专题1 第1单元 第2课时 反应热的测量与计算(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学选择性必修1（苏教版2019）

第2课时　反应热的测量与计算 [学习目标]　1.理解反应热中和热测定的原理和方法，会分析误差产生的原因，不断完善和改进测定方法。2.了解盖斯定律及其简单应用。 知识点一　中和反应反应热的测量 1．量热计和简易量热计的构造 (1)将下列实验装置中各仪器(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棒的作用是使反应物混合均匀充分接触。 ②保温层的作用为减少热量的散失。 ③温度计的作用是测定反应前后反应体系的温度。 2．实验原理 一元酸、一元碱的体积均为50 mL，它们的浓度均为0.50 mol·L－1。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1 g·cm－3，且中和后所得溶液的比热为4.18 J·g－1·℃－1，根据热化学方程式H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，需计算稀的酸、碱中和生成1 mol水的反应热，而50 mL 0.50 mol·L－1的盐酸与50 mL 0.50 mol·L－1氢氧化钠反应后生成的水只有0.025 mol。 反应热ΔH＝－kJ·mol－1，其中溶液的质量m约为100 g。 3．实验步骤及测量数据 (1)初始温度(t1)：测量混合前50 mL 0.50 mol·L－1盐酸、50 mL 0.50 mol·L－1氢氧化钠溶液的温度，取两温度平均值为t1。 (2)终止温度(t2)：将酸碱溶液迅速混合，用环形玻璃搅拌棒不断搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记录为终止温度t2。 (3)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。 (4)实验数据处理 该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16.72(t2－t1)kJ·mol－1[或ΔH＝－kJ·mol－1]。 1．中和热与反应热的关系是什么？ 提示　中和热是反应热的一种。中和热指在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1 mol水时的反应热；任何一个化学反应所吸收或放出的热量都叫反应热。 2．不能用铜质搅拌棒代替玻璃搅拌器的原因是什么？ 若用醋酸代替盐酸进行中和热的测量，测量反应放出的热量会减小还是增大？ 提示　因为铜质搅拌棒导热太快，造成一些热量散失，引起误差；醋酸是弱电解质，电离吸收热量，因此测量反应放出的热量会减小。 3．实验时常用0.55 mol·L－1的氢氧化钠溶液代替0.50 mol·L－1氢氧化钠溶液，碱过量目的是什么？ 提示　碱过量的目的是保证盐酸完全反应。 4．用浓硫酸代替盐酸对结果会产生什么影响？用醋酸代替盐酸对结果会产生什么影响？ 提示　偏高　偏低 1．中和热测定实验的关键和注意事项 项目 内容 实验关键 (1)迅速反应，防止热量散失；(2)在测量反应混合液的温度时要随时读取温度值，记录下最高温度值 注意事项 (1)温度计不要靠在容器壁上或插入容器底部；(2)不可将温度计当搅拌棒使用；环形玻璃搅拌棒应上下移动；(3)为保证酸被完全中和，碱的浓度稍大 2.测定原理方面应注意的问题 根据Q＝mcΔt计算出来的是所取盐酸和所取NaOH溶液反应时放出的热量，单位为kJ，而中和热应该是生成单位物质的量的水时的反应热，单位为kJ·mol－1。 表示为： 中和热＝－ C＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量。 3．中和反应反应热测定实验中产生误差的原因 (1)装置方面：装置的隔热保温效果不好，造成实验过程中热量损失而引起误差。 (2)操作方面： (3)读数方面： 1．(2023·北大附中检测)在测定中和热的实验中，下列说法正确的是(　　) A．使用玻璃搅拌器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0.5 mol·L－1的NaOH溶液分别与0.5 mol·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量筒、烧杯、滴定管、温度计等 解析　使用玻璃搅拌器搅拌能加快反应速率，减小实验误差，A正确；温度计水银球测烧杯内溶液的温度，不能接触烧杯底部，B错误；醋酸是弱酸，电离吸热，测出的中和热数值偏小，C错误；中和热测定用不到滴定管，D错误。 答案　A 2．用如图所示的量热计测定醋酸溶液与氢氧化钠溶液中和反应的反应热。将100 mL、0.50 mol·L－1 CH3COOH溶液与100 mL、0.55 mol·L－1 NaOH溶液混合，温度从25.2 ℃升高到27.7 ℃。已知量热计的热容常数(量热计各部件每升高1 ℃所需的热)是150 J·℃－1,0.250 mol·L－1 CH3COONa溶液的比热为4 J·g－1·℃－1，溶液的密度为1 g·cm－3。 (1)1 mol CH3COOH完全中和的反应热ΔH＝________。 (2)实验中NaOH溶液过量的目的是______________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________。 (3)1 mol CH3COOH发生中和反应的反应热的文献值为－56 kJ·mol－1，你认为(1)中测得的实验值偏差的可能原因是_______________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)你认为CH3COOH与NaOH中和反应的ΔH1和HCl与NaOH中和反应的ΔH2相比________(填“ΔH1”“ΔH2”或“一样”)大，原因是 ________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 答案　(1)－47.5 kJ·mol－1　(2)保证醋酸完全被NaOH中和　(3)保温效果差或测温不准　(4)ΔH1　CH3COOH电离需吸热 测定中和反应的反应热需注意的几个问题 (1)简易量热计的保温隔热效果要好。 (2)实验中要用强酸和强碱的稀溶液。 (3)碱液(或酸液)稍过量，以确保酸(或碱)完全反应。 (4)读取的温度(t)是反应体系的最高温度。 (5)实验操作动作要迅速，尽量减少热量损失。　 知识点二　盖斯定律及其应用 1．盖斯定律的理解 (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同的。 (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。 2．盖斯定律的意义 应用盖斯定律可以间接计算以下情况(不能直接测定)的反应热： (1)有些反应进行得很慢。 (2)有些反应不容易直接发生。 (3)有些反应的产品不纯(有副反应发生)。 盖斯定律的应用 1．为什么化学反应的焓变与反应过程无关？ 提示　根据焓变表达式：ΔH＝H(生成物)－H(反应物)，可知反应物不管分几步转变为生成物，在确定条件下，反应物与生成物所具有的总焓是确定的，其差值也就是确定的，与反应过程无关。 2．利用盖斯定律分析问题时，常用的两种方法是什么？ 提示　虚拟途径法和加和法。 3．已知下列两个热化学方程式： ①P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s) ΔH1＝－2983.2 kJ·mol－1 ②P(红磷，s)＋O2(g)===P4O10(s) ΔH2＝－738.5 kJ·mol－1 请用虚拟途径法写出白磷转化为红磷的热化学方程式。 提示　虚拟过程如图 根据盖斯定律 ΔH＝ΔH1＋(－ΔH2)×4＝－2983.2 kJ·mol－1＋738.5 kJ·mol－1×4＝－29.2 kJ·mol－1 盖斯定律应用的常用方法及注意事项 1．虚拟路径法 (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)图示 ΔH＝ΔH1＋ΔH2。 2．加和法 运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。 (1)观察：通过观察确定待求的方程式。 (2)调整：找出待求方程式中各物质在已知方程式中的位置。 (3)加和：根据待求方程式中各物质的化学计量数和位置对已知方程式进行处理，得到变形后的新方程式。 (4)计算：将新得到的方程式进行加减(反应热也需要相应加减)。 (5)书写：待求的热化学方程式。 3．应用盖斯定律计算反应热时应注意的问题 (1)首先要明确所求反应的始态和终态，各物质的化学计量数；判断该反应的吸、放热情况。 (2)不同途径对应的最终结果应一样。 (3)当热化学方程式乘以或除以某一个数时，ΔH也应乘以或除以同一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。 (4)将一个热化学方程式逆向书写时，ΔH的符号也随之改变，但绝对值不变。 (5)在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)间的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。 (6)注意各分步反应的ΔH的正负。 1．(2023·河北适应性考试)已知25 ℃、101 kPa下，1 mol水蒸发为水蒸气需要吸收热量44.01 kJ。 2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.66 kJ·mol－1 C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1 则反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热为(　　) A．ΔH＝－396.36 kJ·mol－1 B．ΔH＝－198.55 kJ·mol－1 C．ΔH＝－154.54 kJ·mol－1 D．ΔH＝－110.53 kJ·mol－1 解析　该题为应用盖斯定律求反应热型。在两个已知的热化学方程式中，H2O的聚集状态有液态和气态两种，不统一，但由题目可知，25 ℃、101 kPa下，1 mol水蒸发为水蒸气需要吸收热量44.01 kJ，即H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.01 kJ·mol－1，则有 Ⅰ.H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.01 kJ·mol－1 Ⅱ.2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.66 kJ·mol－1 Ⅲ.C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1 根据盖斯定律，Ⅲ－×Ⅱ＋Ⅰ得：C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝＋131.29 kJ·mol－1－×571.66 kJ·mol－1＋44.01 kJ·mol－1＝－110.53 kJ·mol－1。 答案　D 2．(1)已知：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1 2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1 则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。 (2)CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)。 