《化学反应中的热效应第二课时》导学案3 (3)

化学反应中的热效应第二课时化学反应中的热效应第二课时 学案学案 知能定位知能定位 1 初步学习测定化学反应的反应热的实验方法 能正确分析误差产生的原因 并能采 取适当措施减小误差 2 知道盖斯定律的内容 能运用盖斯定律计算化学反应的反应热 3 了解能源是人类生存和社会发展的重要基础 4 了解使用化石燃料的利弊和新能源的开发 5 了解化学在解决能源危机中的重要作用 情景切入情景切入 用什么方法可以准确地测量一个化学反应释放或吸收的热量呢 通过理论方法能够计 算出这些热量吗 自主研习自主研习 一 反应热的测量与计算一 反应热的测量与计算 1 中和反应的反应热测定 1 实验原理 HCl aq NaOH aq NaCl aq H2O l 或H aq OH aq H2O l H 0 放热反应 使一定量的酸 碱在稀溶液里完全反应 测量反应前后溶液的温度 根据 H C m t 10 3kJ mol 1 计算中和反应的反应热 C 为体系的比热容 指单位质量的物质温度升高1 所需吸收的能量 t 反应后与反应前的温度变化 m 反应后溶液的质量 m HCl VHCl NaOH VNaOH 2 仪器 量热计 2 反应热的计算 盖斯定律 内容 一个化学反应 无论是一步完成 还是分几步完成 其总的热效应完全相同 即化学 反应的焓变只与反应的始态和终态有关 而与反应的途径无关 如图所示 H H1 H2 H3 H4 H5 意义 有些反应进行得很慢 有些反应不容易直接发生 有些反应的产品不纯 有副 反应发生 这给测定反应热造成了困难 如果应用盖斯定律 可以方便间接地把它们的反 应热计算出来 应用 利用已知反应焓变求未知反应焓变 若一个化学方程式可由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 计算方法 如已知 C s O2 g CO2 g H1 393 5 kJ mol CO g O2 g CO2 g H2 283 0 kJ mol 2 1 若C s O2 g CO g 的反应热为 H 2 1 根据盖斯定律 知 H1 H H2则 H H1 H2 393 5 kJ mol 1 283 0 kJ mol 1 110 5 kJ mol 1 二 能源的充分利用二 能源的充分利用 定义 能提供能量的自然资源 2 分类 化学燃料 煤 石油 天然气 能源 其他 阳光 风力 流水 潮汐等 3 标准燃烧热 1 概念 在101 kPa下 1 mol物质完全燃烧的反应热 在101 kPa下 1 g物质完全燃烧放出的热量称为该物质的热值 注 物质完全燃烧是指物质中所含的氮元素转化为N2 g 氢元素转化为H2O l 碳元素 转化为CO2 g 硫元素转化为SO2 g 2 单位 标准燃烧热的单位为kJ mol 1 热值单位为kJ g 1 3 意义 衡量燃料燃烧放出热量的大小 课堂师生互动 知识点一 中和反应的反应热测定 测定注意事项 1 酸碱溶液应当用强酸 强碱的稀溶液 0 1 mol L 0 5 mol L 测定中和反应的反应热不能用浓酸或浓碱 因浓酸或浓碱溶于水一般都要放热 测定中和反应的反应热时不能用弱酸或弱碱 因弱酸或弱碱在水溶液中不能完全电 离 若改用弱酸或弱碱 它们电离时要吸收一部分热量 2 要使用同一温度计 分别先后测量酸 碱及混合液的温度时 测定一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸 擦干 温度计的水银球部分要完全浸入溶液中 且要稳定一段时间再记下读数 3 实验中所用的盐酸和氢氧化钠溶液配好后要充分冷却至室温 才能使用 4 操作时动作要快 尽量减少热量的散失 5 实验时可使一种反应物稍过量 以保证另一反应物完全反应 但在计算时 应取二 者中量小的一种 因为过量的酸碱并不参与中和反应 6 重复实验三次 取其平均值 以减小误差 特别提醒 中和热 1 概念 在稀溶液中 酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O时的反应热 即所放出的热 量 2 表示方法 H aq