高中化学 （知识清单+对点训练+课后作业）第一单元第3课时 反应热的测量与计算（含解析）苏教版选修4

1 第第 3 3 课时课时 反应热的测量与计算反应热的测量与计算 目标要求 1 掌握中和热的测量及计量方法 2 理解盖斯定律的含义 一 中和热的测定 1 实验原理 在稀溶液中 强酸跟强碱发生中和反应生成 1 mol H2O 这时的反应热叫做中和热 本实验通过测定酸碱中和反应前后溶液温度的变化来计算反应过程中所放出的热量 并由 此求得中和热 2 实验仪器及试剂 仪器 大 烧杯 500 mL 小烧杯 100 mL 环形玻璃搅拌棒 温度计 量筒 50 mL 两个 碎泡沫塑料或纸条 泡沫塑料板或硬纸板 中心有两个小孔 药品 盐酸 0 50 mol L 1 氢氧化钠溶液 0 55 mol L 1 3 实验步骤 1 制作简易的量热器 如图所示 2 用量筒准确量取反应溶液 准确测量温度 精确到 0 1 3 将溶液混合反应 记录终止温度 4 重复实验步骤 2 3 三次 起始温度t1 实验 次数 HClNaOH 平均值 终止温度 t2 温度差 t2 t1 1 2 3 4 实验数据的处理 H 其中Q c m t Q n H2O 二 盖斯定律 1 内容 不管化学反应是一步完成或分几步完成 其总的热效应是完全相同的 或者说 化学 反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关 而与反应的途径无关 2 解释 能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的 二者密不可分 但以物质为主 3 应用 对于进行得很慢的反应 不容易直接发生的反应 产品不纯 即有副反应发生 的反应 测定反应热有困难 如果应用盖斯定律 就可以间接地把它们的反应热计算出来 例如 C s O2 g CO g 1 2 2 上述反应在 O2供应充分时 可燃烧生成 CO2 O2供应不充分时 虽可生成 CO 但同时 还部分生成 CO2 因此该反应的 H无法测定 但是下述两个反应的 H却可以直接测得 1 C s O2 g CO2 g H1 393 5 kJ mol 1 2 CO g O2 g CO2 g H2 283 0 kJ mol 1 1 2 根据盖斯定律 就可以计算出欲求反应的 H 分析上述两个反应的关系 即知 H H1 H2 则 C s 与 O2 g 生成 CO g 的热化学方程式为 C s O2 g CO g H 110 5 1 2 kJ mol 1 三 反应热的计算 1 反应热计算的主要依据是 热化学方程式 盖斯定律及反应过程的焓变等数据 2 反应热的计算方法 1 热化学方程式与数学上的方程式相似 可以移项同时改变正 负号 各项的系数包 括 H的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数 2 根据盖斯定律 可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其 H相加或相减 得 到一个新的热化学方程式 知识点一 中和热的测定 1 在一 800 mL 的大烧杯中放入碎纸屑 把盛有 50 mL 0 50 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 通过盖子插入 一根玻璃搅拌棒 末端呈半圆环的玻璃棒 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 三次平行操作测得的数据中 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 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 0 027 5 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 3 5 2 35 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少实验误差 3 不盖泡沫塑料板会损失部分热量 故所测结果将偏小 4 由中和热概念可知 中和热是以生成 1 mol 水为标准的 而与酸 碱的用量无关 5 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 2 H2SO4溶液和 KOH 溶液反应时有热量放出 并已知反应物的总能量为E1 生成物的 总能量为E2 试回答下列问题 1 用离子方程式表示中和反应的实质 2 判断E1和E2的大小关系 E1 E2 3 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 用 20 g NaOH 配成稀溶液跟足量的稀盐酸反应 能放出 kJ 的热量 用 0 15 mol Ba OH 2配成稀溶液跟足量的稀硝酸反应 能放出 kJ 的热量 答案 1 H aq OH aq H2O l 2 3 28 65 17 19 知识点二 盖斯定律 3 已知 298 K 101 kPa 条件下 4Al s 3O2 g 2Al2O3 s H 2834 9 kJ mol 1 4Al s 2O3 g 2Al2O3 s H 3 119 1 kJ mol 1 由此得出的正确结论是 A 等质量的 O2比 O3能量低 由 O2变为 O3为吸热反应 B 等质量的 O2比 O3能量低 由 O2变为 O3为放热反应 C O3比 O2稳定 由 O2变为 O3为吸热反应 D O2比 O3稳定 由 O2变为 