高中化学 第1章 化学反应与能量转化 第1节 化学反应的热效应学案 鲁科版选修4.doc

第1节化学反应的热效应第1课时化学反应的反应热与焓变1了解化学反应中能量的常见转化形式。2了解反应热、焓、焓变的概念及其表示方法，了解焓变与反应热、物质能量间的关系。(重点)3了解定量测定反应热的基本原理和方法。化 学 反 应 的 反 应 热教材整理1反应热1定义当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量。2表示符号用q表示3单位kjmol1或jmol1。教材整理2反应热的测定1仪器量热计2原理qc(t2t1)，其中c表示溶液及量热计的热容，t1、t2分别表示反应前和反应后体系的温度。见课本p3的活动探究测定中和反应的反应热问题思考：(1)快速将烧杯中的碱液倒入量热计中，盖好杯盖，匀速搅拌，目的是什么？【提示】使碱液与酸充分反应，减少热量损失。(2)用同样的方法分别测定koh溶液与盐酸反应、naoh溶液与硝酸反应的反应热，所测得的上述三个中和反应的反应热相同吗？为什么？【提示】相同。原因：参加反应的物质都是强酸、强碱，它们在水中是完全电离的，强酸、强碱的中和反应的离子方程式为hoh=h2o。当参加反应的n(h)和n(oh)相同时，又都在室温下进行，所以反应热也相同。(3)做中和反应反应热的测定实验时，可用醋酸与naoh溶液反应吗(已知：醋酸电离吸收能量)?【提示】不能。因为醋酸是弱酸，醋酸电离出h时吸收热量，所测中和反应反应热大于强酸与强碱中和反应的反应热。(4)若用50 ml 1.1 mol/l naoh溶液进行课本p3的实验，所测的反应热数值会更加准确，为什么？【提示】有利于盐酸全部参加反应。 1反应热(1)反应热描述的是化学反应前后的热量变化，任何化学反应都有反应热。(2)常见的放热反应：燃烧反应；中和反应；物质的缓慢氧化反应；活泼金属与水或酸的反应；大多数化合反应；大多数置换反应。(3)常见的吸热反应：多数分解反应；以h2、co、c等为还原剂的氧化还原反应；氯化铵固体与氢氧化钡晶体等固态铵盐与碱的反应；高温下进行的反应。2测定中和反应的反应热注意事项(1)简易量热计，其保温隔热的效果一定要好。(2)反应物浓度宜小不宜大。(3)碱液要稍过量，以确保盐酸完全反应。(4)反应物混合均匀后，测定混合液的最高温度。(5)实验操作动作要迅速，以尽量减少热量损失。(6)要使用同一支温度计分别先后测量酸、碱及混合液的温度；测量时温度计的水银球部分要完全浸入溶液中，且稳定一段时间后再记下读数；温度计测定一种溶液后要用蒸馏水冲洗干净并用滤纸擦干备用。题组1反应热1下列说法正确的是()物质发生反应时放出的热量来源于对反应的加热化学反应除了生成新物质外，还发生能量变化化学反应过程中放出或吸收的热量，都是物质本身所具有的能量变化的表现化学反应总是放出热量反应热通常用q表示，反应放热时，q为负值；反应吸热时，q为正值abc d【解析】化学反应遵循两个守恒：质量守恒和能量守恒。化学反应的热效应与反应物总能量和生成物总能量的相对大小相关。【答案】c2下列说法不正确的是() a需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应b任何放热反应在常温条件下一定能发生c反应物所具有的总能量和生成物所具有的总能量的相对大小决定了反应是放热反应还是吸热反应d某些吸热反应在常温条件下也能发生【解析】反应开始时需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应；化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，反应是放热还是吸热主要取决于反应物和反应产物所具有的总能量的相对大小；nh4cl和ba(oh)2晶体在常温下就能进行。【答案】b3下列变化中属于吸热反应的是()液态水汽化将胆矾加热变为白色粉末浓硫酸稀释碳酸钙高温分解生石灰跟水反应生成熟石灰co2c2coa bc d【解析】液态水汽化是物质状态的变化，不是化学反应，错误；为物质的分解反应，属于吸热反应；是以c为还原剂的氧化还原反应，也属于吸热反应。【答案】d题组2反应热的测定4量热计直接测出的是()a质量的变化 b能量的变化c温度的变化 d电流的变化【解析】量热计是通过测出中和反应反应前后的温度差，再利用公式计算得到中和反应的反应热。【答案】c5对于酸碱中和反应热的测定实验，下列操作不正确的是() a内筒和外筒的上口不需要密封b酸碱混合时应迅速c用搅拌器不断搅拌，使反应充分d取用酸、碱溶液时，不能用同一个量筒(或烧杯)【解析】因为要测反应后的温度，所以装置必须密封，酸碱迅速混合可避免热量散失。【答案】a6在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1 mol h2o时的反应热称为中和热。