1.2 反应热的测量和计算 第1课时 （教学课件）化学沪科版2020选择性必修1

第一章 化学反应的热效应 1.2 反应热的测量和计算 课时1 反应热的测量和热化学方程式 沪科版 2020选择性必修1 热化学方程式 2 反应热的测量 1 知识导航 1．理解反应热测定的原理和方法，分析产生误差的原因，完善和改进测定方法。 2．学会书写热化学方程式，并判断书写的正误。 明·学习目标 许多化学反应的反应热可以通过实验来测量。如何测量反应热呢? 化学研究和化工生产中我们总会遇到一些实际问题，有许多要借助于热化学数据才能得以解决。 引·新课导入 01 反应热的测量 反应热的测量 测量反应热的仪器 弹式热量计 简易热量计 测量反应热的仪器称为热量计。 探·知识奥秘 例如：盐酸与NaOH溶液反应的过程中会放出热量，导致体系与环境之间的温度产生差异。 c：水的比热容 m ：溶液的总质量 t1、t2：反应前和反应后体系的温度 Q：反应热 Q＝－c ·m ·(t2－t1) 反应热的计算公式 反应前后，若环境的温度未变化，则反应放出的热量就会使体系的温度升高，这时可以根据测得的体系的温度变化和有关物质的比热容等来计算反应热。 常温下，液态水的比热容为 4.18 J/(g· ℃ ) 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 (确保HCl被完全中和) 用量筒量取 50 mL 0.50 mol · L-1 盐酸，倒入简易热量计中，用温度传感器测量盐酸的温度，记录数据。 步骤一 用量筒量取 50 mL 0.55 mol · L-1 NaOH 溶液，倒入烧杯中，调节其温度，使之与热量计中盐酸的温度相同。 步骤二 实验探究：盐酸与NaOH溶液反应过程中热量的变化 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 把搅拌磁子放入热量计中，盖好杯盖。启动应用程序，打开磁力搅拌器，开始采集数据。 步骤三 实验探究：盐酸与NaOH溶液反应过程中热量的变化 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 (目的是减少误差) 实验探究：盐酸与NaOH溶液反应过程中热量的变化 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 步骤四 打开杯盖上的橡皮塞，将 NaOH 溶液沿漏斗迅速全部倒入热量计中，塞紧橡皮塞。待温度平稳后，停止采集，温度变化如图所示，将起始温度和最高温度的数据记录在表格中。再重复实验步骤(1)～(4)两次。 探·知识奥秘 数据处理 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 取盐酸温度和NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1)。计算温度差( t2-t1)，将数据填入下表。 实验编号 反应前体系的温度/℃ 反应后体系的温度/℃ 温度差 t1/℃ (起始) t2/℃ (最高) ( t2-t1)/℃ 1 2 3 探·知识奥秘 为计算简便，我们近似认为混合液的比热容等于水的比热容，并忽略热量计的比热容，根据反应过程中溶液温度的变化值，计算该中和反应的反应热。 c：水的比热容 m ：溶液的总质量 t1、t2：反应前和反应后体系的温度 Q：反应热 Q＝－c ·m ·(t2－t1) 常温下，液态水的比热容为 4.18 J/(g· ℃ ) 数据处理 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 为了计算简便，可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水的相同，并忽略量热计的比热容，则： ① 50 mL 0.50 mol/L 盐酸的质量 m1＝____ g， 50 mL 0.55 mol/L NaOH 溶液的质量m2 ＝____ g ； 取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。 根据温度差和比热容等计算反应热。 (目的是减少误差) 50 50 数据处理 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 ②反应后生成的溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃ )， 50 mL 0.50 mol/L盐酸与 50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液发生中和反应时放出的热量为： (m1＋m2)·c· (t2－t1)＝__________________________＝_____________。 根据温度差和比热容等计算反应热。 ③生成1 mol H2O时放出的热量为______________。 100×4.18(t2-t1) ×10-3kJ kJ 0.418(t2－t1) 0.025 NaOH＋HCl＝ NaCl＋H2O 0.025 mol 0.025 mol 0.025 mol 0.418(t2-t1) 数据处理 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 01 准确测量酸、碱溶液的初始温度及反应后溶液的最高温度。酸、碱溶液应当用稀溶液，且配好后要充分冷却至室温才能使用。 02 该实验中只用一个温度计，每次测量完温度后，必须用水洗净并用滤纸擦干后再使用。 03 在测量反应混合液的温度时要随时读取温度值，并记录最高温度值。 注意事项 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 在上述过程中，提高测定反应热准确度的措施有哪些? 使用比较精确的温度计读出温度变化 A 需要保温装置，保证反应过程中，不与外界发生热交换 B 搅拌器搅拌，保证溶液温度均匀 C …… D 探·知识奥秘 大量实验测得，25 ℃和101 kPa下，强酸与强碱稀溶液发生中和反应生成1 mol水时，放出57.3 kJ的热量。 中和反应反应热 水为液态 ①若用浓硫酸(或NaOH固体)，中和热数值通常比 57.3 kJ· mol-1大，因为它们溶解放热，放热增多。 ②若用弱酸代替强酸(或弱碱代替强碱)，中和热数值通常比 57.3 kJ· mol-1小，因为弱电解质电离时吸热，放热减少。 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 回顾实验，思考并回答以下问题 酸、碱混合时，为何要把量简中的NaOH溶液一次迅速倒入量热计的内简中而不能缓慢分多次倒人? 问题1 本实验的关键是尽可能减少热量散失，若动作迟缓或分多次倒入，会使热量损失导致实验产生误差。 否；中和热是指在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1 mol H2O时的反应热，数值与反应物的量的多少无关，故所测结果应与本次实验结果基本相同。 若改用100mL0.50 mol·L-1盐酸与100 ml0.55 mol·L-1NaOH溶液混合，所测中和热的数值是否为本实验结果的2倍? 问题2 稀硫酸和稀氢氧化钡反应生成1mol水的∆H是否为中和热? 问题3 否；有沉淀生成。 反应热的测量 用简易热量计测定中和反应的反应热 探·知识奥秘 【例1】为了测定酸碱反应的中和热，计算时至少需要的数据是(　　) ①酸溶液的浓度和体积　 ②碱溶液的浓度和体积　 ③比热容　 ④反应后溶液的质量(单位：kg)　 ⑤生成水的物质的量　 ⑥反应前后温度变化　 ⑦操作所需的时间 A．①②③⑥ B．①③④⑤ C．③④⑤⑥ D．全部 C 析·典型范例 02 热化学方程式 化学反应一般都有反应热。那么，我们应该如何表示化学反应的反应热呢? 探·知识奥秘 H2 + Cl2 2HCl 点燃 只表明了化学反应中的物质变化，没有表明其中的能量变化 表明了1 mol气态H2与1 mol气态Cl2反应生成 2 mol气态HCl时，放出 184.6 kJ 的热量。 化学 方程式 热化学 方程式 H2 (g) ＋ Cl2 (g)＝2HCl (g) ∆H＝−184.6 kJ/mol 意义 热化学方程式 示例分析 表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式 探·知识奥秘 ∆H＝−184.6 kJ/mol ∆H1＝−184.6 kJ/mol 2HCl (g) H H2 (g)＋Cl2 (g) ∆H2＝+184.6 kJ/mol ∆H2＝+184.6 kJ/mol 2HCl (g)＝H2 (g)＋Cl2 (g) H2 (g) ＋ Cl2 (g)＝2HCl (g) 物质变化 能量变化 观察：热化学方程式与化学方程式，二者有什么不同点? 