OH aq H2O l H 57 3 kJ mol 考例 在800 mL的大烧杯中放入碎纸屑 把盛有50 mL 0 5 mol L 1盐酸的200 mL烧杯放到大烧杯中 两只烧杯间填满碎纸屑 用泡沫塑料板做成大烧杯盖 通过盖子通 入一根玻璃搅拌棒 末端呈半圆环的环璃棒 和一只温度计 测定溶液的温度 迅速往盐酸 溶液中加入50 ml 0 55 mol L 1烧碱溶液 盖好 搅拌溶液 观察温度的变化 当温度保 持稳定时 记录读数 取出装反应液的烧杯 倒出溶液 清洗干净 保持内外杯壁干燥 重复进行三次实验 用这一实验可以粗略测定中和热 1 烧杯间填满碎纸屑的作用是 2 要重复进行三次实验的目的是 3 烧杯如果不盖泡沫塑料板 所求得的中和热数值将 填 偏大 偏小 或 无影响 4 实验中若改用60 mL 0 50 mol L 1盐酸和50 mL 0 55 mol L 1烧碱溶液进行上述 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 理由是 5 三次平行操作测得数据中 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 t2 t1 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 解析 解答本题 首先要明确实验的原理 量热器 的组成以及造成实验误差的原因 然后按实验步骤进行分析和判断 1 碎纸屑的作用为减少实验过程中的热量损失 2 重 复实验的目的是减小实验误差 3 不盖泡沫塑料板会损失部分热量 故所测结果偏小 4 由 中和热概念可知 中和热是以生成1 mol水为标准的 而与过量部分的酸碱无关 5 中所 测温度2 9 显然是错误的 代入计算式的温度应是 与 的平均值 答案 1 保温 隔热 减少实验过程中热量的损失 2 减少实验过程中的误差 3 偏小 4 不相等 相等 因为60 mL 0 50 mol L 1 盐酸和50 mL 0 55 mol L 1 烧碱溶液反 应能生成0 0275 mol H2O 而50 mL 0 50 mol L 1 盐酸与50 ml 0 55 mol L 1 烧碱溶 液反应只能生成0 025 mol H2O 因此所放出的热量不同 但中和热是指酸与碱发生中和反 应生成1 mol H2O时所放出的热量 与酸 碱的用量无关 因此所求中和热相等 5 2 35 变式探究1 2011 苏州高二检测 1 已知H aq OH aq H2O l H 57 3 kJ mol 回答有关中和反应的问题 1 用0 1 mol Ba OH 2配成稀溶液与足量稀硝酸反应 能放出 kJ热量 2 如图装置中仪器A的名称 作用是 仪器B的名 称 作用是 碎泡沫塑料的作用是 3 若通过实验测定中和热的 H 其结果常常大于 57 3 kJ mol 其原因可能是 4 用相同浓度和体积的氨水 NH3 H2O 代替NaOH溶液进行上述实验 测得的中和热的 数值会 填 偏大 偏小 无影响 答案 1 11 46 2 环形玻璃搅拌棒 搅拌 使溶液充分混合 温度计 测量温度 减少实验过程中的热量 损失 3 实验中不可避免有少量热量损失 4 偏小 解析 1 根据中和热的含义 H aq OH aq H2O l H 57 3 kJ mol 所以 0 1 mol Ba OH 2稀溶液与足量稀硝酸反应时生成0 2 mol H2O l 故放出热量为11 46 kJ 2 由实验装置知 A为环形玻璃搅拌棒 作用是搅拌 使溶液充分混合 B为温度计 作用是测量温度 碎泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失 3 在测定中和热的实验中 减少热量损失是实验的关键 而在实验中会不可避免有少 量热量损失 导致结果常常大于 57 3 kJ mol 4 用氨水代替NaOH aq 会使测得的中和热数值偏小 因为氨水 NH3 H2O 是弱电解 质 电离时需吸收热量 知识点 盖斯定律 热化学方程式之间可以进行代数变换等数学处理 例如 H2 g O2 g H2O l 2 1 可以通过两种途径来完成 