50 ml 0.50 moll1的盐酸与50 ml 0.55 moll1naoh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可计算中和热，回答下列问题：(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃仪器是_。(2)烧杯间填满碎纸条的作用是_。(3)若大烧杯上不盖硬纸板，求得中和热数值_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(4)实验中改用60 ml 0.50 moll1盐酸跟50 ml 0.55 moll1naoh溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量_(填“相等”或“不相等”)，所求中和热_(填“相等”或“不相等”)，简述理由_。【解析】本实验关键是要尽量避免热量的散失，保温烧杯间填满碎纸条的作用是防止热量散失，为使酸碱充分混合反应，应使用搅拌器。烧杯不盖纸板，会使热量散失，测得中和热数值偏小。实验改用60 ml盐酸，会使产生的h2o增多，反应放出热量变大，但中和热不变。【答案】(1)环形玻璃搅拌棒(2)减少热量的损失(3)偏小(4)不相等相等因为中和热指酸、碱中和反应生成1 mol h2o所放出的热量，与酸和碱的用量无关化 学 反 应 的 焓 变1焓：用来描述物质所具有的能量的物理量，符号：h。2反应焓变(1)表达式：hh(反应产物)h(反应物)。(2)单位：jmol1或kjmol1。(3)与反应能量变化的关系：h0，反应吸收能量；h0，反应释放能量。(4)与反应热的关系：等压条件下，当反应中物质的能量变化全部转化为热能时，焓变与该化学反应的反应热相等，数学表达式为hqp。焓是状态函数，具有能量的单位，但没有确切的物理意义，体系的焓的绝对值目前还无法知道。焓的改变可用来描述化学反应的反应热，在等压条件下，焓变与该化学反应的反应热相等，因此焓变是可以测知的。问题思考：(1)物质的聚集状态不同，焓值相同吗？【提示】不同。物质聚集的状态不同，所具有的能量也不同，“焓”也不同，一般来说气态液态固态。(2)化学反应中焓变可以为零吗，为什么？【提示】焓变即反应产物的焓与反应物的焓的差值。两种不同的物质，所具有的能量不可能完全相同，即反应产物的焓与反应物的焓不可能完全相等，所以由反应物转化为反应产物时，一定会有能量的变化，即焓变不为零。(3)“反应热等于焓变”这一说法正确吗？【提示】不正确，化学反应的反应热等于反应的焓变在特定条件下才成立，其条件是：等压。焓变与化学键、物质能量之间的关系1微观角度：化学键与焓变吸收能量e1反应物反应产物放出能量e2e1e2反应吸收能量h0e1e2反应放出能量h02宏观角度：物质能量变化与焓变放热反应吸热反应关系反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量表示方法h0h0图示3.焓变的计算微观：he(反应物)e(反应产物)宏观：hh(反应产物)h(反应物)题组1焓变与化学反应中的能量变化1下列说法正确的是()a焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化b当反应放热时h0，反应吸热时hq3bq1q22q3cq1q2q3 dq1q22q3【解析】由于氢气在氯气中燃烧是放热反应，则q0，qq1q22q3，则q1q22q30，即q1q22q3，d项正确。【答案】d5看图并回答下列问题：(1)图中a，b，c分别代表什么意义？a_；b_；c_。(2)该反应是_反应(填“吸热”或“放热”)，h_0(填“”或“”)。【解析】断开化学键时需要吸收能量，形成化学键时需要放出能量，由图示可看出，a表示断开1 mol氢气中的化学键和0.5 mol氧气中的化学键所吸收的能量，c表示形成2 mol oh键时放出的能量，而b是两者能量的差值，故b表示1 mol氢气和0.5 mol氧气生成1 mol气态水放出的能量；由于断键吸收的能量小于成键放出的能量，故该反应过程中放出热量，该反应是放热反应，h0。【答案】(1)a.断开1 mol氢气中的化学键和0.5 mol氧气中的化学键所吸收的能量b1 mol氢气和0.5 mol氧气生成1 mol气态水放出的能量c形成2 mol oh键放出的能量(2)放热第2课时热化学方程式反应焓变的计算1掌握热化学方程式的书写。(重点)2理解盖斯定律的内容。3能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。(难点)热 化 学 方 程 式1概念：把一个化学反应中的物质的变化和反应的焓变同时表示出来的化学方程式。2意义(1)表示化学反应中的物质变化；(2)表示化学反应中的焓变。3实例：298 k时，1 mol h2(g)和0.5 mol o2(g)反应生成1 mol h2o(l)放热285.8 kj，此反应的热化学方程式可表示为h2(g)o2(g)=h2o(l)h(298 k)285.8 kjmol1。