探究一 热化学方程式 示例分析 探·知识奥秘 探究二 在25 ℃和101 kPa下， 1 mol气态H2与0.5 mol气态O2反应生成1 mol气态H2O时，放出241.8 kJ的热量，如果生成的是H2O(l) ，反应热一样吗? H2(g)＋ O2(g) ＝H2O(l) ∆H2＝_____________ 1 2 H2(g) ＋ O2(g) ＝H2O(g) ∆H1＝−241.8 kJ/mol 1 2 热化学方程式 示例分析 探·知识奥秘 等质量水的焓 H2O(s)＜ H2O(l)＜ H2O(g) 水的聚集状态变化时的焓变示意图 热化学方程式 示例分析 探·知识奥秘 H2(g)＋ O2(g) ＝H2O(l) ∆H2＝_____________ 1 2 H2(g) ＋ O2(g) ＝H2O(g) ∆H1＝−241.8 kJ/mol 1 2 − 285.8 kJ/mol ∆H1＝−241.8 kJ/mol ∆H2＝ − 285.8 kJ/mol H2 (g)+1/2 O2 (g) H2O (g) H H2O (l) 热化学方程式 示例分析 探·知识奥秘 H2(g)＋ O2(g) ＝H2O(l) ∆H2＝_____________ 1 2 H2(g) ＋ O2(g) ＝H2O(g) ∆H1＝−241.8 kJ/mol 1 2 − 285.8 kJ/mol 热化学方程式书写时，要标注物质的状态！ 固体 (s) 液体 (l) 气体 (g) 溶液 (aq) 热化学方程式 示例分析 探·知识奥秘 若H2与O2消耗量增倍，反应热ΔH 一样吗? 探究三 2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l) ∆H3＝_____________ H2(g)＋ O2(g) ＝H2O(l) ∆H2＝_____________ 1 2 H2(g) ＋ O2(g) ＝H2O(g) ∆H1＝−241.8 kJ/mol 1 2 − 285.8 kJ/mol − 483.6 kJ/mol 热化学方程式 示例分析 探·知识奥秘 探究四 书写热化学方程式还需要注意什么? H2(g) ＋ I2(g) ⇌2HI(g) ∆H＝−14.9 kJ/mol 100 oC 101kPa 若反应在25 oC、101 kPa进行，该条件可省略，其他温度和压强必须注明。 H2(g) ＋ I2(g) ⇌2HI(g) ∆H＝−9.48 kJ/mol 25 oC 101kPa 热化学方程式 示例分析 探·知识奥秘 阅读教材P9，思考：ΔH 中的单位mol-1代表什么含义? 30 在右端注明热量的变化：吸热反应， ∆H >0；放热反应， ∆H <0 绝大多数∆H是在25℃、101kPa下测定的，此时可不注明温度和压强 化学计量数不表示分子数或原子个数，仅表示物质的量(可以是整数，也可以是分数) 一般不要求写反应条件，不用“↑”和“↓”，不用“→”而用“＝”“⇌” 表示 本不应写可逆符号，若题目给可逆符号，则∆H表示100%时的吸放热 热化学方程式 书写热化学方程式“六注意” 探·知识奥秘 同素异形体需额外标注名称，如(C，金刚石) 要注明反应物和生成物的聚集状态，气态、液态、固态、溶液分别用g、1、s、aq表示 ∆H数值与化学计量数相对应 (化学计量数加倍，ΔH值也加倍) 正逆反应的ΔH绝对值相等，符号相反 热化学方程式 书写热化学方程式“六注意” 探·知识奥秘 【例1】依据反应事实，写出下列反应的热化学方程式(常温下) HCl(aq)＋NaOH(aq)＝NaCl(aq)＋H2O(l) ∆H＝−57.3 kJ/mol 1 L 1 mol/L HCl和1 L 1 mol/L NaOH恰好完全反应放出57.3 kJ的热量 01 1 mol N2(g)与适量H2(g)反应，生成NH3(g)，放出92.2 kJ热量 02 1 mol Cu(s)与适量O2(g)反应，生成CuO(s)，放出157 kJ热量 03 N2(g)＋3H2(aq)＝2NH3(g) ∆H＝−92.2 kJ/mol Cu(s)＋ O2(g) ＝ CuO(s) ∆H＝−157 kJ/mol 1 2 析·典型范例 【例2】在 298 K 和 100 kPa 时，合成氨反应的热化学方程式为： 3H2(g) ＋ N2(g) ＝2NH3(g) ∆H1＝−92 kJ/mol NH3(g) ＝ H2(g) ＋ N2(g) ∆H1＝+46 kJ/mol 1 2 3 2 试写出相同条件下反应 的热化学方程式 正反应放热，则逆反应吸热；焓变随化学方程式系数的改变而改变。 