高中化学 专题1 第1单元 第2课时 反应热的测量与计算 能源的充分利用教案 苏教版选修4.docx
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高中化学专题1第1单元第2课时反应热的测量与计算能源的充分利用教案苏教版选修4
第2课时 反应热的测量与计算 能源的充分利用
目标与素养:
1.了解定量测量反应热的基本原理和实验方法。
(科学探究与创新意识)2.从能量守恒角度理解并掌握盖斯定律。
(变化观念与平衡思想)3.理解标准燃烧热的概念,掌握有关燃烧热的计算。
(变化观念与平衡思想)4.了解化学在解决能源危机中的重要作用。
(科学态度与社会责任)
一、反应热的测量
1.实验中用到的仪器和药品
(1)实验仪器:
简易量热计
(2)实验药品:
0.50mol·L-1的盐酸,0.50mol·L-1的NaOH溶液等。
2.实验步骤
(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)。
(3)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)。
3.实验数据处理与计算
ΔH=-
kJ·mol-1
二、盖斯定律
1.内容:
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。
2.本质:
化学反应的焓变(ΔH)仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关,而与反应的途径无关。
3.应用:
对于进行得很慢的反应,不容易直接发生的反应,产品不纯(即有副反应发生)的反应,测定这些反应的反应热有困难,如果应用盖斯定律,就可以间接地把它们的反应热计算出来。
三、能源的充分利用
1.能源
(1)定义:
能提供能量的自然资源。
(2)分类
2.标准燃烧热和热值
(1)标准燃烧热:
在101_kPa的压强下,1_mol物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热。
(2)热值:
1_g物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。
(3)完全燃烧的标准:
C→CO2(g);H→H2O(l);N→N2(g)。
微点拨:
标准燃烧热是反应热的一种类型,标准燃烧热规定可燃物必须是1mol,生成物必须是稳定产物。
1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热时,应保证加入的盐酸与氢氧化钠溶液恰好完全反应。
( )
(2)盖斯定律遵守能量守恒定律。
( )
(3)利用盖斯定律可计算有副反应发生的反应的反应热。
( )
(4)1molC燃烧生成CO时放出的热量就是C的标准燃烧热。
( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)√ (4)×
2.在进行中和热的测定中,下列操作错误的是( )
A.反应前酸、碱溶液的温度要相同
B.测量溶液的温度计要一直插在溶液中
C.为了使反应均匀进行,可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)
D.为了使反应更完全,可以使酸或碱适当过量
C [为减少实验过程中的热量散失,应把酸(或碱)一次倒入。
]
3.已知金刚石和石墨在氧气中燃烧的热化学方程式分别为C(金刚石,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-395.41kJ·mol-1,C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.51kJ·mol-1。
试写出金刚石转化成石墨的热化学方程式:
_________________
_______________________________________________________
_______________________________________________________
_____________________________________________________。
解析:
将题给两个热化学方程式依次标为①和②,根据盖斯定律由①-②得:
C(金刚石,s)===C(石墨,s) ΔH=-1.9kJ·mol-1。
答案:
C(金刚石,s)===C(石墨,s) ΔH=-1.9kJ·mol-1
认识燃烧热、中和热
1.中和热的概念
(1)中和热是指在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1mol液态水所放出的热量。
(2)理解时应注意
①强酸和强碱的稀溶液发生反应,其中和热是相等的,都约是57.3kJ·mol-1。
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
②强酸和弱碱或弱酸和强碱的稀溶液发生反应,中和热一般小于
57.3kJ·mol-1,因为弱电解质的电离是吸热的。
③中和反应的实质是H+和OH-化合生成H2O。
若反应过程中有其他物质生成(如生成不溶性物质、难电离物质等),这部分反应热不在中和热之内。
2.燃烧热及表示燃烧热的热化学方程式
(2)燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的,因此在书写表示燃烧热的热化学方程式时,应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数,故在其热化学方程式中常出现分数。
3.燃烧热和中和热的比较
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
