化学反应原理专题1第一单元第2课时.docx
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化学反应原理专题1第一单元第2课时
第2课时 反应热的测量与计算
[目标导航] 1.初步学习测定化学反应的反应热的实验方法。
2.知道盖斯定律的内容；能够正确运用盖斯定律进行简单计算反应热。
一、反应热的测定
1．实验装置及仪器
（1）将下列实验装置中各仪器（或物品）的名称填在横线上。
（2）实验过程中，还需要的其他仪器有50mL量筒（2只）。
2．实验步骤
（1）用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度（t1）。
（2）用另一量筒量取50mL0.50mol·L－1氢氧化钠溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度（t2）。
（3）将量筒中的氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板，用环形玻璃搅拌棒不断搅拌，观察温度计的温度变化，准确读出并记录反应体系的最高温度（t3）。
（4）假设溶液的比热容与水的比热容相等，溶液的密度与水的密度相等，忽略量热计的比热，根据溶液温度升高的数值，计算该反应的反应热并写出热化学方程式。
（5）用同样的方法分别测定同浓度、同体积的KOH溶液与盐酸反应和NaOH溶液与硝酸反应的反应热。
引申拓展
中和热测定实验中应注意的问题
（1）为了保证0.50mol·L－1的盐酸完全被NaOH中和，可以采用0.55mol·L－1NaOH溶液，使碱稍稍过量。
（2）实验中若用弱酸代替强酸或用弱碱代替强碱，反应过程中由于电离吸热，会使测得中和热的数值偏低。
3．实验数据处理
盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1。
该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是0.418（t3－
）kJ，中和热为16.72（t3－
）kJ·mol－1[或ΔH＝－
kJ·mol－1]。
4．实验结论
以上三组溶液中所发生的反应均为H＋＋OH－===H2O。
由于三次实验中所用溶液的体积相同，溶液中H＋和OH－的浓度也是相同的，反应温度又一样，因此三个反应的反应热也是相同的。
填一填
写出下列反应的化学方程式
（1）将0.02mol·L－1盐酸与0.02mol·L－1氢氧化钠溶液等体积混合：
HCl＋NaOH===NaCl＋H2O。
（2）将0.01mol·L－1硫酸与0.02mol·L－1氢氧化钠溶液等体积混合：
H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O。
上述两反应，若从物质类别的变化分析，其反应类型是中和反应；若从能量的变化分析，其反应类型是放热反应。
两反应的离子方程式是H＋＋OH－===H2O，两反应过程中的热量变化相同（填“相同”或“不同”），判断的依据是参加两反应的H＋、OH－的数目都相同。
二、中和热
1．定义：
在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1molH2O时的反应热叫中和热。
2．注意：
①酸、碱溶液必须为稀溶液。
②计量标准必须是生成1mol水。
3．对于强酸和强碱的稀溶液反应，中和热基本上是相等的，表示为H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）
ΔH＝－57.3kJ·mol－1。
议一议
1．怎样理解中和热和反应热的关系？
答案 中和热、反应热都是指化学反应中能量的变化，但中和热仅指在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成1mol水时的反应热，任何一个化学反应发生时的热效应均叫反应热，但却不一定是中和热。
2．定义中的“稀溶液”是指小于或等于1mol·L－1的酸碱溶液，为什么浓度不能过大？
答案 因为溶液浓度过大，混合时会产生溶解热效应而影响中和热的测定。
3.
