反应热的测量和计算.ppt

一 反应热和焓变 1 反应热 2 焓变 在恒温 恒压的条件下 化学反应过程中所吸收或释放的热量称为反应的焓变 H kJ mol 在化学反应过程中 当反应物和生成物具有吸收或放出的热量 放热反应 吸热反应 H 0或 H为 H 0或 H为 放热 H 0 H 生成物总能量 反应物总能量 吸热 H 0 一 反应热和焓变 1 反应热 2 焓变 在恒温 恒压的条件下 化学反应过程中所吸收或释放的热量称为反应的焓变 符号 H 单位 kJ mol 规定 当 H为 H 0 时 为放热反应 当 H为 H 0 时 为吸热反应 在化学反应过程中 当反应物和生成物具有相同温度时 所吸收或放出的热量 H 436kJ mol 243kJ mol 431kJ mol 2 183kJ mol 化学键断裂时吸收总能量 化学键形成时放出总能量 679kJ 862kJ 反应物分子断键时吸收的能量 反应物分子断键时吸收的能量 生成物分子成键时释放的能量 生成物分子成键时释放的能量 放热反应 吸热反应 从键能角度看 H 反应物总键能 生成物总键能 热化学方程式与化学方程式的差别 1 H只用在热化学方程式中 并写在右边 4 热化学方程式中的化学计量数可以是整数 也可以是分数 它表示的是物质的量 2 热化学方程式中必须注明物质的聚集状态气态 g 液态 l 固态 s 溶液 aq 3 书写热化学方程式时应注明反应的温度和压强 如果不注明温度和压强 则表示是在250C 101KPa条件下的反应热 5 H与参加反应的物质的物质的量有关 同一化学反应中 热化学方程式中物质的化学计量数不同 H也不同 化学计量数加倍 H也要加倍 选修化学反应原理 专题一化学反应与能量变化 第一单元化学反应中的热效应 反应热的测量与计算 问题讨论 前面我们已经学习了热化学方程式的有关知识 在热化学方程式中提供了反应热的数据 那么 这些数据是通过什么途径获得的呢 1 实验直接测定2 计算获得根据公式 H E反应物总键能 E生成物总键能计算 活动与探究 在稀溶液中 酸跟碱发生中和反应而生成1molH20 这时的反应热叫做中和热 思考 molH2SO4与2molNaOH完全反应放出114 6KJ的热量 此反应的中和热为114 6KJ mol 对吗 答 不对 不是生成1mol水 中和热是57 3KJ mol 活动与探究 1 请大家观察简易量热计的构造 分析一下 量热计直接测定的数据是什么 是焓变的数值吗 是体系 溶液 温度的变化 2 根据体系温度变化可以求得什么物理量 可以求得反应吸收或放出的热量 Q mc t Q 中和反应放出的热量 m 反应混合液的质量 c 反应混合液的比热容 t 反应前后溶液温度的差值 活动与探究 3 酸 碱反应时 我们用的是它的稀溶液 它们的质量应怎样得到 量出它们的体积 再乘以它们的密度即可 Q V酸 酸 V碱 碱 c t2 t1 Q mc t 已知V酸 V碱 50mL c酸 c碱 0 50mol L 酸 碱 1g cm3c 4 18J g 请把以上数据代入式 得出Q的表示式 Q 0 418 t2 t1 kJ 本实验中 我们所用一元酸 一元碱的体积均为50mL 它们的浓度均为0 50mol L 由于是稀溶液 且为了计算简便 我们近似地认为 所用酸 碱溶液的密度均为1g cm3 且中和后所得溶液的比热容为4 18J g 4 式表示的是中和热吗 为什么 活动与探究 24 50 22 00 25 00 25 00 22 40 25 20 26 50 25 60 28 45 24 75 22 20 25 10 1 75 3 40 3 35 强酸 强碱反应 H aq OH aq H2O l H 56 43kJ moL 活动与探究 请算出中和热 H 思考 如果用同样的方法测定氢氧化钾溶液与盐酸反应 氢氧化钠溶液与硝酸反应的中和热 请预测其中和热是否相同 答 相同 反应的实质 强酸 强碱反应 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ moL 讨论 要想提高中和热测定的准确性 实验时应注意什么 1 应注意实验过程中的隔热保温效果 2 用0 1分刻度的温度计 读数时要估读到小数点后第二位 3 盐酸与氢氧化钠溶液浓度的配置准确 且浓度不宜过大 氢氧化钠溶液浓度要稍大于盐酸的浓度 或者盐酸的浓度要稍大于氢氧化钠溶液浓度 4 操作动作要迅速 讨论下列问题 2 本实验中若把50mL0 50mol L的盐酸改为50mL0 50mol L醋酸 所测结果是否会有所变化 为什么 答案 会有所变化 因为醋酸为弱电解质 