O3为放热反应 答案 A 解析 据盖斯定律 式 式得 3O2 g 2O3 g H 284 2 kJ mol 1 即等质量的 O2比 O3能量低 O2比 O3稳定 由 O2变为 O3为吸热反应 4 已知 H2O g H2O l H Q1 kJ mol 1 C2H5OH g C2H5OH l H Q2 kJ mol 1 C2H5OH g 3O2 g 2CO2 g 3H2O g H Q3 kJ mol 1 若使 46 g 酒精液体完全燃烧 最后恢复到室温 则放出的热量为 A Q1 Q2 Q3 kJ B 0 5 Q1 Q2 Q3 kJ C 0 5Q1 1 5Q2 0 5Q3 kJ D 3Q1 Q2 Q3 kJ 答案 D 解析 46 g 酒精即 1 mol C2H5OH l 根据题意写出目标反 应 C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H 然后确定题中各反应与目标反应的关系 则 H Q3 Q2 3Q1 kJ mol 1 5 科学家盖斯曾提出 不管化学过程是一步完成或分几步完成 这个总过程的热效应 是相同的 利用盖斯定律可测某些特别反应的热效应 P4 s 白磷 5O2 g P4O10 s H1 2 983 2 kJ mol 1 4 P s 红磷 O2 g P4O10 s 5 4 1 4 H2 738 5 kJ mol 1 则白磷转化为红磷的热化学方程式为 答案 P4 s 白磷 4P s 红磷 H 29 2 kJ mol 1 解析 方法一 待求的方程式 P4 s 白磷 4P s 红磷 由 4 得到 热化学方程式 P4 s 白磷 4P s 红磷 H 29 2 kJ mol 1 方法二 知识点三 反应热计算 6 由氢气和氧气反应生成 4 5 g 水蒸气放出 60 45 kJ 的热量 则反应 2H2 g O2 g 2H2O g 的 H为 A 483 6 kJ mol 1 B 241 8 kJ mol 1 C 120 6 kJ mol 1 D 241 8 kJ mol 1 答案 A 解析 要求方程式中生成 2 mol H2O g 的 H 已知 4 5 g 水蒸气生成时放热 60 45 kJ 比例关系 4 5 g 241 8 g mol 1 60 45 kJ Q 解得Q 483 6 kJ 故 H 483 6 kJ mol 1 7 已知 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6 kJ mol 1 CO g O2 g CO2 g 1 2 H 282 8 kJ mol 1 现有 CO H2 CO2组成的混合气体 67 2 L 标准状况 经完全燃烧后放出的总热量为 710 0 kJ 并生成 18 g 液态水 则燃烧前混合气体中 CO 的体积分数为 A 80 B 50 C 60 D 20 答案 B 解析 根据生成 18 g 液态 H2O 知混合气体中含 1 mol H2 该反应产生的热量为 571 6 2 kJ 285 8 kJ CO 燃烧放出的热量为 710 0 kJ 285 8 kJ 424 2 kJ 则 CO 的物质的量 为n CO 1 5 mol V CO 100 50 424 2 kJ 282 8 kJ mol 1 1 5 mol 22 4 L mol 67 2 L 练基础落实 1 下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是 A 生成物总能量一定低于反应物总能量 B 放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率 C 应用盖斯定律 可计算某些难以直接测量的反应焓变 D 同温同压下 H2 g Cl2 g 2HCl g 在光照和点燃条件下的 H不同 答案 C 解析 放热反应生成物总能量低于反应物总能量 吸热反应生成物总能量高于反应物 总能量 A 错误 化学反应的速率与反应物本身的性质 温度 压强 浓度 催化剂等因 素有关 与吸热 放热反应无关 B 错误 通过盖斯定律可以间接测量某些难以直接测量 5 的反应的焓变 C 正确 同温同压下 H2 g Cl2 g 2HCl g 的反应条件不会影响 H 的值 D 错误 2 含有 11 2 g KOH 的稀溶液与 1 L 0 1 mol L 1的 H2SO4溶液反应 放出 11 46 kJ 的热量 能表示该反应中和热的化学方程式的为 A KOH aq H2SO4 aq K2SO4 aq H2O l H 11 46 kJ mol 1 1 2 1 2 B 2KOH aq H2SO4 aq K2SO4 aq 2H2O l H 11 46 kJ mol 1 C 2KOH aq H2SO4 aq K2SO4 aq 2H2O l H 114 6 kJ mol 1 D KOH aq H2SO4 aq K2SO4 aq H2O l H 57 3 kJ mol 1 1 2 1 2 答案 D 解析 中和热是以生成 1 mol H2O l 所放出的热量来定义的 故书写中和热的热化学 方程式时 应以生成 1 mol H2O l 为标准来配平其余物质的化学计量数 故答案为 D 3 在一定条件下 充分燃烧一定量的丁烷放出热量为Q kJ Q 0 经测定完全吸收生 成的 CO2需消耗 5 mol L 1的 KOH 溶液 100 mL 恰好生成正盐 则此条件下反应 C4H10 g O2 g 4CO2 g 5H2O g 的 H为 13 2 A 8Q kJ mol 1 B 16Q kJ mol 1 C 8Q kJ mol 1 D 16Q kJ mol 