（浙江专用版）2019_2020学年高中化学专题1化学反应与能量变化第一单元第2课时反应热的测量与计算学案.docx

反应热的测量与计算核心素养发展目标1.科学探究：理解反应热(中和热)测定的原理和方法，会分析产生误差的原因，不断完善和改进测定方法。2.证据推理与模型认知：构建盖斯定律模型，理解盖斯定律的本质，形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。3.科学态度与社会责任：了解盖斯定律对反应热测定的重要意义，增强为人类科学发展而努力的意识与社会责任感。一、中和反应反应热的测量1中和热及其数值(1)概念：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1molH2O(l)时释放的热量称为中和热。(2)表示方法：H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3kJmol1。例1(2018山西孝义实验中学月考)已知稀盐酸和氢氧化钠稀溶液反应的中和热H57.3kJmol1，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1mol氢氧化钙的稀溶液与足量稀硫酸反应B含1mol硫酸的稀溶液与足量稀氢氧化钠溶液反应C含1mol醋酸的稀溶液与足量稀氢氧化钾溶液反应D含1mol氢氧化钡的稀溶液与含1mol氯化氢的稀盐酸反应答案D解析中和热是稀的强酸溶液和强碱溶液反应生成1 mol 液态水时的反应热。特别提示中和反应的实质是H和OH结合生成水，因而理解中和热时要注意以下几点：(1)条件：稀溶液，因浓酸溶液和浓碱溶液稀释时会放出热量。(2)反应物：酸与碱(在中学化学中，只讨论强酸和强碱反应的中和热)。(3)生成物及其物质的量：1molH2O(l)。(4)表述：用文字叙述中和热时，不带“”；用H表示时，带上“”。如强酸与强碱反应的中和热为57.3kJmol1或H57.3kJmol1。2中和热的测量(1)实验装置将下列实验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。实验过程中，还需要的其他仪器有50mL量筒(2个)。(2)实验测量数据初始温度(t1)：测量混合前50mL0.50molL1盐酸、50mL0.50molL1氢氧化钠溶液的温度，取两温度平均值为t1。终止温度(t2)：将酸碱溶液迅速混合，用环形玻璃搅拌棒不断搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记录为终止温度t2。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。(3)实验数据处理盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1gcm3，反应后溶液的比热容c4.18Jg11。该实验中盐酸和氢氧化钠溶液反应放出的热量是0.418(t2t1)kJ，中和热为16.72(t2t1) kJmol1或HkJmol1。中和热测定实验中应注意的事项(1)用环形玻璃搅拌棒搅拌，而不能用金属棒(丝)搅拌。(2)实验时动作要迅速。(3)温度计不能代替环形玻璃搅拌棒，只能用于测量溶液的温度。例2在量热计中(如图所示)将100mL0.50molL1的醋酸溶液与100mL0.55molL1的氢氧化钠溶液混合，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150.5JK1，溶液密度均为1gmL1，充分混合后溶液的比热容c4.184Jg1K1。(1)试求醋酸与氢氧化钠发生中和反应的反应热H。(2)醋酸的中和反应反应热的文献值为56.1kJmol1，请指出(1)中测得的实验值出现偏差的可能原因。(3)实验中氢氧化钠过量的目的是。(4)你认为醋酸与盐酸的中和反应反应热数值相比较大，原因是。答案(1)53.3kJmol1(2)量热计的保温瓶绝热效果不好，酸碱溶液混合不迅速，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的中和反应反应热数值CH3COOH是弱酸，只是少部分电离，发生电离时要吸热，故发生反应时放热较少解析(1)根据题中所给信息可推算出酸和碱的物质的量，酸为0.050 mol，碱为0.055 mol，可知碱是过量的，应以酸的量计算，算出生成0.050 mol水时放出的热量，进而算出生成1 mol水时放出的热量，即可得出CH3COOH与NaOH发生中和反应的反应热H5.33104 Jmol153.3 kJmol1。(2)本实验方法测得的CH3COOH的中和反应反应热小于文献值，原因可能有以下几个方面：量热计的保温瓶绝热效果不好；酸碱溶液混合不迅速；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，故反应时放热较少。