反应热的测量与计算

已知键能 N N 946KJ mol H H 436KJ mol H N 391KJ mol 写出合成氨反应的热化学方程式 知识回顾 专题1化学反应与能量变化 第一单元化学反应的热效应 反应热的测量与计算 1 在最初 一些基本的 容易控制的反应的焓变是通过实验测定的 2 后来 一些难以控制的反应的焓变是在此基础上 通过间接计算获得的 引入 反应热的测量与计算 几个相关概念间的关系 反应热 中和热 燃烧热 中和反应反应热的测量 1 中和热的定义 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 活动与探究 大烧杯 500mL 小烧杯 100mL 温度计 泡沫塑料或纸条 泡沫塑料板或硬纸板 中心有两个小孔 环形玻璃搅拌棒 2 简易量热计的构造 思考 1 量热计直接测得的数据是什么 是焓变的数值吗 是体系温度的变化 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 cm t Q c m t Q 中和反应放出的热量 c 反应混合液的比热容 比热容 单位质量的物质升高1 所需吸收的热量 m 反应混合液的质量 t 反应前后溶液温度的差值 3 实验原理 Q c 酸V酸 碱V碱 t后 t前 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 请把以上数据代入式 得出Q的表示式 其中热量的单位用kJ 得出结果 Q 0 418 t后 t前 kJ 思考 式表示的是不是该反应的反应热 是中和热吗 为什么 Q c 酸V酸 碱V碱 t后 t前 式不是该反应的反应热 因为反应热是有正负的 中和反应放热 故其 H为 式表示的也不是中和热 中和热是稀的酸 碱中和生成1mol水的反应热 而50mL0 50mol L的盐酸与50mL0 50mol L氢氧化钠反应后生成的水只有0 025mol 故 式表示的也不是中和热 问题 该反应的中和热应怎样表示呢 Q 0 418 t后 t前 kJ 1 在大烧杯底部垫泡沫塑料 或纸条 使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平 然后再在大 小烧杯之间填满碎泡沫塑料 或纸条 大烧杯上用泡沫塑料板 或硬纸板 作盖板 在板中间开两个小孔 正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过 如下图所示 中和热的测定 问题1 大 小烧杯放置时 为何要使两杯口相平 填碎纸条的作用是什么 对此装置 你有何更好的建议 4 实验步骤 答案 两杯口相平 可使盖板把杯口尽量盖严 从而减少热量损失 填碎纸条的作用是为了达到保温隔热 减少实验过程中热量损失的目的 若换用隔热 密封性能更好的装置 如保温杯 会使实验结果更准确 2 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 记录 然后把温度计上的酸用水冲洗干净 问题2 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 答案 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 3 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 记录 把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中 并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯 问题3 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 因为本实验的关键是测反应的反应热 若动作迟缓 将会使热量损失而使误差增大 4 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 问题4 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 答案 不能 因为铜丝易导热 使热量损失较大 5 重复实验三次 取测量所得数据的平均值作为计算依据 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 强酸 强碱反应 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 说明 1 中和热必须是强酸和强碱的溶液之间的反应 如果有一种是弱酸或弱碱 则由于弱酸和弱碱在反应过程中要不断电离 而电离过程是一个吸热过程 就会导致放出的热量减少 中和热的值减小 2 酸和碱的溶液必须是稀溶液 因为酸和碱的浓溶液或固体在溶解和稀释时会放出热量 使所测定的中和热的数值偏大 3 酸和碱的中和热还必须是生成1mol水时所放出的热量 因此 只要温度和压强保持不变 酸和碱的中和热理论上是应该保持恒定的 中和反应实验时的注意事项 装置要做到保温 隔热 是关键 用稀溶液 氢氧化钠过量 温度计要精确 水银球部位一定要完全浸没在溶液中 且要稳定一段时间后再读数 以提高测量的精度 测最高温度时两次读数的时间间隔要短 操作时动作要快 用环形玻璃搅拌棒搅拌 不能用一般的玻璃棒搅拌 以免打破温度计的水银球 也不能用铜搅拌棒 铜散热快 使测得的温度不准 多次测量取平均值 强酸 强碱反应 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 可能的原因有 1 量取溶液的体积有误差 测量结果是按50mL的酸 碱进行计算 若实际量取时 多于50mL或小于50mL都会造成误差 2 温度计的读数有误 3 实验过程中有液体洒在外面 4 混合酸 碱溶液时 动作缓慢 导致实验误差 5 隔热操作不到位 