Ba（OH）2（aq）＋
H2SO4（aq）===
BaSO4（s）＋H2O（l） ΔH1
CH3COOH（aq）＋NaOH（aq）===CH3COONa（aq）＋H2O（l） ΔH2
NH3·H2O（aq）＋HCl（aq）===NH4Cl（aq）＋H2O（l） ΔH3
ΔH1、ΔH2、ΔH3的数值均不等于57.3，为什么？
答案 57.3kJ的热量是指强酸、强碱在稀溶液中发生中和反应的中和热，有弱酸或弱碱参加的中和反应，实验测出的中和热的数值要低于57.3，因为弱电解质反应时会继续电离，电离要吸热；在Ba（OH）2和H2SO4反应中，除生成H2O外，还生成了BaSO4，这部分反应热应不在中和热内。
即：
中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时吸热所伴随的热效应。
三、盖斯定律
1．盖斯定律：
化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的。
也就是说，化学反应的反应热（焓变）只与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关。
2．盖斯定律直观化
3．盖斯定律的意义：
对于那些进行很慢和难以测量的反应，可通过盖斯定律计算出该反应的反应热。
议一议
1．试根据如图变化途径，判断ΔH之间的关系。
答案 ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
2．已知：
H2（g）＋
O2（g）===H2O（g） ΔH1＝－241.8kJ·mol－1
H2（g）＋
O2（g）===H2O（l） ΔH2＝－285.8kJ·mol－1
H2O（l）===H2O（g） ΔH3＝44.0kJ·mol－1
则ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系。
答案 ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
一、中和热测定实验的误差分析
例1
用“偏高”、“偏低”或“不变”填空。
（1）大烧杯上如不盖硬纸板，测得中和热的数值。
（2）若将环形玻璃搅拌棒改成“铜棒”，测得中和热的数值。
（3）在实验中用“50mL0.5mol·L－1”的盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH反应测定中和热，若把50mL的NaOH改成60mL，测得中和热的数值。
（4）最后记录的温度不是最高温度，测得中和热的数值。
（5）量取NaOH溶液和盐酸时，均仰视刻度线，测得中和热的数值。
答案
（1）偏低
（2）偏低 （3）不变 （4）偏低 （5）偏高
反思归纳
中和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。
变式训练1
实验室利用如图装置进行中和热的测定，请回答下列问题：
（1）该图中有两处未画出，它们是，。
（2）在操作正确的前提下，提高中和热测定准确性的关键是。
（3）如用0.5mol·L－1的盐酸与NaOH固体进行实验，则实验中测得的“中和热”数值将（填“偏大”、“偏小”或“不变”）；原因是。
答案
（1）环形玻璃搅拌棒 泡沫塑料板或硬纸板
（2）提高装置的保温效果
（3）偏大 氢氧化钠固体溶于水放热
二、中和热测定实验的数据记录与处理
例2
利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：
①用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸的温度，然后把温度计上的酸用水冲洗干净；②用另一量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。
回答下列问题：
（1）使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是（填序号）。
A．用温度计小心搅拌
B．揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C．轻轻地振荡烧杯
D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
（2）假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1。
为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：
实验
序号
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
盐酸
氢氧化钠溶液
混合溶液
1
20.0
20.1
23.2
2
20.2
20.4
23.4
3
20.5
20.6
23.6
依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝（结果保留一位小数）。
（3）（填“能”或“不能”）用Ba（OH）2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是
