1.1.2 反应热的测量与计算学案2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

新苏教版高中化学选择性必修1《化学反应原理》PAGEPAGE1第二课时反应热的测量与计算【课程标准要求】1.理解反应热测定的原理和方法，会分析产生误差的原因。2.理解盖斯定律的本质，形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型。一、反应热的测定1.中和反应反应热测定原理用一元酸、一元碱的体积均为50mL，它们的浓度均为0.50mol·L－1。由于是稀溶液，且为了计算简便，可认为所用酸、碱溶液的密度均为1g·cm－3，根据热化学方程式H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)ΔH＝－QkJ·mol－1，需计算稀的酸、碱中和生成1mol水的反应热，而50mL0.50mol·L－1的盐酸与50mL0.50mol·L－1氢氧化钠反应后生成的水只有0.025mol。C＝(VHCl·ρHCl＋VNaOH·ρNaOH)×4.18J·℃－1中和反应反应热ΔH＝－eq\f(C×ΔT×10－3,0.025)kJ·mol－1，其中溶液的质量m约为100g。2.实验仪器——量热计和简易量热计(1)把实验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。(2)仪器各部分的作用①搅拌器或环形玻璃搅拌器的作用是使反应物混合均匀充分接触。②保温层的作用是减少热量的散失。③温度计的作用是测定反应前后反应体系的温度。【微自测】1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)同一中和反应的反应热与酸碱的用量有关()(2)完成中和反应反应热测定实验，应使用的仪器是环形玻璃搅拌器、温度计、酒精灯()(3)中和反应反应热的测定实验中，应将50mL0.50mol·L－1NaOH溶液分多次倒入小烧杯()答案(1)×(2)×(3)×二、盖斯定律1.大量实验证明，一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相等的。2.化学反应的焓变(ΔH)只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。3.始态和终态相同的反应途径有如下三种：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。【微自测】2.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)可以通过实验直接测定任一反应的反应热()(2)对一个化学反应，如果反应的途径不同，其焓变也可能不同()(3)化学反应的反应热与化学反应的始态有关，与终态无关()(4)同温同压下，氢气和氯气分别在光照条件下和点燃的条件下发生反应时的ΔH不同()答案(1)×(2)×(3)×(4)×一、中和反应反应热的测定中和反应反应热的测量实验步骤及测量数据1.实验步骤步骤1测量初始温度(T1)：测量混合前50mL0.50mol·L－1盐酸、50mL0.50mol·L－1氢氧化钠溶液的温度，取两温度平均值为T1。步骤2测量反应后温度(T2)：将酸碱溶液迅速混合，用环形玻璃搅拌器不断搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记录为终止温度T2。2.重复实验操作三次，记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据。3.实验数据处理：实验中盐酸和氢氧化钠溶液反应放出的热量是0.418(T2－T1)kJ，反应热为ΔH＝－16.72(T2－T1)kJ·mol－1[或ΔH＝－eq\f(0.418（T2－T1）,0.025)kJ·mol－1]。(1)在上述过程中，提高测定反应热准确度的措施有哪些？提示使用保温效果好的量热计；温度计用后及时冲洗；用环形玻璃搅拌器均匀搅拌；操作动作迅速；多次测量取平均值。(2)用同体积、同浓度的KOH代替NaOH完成上述实验，用同体积、同浓度的硝酸代替盐酸完成上述实验，测得的反应热数值三者是否相同？简述其中的原因。提示相同。参加反应的物质都是强酸、强碱，它们在水中完全电离，中和反应的离子方程式都是H＋＋OH－=H2O，反应都在室温下进行，且参加反应的n(H＋)和n(OH－)都相同，所以反应热也相同。(3)有的实验常常使碱或酸稍微过量，其目的是什么？提示为了使酸或碱完全反应。(4)如果其他操作不变，但将试剂改为100mL0.50mol·L－1盐酸和100mL0.55mol·L－1NaOH溶液，则测得的中和反应反应热是否为原来的2倍？提示否，测得的中和反应反应热与原来相等。1.