相关链接(1)为使测得的中和热更准确，酸、碱溶液应当使用强酸、强碱的稀溶液。测定中和热时不能用弱酸溶液或弱碱溶液，因弱酸或弱碱在水溶液中不能完全电离，且电离时要吸收部分热量，使所测得中和热的数值偏小。测定中和热时也不能用浓酸或浓碱，因浓酸或浓碱溶于水时一般会放热，使所测得中和热的数值偏大。(2)导致测定存在误差的原因量取溶液的体积不准确。温度计读数有误(如未读取到混合溶液的最高温度，就记为终止温度)。实验过程中有液体溅出。混合酸、碱溶液时，动作缓慢，导致测定的H偏大。隔热层隔热效果不好，实验过程中有热量损失，导致测定的H偏大。测过酸溶液的温度计未用水清洗便立即去测碱溶液的温度。溶液浓度不准确。没有进行重复实验。(3)50mL0.50molL1盐酸与50mL0.55molL1氢氧化钠溶液反应的误差分析如表所示。引起误差的原因温度差|H|保温措施不好偏小偏小搅拌不充分偏小偏小所用酸、碱溶液浓度过大偏大偏大用同浓度的氨水代替NaOH溶液偏小偏小用同浓度的CH3COOH溶液代替盐酸偏小偏小二、盖斯定律及其应用1盖斯定律的理解(1)大量实验证明，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)化学反应的焓变(H)只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。(3)始态和终态相同的反应途径有如下三种：HH1H2H3H4H52盖斯定律的应用根据如下两个反应.C(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5kJmol1.CO(g)O2(g)=CO2(g)H2283.0kJmol1选用两种方法，计算出C(s)O2(g)=CO(g)的反应热H。(1)虚拟路径法反应C(s)O2(g)=CO2(g)的途径可设计如下：则H110.5kJmol1。(2)加合法写出目标反应的热化学方程式，确定各物质在各反应中的位置，C(s)O2(g)=CO(g)。将已知热化学方程式变形，得反应：CO2(g)=CO(g)O2(g)H3283.0kJmol1；将热化学方程式相加，H也相加：得，C(s)O2(g)=CO(g)HH1H3，则H110.5kJmol1。特别提示(1)热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。(2)热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减(带符号)。(3)将一个热化学方程式颠倒时，H的“”“”号必须随之改变，但数值不变。相关链接(1)多角度理解盖斯定律从反应途径角度从能量守恒角度对于如图所示的过程：从反应途径角度：AD：HH1H2H3(H4H5H6)；从能量守恒角度：H1H2H3H4H5H60。(2)盖斯定律的意义例3已知：Zn(s)O2(g)=ZnO(s)H348.3kJmol12Ag(s)O2(g)=Ag2O(s)H31.0kJmol1则Zn(s)Ag2O(s)=ZnO(s)2Ag(s)的H等于。答案317.3kJmol1解析根据盖斯定律，将方程式得目标方程式，所以H348.3 kJmol1(31.0 kJmol1)317.3 kJmol1。例4已知P4(白磷，s)5O2(g)=P4O10(s)H12983.2kJmol1P(红磷，s)O2(g)=P4O10(s)H2738.5kJmol1(1)白磷转化为红磷的热化学方程式为。(2)相同状况下，能量状态较低的是；白磷的稳定性比红磷(填“高”或“低”)。答案(1)P4(白磷，s)=4P(红磷，s)H29.2kJmol1(2)红磷低解析根据盖斯定律，书写相关反应的热化学方程式有两种方法：方法1：“虚拟路径”法根据已知条件可以虚拟如下过程：根据盖斯定律HH1(H2)42 983.2 kJmol1738.5 kJmol1429.2 kJmol1，热化学方程式为P4(白磷，s)=4P(红磷，s)H29.2 kJmol1方法2：“加合”法P4(白磷，s)5O2(g)=P4O10(s)H12 983.2 kJmol1P4O10(s)=5O2(g)4P(红磷，s)H22 954 kJmol1上述两式相加得：P4(白磷，s)=4P(红磷，s)H29.2 kJmol1。思维模型根据盖斯定律书写热化学方程式(1)确定待求反应的热化学方程式。(2)找出待求热化学方程式中各物质出现在已知方程式中的位置(是同侧还是异侧)。(3)利用同侧相加、异侧相减进行处理。(4)根据未知方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知反应的化学计量数，并消去中间产物。(5)实施叠加并确定反应热的变化。