112　反應熱的測量與計算學案高二上學期化學選擇性必修1

第二課時反應熱的測量與計算學習目標1.理解反應熱測定的原理和方法，會分析產(chǎn)生誤差的原因。2.理解蓋斯定律的本質，形成運用蓋斯定律進行相關判斷或計算的思維模型。一、反應熱的測量1.中和反應反應熱測定原理根據(jù)熱化學方程式H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)ΔH＝－QkJ·mol－1，需計算稀的酸、堿中和生成1mol水的反應熱，依據(jù)公式ΔH＝－eq\f(（m1＋m2）·c·（t2－t1）,n（H2O）)，通過測定一定量的酸、堿溶液在反應前后溫度的變化，計算反應放出的熱量，由此求得反應熱。2.實驗儀器——簡易量熱計和量熱計(1)把實驗裝置中各儀器(或物品)的名稱填在橫線上。(2)儀器各部分的作用①攪拌器或環(huán)形玻璃攪拌器的作用是使__________________________________________________________________________________________________________________________________________。②保溫層的作用是_____________________________________________________。③溫度計的作用是測定反應前后反應體系的溫度。3.中和反應反應熱的測量的實驗探究(1)實驗步驟步驟1測量初始溫度(T1)：測量混合前50mL0.50mol·L－1鹽酸、50mL0.50mol·L－1氫氧化鈉溶液的溫度，取兩溫度平均值為T1。步驟2測量反應后溫度(T2)：將酸堿溶液迅速混合，用環(huán)形玻璃攪拌器不斷攪動溶液，并準確讀取混合溶液的最高溫度，記錄為終止溫度T2。(2)重復實驗操作三次，記錄每次的實驗數(shù)據(jù)，取其平均值作為計算依據(jù)。(3)實驗數(shù)據(jù)處理：實驗中鹽酸和氫氧化鈉溶液反應放出的熱量是0.418(T2－T1)kJ，反應熱為ΔH＝－16.72(T2－T1)kJ·mol－1[或ΔH＝－eq\f(0.418（T2－T1）,0.025)kJ·mol－1]?！締栴}討論】(1)在上述過程中，提高測定反應熱準確度的措施有哪些？_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)用同體積、同濃度的KOH代替NaOH完成上述實驗，用同體積、同濃度的硝酸代替鹽酸完成上述實驗，測得的反應熱數(shù)值三者是否相同？簡述其中的原因。_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(3)用濃H2SO4代替稀鹽酸對結果會產(chǎn)生什么影響？_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(4)有的實驗常常使堿或酸稍微過量，其目的是什么？_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(5)如果其他操作不變，但將試劑改為100mL0.50mol·L－1鹽酸和100mL0.50mol·L－1NaOH溶液，則測得的中和反應反應熱是否為原來的2倍？____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________【探究歸納】(1)中和反應反應熱測量實驗中的“三關”①隔熱關——裝置保溫、隔熱效果好，減少熱量的損失。②測量關——溫度在測量過程中是重要的參數(shù)，測量時要又快又準。a.選擇精密溫度計，精確到0.1℃。b.測量溶液溫度時，將溫度計插在液體中央，使水銀球處于溶液中央位置，溫度計不要碰到容器壁或插在液面以上。c.溫度計不能作攪拌器使用，用環(huán)形玻璃攪拌器攪拌，使溶液迅速、充分混合。d.測量反應混合液的溫度時要隨時讀取溫度值，記錄最高溫度。③酸、堿關——注意酸堿的強弱和濃度。酸、堿濃溶液稀釋過程中會放出熱量。通常中和反應反應熱是指強酸、強堿在稀溶液中反應生成1mol液態(tài)水的反應熱。(2)中和反應反應熱測定實驗中產(chǎn)生誤差的可能原因①量取溶液的體積有誤差。②溫度計的讀數(shù)有誤。③混合酸、堿溶液時，動作緩慢，導致實驗誤差。④隔熱操作不到位，致使實驗過程中熱量損失而導致誤差。⑤測了酸后的溫度計未用水清洗便立即去測堿的溫度，會使熱量損失而引起誤差。1.關于中和反應反應熱測定實驗的下列說法不正確的是()A.使用環(huán)形玻璃攪拌器既可以攪拌又避免損壞溫度計B.測了酸溶液后的溫度計要用水清洗后再測堿溶液的溫度C.向盛裝酸溶液的量熱計的內筒中加堿時要小心緩慢以免灑出D.