2019高中化学第1部分第一单元第2课时反应热的测量与计算讲义（含解析）苏教版 11页

反应热的测量与计算1．反应热和焓变的关系是什么？提示：化学反应过程中，在反应物和生成物温度相同时，吸收或放出的热量称为反应热。在恒温、恒压的条件下化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变。恒温、恒压条件下的反应热即为焓变。2．焓变(ΔH)的大小与哪些因素有关？提示：ΔH大小与反应物、生成物的状态、反应物的性质和化学计量数等有关。3．中和反应的本质是什么？该反应是放热反应，还是吸热反应？提示：反应本质是H＋＋OH－===H2O，该反应是放热反应。4．测量温度的仪器是什么？提示：温度计[新知探究]探究1　中和反应反应热测量的反应基础通常以盐酸与NaOH溶液反应为例测定中和反应的反应热。探究2　实验中用到的仪器和药品(1)实验仪器：(2)实验药品：0．5mol·L－1的盐酸，0.5mol·L－1的NaOH溶液和蒸馏水等。探究3　测定的实验步骤(1)测量初始温度(t1、t2)和溶液体积(VHCl、VNaOH)：①用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度(t1)。②用另一量筒量取50mL0.50mol·L－1氢氧化钠溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度(t2)。(2)测量最高温度(t3)：将量筒中的氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板，用环形玻璃搅拌棒不断搅拌，观察温度计的温度变化，准确读出并记录反应体系的最高温度(t3)。n探究4　实验数据处理与计算ΔH＝－kJ·mol－1。探究5　中和反应反应热的特点(1)特点：HNO3与NaOH反应、盐酸与KOH溶液反应生成1mol水的反应热是相同的。(2)原因(用离子方程式表示)：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)。[必记结论]中和反应反应热测量实验中的“三关”(1)隔热关——装置保温、隔热效果好，减少热量的损失，使用简易量热计，其优点是保温效果好，也可在保温杯中进行。(2)测量关——温度在测量过程中是重要的参数，测量时要又快又准。①选择精密温度计，精确到0.1℃。②测量溶液温度时，将温度计插在液体中央，使水银球处于溶液中央位置，温度计不要碰到容器壁或插在液面以上。③温度计不能当搅拌棒用，用环形玻璃搅拌棒搅拌，使溶液迅速、充分混合。④测量酸和碱溶液的温度时要稳定一会儿再读数，测量反应混合液的温度时要随时读取温度值，记录最高温度。(3)酸、碱关——注意酸碱的强弱和浓度。酸、碱浓溶液稀释过程中会放出热量，而弱酸、弱碱电离过程中需吸收热量。故通常中和反应反应热是指强酸、强碱在稀溶液中反应生成1mol水的反应热。[成功体验]1.实验室用50mL1.0mol·L－1盐酸跟50mL1.1mol·L－1氢氧化钠溶液在如图装置中进行中和反应，并通过测定反应过程中所放出的热量来计算反应热。试回答下列问题：n(1)________(填“能”或“不能”)将环形玻璃搅拌棒改为环形金属(如铜)棒。其原因是________________________________________________________________________。(2)量热计上如不盖盖板，对求得反应热数值的影响是________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。(3)如果改用60mL1.0mol·L－1盐酸跟50mL1.1mol·L－1氢氧化钠溶液进行反应，则与上述实验相比，所放热量________(填“增加”“减少”或“不变”)，理由是________________________________。解析：反应热测定的关键是减少热量的散失，因此保温隔热非常重要，如在量热计上盖上盖板，使用环形玻璃搅拌棒而不使用环形金属(如铜)棒。同时为保证其中一种反应物完全反应，常使另一种反应物稍过量；反应物的量多，放出的热相应增加。答案：(1)不能　金属易导热　(2)偏低(3)增加　后者生成0.055mol的H2O，而前者只能生成0.050mol的H2O[新知探究]探究1　盖斯定律与反应热的特点(1)盖斯定律：化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的，即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。(2)反应热的特点：化学反应的热效应只与始态、终态有关。与过程无关，就像登山至山顶，不管选哪一条路走，山的海拔(图中的h)总是不变的。即从途径角度理解下图。探究2　应用盖斯定律计算反应热的两种方法(1)虚拟路径法：如右表示始态到终态的反应热。则ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。(2)热化学方程式加合法：运用所给方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。如：求P4(白磷，s)―→P(红磷，s)的热化学方程式。n已知：P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH1①P(红磷，s)＋O2(g)===P4O10(s)　ΔH2②即可用①－②×4得出白磷转化为红磷的化学方程式。[成功体验]2．盖斯是热化学的奠基人，他于1840年提出盖斯定律，对这一定律的理解，以下说法不正确的是(　　)A．不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的B．化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应途径无关C．可以直接测量任意一反应的反应热D．可以用已经精确测定的反应热效应来计算难于测量或不能测量的反应的热效应解析：选C　A、B两项为盖斯定律的内容；D项为盖斯定律的应用；某些化学反应无法直接测量其反应热，C项错误。3．(好题共享·选自人教版教材P14·T6)工业制氢气的一个重要反应是：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)已知在25℃时：(1)C(石墨)＋O2(g)===CO(g)ΔH1＝－111kJ·mol－1(2)H2(g)＋O2(g)===H2O(g)ΔH2＝－242kJ·mol－1(3)C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)ΔH3＝－394kJ·mol－1试计算25℃时一氧化碳与水作用转化为氢气和二氧化碳反应的反应热。解析：根据盖斯定律，(3)－(1)－(2)可得反应的热化学方程式，则反应热ΔH＝ΔH3－ΔH1－ΔH2＝－394kJ·mol－1＋242kJ·mol－1＋111kJ·mol－1＝－41kJ·mol－1。答案：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41kJ·mol－1[新知探究]探究1　标准燃烧热和热值(1)标准燃烧热：①定义：101kPa下，1_mol物质完全燃烧的反应热。②表示意义：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.31kJ·mol－1，表示在101kPa条件下，1_molCH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出的热量是890.31_kJ。(2)热值：1_g物质完全燃烧的反应热。(3)完全燃烧的标准：→CO2(g)，→H2O(l)，→N2(g)。探究2　人类可利用的能源(1)能源是可以提供能量的自然资源，它是国民经济和社会发展的重要物质基础，我国目前使用的主要能源是化石燃料n，但这是不可再生能源，最终会枯竭。目前我们使用的能量的主要形式是电能和热能，热能主要通过燃烧煤、石油、天然气、植物秸秆等物质而获得。因此，提高这些物质的燃烧效率对于节约能源十分重要。(2)随着社会的发展，人类对能源的需要不断增大，开发新能源成为当前国际能源研究的重要课题。目前，科学家们正在开发和研究太阳能、氢能、风能、地热能、潮汐能和生物质能等新能源。新能源应具有资源丰富、可再生、无污染或少污染等特点。[必记结论]1．能源的分类(1)按来源分类：来自太阳辐射的能量煤、石油、天然气、太阳能、风能、生物质能、水能来自地球内部的能量地热能、火山、地震来自天体引力的能量潮汐能(2)按形式分类：一次能源常规能源可再生能源水能不可再生能源煤、石油、天然气等化石能源新能源可再生能源太阳能、地热能、潮汐能、风能、生物质能不可再生能源核能二次能源电能、焦炭、汽油、煤气、工业余热、氢能(3)说明：①一次能源：指自然界原来已经存在的、不必改变其基本形态就可直接利用的能源；二次能源：由一次能源经过加工转化成的能源。②常规能源：目前技术上比较成熟并已经大规模生产和广泛利用的能源；新能源：以新技术为基础，新近才利用或正在开发研究的能源。③可再生能源：不会随本身的能量转换或者人类利用而日益减少，具有天然的自我恢复能力的能源；不可再生能源：越用越少，不能再生的能源。2．把握标准燃烧热的概念(1)可燃物质的物质的量为1mol。(2)物质完全燃烧：①C对应产物应为CO2，而非CO；②H对应产物应为液态水，而非气态水；③S对应产物应为SO2气体，而非SO3。[成功体验]4．下列热化学方程式中，ΔH能正确表示物质的标准燃烧热的是(　　)A．CO(g)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－283.0kJ·mol－1B．C(s)＋O2(g)===CO(g)ΔH＝－110.5kJ·mol－1C．H2(g)＋O2===H2O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol－1D．2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)ΔH＝－11036kJ·mol－1解析：选A　碳完全燃烧应生成CO2，B项错误；H2n应生成液态水，C项错误；标准燃烧热是以1mol可燃物为基础的，D项错误。5．(好题共享·选自人教版教材P10·T6)私人汽车与公交车相比，前者的耗油量和排出的污染物均大约是后者的，而后者载运的乘客量平均为50人，前者平均为2人。请根据以上数据对这两种交通工具做出评价。答案：从所给的数据可以算出私人汽车的人均耗油量和排出的污染物均是公交车的5倍，即从耗油量及排出的污染物的角度来看，在城市交通中应更多发展公交车，减少私人汽车的拥有量，以更好地节约能量、减小污染、保护环境。———————————————[关键语句小结]————————————————1．中和反应反应热计算公式为：ΔH＝－kJ·mol－1，其中c＝4.18J·g－1·℃－1。2．盖斯定律是指一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的。运用盖斯定律计算反应热时常用的方法有虚拟路径法和热化学方程式加合法。3．在101kPa,1mol物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热。4．1g物质完全燃烧所放出的热量，叫做该物质的热值。[例1]　某实验小组用50mL0.50mol·L－1NaOH溶液和30mL0.50mol·L－1稀硫酸溶液进行中和反应的反应热的测定。测定稀硫酸和稀氢氧化钠反应中和热的实验装置如图所示。(1)写出该反应的热化学方程式(中和反应的反应热ΔH＝－57.3kJ·mol－1)：___________________________。(2)实验数值结果与57.3kJ·mol－1相比偏小，产生偏差的原因可能是________(填字母)。a．实验装置保温、隔热效果差b．量取NaOH溶液的体积时仰视读数c．分多次把NaOH溶液倒入盛有稀硫酸的小烧杯中d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定稀硫酸溶液的温度n解析：实验数值结果说明该实验过程中有热量损失，a项符合；b项仰视读数会导致量取NaOH体积偏大，应放出热量偏多，使中和热数值偏大，b错误；分多次倒入会导致有较多热量损失，符合条件；d项操作中温度计上的NaOH溶液会与稀H2SO4发生中和反应，使稀H2SO4的起始温度偏高，温度差偏小，符合条件。答案：(1)H2SO4(aq)＋NaOH(aq)===Na2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3kJ·mol－1(2)a、c、d(1)测量中和反应反应热常见误差分析(以盐酸和NaOH溶液反应为例)。影响因素原因分析中和热数值无保温层热量损失偏小浓H2SO4代替盐酸稀释时放出热量偏大醋酸代替盐酸醋酸继续电离、吸收热量偏小倒入NaOH动作迟缓热量损失偏小测完盐酸的温度计未洗涤热量损失偏小(2)中和反应热实验中导致误差因素可归纳为对Δt的影响，若Δt偏大，则|ΔH|偏大，若Δt偏小，则|ΔH|偏小。改变酸、碱的用量，反应生成的H2O的量改变，反应放出的热量也随之改变，但ΔH＝－kJ·mol－1不变，即ΔH与酸、碱的用量无关。1.某化学兴趣小组的同学利用如图所示的量热计完成中和反应反应热的测定实验。实验用品：浓硫酸、0.55mol·L－1的NaOH溶液、蒸馏水、自制量热计(如图)、烧杯、滴管、玻璃棒、量筒等。实验步骤：①配制0.25mol·L－1的硫酸溶液250mL；②分别量取0.25mol·L－1的硫酸、0.55mol·L－1的NaOH溶液各50mL，并测量其起始温度；③将二者于自制量热计中小心混合，测出反应过程中的温度，并作好记录；④重复②、③步骤两次；⑤处理数据得到如图所示曲线。据此回答下列问题：(1)量热计的插孔A中应插入的一种玻璃仪器是________。(2)步骤①中除用到实验用品所列部分仪器外，还会用到的玻璃仪器是__________。(3)计算中和反应反应热ΔH时，所使用的温度数据Δt＝________。(4)若实验中用60mL0.25mol·L－1硫酸溶液和50mL0.55mol·L－1NaOH溶液进行实验，与上述实验相比，所测得的中和反应反应热[ΔH＝－]________(填“相等”或“不相等”)；若用50mL0.50mol·L－1n醋酸溶液代替硫酸溶液进行上述实验，测得反应前后溶液温度的变化值会________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。