其电离时要吸热 故将使测得数值偏小 1 若改用100mL0 50mol L的盐酸和100mL0 55mol L的NaOH溶液 所测中和热的数值是否约为本实验结果的二倍 假定各步操作没有失误 答案 否 因中和热是指酸与碱发生中和反应生成1molH2O时放出的热量 其数值与反应物的量的多少无关 故所测结果应基本和本次实验结果相同 若所有操作都准确无误 且无热量损失 则二者结果相同 3 温度计上的酸为何要用水冲洗干净 冲洗后的溶液能否倒入小烧杯 为什么 因为该温度计还要用来测碱液的温度 若不冲洗 温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散失 故要冲洗干净 冲洗后的溶液不能倒入小烧杯 若倒入 会使总溶液的质量增加 而导致实验结果误差 4 实验中所用HCl和NaOH的物质的量比为1 1 但在实际操作过程中往往会取0 55mol L的NaOH 你知道为什么吗 HCl过量行吗 为了保证0 50mol L的盐酸完全被NaOH中和 采用0 55mol LNaOH溶液 使碱稍稍过量 若使盐酸过量 亦可 课堂练习 50mL0 50mol L盐酸与50mL0 55mol LNaOH溶液在如右图所示的装置中进行中和反应 通过测反应过程中所放出来的热量可计算中和热 回答下列问题 1 从实验装置上看 图中缺少的一种玻璃用品是 2 烧杯间填满碎纸条的作用是 3 大烧杯上如不盖硬纸板 求得的中和热数值 填 偏大 偏小 或 无影响 4 实验中改用60mL0 50mol L盐酸跟50mL0 55mol LNaOH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 5 用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验 测得的中和热的数值会 用50mL0 50mol LNaOH溶液进行上述实验 测得的中和热的数值会 均填 偏大 偏小 或 无影响 环形玻璃搅拌棒 防止热量损失 偏小 不相等 偏小 偏小 问题讨论 是不是任一反应的反应热均能直接测出 如何测出这个反应的反应热 C s 1 2O2 g CO g H1 CO g 1 2O2 g CO2 g H2 283 0kJ mol C s O2 g CO2 g H3 393 5kJ mol C s 1 2O2 g CO g H1 CO g 1 2O2 g CO2 g H2 283 0kJ mol C s O2 g CO2 g H3 393 5kJ mol H1 H2 H3 H1 H3 H2 393 5kJ mol 283 0kJ mol 110 5kJ mol 盖斯定律 不管化学反应是一步完成或分几步完成 其反应热是相同的 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 如何理解盖斯定律 H H1 H2之间有何关系 H H1 H2 B H 2 计算 1 若一个反应的焓变 H akJ mol 1 则其逆反应的焓变 H akJ mol 1 2 若一个化学反应方程式可由另外几个反应的化学方程式相加减而得到 则该反应的焓变亦可以由这几个反应的焓变相加减而得到 1 已知 C 石墨 s O2 g CO2 g H1 393 5kJ mol C 金刚石 s O2 g CO2 g H2 395 0kJ mol写出石墨变成金刚石的热化学方程式 25 101kPa时 解 得 C 石墨 s C 金刚石 s H 1 5kJ mol 课堂练习 2 某次发射火箭 用N2H4 肼 在NO2中燃烧 生成N2 液态H2O 已知 N2 g 2O2 g 2NO2 g H1 67 2kJ molN2H4 g O2 g N2 g 2H2O l H2 534kJ mol假如都在相同状态下 请写出发射火箭反应的热化学方程式 2N2H4 g 2NO2 g 3N2 g 4H2O l H 1135 2kJ mol 1 已知胆矾溶于水时溶液温度降低 胆矾分解的热化学方程式为 CuSO4 5H2O s CuSO4 s 5H2O l H Q1kJ mol室温下 若将1mol无水硫酸铜溶解为溶液时放热Q2kJ 则 A Q1 Q2B Q1 Q2C Q1 Q2D 无法确定 A 盖斯定律的灵活应用 课堂练习 写出下列热化学方程式 1 在101kPa时 1molC完全燃烧放出393 5kJ的热量 2 0 5molCH4 g 完全燃烧生成CO2 g 和H2O l 时 放出445kJ热量 3 0 50mol L 50mL盐酸与0 50mol