改變酸堿的用量，所求中和反應反應熱數(shù)值不變化2.用50mL0.50mol/L鹽酸與50mL0.50mol/LNaOH溶液進行中和熱測定實驗，下列說法正確的是()A.在測定中和熱的過程中，需要測定并記錄溫度2次B.大燒杯上若不蓋硬紙板，測得的中和熱數(shù)值會偏小C.用測量鹽酸的溫度計直接測定NaOH溶液的溫度，測得的中和熱數(shù)值會偏大D.為防止液體濺出，酸堿混合時應將量筒中的溶液緩緩倒入燒杯中再慢慢攪拌3.(2024·遼東教學共同體高二月考)在測定中和反應的反應熱的實驗中，下列說法正確的是()A.使用攪拌器是為了加快反應速率，減小實驗誤差B.為了準確測定反應混合溶液的溫度，實驗中溫度計水銀球應與小燒杯底部接觸C.用0.5mol·L－1NaOH溶液分別與0.5mol·L－1的鹽酸、醋酸溶液反應，如所取的溶液體積相等，則測得的中和反應的反應熱數(shù)值相同D.在測定中和反應的反應熱實驗中需要使用的儀器有天平、量筒、燒杯、溫度計二、蓋斯定律1.蓋斯定律(1)內容大量實驗證明，一個化學反應，不論是________完成，還是____________完成，其總的熱效應是________的。(2)釋義化學反應的焓變(ΔH)只與反應體系的________和________有關，而與反應的________無關。如圖：始態(tài)和終態(tài)相同的反應途徑有如下三種：ΔH＝____________＝__________________________________________________。(3)意義應用蓋斯定律可以間接計算出反應速率很慢的或不容易直接進行的或伴有副反應發(fā)生的反應的反應熱。2.應用蓋斯定律計算ΔH的方法(實例)根據(jù)如下兩個反應：Ⅰ.C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ·mol－1選用兩種方法，計算出C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)的反應熱ΔH3。(1)虛擬路徑法反應C(s)＋O2(g)=CO2(g)的途徑可設計如圖：ΔH1＝ΔH3＋ΔH2，則ΔH3＝_______________kJ·mol－1。(2)加合法依據(jù)目標方程式中各物質的位置和化學計量數(shù)，調整已知方程式，最終加合成目標方程式，ΔH同時作出相應的調整和運算。①寫出目標反應的熱化學方程式，確定各物質在各反應中的位置：_____________________________________________________________________；②將已知熱化學方程式Ⅰ－Ⅱ，可得目標熱化學方程式：_____________________________________________________________________，則ΔH3＝________kJ·mol－1。3.運用蓋斯定律計算反應熱的3個關鍵(1)熱化學方程式的化學計量數(shù)加倍，ΔH也相應加倍。(2)熱化學方程式相加減，同種物質之間可加減，反應熱也相應加減。(3)將熱化學方程式顛倒時，ΔH的正負必須隨之改變。1.氧化亞銅常用于制船底防污漆，用CuO與Cu高溫燒結可制取Cu2O，已知反應：2Cu(s)＋O2(g)=2CuO(s)ΔH＝－314kJ·mol－12Cu2O(s)＋O2(g)=4CuO(s)ΔH＝－292kJ·mol－1則CuO(s)＋Cu(s)=Cu2O(s)的ΔH等于()A.－11kJ·mol－1 B.11kJ·mol－1C.22kJ·mol－1 D.－22kJ·mol－12.Deacon直接氧化法可按下列催化過程進行：CuCl2(s)=CuCl(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH1＝83kJ·mol－1CuCl(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CuO(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH2＝－20kJ·mol－1CuO(s)＋2HCl(g)=CuCl2(s)＋H2O(g)ΔH3＝－121kJ·mol－1則4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。3.已知C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH上述反應在O2供應充分時，可燃燒生成CO2；O2供應不充分時，雖可生成CO，但同時還部分生成CO2。因此該反應的ΔH無法直接測得。