版高中化学第1节化学反应与能量的变化第2课时热化学方程式中和反应反应热的测定学案.docx
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版高中化学第1节化学反应与能量的变化第2课时热化学方程式中和反应反应热的测定学案
第2课时 热化学方程式
中和反应反应热的测定
1.了解热化学方程式的含义并能正确书写热化学方程式。
(重点)
2.通过中和反应反应热的测定,初步学习测定化学反应热的实验方法。
3.能正确分析测定反应热时产生误差的原因,并能采取适当措施减小误差。
热化学方程式
[基础·初探]
教材整理
1.概念
能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。
2.特点(与化学方程式比较)
(1)指明了反应时的温度和压强,若在25_℃、101_kPa时进行的反应,可不注明。
(2)在化学方程式右边注明ΔH的“+”、“-”数值和单位。
(3)所有反应物和生成物都用括号注明它们在反应时的状态。
常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体和溶液。
(4)化学计量数只表示物质的量,不表示微粒个数。
(5)化学计量数和反应热数值可以同时增大或减小相同倍数。
3.意义
热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化。
4.实例
H2(g)+O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol,表示在25℃、101kPa,1molH2与molO2完全反应生成液态水时放出的热量是285.8kJ。
[探究·升华]
[思考探究]
已知有下列化学方程式:
①H2+I22HI
②H2(g)+I2(g)2HI(g)
ΔH=-14.9kJ·mol-1
③H2+Cl22HCl
④H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)
ΔH=-184.6kJ·mol-1
⑤H2(g)+Cl2(g)===HCl(g)
ΔH=-92.3kJ·mol-1
⑥H2(g)+O2(g)===H2O(g)
ΔH=-241.8kJ·mol-1
⑦H2(g)+O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.8kJ·mol-1
问题思考:
(1)以上7个化学方程式,哪些不属于热化学方程式?
化学方程式中的g、l等代表什么意思?
固(态)体和溶液如何表示?
【提示】 ①、③不是热化学方程式。
方程式中的g表示气体,l表示液体,固体和溶液分别用s和aq表示。
(2)在热化学方程式中,方程式②的ΔH与其他的有什么不同?
把1mol的H2和1molI2在该温度和压强下放入密闭容器中充分反应,最终放出的热量是14.9kJ吗?
【提示】 方程式②中标明了温度和压强,其它热化学方程式中未标注,说明是在常温常压下。
因为H2与I2反应是可逆反应,所以该温度和压强下反应,最终放出的热量小于14.9kJ。
(3)方程式⑤中的代表什么意义?
如果是2molH2和2molCl2完全反应,则ΔH为多少?
【提示】 代表物质的量,若2molH2和2molCl2完全反应,则ΔH=-92.3kJ·mol-1×4=-369.2kJ·mol-1。
[认知升华]
1.普通化学方程式与热化学方程式的区别
化学方程式
热化学方程式
化学计量数
是整数,既表示微粒个数又表示该物质的物质的量
既可以是整数,又可以是分数,只表示该物质的物质的量
物质的状态
不要求注明
必须在化学式后注明
ΔH
无
有,与物质的量有关,单位kJ/mol,必须注明正负号
反应条件
要注明
可以不注明
温度和压强
不注明
要注明,但是ΔH是在25℃、101kPa下测定的,可不注明
意义
表明了化学反应中的物质变化
不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化
2.判断热化学方程式正误的“五审”
[题组·冲关]
题组1 热化学方程式的正误判断
1.下列热化学方程式书写正确的是( )
A.2SO2+O22SO3 ΔH=-196.6kJ/mol
B.N2(g)+2O2(g)===2NO2(g) ΔH=+67.7kJ/mol
C.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=+393.5kJ/mol