1下列关于盖斯定律描述不正确的是()A化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关B盖斯定律遵守能量守恒定律C利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热D利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热答案A2已知在298K时下述反应的有关数据：C(s)O2(g)=CO(g)H1110.5kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H2393.5kJmol1，则C(s)CO2(g)=2CO(g)的H为()A283.5kJmol1B172.5kJmol1C172.5kJmol1D504kJmol1答案B解析2C(s)O2(g)=2CO(g)H3221 kJmol1CO2(g)=C(s)O2(g)H4393.5 kJmol1利用盖斯定律，可得C(s)CO2(g)=2CO(g)H221 kJmol1393.5 kJmol1172.5 kJmol1。3(2018温州市求知中学期中)在中和热测定的实验中不需要用到的仪器是()A量筒B温度计C环形玻璃搅拌棒D酒精灯答案D解析中和热测定的实验中需要温度计测定温度、环形玻璃搅拌棒搅拌使溶液混合均匀，还需要量筒量取一定量的酸、碱溶液，不需要酒精灯，故选D。4(2018温州市“十五校联合体”期中)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是()太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)=2H2(g)O2(g)H1571.6kJmol1焦炭与水反应制氢：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H2131.3kJmol1甲烷与水反应制氢：CH4(g)H2O(g)=CO(g)3H2(g)H3206.1kJmol1A反应中电能转化为化学能B反应为放热反应C反应使用催化剂，H3减小D反应CH4(g)=C(s)2H2(g)的H74.8kJmol1答案D解析太阳光催化分解水制氢，太阳能转化为化学能，故A错误；焦炭与水反应制氢H20，吸热反应，故B错误；使用催化剂，H3不变，故C错误；根据盖斯定律，得CH4(g)=C(s)2H2(g)H374.8kJmol1，故D正确。5已知：H(aq)OH(aq)=H2O(l)H157.3kJmol1，H2SO4(浓，aq)NaOH(aq)=Na2SO4(aq)H2O(l)H2mkJmol1。下列说法正确的是()A上述热化学方程式中的化学计量数表示物质的量BH1|H2|答案A解析A项，热化学方程式中的化学计量数表示物质的量，正确；B项，浓硫酸溶于水放热，故含 mol H2SO4的浓硫酸与含1 mol NaOH的溶液反应时，放出的热量大于57.3 kJ，由于H为负值，所以H1H2，B、C、D项错误。题组一中和反应的反应热及测量1下列有关中和热的说法正确的是()A中和热的热化学方程式：H(l)OH(l)=H2O(l)H57.3kJmol1B准确测量中和热的实验过程中，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，则所测中和热数值更准确答案C解析A项，H和OH不能用“l”符号，应该用“aq”，错误；B项，每次实验中需要测量NaOH溶液的温度、盐酸的温度和反应后溶液的温度，一般实验要重复操作，所以至少需要测温度6次，错误；C项，铜容易导热，使热量损失，所以测量的中和热数值偏小，正确；D项，当酸与碱中的H和OH物质的量相等时，实验过程中稍有误差就不能确定产生水的量，一般都是有一种物质稍微过量，错误。2(2018成都树德中学期中考试)下列有关H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJmol1的说法正确的是()A.代表所有的酸碱中和反应B.反应物一定是强酸与强碱C.强酸与强碱的中和反应的热化学方程式都可以这样表示D.表示稀的强酸溶液与稀的强碱溶液反应生成可溶性盐和1mol液态水时放出57.3kJ热量答案D解析弱酸与弱碱在溶液中主要以分子形式存在，由于电离吸热，生成1mol液态水时放出的热量小于57.3kJ，A项错误；该热化学方程式表示的反应不一定是强酸与强碱的反应，也可以是硫酸氢钠与氢氧化钠的反应，故B项错误；该热化学方程式不能表示强酸与强碱生成难溶盐的反应，如硫酸与氢氧化钡的反应，故C项错误；H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3kJmol1表示稀的强酸溶液与稀的强碱溶液反应生成可溶性盐和1mol液态水时放出57.3kJ热量，故D项正确。