致使实验过程中热量损失而导致误差 6 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 误差分析 概念辨析 若将1L1mol LNaOH溶液中加入稀醋酸 浓硫酸 稀硝酸 恰好完全反应时的热效应分别为 H1 H2 H3 则三者的大小关系为 H1 H3 H2 练习 50mL0 50mol L盐酸与50mL0 55mol L的NaOH溶液在图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 无影响 环形玻璃搅拌棒 减少实验过程中的热量损失 偏小 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 不相等 所求中和热 填 相等 不相等 简述理由 不等 相等 因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1molH2O所放出的能量 与酸碱的用量无关 动动脑 通过实验测量化学反应的反应热是最直接的方法 但根据我们前面的分析 并不是所有反应的反应热都能通过实验进行测定 如何测定如下反应 C s O2 g CO g 的反应热 H1 能直接测定吗 如何测 若不能直接测 怎么办 思考 计算 G H GermainHenriHess 1802 1850 俄国化学家 1802年8月7日生于瑞士日内瓦 1850年12月12日卒于俄国圣彼得堡 现为列宁格勒 3岁随父侨居俄国 并在俄国受教育 1825年于多尔帕特大学获医学专业证书 同时受到了化学和地质学的基础教育 1826 1827年 在斯德哥尔摩J J 贝采利乌斯的实验室工作并从其学习化学 回俄国后在乌拉尔作地质勘探工作 后在伊尔库茨克做医生并研究矿物 1830年当选为圣彼得堡科学院院士 专门研究化学 任圣彼得堡工艺学院理论化学教授并在中央师范学院和矿业学院讲授化学 1838年成为俄国科学院院士 盖斯简介 盖斯早期研究了巴库附近的矿物和天然气 发现了蔗糖氧化生成糖二酸 他研究了炼铁中的热现象 作了大量的量热工作 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成几步完成 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公诸于世 后被称为盖斯定律 此定律为能量守恒定律的先驱 当一个反应不能直接发生时 应用此定律可间接求得反应热 因此 盖斯也是热化学的先驱者 著有 纯粹化学基础 1834 曾用作俄国教科书达40年 盖斯简介 一 盖斯定律 盖斯定律的内容 不管化学反应是一步完成或分几步完成 其反应热相同 换句话说 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 盖斯定律直观化 H H1 H2 29 CO g C s CO2 g 例2 CO g 1 2O2 g CO2 g H2 283 0kJ mol C s O2 g CO2 g H1 393 5kJ mol H1 H2 H3 H3 H1 H2 393 5kJ mol 283 0kJ mol 110 5kJ mol C s 1 2O2 g CO g H3 30 如何测定如下反应 C s O2 g CO g 的反应热 H1 能直接测定吗 如何测 若不能直接测 怎么办 思考 计算 C s 1 2O2 g CO g H1 110 5kJ mol 已知C s 1 2O2 g CO g H1 110 5kJ mol2CO g O2 g 2CO2 g H2 566 0kJ mol求C s O2 g CO2 g H3 练习 自主归纳 解题步骤 确定待求的反应方程式 找出待求方程式中各物质出现在已知方程式的什么位置 根据未知方程式中各物质计量数和位置的需要对已知方程式进行处理 或调整计量数 或调整反应方向 实施叠加并检验上述分析的正确与否 因为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 此时如果应用盖斯定律 就可以间接地把它们的反应热计算出来 2 盖斯定律的用途 根据下列反应的焓变 计算C 石墨 与H2 g 反应生成1molC2H2 g 的焓变 C 石墨 O2 g CO2 g H 393 5kJ mol2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ mol2C2H2 g 5O2 g 4CO2 g 2H2O l H 2599 2kJ mol 问题解决 课本P8 9 例1 写出石墨变成金刚石的热化学方程式 25 101kPa时 说明 1 可以在书中查找需要的数据 2 并告诉大家你设计的理由 用一用盖斯定律 石墨能直接变成金刚石吗 观察该热化学方程式 回答 金刚石能自动变成石墨吗 需要什么条件 查燃烧热表知 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 所以 得 C 石墨 s C 金刚石 s H 1 5kJ mol 石墨不会自动变成金刚石 石墨与金刚石的能量相差不远 练习 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 H4 解 2 4 H4 H1 2 H2 4 H3 283 2 2 285 8 4 1370 339 2kJ mol 燃烧热 定义 在25 101kPa时 1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量 叫做该物质的燃烧热 2 燃烧热的单位一般用kJ mol表示 3 燃烧热表示 H2的燃烧热是285 8kJ mol 则H2的燃烧热表示为 Hc 285 8kJ mol 如何理解燃烧热 1 我们要从四个方面入手 25 101kPa 1mol纯物质 完全燃烧 稳定的化合物 注 一般情况下 物质燃烧生成的稳定的化合物有 C CO