D.H2O(l)===H2(g)+1/2O2(g) ΔH=+285.8kJ/mol
【解析】 A项,未注明反应物,生成物的聚集状态,故错;B项,化学方程式书写错误,应为N2(g)+O2(g)===2NO(g),故错;C项,C与O2反应为放热反应,ΔH<0,故错。
【答案】 D
2.由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放出241.8kJ的热量,1g水蒸气转化为液态水放出2.45kJ的热量,则下列热化学方程式书写正确的是( )
A.H2(g)+O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.9kJ·mol-1
B.H2(g)+O2(g)===H2O(l)
ΔH=-241.8kJ·mol-1
C.H2(g)+O2(g)===H2O(l)
ΔH=+285.9kJ·mol-1
D.H2(g)+O2(g)===H2O(g)
ΔH=+241.8kJ·mol-1
【解析】 1gH2O(g)转化为H2O(l)放出2.45kJ热量,则1molH2O(g)转化为H2O(l)放出2.45×18kJ=44.1kJ热量,故H2(g)与O2(g)反应生成1molH2O(l)放出285.9kJ的热量,即热化学方程式为
H2(g)+O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.9kJ·mol-1。
【答案】 A
3.化学反应N2+3H22NH3的能量变化如图所示,该反应的热化学方程式是( )【导学号:
29910004】
A.N2(g)+3H2(g)2NH3(l)
ΔH=2(a-b-c)kJ·mol-1
B.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=2(b-a)kJ·mol-1
C.N2(g)+H2(g)NH3(l)
ΔH=(b+c-a)kJ·mol-1
D.N2(g)+H2(g)NH3(g)
ΔH=(a+b)kJ·mol-1
【解析】 理解a、b、c的含义及符号。
a为molN2(g)和molH2(g)分解为1molN(g)和3molH(g)吸收的能量,b为1molNH3(g)分解成1molN(g)和3molH(g)吸收的能量,c为1molNH3(l)→NH3(g)吸收的能量。
合成氨反应热包括吸收的热量与放出热量的相对大小,若生成1molNH3(g):
ΔH=(a-b)kJ·mol-1,若生成1molNH3(l):
ΔH=(a-b-c)kJ·mol-1。
【答案】 A
题组2 热化学方程式的书写
4.写出下列反应的热化学方程式。
(1)16gCH4(g)与适量O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l),放出890.3kJ热量____________________________________。
(2)已知拆开1molH—H键,1molN—H键,1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ,则N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为______________________________________。
(3)0.3mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态的三氧化二硼和液态水,放出649.5kJ热量,其热化学方程式为_____________________。
【解析】
(1)由化学方程式为CH4+2O2===CO2+2H2O可得热化学方程式。
(2)化学方程式为N2+3H22NH3,ΔH=(946+436×3-391×6)kJ·mol-1。
(3)化学方程式为B2H6+3O2===B2O3+3H2O,则1molB2H6(g)完全燃烧放出2165kJ热量。
【答案】
(1)CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3kJ·mol-1
(2)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
ΔH=-92kJ·mol-1
(3)B2H6(g)+3O2(g)===B2O3(s)+3H2O(l)
ΔH=-2165kJ·mol-1
5.