3含NaOH20.0g的稀溶液与足量的稀盐酸反应，放出28.7kJ的热量，表示该反应的热化学方程式是()ANaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H28.7kJmol1BNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H28.7kJmol1CNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.4kJmol1DNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.4kJmol1答案D解析含NaOH 20.0 g的稀溶液与足量的稀盐酸反应，放出28.7 kJ的热量，则含1 mol NaOH的稀溶液与足量稀盐酸反应，放出57.4 kJ的热量。A项，焓变的符号应为“”、数值与化学计量数不对应，错误；B项，焓变的数值与化学计量数不对应，错误；C项，焓变的符号应为“”，错误。4某同学通过实验测出稀盐酸和稀NaOH溶液(碱稍过量)反应的中和热H52.3 kJmol1，造成这一结果的原因不可能的是()A实验装置保温、隔热效果差B用量筒量取盐酸时仰视读数C分多次将NaOH溶液倒入小烧杯中D用测量盐酸的温度计直接测定NaOH溶液的温度答案B解析若装置保温、隔热效果差，会造成较多的热量损失，测得的反应热偏大，A项可能；仰视读数时，实际量取的溶液体积多于应该量取的溶液体积，会导致放出的热量变多，此种情况下测得的H57.3 kJmol1，B项不可能；C项操作会导致较多的热量损失，C项可能；D项操作会导致测得的NaOH溶液的初始温度偏高，最后计算出的反应放出的热量比实际放出的热量少，D项可能。5将V1mL1.00molL1HCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1V250mL)。下列叙述正确的是()A做该实验时环境温度为22BNaOH溶液的浓度约为1.5molL1C该实验中需要使用环形玻璃搅拌棒在水平方向轻轻转动搅拌D该实验可用相同物质的量的氢氧化钠固体投入盐酸中测定中和热答案B解析该实验开始时混合液温度是22，故A错误；恰好反应时参加反应的盐酸的体积是30mL，由V1V250mL可知，消耗的氢氧化钠溶液的体积为20mL，设恰好反应时氢氧化钠溶液中溶质的物质的量是n，HClNaOH=NaClH2O111.0molL10.03Ln则n1.0molL10.03L0.03mol，所以浓度是1.5molL1，故B正确；该实验中需要使用环形玻璃搅拌棒在上下方向轻轻转动搅拌，故C错误；该实验不可用相同物质的量的氢氧化钠固体投入盐酸中测定中和热，否则会因NaOH溶解放热，使得测定数值偏高，故D错误。题组二盖斯定律及其应用6根据Ca(OH)2/CaO体系的能量循环图：下列说法正确的是()AH50BH1H20CH3H4H5DH1H2H3H4H50答案D解析水由510的气态变为25的液态，放热，H50，H40，H50，所以H3H4H5，故C错误；根据能量守恒定律，H1H2H3H4H50，故D正确。7(2019宁波市月考)固态或气态碘分别与氢气反应的热化学方程式如下：H2(g)I2(？)2HI(g)Hl9.48kJmol1H2(g)I2(？)2HI(g)H226.48kJmol1下列判断不正确的是()A中的I2为气态，中的I2为固态B的反应物总能量比的反应物总能量低C反应的产物比反应的产物热稳定性更好D1mol固态碘升华时将吸热35.96kJ答案C解析根据反应热H生成物的总能量反应物的总能量，说明中反应物的总能量大于中反应物的总能量，由于物质在气态时的能量大于在固态时的能量，则中的I2为气态，中的I2为固态，即A、B都正确；由于两个反应的产物相同、状态相同，热稳定性也相同，即C错误；根据盖斯定律，即得I2(s)I2(g)HH2H126.48 kJmol1(9.48kJmol1)35.96kJmol1，说明1mol固态碘升华为碘蒸气需要吸收35.96kJ的热量，即D正确。8已知298K、101kPa时：2H2O(g)=O2(g)2H2(g)H1Cl2(g)H2(g)=2HCl(g)H22Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g)H3则H3与H1和H2间的关系正确的是()AH3H12H2BH3H1H2CH3H12H2DH3H1H2答案A解析应用盖斯定律，将第一个热化学方程式与第二个热化学方程式的2倍相加，即得2Cl2(g)2H2O(g)=4HCl(g)O2(g)H12H2，故H3H12H2，A项正确。9肼(N2H4)是火箭发动机的一种燃料，反应时N2O4为氧化剂，反应生成N2和水蒸气。已知：N2(g)2O2(g)=N2O4(g)H8.7kJmol1N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H534kJmol1下列表示N2H4和N2O4反应的热化学方程式，正确的是()A2N2H4(g)N2O4(g)=3N2(g)4H2O(g)H1076.7kJmol1BN2H4(g)N2O4(g)=N2(g)2H2O(g)H542.7kJmol1C2N2H4(g)N2O4(g)=3N2(g)4H2O(g)H542.7kJmol1D2N2H4(g)N2O4(g)=3N2(g)4H2O(l)答案A解析根据盖斯定律，把已知两个反应相加减，可求得反应的H。