反应热测量实验中的“三关”(1)隔热关——装置保温、隔热效果好，减少热量的损失。(2)测量关——温度在测量过程中是重要的参数，测量时要又快又准。①选择精密温度计，精确到0.1℃。②测量溶液温度时，将温度计插在液体中央，使水银球处于溶液中央位置，温度计不要碰到容器壁或插在液面以上。③温度计不能作搅拌器使用，用环形玻璃搅拌器搅拌，使溶液迅速、充分混合。④测量反应混合液的温度时要随时读取温度值，记录最高温度。(3)酸、碱关——注意酸碱的强弱和浓度。酸、碱浓溶液稀释过程中会放出热量。通常中和反应反应热是指强酸、强碱在稀溶液中反应生成1mol液态水的反应热。2.实验数据处理方法(1)取三次测量所得数据的平均值作为计算依据温度实验次数起始温度/℃终止温度/℃温度差ΔT/℃HClNaOH平均值123(2)计算反应热的近似处理为了计算简便，我们近似地认为实验所用酸、碱溶液的密度和比热容与水相同，并忽略实验装置的比热容，则：50mL0.50mol·L－1盐酸的质量m1＝50g，50mL0.50mol·L－1NaOH溶液的质量m2＝50g。3.反应热测定实验中产生误差的可能原因(1)量取溶液的体积有误差(测量结果是按50mL的酸、碱进行计算的，若实际量取时大于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便立即去测碱的温度，会使热量损失而引起误差。1.关于中和反应反应热测定实验的下列说法不正确的是()A.使用环形玻璃搅拌器既可以搅拌又避免损坏温度计B.测了酸溶液后的温度计要用水清洗后再测碱溶液的温度C.向盛装酸溶液的量热计的内筒中加碱时要小心缓慢以免洒出D.改变酸碱的用量，所求中和反应反应热数值不变化答案C解析为了防止热量散失，向盛装酸溶液的量热计的内筒中加碱时要迅速加入。2.某同学通过实验测出稀盐酸和稀NaOH溶液(碱稍过量)反应生成1mol水的反应热ΔH＝－52.3kJ·mol－1，比理论数值要小，造成这一结果的原因不可能的是()A.实验装置保温、隔热效果差B.用量筒量取盐酸时仰视读数C.分多次将NaOH溶液倒入量热计的内筒中D.用测量盐酸的温度计直接测定NaOH溶液的温度答案B解析若装置保温、隔热效果差，会造成较多的热量损失，测得的反应热数值偏小，A项不符合题意；用量筒取液体，仰视读数时，实际量取的溶液体积多于应该量取的溶液体积，会导致放出的热量变多，B项符合题意；C项操作会导致较多的热量损失，C项不符合题意；D项操作会导致测得的NaOH溶液的初始温度偏高，最后计算出的反应放出的热量比实际放出的热量少，D项不符合题意。二、盖斯定律的应用1.利用盖斯定律计算反应热的方法(1)加和法(2)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：a.由A直接变成D，反应热为ΔH。b.由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。如图所示：则有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH32.运用盖斯定律计算反应热的3个关键(1)热化学方程式的化学计量数加倍，ΔH也相应加倍。(2)热化学方程式相加减，同种物质之间可加减，反应热也相应加减。(3)将热化学方程式颠倒时，ΔH的正负必须随之改变。3.氧化亚铜常用于制船底防污漆，用CuO与Cu高温烧结可制取Cu2O，已知反应：2Cu(s)＋O2(g)=2CuO(s)ΔH＝－314kJ·mol－12Cu2O(s)＋O2(g)=4CuO(s)ΔH＝－292kJ·mol－1则CuO(s)＋Cu(s)=Cu2O(s)的ΔH等于()A.－11kJ·mol－1 B.＋11kJ·mol－1C.＋22kJ·mol－1 D.－22kJ·mol－1答案A解析根据盖斯定律，将已知两个反应分别编号①、②，eq\f(①－②,2)得CuO(s)＋Cu(s)=Cu2O(s)，故ΔH＝eq\f(－314＋292,2)kJ·mol－1＝－11kJ·mol－1。4.已知：①2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH＝－566kJ·mol－1；②N2(g)＋O2(g)=2NO(g)ΔH＝＋180kJ·mol－1，则2CO(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2CO2(g)的ΔH是()A.－386kJ·mol－1 B.＋386kJ·mol－1C.－746kJ·mol－1 D.＋746kJ·mol－1答案C解析利用盖斯定律可使①－②即得：2CO(g)＋2NO(g)=N2(g)＋2CO2(g)，故该反应的ΔH＝－566kJ·mol－1－180kJ·mol－1＝－746kJ·mol－1。5.Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：CuCl2(s)=CuCl(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH1＝83kJ·mol－1CuCl(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CuO(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH2＝－20kJ·mol－1CuO(s)＋2HCl(g)=CuCl2(s)＋H2O(g)ΔH3＝－121kJ·mol－1则4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。答案－1161.在中和反应反应热的测定实验中，下列操作正确的是()①量取0.50mol·L－1的盐酸0.50mol·L－1的NaOH溶液各50mL②分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中③环形搅拌器上下移动，使酸碱溶液混合④用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定盐酸溶液的温度A.①② B.②③C.①③ D.②④答案C解析尽量一次快速将NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中，分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中，会导致热量散失较多，则测定的反应热的数值偏小，②错误；环形玻璃搅拌器起搅拌作用，应该上下移动，使反应物混合均匀，加快反应速率，减小实验误差，③正确；测定NaOH溶液起始温度后的温度计直接插入稀盐酸测温度，由于氢氧化钠与盐酸反应，使放出的热量散失，盐酸的起始温度偏高，会造成反应热的数值偏小，④错误。2.已知：①2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝－221.0kJ·mol－1；②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1。则制备水煤气的反应C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)的ΔH为()A.＋262.6kJ·mol－1 B.－131.3kJ·mol－1C.－352.3kJ·mol－1 D.＋131.3kJ·mol－1答案D解析根据盖斯定律，(①－②)÷2，即可求得制备水煤气反应的ΔH。3.钛被称为“第三金属”，其制取原料为金红石(TiO2)，制取步骤如下：已知：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1；②2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH2；③TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(s)＋O2(g)ΔH3。则反应TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)=TiCl4(s)＋2CO(g)的ΔH为()A.ΔH3＋2ΔH1＋2ΔH2 B.ΔH3＋2ΔH1＋ΔH2C.ΔH3＋2ΔH1－ΔH2 D.ΔH3＋2ΔH1－2ΔH2答案C解析利用盖斯定律将③＋2×①－②可得TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)=TiCl4(s)＋2CO(g)ΔH＝ΔH3＋2ΔH1－ΔH2，故选C项。4.烟气(主要污染物SO2、NOx)是大气主要污染物，有效去除大气中的SO2、NOx是环境保护的重要课题。用天然碱生产小苏打的母液(主要溶质为碳酸钠)吸收烟气中SO2的相关反应的热化学方程式如下：2Na2CO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)=Na2SO3(aq)＋2NaHCO3(aq)ΔH＝akJ·mol－12NaHCO3(aq)＋SO2(g)=Na2SO3(aq)＋2CO2(g)＋H2O(l)ΔH＝bkJ·mol－1Na2SO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)=2NaHSO3(aq)ΔH＝ckJ·mol－1反应Na2CO3(aq)＋SO2(g)=Na2SO3(aq)＋CO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。答案eq\f(a＋b,2)解析根据盖斯定律，将第一个热化学方程式和第二个热化学方程式相加，然后除以2即得目标热化学方程式，故ΔH＝eq\f(a＋b,2)