热化学方程式与一般化学方程式相比，有哪些不同？【提示】(1)热化学方程式不但表达了物质变化，还表达了能量变化。(2)热化学方程式在普通化学方程式基础上，标注出各物质的状态，在后面用h表示能量变化。书写热化学方程式时注意的问题1h只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边，并用“空格”隔开。若为放热反应，h为“”；若为吸热反应，h为“”。h的单位一般为kjmol1。2注意反应热h与测定条件(温度、压强等)有关，因此书写热化学方程式时应注明h的测定条件。绝大多数h是在25 、101 325 pa下测定的，此时可不注明温度和压强。3注意热化学方程式中各物质化学式前面的系数仅表示该物质的物质的量，并不表示物质的分子或原子数，因此各物质的系数可以是整数，也可以是分数。4注意反应物和产物的聚集状态不同，反应热数值以及符号都可能不同，因此，必须注明物质的聚集状态(“s”“l”或“g”)才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不用“”和“”。5注意热化学方程式不是表示反应已完成的数量。由于h与反应完成物质的量有关，所以方程式中化学式前面的系数必须与h相对应。如果系数加倍，则h也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。特别提醒：同素异形体在反应中除标注状态外，还要注明名称，如c(s，石墨)。题组1热化学方程式的意义1下列对h2(g)cl2(g)=2hcl(g)h(298 k)184.6 kjmol1的叙述正确的是 ()a1分子h2和cl2反应，放出热量184.6 kjb1 mol h2(g)和1 mol cl2(g)完全反应生成2 mol hcl(g)，放出的热量为184.6 kjc在101 kpa、298 k的条件下，1 mol h2(g)和1 mol cl2(g)完全反应生成2 mol hcl(g)，放出的热量为184.6 kjd在101 kpa、298 k的条件下，1 mol h2(g)和1 mol cl2(g)完全反应生成2 mol hcl(g)，吸收的热量为184.6 kj【解析】热化学方程式中h的值与具体化学反应相对应，在反应中各物质前的化学系数不再表示粒子数目，只表示各物质的物质的量，所以a错误；在描述反应时应说明外界条件，而b中没有说明温度和压强，b错误；h196.64 kj【解析】注意此反应虽为可逆反应，但热化学方程式给出的数据是其完全反应时的数据。2 mol so2和1 mol o2充分反应，由于反应进行不彻底，最终放出的热量必小于196.64 kj。此类可逆反应的热化学方程式书写时也可以直接用“=”号。【答案】c题组2热化学方程式的书写4下列热化学方程式书写正确的是 ()a2so2o22so3h196.6 kjmol1b4h2(g)2o2(g)=4h2o(l)h1 143.2 kjmol1cc(s)o2(g)=co2(g)h393.5 kjdc(s)o2(g)=co2(g)h393.5 kjmol1【解析】a中未注明各物质的聚集状态，c、d中h的符号错误，放热反应的h0，且c中h的单位错误。【答案】b5已知在1105 pa、298 k条件下，2 mol氢气完全燃烧生成水蒸气放出484 kj热量，下列热化学方程式正确的是 () ah2o(g)=h2(g)o2(g)h242 kjmol1b2h2(g)o2(g)=2h2o(l)h484 kjmol1ch2(g)o2(g)=h2o(g)h242 kjmol1d2h2(g)o2(g)=2h2o(g)h484 kjmol1【解析】热化学方程式的书写要求与普通化学方程式的区别有三：一定要标明各物质的聚集状态；物质的系数可用分数表示其实际物质的量，且与热量成正比；用h表示时，吸热，其值为正；放热，其值为负。【答案】a6写出298 k时，下列反应的热化学方程式：(1)1 mol hgo(s)分解为液态汞和氧气，吸热90.7 kj。_(2)16 g固体硫完全燃烧时放出148.4 kj的热量。_(3)2.00 g c2h2气体完全燃烧生成液态水和co2，放出99.6 kj的热量。_(4)甲醇合成反应及其能量变化如图所示，合成甲醇的热化学方程式为_。图【解析】(2)16 g固体硫完全燃烧时放出148.4 kj的热量，故其热化学方程式可写为s(s)o2(g)=so2(g)h148.4 kjmol1或s(s)o2(g)=so2(g)h296.8 kjmol1。(3)1 mol c2h2燃烧生成液态水和co2放热：26 g1 294.8 kj，热化学方程式为c2h2(g)o2(g)=2co2(g)h2o(l)h1 294.8 kjmol1。(4)生成物的能量比反应物的能量低，反应是放热反应，h为负值。