如下图所示 考例 根据盖斯定律 结合下述反应方程式 回答问题 已知 1 NH3 g HCl g NH4Cl s H 176 kJ mol 1 2 NH3 g H2O l NH3 H2O aq H 35 1 kJ mol 1 3 HCl g H2O l HCl aq H 72 3 kJ mol 1 4 NH3 g HCl aq NH4Cl aq H 52 3 kJ mol 1 5 NH4Cl g 2H2O l NH4Cl aq H Q 则第 5 个方程式中的反应热是 解析 新的信息是盖斯定律和上述方程式 已有信息是方程式之间可以进行数学运算 新旧信息相结合 即 4 3 2 1 与 5 相比较得反应热是16 3 kJ mol 1 答案 16 3 kJ mol 1 变式探究2 已知下列热化学方程式 1 Fe2O3 s 3CO g 2Fe s 3CO2 g H 25 kJ mol 2 3Fe2O3 s CO g 2Fe3O4 s CO2 g H 47 kJ mol 3 Fe3O4 s CO g 3FeO s CO2 g H 19 kJ mol 则FeO s 被CO g 还原成Fe s 和CO2 g 的热化学方程式为 A FeO CO Fe CO2 H 11 kJ mol B FeO s CO g Fe s CO2 g H 22 kJ mol C FeO s CO g Fe s CO2 g H 11 kJ mol D FeO s CO g Fe s CO2 g H 11 kJ mol 答案 C 解析 将 3 2 2 得 2Fe3O4 s 2CO g 3Fe2O3 s CO g 6FeO s 2CO2 g 2Fe3O4 s CO2 g H 19 kJ mol 2 47 kJ mol 整理得 4 Fe2O3 s CO g 2FeO s CO2 g H 3 kJ mol 将 1 4 整理得 FeO s CO g Fe s CO2 g H 11 kJ mol 变式探究3 1840年 俄国化学家盖斯 C H Hess 指出 一个化学反应的热效应仅与 反应物的最初状态及生成物的最终状态有关 而与中间步骤无关 这就是著名的 盖斯定 律 按此规律回答下列问题 在很多国家的航天器发射时 其运载火箭可用肼 N2H4 作燃料 二氧化氮作氧化剂 这两者反应生成氮气和水蒸气 且N2 g 2O2 g 2NO2 g H1 67 7kJ mol 1 N2H4 g O2 g N2 g 2H2O g H2 534 kJ mol 1 请计算1 mol气体肼和NO2完全反应时放出的热量为 kJ 并写出肼与NO2反应 的热化学方程式 答案 567 85 N2H4 g NO2 g N2 g 2H2O g H3 567 85 kJ mol 1 2 3 解析 该题是一道信息题 考查对 盖斯定律 的理解和应用 根据题意 要求下列 反应的反应热 H的值 N2H4 g NO2 g N2 g 2H2O g H3 2 3 根据盖斯定律 一个反应仅与其始态和终态有关 而与其过程无关 有 2 即 H2 H1 2 H3 H3 534 kJ mol 1 67 7 kJ mol 1 2 567 85 kJ mol 1 特别提醒 1 应用盖斯定律计算反应热时的注意事项 热化学方程式同乘以或除以某一个数时 反应热数值也必须乘以或除以该数 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 热化学方程式中的反应热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 2 计算步骤 明确反应物和生成物由所给热化学方程式进行加 减 乘 除运算整理 得出结果 3 根据化学键断裂和形成过程中的能量变化来计算反应热 焓变等于破坏旧化学键吸收的能量与形成新化学键所放出的能量之差 H E 反应物的化学键断裂吸收的总能量 E 生成物的化学键形成放出的总能量 知识点 燃烧热 燃烧热是以1 mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的 因此计算燃烧反应释放的热量 时应先计算出可燃物的物质的量 