。
解析
（1）使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作：
用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动。
（2）取三次实验的平均值代入公式计算即可。
即：
t1＝
＝20.3（℃）
t2＝
＝23.4（℃）
所以ΔH＝
－
＝－51.8kJ·mol－1
（3）因为硫酸与Ba（OH）2溶液反应时生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热，故不能用Ba（OH）2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸。
答案
（1）D
（2）－51.8kJ·mol－1 （3）不能 H2SO4与Ba（OH）2反应时生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的中和热
归纳总结
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T1/℃
终止温度
T2/℃
温度差
（T2－T1）/℃
HCl
NaOH
平均值
1
2
3
（2）计算反应热。
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,50mL0.55mol·L－1NaOH溶液的质量m2＝50g。
中和后生成的溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1，则50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液发生中和反应时放出的热量为
（m1＋m2）·c·（T2－T1）＝0.418（T2－T1）kJ
生成1molH2O时的反应热为
ΔH＝－
kJ·mol－1。
变式训练2 实验室用50mL0.50mol·L－1盐酸、50mL0.55mol·L－1NaOH溶液和下图所示装置进行测定中和热的实验，得到表中的数据：
实验次数
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
盐酸
NaOH溶液
1
20.2
20.3
23.7
2
20.3
20.5
23.8
3
21.5
21.6
24.9
完成下列问题：
（1）实验时用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液的方法是，不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒的理由是。
（2）经数据处理，t2－t1＝3.4℃。
则该实验测得的中和热ΔH＝[盐酸和NaOH溶液的密度按1g·cm－3计算，反应后混合溶液的比热容（c）按4.18J·（g·℃）－1计算]。
（3）若将NaOH溶液改为相同体积、相同浓度的氨水，测得中和热为ΔH1，则ΔH1与ΔH的关系为ΔH1（填“＜”、“＞”或“＝”）ΔH，理由是。
答案
（1）上下搅动（或轻轻搅动） 铜传热快，热量损失多
（2）－56.8kJ·mol－1 （3）＞ NH3·H2O电离吸热
解析
（1）对于本实验，让NaOH和HCl尽可能快地完全反应是减小误差的一个方面，所以实验时用环形玻璃搅拌棒上下搅动，做好保温工作是减小误差的另一个重要方面。
由于铜丝传热快，热量损失多，所以选用环形玻璃搅拌棒，而不用铜丝搅拌棒。
（2）ΔH＝－[100g×4.18×10－3kJ·（g·℃）－1×3.4℃]÷0.025mol＝－56.8kJ·mol－1。
（3）因弱电解质的电离过程是吸热的，将NaOH溶液改为相同体积、相同浓度的氨水反应后放出的热量少，所以ΔH1＞ΔH。
三、盖斯定律的解题模型及应用技巧
例3
根据盖斯定律，结合下述热化学方程式，回答问题。
已知：
（1）NH3（g）＋HCl（g）===NH4Cl（s）
ΔH＝－176kJ·mol－1
（2）HCl（g）＋H2O（l）===HCl（aq）
ΔH＝－72.3kJ·mol－1
（3）NH3（g）＋HCl（aq）===NH4Cl（aq）
ΔH＝－52.3kJ·mol－1
（4）NH4Cl（s）＋H2O（l）===NH4Cl（aq） ΔH＝Q
则Q＝。
解析
利用盖斯定律知，（3）＋
（2）－
（1）＝（4），则ΔH＝－52.3kJ·mol－1＋（－72.3kJ·mol－1）－（－176kJ·mol－1）＝51.4kJ·mol－1。
答案 51.4kJ·mol－1
反思归纳
盖斯定律的解题模型和注意事项
（1）解题模型
（2）解题注意事项
①热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。
②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，所求之和为其代数和。
③将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的符号必须随之改变。