【答案】(1)2hgo(s)=2hg(l)o2(g)h181.4 kjmol1或hgo(s)hg(l)o2(g)h90.7 kjmol1(2)s(s)o2(g)=so2(g)h148.4 kjmol1(3)c2h2(g)o2(g)=2co2(g)h2o(l)h1 294.8 kjmol1(4)co(g)2h2(g)=ch3oh(g)h(ab) kjmol1反 应 焓 变 的 计 算1概念对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样的。2解读(1)反应热效应只与始态、终态有关，与过程无关。(2)反应热总值一定。如图表示始态到终态的反应热，则hh1h2h3h4h5。3利用盖斯定律计算焓变若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。盖斯：瑞士化学家，一生致力于化学热效应的测定工作，于1836年发现在任何一个化学反应过程中，不论该反应过程是一步完成还是分几步完成，反应所放出的总热量相同，并于1840年以热的加和性守恒定律(盖斯定律)公诸于世。问题思考：(1)为什么焓变与化学反应过程无关？【提示】化学反应遵循质量守恒和能量守恒。在指定的状态下各种物质的焓变数值都是确定且唯一的，因此，不论反应一步完成还是分步完成，最初的反应物和最终的反应产物都是一样的，因此焓变与反应途径无关。(2)已知：c(s)o2(g)=co2(g)h1393.5 kjmol1co(g)o2(g)=co2(g)h2283.0 kjmol1怎样利用盖斯定律求c(s)o2(g)=co(g)的h?【提示】(1)“虚拟路径”法根据盖斯定律知h1hh2hh1h2393.5 kjmol1283.0 kjmol1110.5 kjmol1(2)“加和”法变形为co2(g)=co(g)o2(g)h283.0 kjmol1，和相加得c(s)o2(g)co2(g)=co2(g)co(g)o2(g)h110.5 kjmol1，即c(s)o2(g)=co(g)h110.5 kjmol1利用盖斯定律计算焓变的方法1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：由a直接变成d，反应热为h；由a经过b变成c，再由c变成d，每步的反应热分别为h1、h2、h3。如图所示：h则有：hh1h2h32加和法(1)方法将所给热化学方程式适当加减得到所求的热化学方程式，反应热也作相应的变化。(2)应用加和法计算反应热时应注意：热化学方程式如何相加(或相减)，则反应热就相应地相加(或相减)；反应热数值与各物质的系数成正比：系数乘以(或除以)某个数，则反应热就相应地乘以(或除以)这个数；可逆反应中，热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热；正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。题组1应用盖斯定律计算焓变1已知：2zn(s)o2(g)=2zno(s)h701.0 kjmol12hg(l)o2(g)=2hgo(s)h181.6 kjmol1则反应zn(s)hgo(s)=zno(s)hg(l)的h为()a519.4 kjmol1b259.7 kjmol1c259.7 kjmol1 d519.4 kjmol1【解析】给两个反应标号2zn(s)o2(g)=2zno(s)h701.0 kjmol12hg(l)o2(g)=2hgo(s)h181.6 kjmol1则所求反应可表示为()1/2；则其h1/2259.7 kjmol1。【答案】c2已知下列反应的热化学方程式为：c(s)o2(g)=co2(g)h1393.5 kjmol1ch3cooh(l)2o2(g)=2co2(g)2h2o(l)h2870.3 kjmol1h2(g)o2(g)=h2o(l)h3285.8 kjmol1则反应2c(s)2h2(g)o2(g)=ch3cooh(l)的反应热(焓变)为() a488.3 kjmol1 b488.3 kjmol1c244.15 kjmol1 d244.15 kjmol1【解析】 将22即得到待求的热化学方程式，故h(393.5 kjmol1)2(285.8 kjmol1)2(870.3 kjmol1)488.3 kjmol1。【答案】b3feso4可转化为feco3，feco3在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。已知25 、101 kpa时：4fe(s)3o2(g)=2fe2o3(s)h1 648 kj/molc(s)o2(g)=co2(g)h393 kj/mol2fe(s)2c(s)3o2(g)=2feco3(s)h1 480 kj/molfeco3在空气中加热反应生成fe2o3的热化学方程式是_。【解析】给已知热化学方程式编号4fe(s)3o2(g)=2fe2o3(s)h1 648 kj/mol，c(s)o2(g)=co2(g)h393 kj/mol，2fe(s)2c(s)3o2(g)=2feco3(s)h1 480 kj/mol，根据盖斯定律