n 可燃物 然后根据该可燃物的燃烧热 Hc计算燃烧 反应所释放的热量 其计算公式为 Q放 n 可燃物 Hc 考例 25 101 kPa下 碳 氢气 甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393 5 kJ mol 1 285 8 kJ mol 1 890 3 kJ mol 1 2 800 kJ mol 1 则下列热化学方程式正确的 是 A C s O2 g CO g H 393 5 kJ mol 1 2 1 B 2H2 g O2 g 2HO g H 571 6 kJ mol 1 C CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O g H 890 3 kJ mol 1 D C6H12O6 s 3O2 g 3CO2 g 3H2O l H 1 400 kJ mol 1 2 1 解析 燃烧热是指在101 kPa时 1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量 对C而言稳定的氧化物指CO2 g 对H而言稳定的氧化物指H2O l 所以A B C错误 正确 答案为D 答案 D 变式探究4 能源是人类生存和发展的重要支撑因素 常规能源 煤 石油 天然气等 日益减少 促使人们去研究如何提高能源的利用率以及新能源 如太阳能 氢能 核能等 的开发 1 为减少污染 提高燃料利用率 下列措施可以达到目的的是 填序 号 将城市居民燃煤改为使用气体燃料 研制燃料电池 在农村大力发展沼气 2 乌克兰科学家用铜和铁混合熔化制成多孔金属 用于制作太空火箭上使用的煤油燃 料雾化器 该雾化器的作用是 3 乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料 它可以由绿色植物的秸秆制取 制取乙 醇的两步化学方程式是 1 0g乙醇完全燃烧生成液态水放出1 367kJ热量 表示乙醇标准燃烧热的热化学方程式为 答案 1 2 使煤油油滴变为油雾 增大与氧化剂的接触面积 使煤油充分燃 烧 3 C6H10O5 n nH2O nC6H12O6 催剂化 纤维素 葡萄糖 C6H12O62C2H5OH 2CO2 催剂化 葡萄糖 C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H 62 88 kJ mol 1 解析 1 使燃料充分燃烧是消除污染 提高燃料利用率的重要途径 2 是保证燃料 充分燃烧的有效措施 发展沼气是解决农村燃烧庄稼秸秆污染空气的有效措施 3 绿色植 物秸秆的主要成分为纤维素 由纤维素 葡萄糖 乙醇 不难写出由秸秆制取乙醇的化学 方程式 特别提醒 燃烧热与中和热都属于反应热 但它们各具有各自的定义范围 都属于特殊条件下的 反应热 如图所示 燃烧热和中和热之间的异同关系 在下表中阐述得更加明确 燃烧热中和热 能量变化 放热反应相同点 H H H2 H3 B H2 H1 H3 H2 答案 D 解析 等物质的量的NaOH与稀CH3COOH 浓H2SO4 稀HNO3恰好反应生成等物质的量的水 若不考虑物质的溶解热和弱电解质电离吸热 应放出相同的热量 但在实际反应中 浓 H2SO4溶解放热 CH3COOH是弱电解质 电离要吸热 故选D 注意放热越多 H越 负 2 已知下列热化学方程式 Zn s O2 g ZnO s H1 351 1 kJ mol 1 2 1 Hg l O2 g HgO s H2 90 7 kJ mol 1 2 1 由此可知Zn s HgO s ZnO s Hg l H3其中 H3的值是 A 441 8 kJ mol 1 B 254 6 kJ mol 1 C 438 9 kJ mol 1 D 260 4 kJ mol 1 答案 D 解析 H3 351 1 kJ mol 1 90 7 kJ mol 1 260 4 kJ mol 1 3 已知CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H Q1 2H2 g O2 g 