(1)如图是1molNO2(g)和1molCO(g)反应生成CO2(g)和NO(g)过程中能量变化示意图,请写出NO2(g)和CO(g)反应的热化学方程式:
_______________
______________________________________________________________。
(2)汽车发动机工作时会引发N2和O2反应,其能量变化示意图如下:
写出该反应的热化学方程式:
______________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】
(1)反应的化学方程式为NO2+CO===CO2+NO,1molNO2(g)反应时的反应热ΔH=E1-E2=134kJ·mol-1-368kJ·mol-1=-234kJ·mol-1。
(2)反应的化学方程式为N2+O2=2NO,1molN2(g)参加反应时的ΔH=945kJ·mol-1+498kJ·mol-1+2×(-630kJ·mol-1)=+183kJ·mol-1。
【答案】
(1)NO2(g)+CO(g)===CO2(g)+NO(g) ΔH=-234kJ·mol-1
(2)N2(g)+O2(g)===2NO(g)
ΔH=+183kJ·mol-1
【方法规律】
书写热化学方程式的“五步”
中和反应反应热的测定
[基础·初探]
教材整理
1.中和反应反应热
在稀溶液中,强酸与强碱发生中和反应生成1_mol_H2O(l)时的反应热。
表示为H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
2.实验原理
通过一定量的酸碱溶液在反应前后温度的变化,计算反应放出的热量,由此求得中和热。
3.实验仪器装置
(1)将下列实验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。
(2)实验过程中,还需要的其他仪器有两个50_mL量筒。
4.测量步骤
(1)初始温度(t1)的测量
用一量筒量取50mL0.50mol·L-1盐酸,倒入小烧杯中并测量其温度;用另一量筒量取50mL0.55mol·L-1NaOH溶液并测量其温度,取两温度平均值为t1。
(2)终止温度(t2)的测量
把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯中,盖好盖板。
用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度,记录终止温度为t2。
(3)重复实验操作三次,记录每次的实验数据,取其平均值作为计算依据。
5.数据处理
ΔH=kJ/mol[其中c=4.18J/(g·℃)]
[探究·升华]
[思考探究]
甲同学用50mL0.50mol·L-1的盐酸与50mL0.55mol·L-1的KOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应,通过测定反应过程中所放出的热量计算中和反应的反应热。
结论:
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
问题思考:
(1)实验装置中在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料的目的是什么?
【提示】 目的是保温、隔热,减少实验过程中热量的损失。
(2)装置中的环形玻璃搅拌棒能否用金属(不与酸、碱反应)质环形搅拌棒代替?
为什么?
【提示】 不能。
原因是金属质环形搅拌棒易导热,造成实验过程中热量损失。
(3)实验中为何使用0.55mol/LKOH溶液与0.50mol/L盐酸反应,而不是选用0.50mol/LKOH溶液?
【提示】 碱过量的目的是保证盐酸完全反应。
(4)能否用浓硫酸代替盐酸?
对结果会产生什么影响?
【提示】 不能。
浓硫酸溶解于水时放热,所测ΔH偏小,即ΔH<
-57.3kJ·mol-1。
(5)能否用醋酸代替盐酸或用氨水代替KOH溶液?
对结果会产生什么影响?
【提示】 不能。
弱酸、弱碱电离吸热,所测ΔH偏大,即ΔH>
-57.3kJ·mol-1。
(6)乙同学将甲同学实验装置进行了改进,如图所示:
①简易量热计
②简易量热计
分析一下改进后的装置比甲同学的装置有何优点?
【提示】 改进装置保温绝热效果更好,实验结果误差小。
[认知升华]
1.中和反应反应热测定原理的理解
(1)中和反应的对象为酸、碱的稀溶液。
这是因为浓酸和浓碱相互混合时因稀释会放出热量。
(2)强酸与强碱发生中和反应生成可溶性盐的热化学方程式为H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1;中和热与参加反应的强酸、强碱的种类、用量无关。
(3)弱酸或弱碱在溶液中不能完全电离,随着反应的进行,继续电离并吸收热量,所以它们的中和热数值小于57.3kJ·mol-1。
例如:
利用同样的方法测定氨水与盐酸、NaOH溶液与醋酸的反应热,则所测ΔH>-57.3kJ·mol-1,即中和热数值小于57.3kJ·mol-1。
(4)若测定硫酸与Ba(OH)2溶液的反应热,则所测ΔH偏小,即中和热数值大于57.3kJ·mol-1,这主要是因为Ba2+和SO生成难溶物BaSO4也会放出热量。
