以拆解复杂反应,利用代数加减法比较大小。

讲法
“倍数缩放法” 适合:逻辑思维强,擅长代数运算的学生 将热化学方程式视为代数方程。 1. 统一基准:将所有方程式转化为相同的反应物或生成物(如都生成 $CO_2(g)$)。 2. 系数归一:将关键物质的系数统一为 1。 3. 代数比较:直接比较 $\Delta H$ 的数值。 *示例*: $C(s) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow CO(g) \quad \Delta H_1$ $C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \quad \Delta H_2$ 因为 $CO_2$ 是更稳定的终态,燃烧更完全,放热更多,所以 $|\Delta H_2| > |\Delta H_1|$。由于都是放热,$\Delta H_2 < \Delta H_1$。
讲法
“能量阶梯图法” 适合:形象思维好,空间感强,对抽象代数感到困难的学生 画出能量坐标轴(纵轴为能量,横轴为反应进程)。 1. 画出反应物和生成物的能量平台。 2. 标注能量差($\Delta H$)。 3. 观察台阶高度。 *示例*: $C(s)$ 的能量高于 $CO(g)$,$CO(g)$ 的能量高于 $CO_2(g)$。 从 $C(s)$ 到 $CO_2(g)$ 的落差($\Delta H_2$)显然大于从 $C(s)$ 到 $CO(g)$ 的落差($\Delta H_1$)。 注意:$\Delta H$ 是负值,落差越大,负值越小(即绝对值越大)。
讲法
“分步拆解法(盖斯定律应用)” 适合:基础薄弱,需要拆解复杂问题,逐步建立信心的学生 将复杂反应拆解为简单的、已知的或易判断的步骤。 1. 写出目标反应。 2. 寻找中间产物。 3. 利用 $\Delta H_{total} = \sum \Delta H_{steps}$ 进行加减。 *示例*: 比较 $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) \quad \Delta H_1$ 与 $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(g) \quad \Delta H_2$ 拆解:$H_2O(l) \rightarrow H_2O(g)$ 需要吸热($\Delta H_{vap} > 0$)。 所以 $\Delta H_2 = \Delta H_1 + 2 \times \Delta H_{vap}$。 因为 $\Delta H_1$ 是负数,加上一个正数,结果变大(更接近0),所以 $\Delta H_2 > \Delta H_1$。
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练一道
基础题
已知: ① $H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l) \quad \Delta H_1 = -285.8 \text{ kJ/mol}$ ② $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) \quad \Delta H_2 = ?$ ③ $H_2O(l) \rightarrow H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \quad \Delta H_3 = ?$ 比较 $\Delta H_1, \Delta H_2, \Delta H_3$ 的大小。
变式
已知: ① $C(s) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \quad \Delta H_1$ ② $C(s) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow CO(g) \quad \Delta H_2$ ③ $CO(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \quad \Delta H_3$ 比较 $\Delta H_1, \Delta H_2, \Delta H_3$ 的大小。
试试手自己判
检测题
已知: ① $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l) \quad \Delta H_1$ ② $2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(g) \quad \Delta H_2$ ③ $H_2(g) + \frac{1}{2}O_2(g) \rightarrow H_2O(l) \quad \Delta H_3$ 则 $\Delta H_1, \Delta H_2, \Delta H_3$ 的大小关系是?
看答案和判分标准
答案:$\Delta H_1 < \Delta H_3 < \Delta H_2$
判对标准:
1. 正确识别出 $\Delta H_1 = 2\Delta H_3$,且均为负值,故 $\Delta H_1 < \Delta H_3$。
2. 正确识别出液态水能量低于气态水,生成液态水放热更多,故 $\Delta H_3 < \Delta H_2$(注意:这里 $\Delta H_3$ 对应 1mol 水,$\Delta H_2$ 对应 2mol 水,需先统一系数)。
*修正判对标准*:
统一系数为 2mol 水:
$\Delta H_1$ (2mol 液态水)
$\Delta H_2$ (2mol 气态水)
$\Delta H_3 \times 2$ (2mol 液态水)
显然 $\Delta H_1 = 2\Delta H_3$。
因为生成液态水放热多,$\Delta H_1$ (负值大) < $\Delta H_2$ (负值小)。
因为 $\Delta H_1 = 2\Delta H_3$,且 $\Delta H_3$ 为负,所以 $\Delta H_1 < \Delta H_3$。
综合:$\Delta H_1 < \Delta H_3 < \Delta H_2$。
学生若写出此顺序,且理由充分(状态影响、系数影响),判对。
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