2H2O g H Q2 2H2 g O2 g 2H2O l H Q3 常温下 取体积比为4 1的甲烷和H2的混合气体112 L 标况 经完全燃烧后恢复到常 温 则放出的热量为 A 4Q1 0 5Q3 B 4Q1 0 5Q2 C 4Q1 Q3 D 4Q1 2Q2 答案 A 解析 常温时水呈液态 可利用 反应进行计算 112 L混合气体n CH4 4 mol n H2 1 mol 即4 molCH4燃烧放出的热量为4Q1 1 mol H2放出的热量为0 5Q3 故总共放 出的热量为4Q1 0 5Q3 4 下列化学反应 H的数值 放热 最大的是 A NaOH aq HCl aq NaCl aq H2O l H1 B NaOH aq H2SO4 aq Na2SO4 aq H2O l H2 2 1 2 1 C CH3COOH aq NaOH aq CH3COONa aq H2O l H3 D NaOH aq H2SO4 浓 Na2SO4 aq H2O l H4 2 1 2 1 答案 D 解析 A B反应放出的热均为中和热 C项由于醋酸为弱酸 其电离过程吸热 反应 放出的热量小于中和热 D项浓H2SO4与氢氧化钠溶液混合时放出热量 总热量大于中和热 5 科学家发现 不管化学反应是一步完成或分几步完成 该反应的热效应是相同的 已知在25 105Pa时 1 mol C 石墨 完全燃烧生成CO2气体放热393 5 kJ 1 mol CO完 全燃烧生成CO2气体放热283 0 kJ 下列说法正确的是 A 在25 105 Pa时 C 石墨 燃烧生成CO气体的热化学方程式是 2C 石墨 O2 气 2CO 气 H 110 5kJ mol 1 B C 石墨 不完全燃烧 生成CO2和CO混合气体时 放热283 0 kJ C C 石墨 和CO2 气 反应生成CO 气 的反应是放热反应 D 如果金刚石燃烧生成CO2的反应热大于石墨燃烧生成CO2的反应热 则可以断定从石 墨转变为金刚石需要吸热 答案 D 解析 1 mol石墨完全燃烧所放出的热量大于1 mol CO完全燃烧放出的热量 所以石 墨转化成为CO是放热反应 A错 C项石墨与二氧化碳反应是吸热反应 6 已知H aq OH aq H2O l H 57 3 kJ mol 1 计算下列中和反应中 放出的热量 1 用20 g NaOH配成的稀溶液跟足量稀HCl反应 放出 kJ的热量 2 用28 g KOH配成的稀溶液跟足量稀HNO3反应 放出 kJ的热量 该热量 比用28 g KOH配成的稀溶液跟足量稀CH3COOH反应放出的热量 填 多 或 少 答案 1 28 65 2 28 65 多 解析 n NaOH 0 5 mol 1 40 20 molg g n KOH 0 5 mol 1 56 28 molg g 则0 5 mol OH 中和反应生成0 5 mol H2O l 中和热为 H 57 3 kJ mol 1 故放热 均为 57 3 kJ mol 1 0 5 mol 28 65 kJ 能力提升 1 已知H2 g C2H4 g 和C2H5OH l 的燃烧热分别是285 8 kJ mol 1 1 411 0 kJ mol 1和1 366 8 kJ mol 1 则由C2H4 g 和H2O l 反应生成C2H5OH l 的 H为 A 44 2 kJ mol 1 B 44 2 kJ mol 1 C 330 kJ mol 1 D 330 kJ mol 1 答案 A 解析 由反应 C2H4 g 3O2 g 2CO2 g 2H2O g H 1 411 0 kJ mol 1 C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H 1 366 8 kJ mol 1 知 得 C2H4 g H2O l C2H5OH l H 44 2 kJ mol 1 本题要写出各物质的燃烧方程式 并注意H2的干扰 2 2009 重庆卷 12 下列热化学方程式表示正确的是 H的绝对值均正确 A C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O g H 1 367 0kJ mol 燃烧热 B NaOH aq HCl aq NaCl aq H2O l H 57 3kJ mol 中和热 C S s O2 g SO2 g H 269kJ mol 反应热 D 2NO2 O2 2NO H 116 2kJ mol 反应热 答案 C 解析 A错在H2O应为液态 B错在中和热为放热 H为负值 D中未注明各物质的状态 3 已知25 101kPa下 石墨 金刚石燃烧的热化学方程式分别为C 石墨 O2 g CO2 g H 393 5 kJ mol 1 C 金刚石 O2 g CO2 g H 395 41 kJ mol 1 据此判断 下列说法正确的是 A 由石墨制备金刚石是吸热反应 等质量时 石墨的能量比金刚石的低 B 由石墨制备金刚石是吸热反应 等质量时 石墨的能量比金刚石的高 C 由石墨制备金刚石是放热反应 等质量时 石墨的能量比金刚石的低 D 由石墨制备金刚石是放热反应 等质量时 石墨的能量比金刚石的高 答案 A 解析 根据盖斯定律 将 式减去 式 得到下列热化学方程式 C 石墨 C 金刚石 H 1 91 kJ mol 1 说明由石墨制备金刚石是吸热反应 吸收的热量以化学能的形式贮存在金刚石中 也 就是等质量的金刚石具有的能量比石墨高 A选项正确 4 运用中和热的测定方法 即保温 隔热的条件下 向盛有20 mL 2 08 mol L 1的 NaOH溶液的试管中分五次加入1 5 mL未知浓度的H2SO4溶液 边加边振荡 每次加入1 mL 后 测得溶液的温度分别是1 4 2 5 4 2 5 2 5 18 则该硫酸溶液的物质的量 浓度是 A 20 8 mol L 1 B 6 9 mol L 1 C 5 2 mol L 1 D 4 16 mol L 1 答案 C 解析 酸碱中和是放热反应 通过对题中的数据分析和观察 每多中和1 mL H2SO4时 溶液温度由1 4 逐步上升到5 2 又由5 2 下降到5 18 这说明与NaOH恰好中和时用 去的H2SO4的体积为4 mL 即温度上升最高时 所用H2SO4体积 当H2SO4过量 温度开始下降 故求该H2SO4物质的量浓度时应以5 2 为标准 共用去4 mL H2SO4的体积来计算 5 2 mol L 1 L LmolL 004 0 2 1 1 08 2 02 0 5 2009 全国 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol 1 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890kJ mol 1 现有H2与CH4的混合气体112L 标准状况 使其完全燃烧生成CO2 g 和H2O l 若实验 测得反应放热3 695kJ 则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是 A 1 1 B 1 3 C 1 4 D 2 3 答案 B 解析 n总 nH2 nCH4 5 mol 1 4 22 112 molL L 设nH2为x mol nCH4为y mol 则有x y 5 285 8x 890y 3 695 解得xy 1 3 6 按要求对下列两题进行填空 1 用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜 已知 Cu s 2H aq Cu2 aq H2 g H 64 39 kJ mol 1 2H2O2 l 2H2O l O2 g H 196 46 kJ mol 1 H2 g O2 g H2O l H 285 84 kJ mol 1 2 1 在H2SO4溶液中Cu与H2O2反应生成Cu2 和H2O的热化学方程式为 2 已知O2 g O 2 g e H1 1 175 7 kJ mol 1 2 1 PtF6 g e PtF 6 g H2 771 1 kJ mol 1 2 1 O PtF s O PtF g H3 482 2kJ mol 1 2 6 2 6 则反应O2 g PtF6 g O PtF s 的 H kJ mol 1 2 6 答案 1 Cu s H2O2 l 2H