解析：(1)在测定中和热时，为了减少热量的损失，用环形玻璃搅拌棒搅拌。(2)配制一定浓度的溶液时，选用容量瓶，由于容量瓶容积规格有多种，对于选定的容量瓶必须指明容积，即250mL容量瓶。(3)Δt＝t最末－t初始，t初始＝22.0℃，t末＝＝25.4℃(反应的最高温度为中和反应进行完全时的温度)，Δt＝25.4℃－22.0℃＝3.4℃。(4)ΔH＝－与酸的用量无关。用醋酸代替H2SO4时，由于弱酸电离吸热，所测反应热ΔH偏大，Δt偏小。答案：(1)环形玻璃搅拌棒　(2)250mL容量瓶(3)3.4℃　(4)相等　偏小1.根据热化学方程式计算其计算方法与根据一般方程式计算相似，可以把ΔH看成方程式内的一项进行处理，反应的焓变与参加反应的各物质的物质的量成正比。2．根据化学键断裂和形成过程中的能量变化来计算焓变等于破坏旧化学键吸收的能量与形成新化学键所放出的能量之差。ΔH＝反应物的化学键断裂吸收的总能量－生成物的化学键形成放出的总能量3．根据物质所具有的能量计算ΔH＝反应产物的能量和－反应物的能量和4．根据ΔH＝－计算。5．根据标准燃烧热计算ΔH＝n(可燃物)×可燃物的标准燃烧热。6．根据盖斯定律进行计算应用较多的是热化学方程式加合法，其步骤一般是：(1)确定待求的热化学方程式；(2)找出待求热化学方程式中各物质出现在已知热化学方程式的什么位置；(3)根据未知热化学方程式中各物质的化学计量数和位置的需要对已知热化学方程式进行处理，或调整化学计量数，或调整反应方向；(4)叠加并检验上述分析的正确与否。[例2]　(2015·新课标全国卷Ⅰ节选)已知反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11kJ/mol,1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为________kJ。解析：键能一般取正值来运算，ΔH＝E(反应物键能总和)－E(生成物键能总和)；设1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为xkJ，代入计算：＋11＝2x－(436＋151)　x＝299。答案：299应用盖斯定律的注意事项(1)当热化学方程式进行加、减、乘、除运算时，ΔH也作相应的运算，且要带“＋”、“－”符号，即把ΔH当成一个整体进行运算。(2)方向相反的两个热化学方程式，其反应热数值相等，符号相反。(3)在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，物质的状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。n2．(2014·新课标全国卷Ⅰ节选)已知：甲醇脱水反应：2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH1＝－23.9kJ/mol甲醇制烯烃反应：2CH3OH(g)===C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－29.1kJ/mol乙醇异构化反应：C2H5OH(g)===CH3OCH3(g)ΔH3＝＋50.7kJ/mol则乙烯气相直接水合反应C2H4(g)＋H2O(g)===C2H5OH(g)的ΔH＝________kJ/mol。解析：将已知的三个热化学方程式依次编号为①、②、③，根据盖斯定律，用①－②－③即得所求的热化学方程式，由此可得到ΔH＝－45.5kJ/mol。答案：－45.5[例3]　下列热化学方程式中ΔH的数值表示可燃物标准燃烧热的是(　　)A．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)ΔH＝－184.6kJ·mol－1B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－802.3kJ·mol－1C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1D．CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)ΔH＝－283kJ·mol－1解析：选D　标准燃烧热是指1mol燃料充分燃烧生成稳定的氧化物时的反应热。A中氧化剂为Cl2，B中H2O为气态，C中H2为2mol。故只有D正确。书写或判断表示标准燃烧热的热化学方程式要做到“四看”：一看可燃物的化学计量数是否为1。二看碳元素完全燃烧生成的氧化物是否为CO2(g)。三看氢元素完全燃烧生成的氧化物是否为H2O(l)。四看ΔH是否为“－”及单位是否正确。3．