L 50mLNaOH溶液完全反应放出1 4325kJ的热量 4 0 50mol L 50mL盐酸与0 50mol L 50mLKOH溶液完全反应放出1 4325kJ的热量 1 中和反应反应热的实验测定 1 实验药品 50mL 0 50mol L的盐酸和50mL 0 50mol L氢氧化钠溶液 一 反应热的测量 2 实验仪器 简易量热计量筒 50mL 两个 实验原理 H 4 实验步骤 a 药品取用 用一个量筒最取50mL0 50mol L盐酸 倒入小烧杯中 并用温度计测量盐酸的温度 记入下表 然后把温度计上的酸用水冲洗干净 用另一个量筒量取50mL0 50mol LNaOH溶液 并用温度计测量NaOH溶液的温度 记入下表 b 酸碱混合 把量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计 注意不要洒到外面 立即盖上盖板 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 记为终止温度 记入下表 c 数据处理 d 重复以上实验两次 次数 1 2 3 起始温度t c 终止温度 温度差 t c t c 盐酸 氢氧化钠 平均值 24 5 25 0 22 0 22 4 25 0 25 4 24 75 22 2 25 2 26 5 25 4 28 2 1 75 3 2 3 0 理论上 强酸 强碱稀溶液反应 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ moL 议一议 为何所测得的数据不是57 3kJ mol 分析产生误差的原因 误差分析 可能的原因有 1 量取溶液的体积有误差2 温度计的读数有误 3 测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温度 致使热量损失而引起误差 4 实验过程中有液体洒在外面 5 混合酸 碱溶液时 动作缓慢 导致实验误差 6 隔热操作不到位 致使实验过程中热量损失而导致误差 问题探究 1 简易量热计中 为何要使两杯口相平 填碎纸条的作用是什么 减少热量损失 2 酸 碱混合时 为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入 问题探究 减少热量损失 3 实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒 为什么 不能 因为铜丝易导热 使热量损失较大 4 有人建议用50mL0 55mol LNaOH进行上述实验 测得的中和热数值会更加准确 为什么 可以保证盐酸完全反应 使测得的热量更加准确 问题探究 5 判断下列实验操作对中和反应反应热测定的数值有如何影响 填变大变小或者不变 大烧杯上没有盖硬纸板 实验中改用60mL0 50mol L盐酸跟50mL0 55mol LNaOH溶液进行实验 变小 不变 盖斯定律 不管化学反应是一步完成或分几步完成 其反应热是相同的 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 盖斯定律直观化 H H1 H2 例1 已知 CO g 1 2O2 g CO2 g H1 283 0kJ mol H2 g 1 2O2 g H2O l H2 285 8kJ mol C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H3 1370kJ mol试计算 2CO g 4H2 g H2O l C2H5OH l 的 H 2 4 所以 H H1 2 H2 4 H3 283 2 2 285 8 4 1370 339 2kJ mol 练习课本P8问题解决 你知道神七的火箭燃料是什么吗 例2 发射火箭时 用N2H4 肼 在NO2中燃烧 生成N2 液态H2O 已知 N2 g 2O2 g 2NO2 g H1 67 2kJ molN2H4 g O2 g N2 g 2H2O l H2 534kJ mol若都在相同状态下 请写出发射火箭反应的热化学方程式 2N2H4 g 2NO2 g 3N2 g 4H2O l H 1135 2kJ mol 练1 同素异形体相互转化但反应热相当小而且转化速率慢 有时还很不完全 测定反应热很困难 现在可根据盖斯提出的观点 不管化学反应是一步完成或分几步完成 这个总过程的热效应是相同的 已知 P4 s 白磷 5O2 g P4O10 s 2983 2kJ mol P s 红磷 5 4O2 g 1 4P4O10 s 