将2得2N2H4(g)N2O4(g)=3N2(g)4H2O(g)，H1 076.7 kJmol1。题组三反应热的计算10已知由氢气和氧气反应生成4.5g水蒸气时放出60.45kJ的热量，则反应2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H，H为()A483.6kJmol1B241.8kJmol1C120.6kJmol1D241.8kJmol1答案A解析已知生成4.5 g水蒸气时放热60.45 kJ，设反应生成2 mol H2O(g)时放热Q，依据比例关系，解得Q483.6 kJ，故H483.6 kJmol1。11通常人们把拆开1mol某化学键所消耗的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热。化学键SiOSiClHHHClSiSiSiC键能/kJmol1460360436431176347工业上高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)2H2(g)Si(s)4HCl(g)，该反应的H为()A236kJmol1B236kJmol1C412kJmol1D412kJmol1答案A解析反应热反应物的键能之和生成物的键能之和，即H360 kJmol14436 kJmol12176 kJmol12431 kJmol14236 kJmol1。12(2018长沙一中月考)已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6kJmol1，CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890kJmol1。现有H2与CH4的混合气体112L(标准状况下)，使其完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，若实验测得反应放热3845.8kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是()A11B13C14D23答案C解析设混合气体中含有x mol H2，则CH4的物质的量为(5x) mol，则285.8x890(5x)3 845.8，得x1，C项正确。13把煤作为燃料可通过下列两种途径：途径：C(s)O2(g)=CO2(g)H10途径：先制水煤气：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H20再燃烧水煤气：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H302H2(g)O2(g)=2H2O(g)H40请回答下列问题：(1)判断两种途径放热：途径放出的热量(填“大于”“等于”或“小于”)途径放出的热量。(2)H1、H2、H3、H4的数学关系是。(3)由于制取水煤气的反应里，反应物具有的总能量(填“大于”“等于”或“小于”)生成物具有的总能量，那么在发生化学反应时，反应物就需要能量才能转化为生成物，因此其反应条件为。答案(1)等于(2)H1H2(H3H4)(3)小于吸收加热解析(1)根据盖斯定律可知，反应热只与始态和终态有关，而与反应的途径无关，通过观察可知途径和途径是等效的，途径和途径等量的煤燃烧消耗的氧气相等，两途径最终生成物只有二氧化碳，所以途径放出的热量等于途径放出的热量。(2)途径：C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H20再燃烧水煤气：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H302H2(g)O2 (g)=2H2O(g)H40由盖斯定律可知，2得2C(s)2O2 (g)=2CO2(g)H2H2H3H4，所以H1H(2H2H3H4)H2(H3H4)。(3)制水煤气C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H20，该反应是吸热反应，反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量，反应条件是加热。14.实验室利用如图装置进行中和热的测定。回答下列问题：(1)为准确测定实验数据，起始时盐酸与烧碱溶液温度相同，而终止温度与起始温度之差(t1t2)分别为2.3、2.4、2.9，则最终代入计算式的温度差的平均值为。(2)在操作正确的前提下提高中和热测定的准确性的关键是。(3)如果用0.50molL1的盐酸和氢氧化钠固体进行实验，则实验中所测出的“中和热”的热值将(填“偏大”“偏小”或“不变”)。答案(1)2.35(2)提高装置的保温效果(3)偏大解析(1)所测温度2