④为了防止出错，最好将方程式左、右颠倒，用“加法”计算。
变式训练3 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－1B．386kJ·mol－1
C．－746kJ·mol－1D．746kJ·mol－1
答案 C
解析 利用盖斯定律可知①－②即可得：
2CO（g）＋2NO（g）===N2（g）＋2CO2（g），故该反应的ΔH＝－566kJ·mol－1－180kJ·mol－1＝－746kJ·mol－1。
1．下列关于中和热的说法中正确的是（ ）
A．10L0.1mol·L－1NaOH溶液与10L0.1mol·L－1盐酸反应时的反应热是中和热
B．1molHCl气体通入1L0.01mol·L－1NaOH溶液中反应时的反应热是中和热
C．1molCH3COOH与2molNaOH溶液反应时的反应热是中和热
D．只要强酸与强碱在稀溶液中反应生成1mol水时的反应热就是中和热
答案 A
解析 B中1molHCl气体通入1L0.01mol·L－1NaOH溶液中反应的热效应除了中和热外还有HCl气体的溶解热和电离热效应，错误；C中醋酸溶液和NaOH溶液不一定是稀溶液，错误；D中如果是硫酸与氢氧化钡反应，它们反应除生成水外还会生成硫酸钡沉淀，会放出更多热量。
2．在测定中和热的实验中，下列说法正确的是（ ）
A．使用环形玻璃搅拌棒是为了加快反应速率，减小实验误差
B．为了准确测定反应混合溶液的温度，实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触
C．用0.5mol·L－1NaOH溶液分别与0.5mol·L－1的盐酸、醋酸溶液反应，如所取的溶液体积相等，则测得的中和热数值相同
D．在测定中和热实验中需要使用的仪器有天平、量筒、烧杯、滴定管、温度计
答案 A
解析 A项中在中和热的测定中，使用环形玻璃搅拌棒，目的是使反应物混合均匀，加快反应，减小误差，A正确；B项中温度计水银球不能接触烧杯底部，B错；C项中CH3COOH为弱酸，电离时吸热，故测得的中和热比用盐酸时数值小，C错；D项中实验仪器中不需要天平、滴定管，D错。
3．下列关于盖斯定律描述不正确的是（ ）
A．化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关
B．盖斯定律遵守能量守恒定律
C．利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热
D．利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热
答案 A
解析 化学反应的反应热与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关。
4．已知热化学方程式：
H2O（g）===H2（g）＋
O2（g）
ΔH＝241.8kJ·mol－1
H2（g）＋
O2（g）===H2O（l）
ΔH＝－285.8kJ·mol－1
当1g液态水变为水蒸气时，其热量变化是（ ）
A．ΔH＝88kJ·mol－1
B．ΔH＝2.44kJ·mol－1
C．ΔH＝－4.98kJ·mol－1
D．ΔH＝－44kJ·mol－1
答案 B
解析 将两式相加得到H2O（g）===H2O（l） ΔH＝－44kJ·mol－1，所以每1g液态水变成水蒸气需要吸收的热量为
kJ≈2.44kJ。
5．已知：
Fe2O3（s）＋
C（s）===
CO2（g）＋2Fe（s）
ΔH1＝234.1kJ·mol－1①
C（s）＋O2（g）===CO2（g）
ΔH2＝－393.5kJ·mol－1②
则2Fe（s）＋
O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH3是（ ）
A．－824.4kJ·mol－1B．－627.6kJ·mol－1
C．－744.7kJ·mol－1D．－169.4kJ·mol－1
答案 A
解析 由盖斯定律可知：
×②－①得2Fe（s）＋
O2（g）===Fe2O3（s），所以ΔH3＝
×（－393.5kJ·mol－1）－234.1kJ·mol－1＝－824.35kJ·mol－1≈－824.4kJ·mol－1。
[基础过关]
一、中和反应的反应热
1．已知H＋＋OH－===H2O生成1molH2O（l）放出热量57.3kJ，下列反应中能放出57.3kJ热量的是（ ）
A．1mol稀H2SO4与足量NaOH溶液反应
B．稀盐酸与氨水反应生成1molH2O
C．稀盐酸与稀Ba（OH）2溶液反应生成1mol水
D．稀NaOH与95%浓硫酸反应生成1mol水
答案 C
解析 A放出热量应为2mol×57.3kJ·mol－1；B放出热量应略小于57.3kJ，因弱酸、弱碱在水中电离要吸收一部分热量，故多数强酸与弱碱、弱酸与强碱的中和反应热数值小于57.3kJ；酸与碱的浓度不能太大，否则中和热数值会偏大，故D错。
2．已知HCN（aq）与NaOH（aq）反应的ΔH＝－12.1kJ·mol－1；HCl（aq）与NaOH（aq）反应的ΔH＝－55.6kJ·mol－1。
则HCN在水溶液中电离的ΔH等于（ ）
A．－67.7kJ·mol－1B．－43.5kJ·mol－1