ΔH及其单位
放热反应
ΔH<0,单位均为kJ·mol-1
不同点
反应物的量
1mol
不一定为1mol
生成物的量
不确定
生成水的量为1mol
表示方法
燃烧热为akJ·mol-1或ΔH=-akJ·mol-1
中和热为57.3kJ·mol-1或ΔH=-57.3kJ·mol-1
【例1】 下列说法正确的是( )
A.1mol硫酸与1molBa(OH)2完全中和所放出的热量为中和热
B.25℃、101kPa时,1molS和2molS的标准燃烧热相等
C.CO是不稳定的氧化物,它能继续和氧气反应生成稳定的CO2,所以CO的燃烧反应一定是吸热反应
D.101kPa时,1mol碳燃烧所放出的热量为碳的标准燃烧热
B [A项,1molH2SO4与1molBa(OH)2反应生成2molH2O,同时还有BaSO4沉淀生成,不符合中和热的定义;B项,标准燃烧热与可燃物的物质的量无关;C项,CO的燃烧属于放热反应;D项,1mol碳燃烧不一定生成1molCO2。
]
1.下列说法正确的是( )
A.中和热一定是强酸跟强碱反应放出的热量
B.1mol酸与1mol碱完全反应放出的热量是中和热
C.在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1molH2O(l)时的反应热叫做中和热
D.表示强酸与强碱反应的中和热的热化学方程式为H++OH-===H2O ΔH=-57.3kJ·mol-1
C [中和热是指稀酸、稀碱反应生成1mol液态H2O时放出的热量。
]
2.25℃、101kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的标准燃烧热依次是393.5kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1、890.3kJ·mol-1、
2800kJ·mol-1,则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+
O2(g)===CO(g)ΔH=-393.5kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH=571.6kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-890.3kJ·mol-1
D.
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-1400kJ·mol-1
D [根据标准燃烧热的定义,碳的燃烧产物应是CO2;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CO2(g)和H2O(l)。
]
中和反应反应热测定实验
1.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。
2.中和热测定实验中产生误差的可能原因
(1)量取溶液的体积有误差(测量结果是按50mL的酸、碱进行计算的,若实际量取时大于50mL或小于50mL都会造成误差)。
(2)温度计的读数有误。
(3)实验过程中有液体洒在外面。
(4)混合酸、碱溶液时,动作缓慢,导致实验误差。
(5)隔热操作不到位,致使实验过程中热量损失而导致误差。
(6)测了酸后的温度计未用水清洗便立即去测碱的温度,会使热量损失而引起误差。
【例2】 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
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,放出热量偏多,使中和热数值偏大,b错误;c项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溶液会与稀硫酸发生中和反应,使稀硫酸的起始温度偏高,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)acd
3.在测定中和热的实验中,下列说法正确的是( )
A.使用环形玻璃棒是为了加快反应速率,减少实验误差
B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触
C.用0.5mol·L-1NaOH溶液分别与0.5mol·L-1的盐酸、醋酸溶液反应,若所取的溶液体积相等,则测得的中和热数值相同
D.在测定中和热实验中需要使用的仪器有天平、量筒、量热计、滴定管、温度计
A [A项中在中和热的测定中,使用环形玻璃棒搅拌,目的是使反应物混合均匀,加快反应,减小实验误差,A正确;B项中温度计水银球不能接触烧杯底部,B错;C项中CH3COOH为弱酸,电离吸热,故测得的中和热比用盐酸时数值小,C错;D项中仪器不需要天平、滴定管,D错。
]
利用盖斯定律进行
计算的两种方法
1.加和法
2.虚拟途径法
(1)方法。
先根据题意虚拟转化过程,然后根据盖斯定律列式求解,即可求得待求的反应热。
(2)举例
若反应物A变为生成物D,可以有两个途径:
①由A直接变成D,反应热为ΔH。
②由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如图所示:
则有:
ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3
【例3】 CH4CO2催化重整反应为:
CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g)。
已知:
C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH=-75kJ·mol-1
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-394kJ·mol-1