但是下述兩個反應的ΔH卻可以直接測得：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1②CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ·mol－1根據(jù)蓋斯定律，就可以計算出欲求反應的ΔH。分析上述兩個反應的關系，即知：ΔH＝____________________________________。則C(s)與O2(g)生成CO(g)的熱化學方程式為_____________________________________________________________________?！绢}后歸納】求目標熱化學方程式的四步分析法以上步驟可以概括為“找目標、看來源、調系數(shù)、相加減、得答案”。1.在中和反應反應熱的測定實驗中，下列操作正確的是()①量取0.50mol·L－1的鹽酸和0.50mol·L－1的NaOH溶液各50mL②分多次把NaOH溶液倒入盛有鹽酸的小燒杯中③環(huán)形攪拌器上下移動，使酸堿溶液混合④用溫度計測定NaOH溶液起始溫度后直接測定鹽酸溶液的溫度A.①② B.②③C.①③ D.②④2.已知：①2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝－221.0kJ·mol－1；②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1。則制備水煤氣的反應C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)的ΔH為()A.262.6kJ·mol－1 B.－131.3kJ·mol－1C.－352.3kJ·mol－1 D.131.3kJ·mol－13.鈦被稱為“第三金屬”，其制取原料為金紅石(TiO2)，制取步驟如下：已知：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1；②2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH2；③TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(s)＋O2(g)ΔH3。則反應TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)=TiCl4(s)＋2CO(g)的ΔH為()A.ΔH3＋2ΔH1＋2ΔH2 B.ΔH3＋2ΔH1＋ΔH2C.ΔH3＋2ΔH1－ΔH2 D.ΔH3＋2ΔH1－2ΔH24.煙氣(主要污染物SO2、NOx)是大氣主要污染物，有效去除大氣中的SO2、NOx是環(huán)境保護的重要課題。用天然堿生產(chǎn)小蘇打的母液(主要溶質為碳酸鈉)吸收煙氣中SO2的相關反應的熱化學方程式如下：2Na2CO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)=Na2SO3(aq)＋2NaHCO3(aq)ΔH＝akJ·mol－12NaHCO3(aq)＋SO2(g)=Na2SO3(aq)＋2CO2(g)＋H2O(l)ΔH＝bkJ·mol－1Na2SO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)=2NaHSO3(aq)ΔH＝ckJ·mol－1反應Na2CO3(aq)＋SO2(g)=Na2SO3(aq)＋CO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。5.(2024·龍巖連城一中高二月考)將V1mL1.0mol·L－1鹽酸和V2mL未知濃度的NaOH溶液混合均勻后測量并記錄溶液的溫度，實驗結果如圖所示，實驗中始終保持V1＋V2＝50。(1)下列敘述正確的是________。A.該實驗表明化學能可轉化為熱能B.做該實驗時環(huán)境溫度為22℃C.NaOH溶液的濃度約為1.5mol·L－1D.該實驗表明有水生成的反應都是放熱反應(2)中和反應的反應熱的理論值ΔH＝－57.3kJ·mol－1，寫出表示稀鹽酸和NaOH溶液反應的中和熱的熱化學方程式_________________________________________________________________________________________________________。下列操作可能使測得的ΔH偏大的是________(填序號)。①室溫低于10℃時進行實驗②分多次把NaOH溶液倒入盛有鹽酸的小燒杯中③實驗時用環(huán)形銅絲攪拌棒代替攪拌器(3)在做測定中和反應的反應熱實驗時，應使用儀器的正確組合是________。