C．43.5kJ·mol－1D．67.7kJ·mol－1
答案 C
解析 由题意可知①HCN（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）＋CN－（aq） ΔH＝－12.1kJ·mol－1；②H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l） ΔH＝－55.6kJ·mol－1。
对比①②两个热化学方程式可知，反应①比反应②放热少的原因是HCN是弱酸，电离过程吸热。
1molHCN与NaOH反应比与1molHCl反应时少放出43.5kJ的热量，故HCN在水溶液中电离的ΔH等于43.5kJ·mol－1，所以选C。
3．中和热是在稀溶液中，酸、碱发生中和反应生成1mol液态水时放出的热量，强酸、强碱的中和热为57.3kJ·mol－1。
下列热化学方程式中正确的是（ ）
A．HNO3（aq）＋KOH（aq）===H2O（l）＋KNO3（aq） ΔH>－57.3kJ·mol－1
B．HNO3（aq）＋NH3·H2O（aq）===H2O（l）＋NH4NO3（aq）
ΔH<－57.3kJ·mol－1
C．CH3COOH（aq）＋KOH（aq）===H2O（l）＋CH3COOK（aq）
ΔH<－57.3kJ·mol－1
D．CH3COOH（aq）＋NH3·H2O（aq）===H2O（l）＋CH3COONH4（aq） ΔH>－57.3kJ·mol－1
答案 D
解析 A项中ΔH＝－57.3kJ·mol－1，错；B、C两项中，NH3·H2O、CH3COOH为弱电解质，电离时需吸收热量，分别与强酸、强碱发生中和反应生成1molH2O（l）时，放出的热量小于57.3kJ，故ΔH>－57.3kJ·mol－1，B、C错。
二、中和热反应热的测定
4．实验室进行中和热的测定实验时除需要大烧杯（500mL）、小烧杯（100mL）外，所用的其他仪器和试剂均正确的一组是（ ）
A．0.50mol·L－1盐酸，0.50mol·L－1NaOH溶液，100mL量筒1个
B．0.50mol·L－1盐酸，0.55mol·L－1NaOH溶液，100mL量筒2个
C．0.50mol·L－1盐酸，0.55mol·L－1NaOH溶液，50mL量筒1个
D．0.50mol·L－1盐酸，0.55mol·L－1NaOH溶液，50mL量筒2个
答案 D
解析 本实验中为了保证0.50mol·L－1的盐酸完全被中和，采用0.55mol·L－1NaOH溶液，使碱稍过量，故A项不符合；所需酸、碱量均为50mL，故B项不符合；酸、碱分别用不同的量筒量取，故C项不符合。
5．关于中和热测定的说法错误的是（ ）
A．实验需用到的主要玻璃仪器包括大、小烧杯、温度计、环形玻璃搅拌棒、泡沫塑料板及碎泡沫塑料（或硬纸板、碎纸条）等
B．盐酸与某强碱中和放出的热量随反应物的用量改变而改变，但中和热不变
C．NaOH稍过量的目的是保证盐酸完全被NaOH中和
D．测定结果准确与否的关键是尽量减小热量损失及准确读取混合溶液的最高温度等
答案 A
6．中和热测定实验中，下列操作一定会降低实验准确性的是（ ）
A．用滴定管取所用药品
B．NaOH溶液在倒入小烧杯时，有少量溅出
C．大、小烧杯体积相差较大，夹层间放的碎泡沫塑料较多
D．测量HCl溶液的温度计用水洗净后再用来测NaOH溶液的温度
答案 B
解析 NaOH溶液在倒入小烧杯时，有少量溅出，实验中生成水的量减少，放出的热量减小，测得中和热的数值不准。
7．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，1mol物质燃烧的反应热依次为285.8kJ·mol－1、282.5kJ·mol－1、726.7kJ·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）
ΔH＝－127.4kJ·mol－1
B．CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）
ΔH＝127.4kJ·mol－1
C．CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（g）
ΔH＝－127.4kJ·mol－1
D．CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（g）
ΔH＝127.4kJ·mol－1
答案 A
解析 根据题给三种物质的燃烧热可以写出：
H2（g）＋
O2（g）===H2O（l）
ΔH1＝－285.8kJ·mol－1①
CO（g）＋
O2（g）===CO2（g）
ΔH2＝－282.5kJ·mol－1②
CH3OH（l）＋
O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）
ΔH3＝－726.7kJ·mol－1③
运用盖斯定律进行计算，即①×2＋②－③可得：
CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）
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