已知：C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－75 kJ·mol－1 C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－394 kJ·mol－1 C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－111 kJ·mol－1 该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。 解析　(1)已知2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g) ΔH1＝－4.4 kJ·mol－1 2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3 kJ·mol－1 根据盖斯定律可知反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝ΔH1－ΔH2＝×(－4.4)－(－55.3) kJ·mol－1＝(－2.2＋55.3)kJ·mol－1＝＋53.1 kJ·mol－1。 (2)将题目给出的热化学方程式依次编为序号①、②、③，则将③×2－①－②就得出催化重整的反应，因此催化重整反应的ΔH＝－111 kJ·mol－1×2＋75 kJ·mol－1＋394 kJ·mol－1＝＋247 kJ·mol－1。 答案　(1)＋53.1　(2)＋247 运用盖斯定律求反应热的常用 计算技巧——“三调一加” (1)一调：根据目标热化学方程式，调整已知热化学方程式反应物和生成物的左右位置，改写已知的热化学方程式。 (2)二调：根据改写的热化学方程式调整相应ΔH的符号。 (3)三调：调整中间物质的化学计量数。 (4)一加：将调整好的热化学方程式及其ΔH相加。　 1．(2023·成都石室中学检测)某实验小组学生用50 mL 0.50 mol/L的盐酸与50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液在如图所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计算中和热。下列说法正确的是(　　) A．简易量热计外壳为双层设计可以减少热量损失 B．仪器①是玻璃棒 C．仪器②可以采用光滑的铜质材料 D．若改用60 mL 0.50 mol/L的盐酸跟50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液进行反应，从理论上说所求中和热不相等 答案　A 2．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．采用绝热材质好的量热计 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 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。 答案　B 3．已知热化学方程式： H2O(g)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝241.8 kJ·mol－1 H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1 当1 g液态水变为水蒸气时，其热量变化是(　　) A．吸热88 kJ　　　　 B．吸热2.44 kJ C．放热4.98 kJ D．放热44 kJ 答案　B 4．Mn2＋催化H2O2分解：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH1，其反应机理如右。 若反应Ⅱ的焓变为ΔH2，反应Ⅰ、Ⅱ的化学计量数均为最简整数比，则反应Ⅰ的焓变ΔH为(　　) A．ΔH1＋ΔH2 B．ΔH1－ΔH2 C．2ΔH1－ΔH2 D．ΔH1－2ΔH2 解析　Mn2＋催化H2O2分解：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH1① 反应Ⅱ为MnO2(s)＋H2O2(aq)＋2H＋(aq)===Mn2＋(aq)＋O2(g)＋2H2O(l)　ΔH2② 反应Ⅰ为Mn2＋(aq)＋H2O2(aq)===2H＋(aq)＋MnO2(s)　ΔH①－②可得反应Ⅰ，因此ΔH＝ΔH1－ΔH2，即B正确。 答案　B 5．硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98 kJ·mol－1。回答下列问题： 钒催化剂参与反应的能量变化如图所示，V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为___________________________________________________________。 解析　由题中信息可知： ①V2O4(s)＋2SO3(g)===2VOSO4(s)　ΔH1＝－399 kJ·mol－1 ②V2O4(s)＋SO3(g)===V2O5(s)＋SO2(g)　ΔH2＝－24 kJ·mol－1 根据盖斯定律可知，①－②×2得2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)，则ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝(－399 kJ·mol－1)－(－24 kJ·mol－1)×2＝－351 kJ·mol－1，所以该反应的热化学方程式为2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)　ΔH＝－351 kJ·mol－1。 答案　2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)　ΔH＝－351 kJ·mol－1 学科网（北京）股份有限公司 $$