C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-111kJ·mol-1
该催化重整反应的ΔH=________kJ·mol-1。
解析:
本题考查盖斯定律的应用。
C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH=-75kJ·mol-1①
C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-394kJ·mol-1②
C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-111kJ·mol-1③
运用盖斯定律,③×2-①-②可得CH4(g)+CO2(g)===2CO(g)+2H2(g) ΔH=[(-111×2)-(-75)-(-394)]kJ·mol-1=
247kJ·mol-1。
答案:
247
盖斯定律的解题模型
4.已知:
①Fe2O3(s)+
C(s)===
CO2(g)+2Fe(s)
ΔH1=234.1kJ·mol-1
②C(s)+O2(g)===CO2(g)ΔH2=-393.5kJ·mol-1
则2Fe(s)+
O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是( )
A.-824.35kJ·mol-1B.-627.6kJ·mol-1
C.-744.7kJ·mol-1D.-169.4kJ·mol-1
A [根据盖斯定律知:
将反应②×
-①得该反应,故ΔH=
×ΔH2-ΔH1=
×(-393.5kJ·mol-1)-234.1kJ·mol-1=-824.35kJ·mol-1。
]
1.如图为“能源分类相关图”,四组能源选项中全部符合图中阴影部分的是( )
A.煤炭、石油、潮汐能
B.水能、生物质能、天然气
C.太阳能、风能、沼气
D.地热能、海洋能、核能
C [太阳能、风能、沼气这三种能源既是新能源、可再生能源,又是来自太阳的能源。
]
2.已知HCl和NaOH的稀溶液反应的中和热ΔH=-57.3kJ·mol-1,则下列物质间发生反应时放出的热量与57.3kJ最接近的是( )
A.含0.5molCa(OH)2的稀溶液与足量稀硫酸
B.含1molH2SO4的稀溶液与足量稀NaOH溶液
C.含1molCH3COOH的稀溶液与足量稀KOH溶液
D.含1molBa(OH)2的稀溶液与含1molHCl的稀盐酸
D [HCl和NaOH的稀溶液反应的中和热是可溶性强酸与可溶性强碱生成可溶性盐和1molH2O所放出的热量。
A.生成物CaSO4是微溶物,故A错误;B.含1molH2SO4的稀溶液与足量稀NaOH溶液生成2molH2O,故B错误;C.CH3COOH是弱酸,电离要吸热,故C错误;D.1molHCl和1molBa(OH)2的稀溶液反应的中和热是可溶性强酸与可溶性强碱生成可溶性盐和1molH2O所放出的热量,故D正确。
]
3.下列有关热化学方程式的叙述,正确的是( )
A.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的标准燃烧热
B.由N2O4(g)
2NO2(g) ΔH=akJ·mol-1(a>0),可知将1molN2O4(g)置于密闭容器中充分反应后吸收热量为akJ
C.由H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,可知:
含1molHCN的稀溶液与含1molNaOH的稀溶液混合,放出热量为57.3kJ
D.已知101kPa时,2C(s)+O2(g)===2CO(g)
ΔH=-221kJ·mol-1,则1mol碳完全燃烧放出的热量大于110.5kJ
D [A.标准燃烧热指的是1mol可燃物完全燃烧的反应热,应生成液态水,错误;B.N2O4(g)2NO2(g) ΔH=akJ·mol-1(a>0),表明1mol四氧化二氮完全反应生成2mol二氧化氮时才吸收akJ的热量,但这是一个可逆反应,完全反应是不可能的,错误;C.一般来讲,ΔH=-57.3kJ·mol-1是指稀的强酸与稀的强碱反应生成1mol水的时候所放出的热量,但是HCN是弱电解质,电离的过程要吸收热量,因此含1molHCN的稀溶液与含1molNaOH的稀溶液混合,放出的热量要小于57.3kJ,错误;D.碳完全燃烧时,生成的是二氧化碳,肯定比生成一氧化碳时放出的热量要多,正确。
]
4.在298K、100kPa时,已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1①
Cl2(g)+H2(g)===2HCl(g) ΔH2②
2Cl2(g)+2H2O(g)===4HCl(g)+O2(g) ΔH3③
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是( )
A.ΔH3=2ΔH2+ΔH1 B.ΔH3=ΔH1+ΔH2
C.ΔH3=2ΔH2-ΔH1D.ΔH3=ΔH2-ΔH1
C [由盖斯定律可得,第三个热化学方程式(目标热化学方程式)可由2×②式-①式得到,故ΔH3=2ΔH2-ΔH1。
]
5.碘可用作心脏起搏器电源——锂碘电池的材料。
该电池反应为2Li(s)+I2(s)===2LiI(s) ΔH。
已知:
4Li(s)+O2(g)===2Li2O(s) ΔH1,4LiI(s)+O2(g)===2I2(s)+2Li2O(s) ΔH2,则电池反应的ΔH=________。
解析:
给已知两个热化学方程式依次编号为①、②,观察可知
得锂碘电池反应的热化学方程式,根据盖斯定律可知,ΔH=
。
答案:
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