738 5kJ mol 试写出白磷转化为红磷的热化学方程式 D 能源的充分利用 1 你所了解的传统能源有哪些 新能源又有哪些 2 能源又可以分为一次能源和二次能源 一次能源是指直接取自自然界 没有加工转换的各种能量和资源 二次能源是指由一次能源经过加工转换后得到的能源 根据这种分类法 请将上面提到的能源重新分类 思考 在许多场合将煤块直接燃烧 这种燃烧方式存在什么缺陷 采用这种方式燃烧煤 煤与空气的接触面积不够 内部煤的燃烧效率偏低 浪费了能源 另外 直接燃烧煤会使其中的硫转化为二氧化硫 引起大气的污染 有哪些可以提高煤的燃烧效率的方法吗 目前常用的方法主要有三种 1 将煤制成蜂窝状 以增加与空气的接触面积 2 通过一定的方法将煤转化为液体燃料 如甲醇 3 通过一定的方法将煤转化为气体燃料 如煤气 完成第9页的 交流与讨论 提出你的观点 虽然将煤转化为水煤气再燃烧与直接燃烧煤所获得的能量是一样的 而且将煤转化为水煤气会增加消耗 但将煤转化为水煤气至少有两个优点 一是将固体煤转化为气体 极大地提高了燃烧效率 二是通过转化除去了硫 避免了SO2气体的产生 除了将煤制成蜂窝状外 日常生活中还常采用如下措施节能 1 在农村燃烧秸秆时 常使用鼓风机 或风箱 通过鼓入足量的空气 使秸秆充分燃烧 2 在使用煤气或天然气作燃料时 常通过调节煤气的进风口 通入足量的空气 保证气体的充分燃烧 思考 如果在燃料燃烧时通入过量的空气 对充分利用能源有没有影响 通入过量的空气 会导致空气带走过多的热量 使燃料的利用效率下降 在生产和生活中 还需要充分利用燃料燃烧所放出的热量 例如 火力发电厂会产生大量的余热 电厂的附近常建有一些其他工厂 如水泥厂 用电厂的余热进行生产 标准燃烧热 定义 在101kPa时 lmol物质完全燃烧的反应热 衡量燃料燃烧放出热量大小的物理量 热值 定义 在101kPa时 lg物质完全燃烧的反应热 所以 不同量的同一物质完全燃烧 放出的热量可能不同 但标准燃烧热是一定的 小结 标准燃烧热和中和热的区别与联系 1mol反应物完全燃烧时放出的热量 不同反应物 标准燃烧热不同 生成1mol水时放出的热量 强酸与强碱的中和热都约为57 3kJ mol 放热反应 H 0 单位 kJ mol 1mol可燃物 生成1mol水 概念辨析 1 下列各组物质的标准燃烧热相等的是 A 碳和一氧化碳B 1mol碳和2mol碳C 1mol乙炔和2mol碳D 淀粉和纤维素 B 285 8kJ mol 297kJ mol 1 S s O2 g SO2 g H 297kJ mol 1 有关标准燃烧热的计算 例 10g硫磺在氧气中完全燃烧生成气态SO2 放出的热量能使500gH2O温度由18 升至62 4 则硫磺的标准燃烧热为 热化学方程式为 已知每克水温度每升高1 所需热量为4 18J 由于传统能源逐渐枯竭 因此 开发新能源显得十分重要 氢能是一种重要的新能源 请讨论下列问题 1 根据第9页表1 3计算H2 CH4及C2H2的热值2 讨论H2作为能源有何优点 目前在利用氢能方面主要存在什么问题 H2 CH4及C2H2的热值分别为142 9kJ g 1 55 6kJ g 1 50kJ g 1 说明H2作为能源具有热值高的特点 另外 用H2作为能源还具有无污染的特点 目前在应用氢能方面最重要的问题是H2的制取 求混合物的组成 在一定条件下 氢气和丙烷燃烧的化学方程式为 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ molC3H8 g 5O2 g 3CO2 g 4H2O l H 2220kJ mol5mol氢气和丙烷的混合气完全燃烧时放热3847kJ则氢气和甲烷的体积比为 A 1 3 B 3 1 C 1 4 D 1 1 B 练习1 按照盖斯定律 结合下述反应方程式 回答问题 已知 1 NH3 g HCl g NH4Cl s H1 176kJ mol 2 NH3 g H2O l NH3 H2O aq H2 35 1kJ mol 3 HCl g H2O l HCl aq H3 72 3kJ mol 4 NH3 aq HCl aq NH4Cl aq H4 52 3kJ mol 5 NH4Cl s 2H2O l NH4Cl aq H5 则第 5 个方程式中的反应热 H是 根据盖斯定律和上述反应方程式得 4 3 2 1 5 即 H5 16 3kJ mol 50ml0 50mol L 1盐酸与50mL0 55mol L 1NaOH溶液在如下图所示的装置中进行中和反应 通过测定反应过程中放出的热量可计算中和热