2.中和反应反应热测定实验中产生误差的原因
(1)装置方面:
装置的隔热保温效果不好,造成实验过程中热量损失而引起误差。
(2)操作方面
(3)读数方面
[题组·冲关]
题组1 中和反应反应热的概念及应用
1.已知:
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1。
下列反应中能放出57.3kJ热量的是( )
A.1L1mol·L-1的稀H2SO4与足量NaOH溶液反应
B.稀盐酸与氨水反应生成1molH2O
C.稀盐酸与稀Ba(OH)2溶液反应生成1mol水
D.稀NaOH溶液与95%浓硫酸反应生成1mol水
【解析】 A项,生成2molH2O(l),放出114.6kJ热量;B项,氨水为弱碱溶液,NH3·H2O电离吸热,故放出热量小于57.3kJ;D项,浓H2SO4溶于水放热,故放出的热量大于57.3kJ。
【答案】 C
2.含Ba(OH)21mol的稀溶液与足量稀盐酸反应,放出114.6kJ的热量,表示该反应中和热的热化学方程式正确的是( )
A.Ba(OH)2(aq)+2HCl(aq)===BaCl2(aq)+2H2O(l) ΔH=-114.6kJ·mol-1
B.Ba(OH)2(aq)+2HCl(aq)===BaCl2(aq)+2H2O(l) ΔH=+114.6kJ·mol-1
C.Ba(OH)2(aq)+HCl(aq)===BaCl2(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1
D.Ba(OH)2(aq)+HCl(aq)===BaCl2(aq)+H2O(l) ΔH=+57.3kJ·mol-1
【解析】 中和反应反应热指稀的强碱溶液和稀的强酸溶液发生中和反应生成1molH2O(l)时的反应热,故排除A、B两项;中和反应为放热反应,ΔH<0,故排除B、D两项。
【答案】 C
3.强酸和强碱在稀溶液中反应的热化学方程式可表示为
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l)
ΔH=-57.3kJ·mol-1
已知:
CH3COOH(aq)+NaOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=-Q1kJ·mol-1
HNO3(aq)+NaOH(aq)===NaNO3(aq)+H2O(l) ΔH=-Q2kJ·mol-1
CH3COOH(aq)+NH3·H2O(aq)===CH3COONH4(aq)+H2O(l) ΔH=-Q3kJ·mol-1
上述均是在溶液中进行的反应,Q1、Q2、Q3的关系正确的是( )
A.Q1=Q2=Q3=57.3 B.Q1>Q2>Q3>57.3
C.Q3 【解析】 因为醋酸、一水合氨为弱电解质,随着中和反应的进行,醋酸、一水合氨发生电离。 电离过程为吸热过程,故弱酸、弱碱反应放出的热量小于弱酸、强碱反应放出的热量小于强酸、强碱反应放出的热量。 【答案】 C 题组2 中和反应反应热的测定 4.下列有关中和反应反应热的说法正确的是( ) A.中和反应反应热的热化学方程式: H+(l)+OH-(l)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1 B.准确测量中和反应反应热的实验过程中,至少需测定温度4次 C.环形玻璃搅拌棒材料若用铜代替,则测量出的中和反应反应热数值偏小 D.若稀酸溶液中H+与稀碱溶液中OH-的物质的量相等,则所测中和反应反应热数值更准确 【解析】 A项,应为H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol;B项,至少测定温度3次,盐酸、NaOH溶液、混合液的温度;D项,为保证反应充分,H+或OH-一方过量。 【答案】 C 5.实验室进行中和反应反应热的测定实验时除需要大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)外,所用的其他仪器和试剂均正确的一组是( ) A.0.50mol·L-1盐酸,0.50mol·L-1NaOH溶液,100mL量筒1个 B.0.50mol·L-1盐酸,0.55mol·L-1氨水,100mL量筒2个 C.0.50mol·L-1醋酸,0.55mol·L-1NaOH溶液,50mL量筒1个 D.0.50mol·L-1盐酸,0.55mol·L-1NaOH溶液,50mL量筒2个 【解析】 本实验中为了保证0.50mol·L-1的盐酸完全被中和,采用0.55mol·L-1NaOH溶液,使碱稍过量,故A项不符合;所需酸、碱量均为50mL且碱为弱碱,故B项不符合;酸、碱分别用不同的量筒量取,且酸为弱酸,故C项不符合。 【答案】 D 6.在量热计中(如图所示)将100mL0.50mol·L-1的CH3COOH溶液与100mL0.55mol·L-1NaOH溶液混合,温度从298.0K升高到300.7K,已知量热计的热容常数(量热计各部件温度每升高1K所需要的热量)是150.5J/K,溶液密度均为1g/mL,充分混合后溶液的比热容c=4.184J/(g·K)。 (1)CH3COOH的中和热ΔH=________。 (2)CH3COOH的中和热的文献值为56.1kJ·mol-1,你认为 (1)中测得的实验值出现偏差可能的原因是________________________________________________ _______________________________________________________________。 (3)实验中NaOH过量的目的是_____________________________________ _______________________________________________________________。 (4)你认为CH3COOH的中和热与HCl的中和热数值相比,________________较大,其原因是_______________________________________________________ _______________________________________________________________。 【解析】 (1)根据题中所给信息可推算出酸和碱的物质的量,酸为0.050mol,碱为0.055mol,可知碱是过量的,应以酸的量计算,算出生成0.050mol水时放出的热量,进而算出生成1mol水时放出的热量,即可得出CH3COOH的中和热: ΔH= - =-5.33×104J/mol=-53.3kJ·mol-1。 (2)本实验方法测得的CH3COOH的中和热数值小于文献值,原因可能有以下几个方面;①量热计的保温瓶绝热效果不好;②酸、碱溶液混合不迅速;③温度计不够精确等。 (3)过量的碱能保证CH3COOH完全被中和,从而提高实验准确度。 (4)CH3COOH是弱酸,只是少部分电离,发生电离时要吸热,中和时放热较少。 【答案】 (1)-53.3kJ·mol-1 (2)①量热计的保温瓶绝热效果不好,②酸、碱溶液混合不迅速,③温度计不够精确等 (3)保证CH3COOH完全被中和,从而提高实验准确度 (4)HCl的中和热数值 CH3COOH是弱酸,只是少部分电离,发生电离时要吸热,中和时放热较少 学业分层测评 (二) (建议用时: 45分钟) [学业达标] 1.下列说法正确的是( ) A.热化学方程式中,化学式前面的化学计量数既可表示微粒数,又可表示物质的量 B.热化学方程式中,如果没有注明温度和压强,则表示在标准状况下测得的数据 C.书写热化学方程式时,不仅要写明反应热的符号、数值和单位,还要注明各物质的聚集状态 D.凡是化合反应都是放热反应,分解反应都是吸热反应 【解析】 A项,热化学方程式中,化学式前面的化学计量数仅表示物质的量;B项,热化学方程式中,未注明温度和压强时,表示25℃,101KPa;D项,化合反应不一定都是放热反应,如C+CO22CO为吸热反应。 【答案】 C 2.已知H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-184.6kJ·mol-1,则HCl(g)===H2(g)+Cl2(g)的ΔH为( ) A.+184.6kJ·mol-1 B.-92.3kJ·mol-1 C.-369.2kJ·mol-1D.+92.3kJ·mol-1 【解析】 由H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g) ΔH=-184.6kJ·mol-1知: 2HCl(g)===H2(g)+Cl2(g) ΔH=+184.6kJ·mol-1,进而推知: HCl(g)=H2(g)+Cl2(g) ΔH=+92.3kJ·mol-1。 【答案】 D 3.热化学方程式C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ·mol-1表示( ) A.碳和水反应吸收131.3kJ的热量 B.1mol碳和1mol水反应生成1mol一氧化碳和1mol氢气,并吸收131.3kJ热量 C.1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气,吸收热量131.3kJ D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸收热量131.3kJ 【解析】 依据反应热的概念,反应热表示按照热化学方程式中化学计量数的物质的量反应时,吸收或放出的热量,单位是kJ/mol,该热化学方程式表示: 1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气,并吸收131.3kJ的热量,特别要指明水的状态。 【答案】 C 4.强酸与强碱的稀溶液发生中和反应: H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1分别向1L0.5mol·L-1的NaOH溶液中加入: ①稀醋酸,②浓硫酸,③稀硫酸,恰好完全反应的热效应分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,它们的关系正确的是( )
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- 高中化学 化学反应 能量 变化 课时 热化学 方程式 中和 反应 反应热 测定