1 答案 D 解析 建立关系式 C4H10 4CO2 8KOH H 1 mol 4 mol 8 mol H 5 mol L 1 0 1 L QkJ 则 H 16Q kJ mol 1 8 mol Q kJ mol 1 0 5 mol 4 已知 1 Fe2O3 s C s CO2 g 2Fe s H1 234 1 kJ mol 1 3 2 3 2 2 C s O2 g CO2 g H2 393 5 kJ mol 1 则 2Fe s O2 g Fe2O3 s 的 H是 3 2 A 824 4 kJ mol 1 B 627 6 kJ mol 1 C 744 7 kJ mol 1 D 169 4 kJ mol 1 答案 A 解析 2 1 就可得 2Fe s O2 g Fe2O3 s 则 3 2 3 2 H H2 H1 824 4 kJ mol 1 3 2 5 能源问题是人类社会面临的重大课题 H2 CO CH3OH 都是重要的能源物质 它们 的燃烧热依次为 285 8 kJ mol 1 282 5 kJ mol 1 726 7 kJ mol 1 已知 CO 和 H2在一定条件下可以合成甲醇 CO g 2H2 g CH3OH l 则 CO 与 H2反应合成甲醇的 热化学方程式为 A CO g 2H2 g CH3OH l H 127 4 kJ mol 1 B CO g 2H2 g CH3OH l H 127 4 kJ mol 1 C CO g 2H2 g CH3OH g H 127 4 kJ mol 1 D CO g 2H2 g CH3OH g H 127 4 kJ mol 1 答案 A 解析 根据目标反应与三种反应热的关系 利用盖斯定律 首先计算出目标反应的反 应热 H 2 285 8 kJ mol 1 282 5 kJ mol 1 726 7 kJ mol 1 127 4 kJ mol 1 练方法技巧 6 6 将V1 mL 1 00 mol L HCl 溶液和V2 mL 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V1 V2 50 mL 下列叙述正确的是 A 做该实验时环境温度为 22 B 该实验表明化学能可以转化为热能 C NaOH 溶液的浓度约为 1 00 mol L 1 D 该实验表明有水生成的反应都是放热反应 答案 B 解析 从图中曲线可以看出 温度为 22 时 V1为 5 mL 则V2为 45 mL 此时已经 开始发生反应 所以 22 一定不是室温 A 错 曲线随V1增多而升高 随反应的进行 溶 液温度升高 说明反应放热 化学能转化为热能 B 正确 当V1 30 mL 时温度最高 说 明此时两者恰好完全反应 则c NaOH 1 5 mol L 1 C 错 30 mL 1 00 mol L 1 20 mL 该实验不能证明有水生成的其他反应也是放热的 7 已知下列热化学方程式 Fe2O3 s 3CO g 2Fe s 3CO2 g H1 26 7 kJ mol 1 3Fe2O3 s CO g 2Fe3O4 s CO2 g H2 50 75 kJ mol 1 Fe3O4 s CO g 3FeO s CO2 g H3 36 5 kJ mol 1 则反应 FeO s CO g Fe s CO2 g 的焓变为 A 7 28 kJ mol 1 B 7 28 kJ mol 1 C 43 68 kJ mol 1 D 43 68 kJ mol 1 解析 根据盖斯定律 首先考虑目标反应与三个已知反应的关系 三个反应中 FeO CO Fe CO2是要保留的 而与这四种物质无关的 Fe2O3 Fe3O4要通过方程式的叠加 处理予以消去 因此将 3 2 得到 6FeO s 6CO g 6Fe s 6CO2 g H 43 65 kJ mol 1 化简 FeO s CO g Fe s CO2 g H 7 28 kJ mol 1 答案 A 8 比较下列各组热化学方程式中 H的大小关系 1 S s O2 g SO2 g H1 S g O2 g SO2 g H2 H1 H2 2 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H1 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O g H2 H1 H2 3 煤作为燃料有两种途径 途径 1 直接燃烧 C s O2 g CO2 g H10 再燃烧水煤气 2CO g O2 g 2CO2 g H3 0 2H2 g O2 g 2H2O g H4 2 7 3 H1 H2 H3 H4 1 2 解析 反应热的大小与反应物 生成物的状态有关 与 反应物的多少有关 比较 H时 应包括符号 对于放热反应 热值越大 H越小 练综合拓展 9 1 已知 H aq OH aq H2O l H 57 3 kJ mol 1 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 的名称是 作用是 仪器 B 的名称是 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 1 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 1 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 1 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 10 10 分 将煤转化为