下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式(25℃，101kPa)(1)C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)ΔH＝－2878kJ·mol－1(2)C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(g)ΔH＝－2658kJ·mol－1(3)C4H10(g)＋O2(g)===4CO(g)＋5H2O(l)ΔH＝－1746kJ·mol－1(4)C4H10(g)＋O2(g)===4CO(g)＋5H2O(g)ΔH＝－1526kJ·mol－1由此判断，正丁烷的标准燃烧热ΔH为(　　)A．－2878kJ·mol－1　　　　　B．－2658kJ·mol－1C．－1746kJ·mol－1D．－1526kJ·mol－1解析：选A　由热化学方程式判断标准燃烧热时，C4H10的计量数为1，产物为CO2(g)和H2O(l)，ΔH<0，由此可知(1)中的反应热即为标准燃烧热。n[课堂双基落实]1．植物及其废弃物可制成乙醇燃料，下列关于乙醇燃料的说法错误的是(　　)A．它是一种再生能源B．乙醇易燃烧，污染小C．乙醇只能在实验室内作燃料D．粮食作物是制乙醇的重要原料解析：选C　乙醇不仅在实验室内可作燃料，而且还可作内燃机等的燃料。乙醇的制备可以使用粮食作物的果实或秸秆，乙醇属于可再生能源，燃烧产物对环境污染小。2．中和热测定实验中，下列操作一定使测定结果偏低的是(　　)A．量筒量取所用药品B．NaOH溶液在倒入小烧杯中时，有少量的溅出C．量热计的保温材料质量高D．测量HCl溶液温度时的温度计用水洗后，测NaOH溶液的温度解析：选B　NaOH溶液溅出，导致反应的NaOH的量减小，使放出的热量减少，致使结果偏低。3．已知在298K时下述反应的有关数据C(s)＋1/2O2(g)===CO(g)　ΔH1＝－110.5kJ·mol－1C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5kJ·mol－1则C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔH为(　　)A．＋283.5kJ·mol－1B．＋172.5kJ·mol－1C．－172.5kJ·mol－1D．－504kJ·mol－1解析：选B　根据盖斯定律：ΔH＝2ΔH1－ΔH2＝2×(－110.5kJ·mol－1)－(－393.5kJ·mol－1)＝＋172.5kJ·mol－1，故选B。4．25℃、101kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的标准燃烧热依次是393.5kJ/mol、285.8kJ/mol、890.3kJ/mol、2800kJ/mol，则下列热化学方程式正确的是(　　)A．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－393.5kJ/molB．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝＋571.6kJ/molC．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－890.3kJ/molD.C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1400kJ/mol解析：选D　根据标准燃烧热的定义，碳的燃烧产物应是二氧化碳；氢气燃烧是放热反应(ΔH<0)且生成液态水；25℃时，甲烷的燃烧产物是气态二氧化碳和液态水。n5．能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。(1)在25℃、101kPa时，16gCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，则CH4燃烧的热化学方程式是_____________。(2)已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－437.3kJ·mol－1，H2(g)＋O2(g)===H2O(g)ΔH＝－285.8kJ·mol－1，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)ΔH＝－283.0kJ·mol－1。则煤的气化主要反应的热化学方程式是C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝__________kJ·mol－1。解析：(2)根据盖斯定律，反应C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)为第1个反应减去第2、3个反应，所以ΔH＝－437.3－(－285.8)－(－283.0)＝＋131.5(kJ·mol－1)。答案：(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.31kJ·mol－1(2)＋131.5