NH3(g) ＝ H2(g) ＋ N2(g) 1 2 3 2 析·典型范例 弹式热量计 弹式热量计是一种常见的热量计。化学反应可在一个完全密闭的厚壁钢制容器中进行。实验前向容器中通入反应所需的一定量高压氧气，故该容器也叫“氧弹”。 由于氧弹是密闭容器，在反应过程中，系统的总体积可视为恒定，故测得的热效应是等容反应热。这种热量计常用于测定物质的燃烧热。 氧弹位于有绝热套的水浴之中。弹内的试样跟引燃电阻丝接触，试样燃烧时放出的热量等于水浴中水所吸收的热量以及各部件吸热的总和。 迁·拓展延伸 1.下列有关热化学方程式的说法错误的是(　　) A．热学化方程式未注明温度和压强时，ΔH表示标准状况下的数据 B．热化学方程式中，各物质的化学计量数不表示分子个数，只代表该物质的物质的量 C．同一化学反应，化学计量数不同，则ΔH不同；化学计量数相同而状态不同，ΔH也不同 D．化学反应过程中所吸收或放出的热量与参加反应的物质的物质的量成正比 A 练·技能实战 2.在实验室进行中和热测定实验，下列有关叙述错误的是(　　) A．大小烧杯之间塞满碎泡沫，目的是减少热量损失 B．测量终止温度时，应当记录混合溶液的最高温度 C．为了使酸碱充分反应，应当缓慢分次倒入NaOH溶液并搅拌 D．可用塑料材质的环形搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒 C 练·技能实战 3．强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应为H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。分别向1 L 0.5 mol·L－1的NaOH溶液中加入①浓硫酸、②稀硫酸、③稀盐酸，恰好完全反应的热效应分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，下列关系正确的是( ) A．ΔH1>ΔH2>ΔH3 B．ΔH1<ΔH2<ΔH3 C．ΔH1<ΔH2＝ΔH3 D．ΔH1＝ΔH2<ΔH3 C 练·技能实战 4.已知： H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)　ΔH1＝－57.3 kJ·mol－1 1/2H2SO4(浓，aq)＋NaOH(aq)=1/2Na2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH2＝m kJ·mol－1 下列说法正确的是(　　) A．上述热化学方程式中的化学计量数表示物质的量 B．ΔH1<ΔH2 C．ΔH2＝－57.3 kJ·mol－1 D．|ΔH1|>|ΔH2| A 练·技能实战 5．已知下列两个热化学方程式： 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 220 kJ·mol－1 请根据上面两个热化学方程式，回答下列问题： (1)H2的燃烧热为________________，C3H8的燃烧热为________________。 (2)1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为____________。 (3)现有H2和C3H8的混合气体共5 mol，完全燃烧时放热3 846.75 kJ，则在混合气体中H2和C3H8的体积比是________。 285.8 kJ·mol－1 2 220 kJ·mol－1 4 725.8 KJ 3∶1 练·技能实战 40 课时1 反应热的测量和热化学方程式 反应热的测量 概念 热化学方程式 意义 书写要求 原理 计算公式 中和反应热的测量 理·核心要点 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版 2020选择性必修1 $$