①天平②量筒③燒杯④滴定管⑤溫度計⑥試管⑦酒精燈A.①②④ B.②③⑤C.②③④⑦ D.全部第二課時反應熱的測量與計算一、2.(1)溫度計環(huán)形玻璃攪拌器(2)①反應物混合均勻充分接觸②減少熱量的散失問題討論(1)使用保溫效果好的量熱計；溫度計用后及時沖洗；用環(huán)形玻璃攪拌器均勻攪拌；操作動作迅速；多次測量取平均值。(2)相同。參加反應的物質都是強酸、強堿，它們在水中完全電離，中和反應的離子方程式都是H＋＋OH－=H2O，反應都在室溫下進行，且參加反應的n(H＋)和n(OH－)都相同，所以反應熱也相同。(3)濃H2SO4溶于水釋放熱量，ΔH減小。(4)為了使酸或堿完全反應。(5)否，測得的中和反應反應熱與原來相等。對點訓練1.C[為了防止熱量散失，向盛裝酸溶液的量熱計的內筒中加堿時要迅速加入。]2.B[在測定中和熱的實驗中，每一組需要記錄3次溫度，即初始酸堿的溫度和反應完全后的最高溫度，為了減少實驗誤差，實驗時至少要做2組實驗，所以至少記錄6次溫度，A錯誤；中和熱測定實驗成敗的關鍵是減少熱量損失，大燒杯上若不蓋硬紙板，會有一部分熱量損失，測得的中和熱數(shù)值會偏小，B正確；C項操作會導致熱量損失，計算出反應放出的熱量比實際少，C錯誤；中和熱測定實驗成敗的關鍵是減少熱量損失，酸堿混合時將量筒中的溶液緩緩倒入燒杯中再慢慢攪拌，導致熱量損失較多，測得中和熱的數(shù)值會偏小，D錯誤。]3.A[在中和反應的反應熱的測定中，使用攪拌器，目的是使反應物混合均勻，加快反應，減小誤差，A正確；溫度計水銀球不能接觸燒杯底部，B錯誤；CH3COOH為弱酸，電離時吸熱，故測得的中和反應的反應熱比用鹽酸時數(shù)值小，C錯誤；實驗儀器中不需要天平，D錯誤。]二、1.(1)一步分幾步完全相等(2)始態(tài)終態(tài)途徑ΔH1＋ΔH2ΔH3＋ΔH4＋ΔH52.(1)－110.5(2)①C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH3②C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH3＝ΔH1－ΔH2－110.5對點訓練1.A[根據(jù)蓋斯定律，將已知兩個反應分別編號①、②，eq\f(①－②,2)得CuO(s)＋Cu(s)=Cu2O(s)，故ΔH＝eq\f(－314＋292,2)kJ·mol－1＝－11kJ·mol－1。2.－116解析由蓋斯定律可知，4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)ΔH＝2ΔH3＋2ΔH2＋2ΔH1＝(－121kJ·mol－1×2)＋(－20kJ·mol－1×2)＋(83kJ·mol－1×2)＝－116kJ·mol－1。3.ΔH1－ΔH2C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－110.5kJ·mol－1解析根據(jù)已知條件，可以虛擬如下過程：由蓋斯定律可知ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－110.5kJ·mol－1，熱化學方程式是C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－110.5kJ·mol－1。課堂達標訓練1.C[盡量一次快速將NaOH溶液倒入盛有鹽酸的小燒杯中，分多次把NaOH溶液倒入盛有鹽酸的小燒杯中，會導致熱量散失較多，則測定的反應熱的數(shù)值偏小，②錯誤；環(huán)形玻璃攪拌器起攪拌作用，應該上下移動，使反應物混合均勻，加快反應速率，減小實驗誤差，③正確；測定NaOH溶液起始溫度后的溫度計直接插入稀鹽酸測溫度，由于氫氧化鈉與鹽酸反應，使放出的熱量散失，鹽酸的起始溫度偏高，會造成反應熱的數(shù)值偏小，④錯誤。]2.D[根據(jù)蓋斯定律，(①－②)÷2，即可求得制備水煤氣反應的ΔH。]3.C[利用蓋斯定律將③＋2×①－②可得TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)=TiCl4(s)＋2CO(g)ΔH＝ΔH3＋2ΔH1－ΔH2，故選C項。]4.eq\f(a＋b,2)解析根據(jù)蓋斯定律，將第一個熱化學方程式和第二個熱化學方程式相加，然后除以2即得目標熱化學方程式，故ΔH＝eq\f(a＋b,2)kJ·mol－1。5.(1)AC(2)HCl(aq)＋NaOH(aq)=NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol－1①②③(3)B解析酸堿中和反應是放熱反應，反應放出熱量使溶液溫度升高，當二者恰好反應