1、课时2 反应热的测量与计算 能源的充分利用 课堂互动讲练 知能优化训练 课前自主学案 探究整合应用 课时2课前自主学案 自主学习 一、反应热的测量与计算 1反应热的测量(1)原理：中和反应的反应热Hct C：为体系的热容，指一定量的物质温度升高_所需吸收的热量。t：反应前后的温差。(2)所用仪器及主要操作：1所用仪器为_，测量时，将反应物加入到_中，并用_搅拌，使之迅速混合，测量反应前后溶液的_，即可计算反应热。2反应热的计算(1)盖斯定律 内容 一个化学反应，无论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应_。即化学反应的焓变只与反应的_和_有关，而与反应的_无关。量热计量热计环形玻璃搅拌棒温差
2、完全相同始态终态途径意义 对于不能或不易由实验直接测定反应热的反应，可应用盖斯定律计算求得。应用 若一个化学方程式可由几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的_。(2)反应热的计算 依据 _和_。方法 代数和热化学方程式盖斯定律如已知aC(s)O2(g)=CO2(g)H1393.5 kJ/molbCO(g)12O2(g)=CO2(g)H2283.0 kJ/mol若 C(s)12O2(g)=CO(g)的反应热为 H，则HH1H2393.5 kJ/mol(283.0 kJ/mol)110.5 kJ/mol煤二、能源的充分利用 1能源(1)定义：能提供能量的自然资源。(
3、2)分类石油 天然气新能源(3)地位 是国民经济和社会发展的重要物质基础。2标准燃烧热(1)概念：在101 kPa下，_物质_的反应热。在101 kPa下，_物质_的反应热称为该物质的热值。1mol完全燃烧1g完全燃烧注：物质完全燃烧是指物质中所含的氢元素转化为H2O(l)，碳元素转化为CO2(g)。(2)单位：标准燃烧热的单位为_，热值单位为_。(3)意义：衡量燃料燃烧放出热量的大小。kJ/molkJ/g1(1)实验中为什么采用稀的强酸、强碱溶液？(2)为什么碱的浓度要稍大于酸？反过来可以吗？【提示】(1)测定中和热时不能用浓酸或浓碱，因浓酸或浓碱溶于水一般都要放热。测定中和热时不能用弱酸或
4、弱碱，因弱酸或弱碱在水溶液中不能完全电离，若改用弱酸或弱碱，它们电离时要吸收一部分热量。问题探究(2)碱稍过量的目的是确保使酸充分反应，按不足的H计算反应热；因此只要能使酸或碱的一方完全反应，即只要有一方过量即可。2若一个化学反应由始态转化为终态可通过不同的途径(如下图所示)：则H与H1、H2、H3、H4、H5之间有何关系？【提示】HH1H2H3H4H5。3怎样理解“生成稳定的氧化物”？【提示】首先必须是完全燃烧的产物，即不能再燃烧的物质。其次该产物在25、101 kPa时能稳定存在，一般地，完全燃烧时，下 列 元 素 要 生 成 对 应 的 氧 化 物：CCO2、HH2O(l)、SSO2，C
5、CO是不完全燃烧，而SSO3不是燃烧产物，在HH2O中生成的水为液态，不能是气态(不能稳定存在。)自主体验 1实验室进行中和热的测定的实验时，除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)外，其他所用的仪器和试剂均正确的一组是()A0.50 mol/L盐酸，0.50 mol/L NaOH溶液，100mL量筒1个 B0.50 mol/L盐酸，0.55 mol/L NaOH溶液，100mL量筒2个 C0.50 mol/L盐酸，0.55 mol/L NaOH溶液，50mL量筒1个 D0.50 mol/L盐酸，0.55 mol/L NaOH溶液，50mL量筒2个 解析：选D。本实验中为了保证同体
6、积的0.50 mol/L盐酸完全被中和，采用0.55 mol/LNaOH溶液，使碱稍过量，A项错误，所需酸、碱量均为50 mL，B项错误，酸、碱分别用不同的量筒量取，C项错误。2已知热化学方程式H2(g)12O2(g)=H2O(g)H241.8 kJ/mol2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJ/molH2(g)12O2(g)=H2O(l)H285.8 kJ/mol2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ/mol则 H2 的燃烧热为()A241.8 kJ/mol B483.6 kJ/mol C285.8 kJ/molD571.6 kJ/mol 解析：选C。氢气
7、的燃烧热是(如果未注明条件就是指25，101 kPa)1 mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量。3(原创题)北京时间2011年3月11日，在日本本州东海岸附近海域发生9.0级地震，3月15日，继日本福岛第一核电站1号、3号机组发生爆炸事故之后，其2号机组再传爆炸声。核电在此次日本地震及海啸的冲击下，其安全性遭到严重质疑，全球各国将重新思考新能源的开发途径。下列属于新能源的是()煤 石油 太阳能 生物质能 氢能 AB CD 解析：选D。煤、石油均为化石燃料；太阳能、氢能、生物质能则属于新能源，D项正确。课堂互动讲练 盖斯定律 1化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关
8、，而与反应的途径无关。即如果一个反应可以分步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。若反应物A变为生成物D，可以有两个途径：由A直接变成D，反应热为H；由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为H1、H2、H3。如下图所示：则有：HH1H2H3 2运用盖斯定律解题的常用方法 通常有两种方法：其一，虚拟路径法：如C(s)O2(g)=CO2(g)，可设置如下：H1H2H3 其二，加合法：即运用所给方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。如：求 P4(白磷)P(红磷)的热化学方程式。已知：P4(白磷，s)5O2(g)=P4O10(s)H1P(红磷，s)54O2(g
9、)=14P4O10(s)H2即可用4 得出白磷转化为红磷的热化学方程式特别提醒：应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应过程，同时要注意：(1)当热化学方程式乘以或除以某数时，H也相应乘以或除以某数。(2)当热化学方程式进行加减运算时，H也同样要进行加减运算，且要带“”、“”符号，即把H看做一个整体进行运算。(3)通过盖斯定律计算比较反应热的大小时，同样要把H看做一个整体。(4)在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，物质的状态由固液气变化时，会吸热；反之会放热。(5)当设计的反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。已知胆矾溶于水时溶液温度降低。胆矾分
10、解的热化学反应方程式为 CuSO45H2O(s)CuSO4(s)5H2O(l)HQ1 kJmol1，室温下，若将 1 mol 无水硫酸铜溶解为溶液时放热 Q2 kJ，则()AQ1Q2BQ1Q2CQ1Q2D无法比较例1【思路点拨】【解析】根据盖斯定律，可设计下列分步反应：依题意，胆矾溶于水时，溶液温度降低，说明该反应为吸热反应，H总0。HQ1，HQ2。由盖斯定律H总HHQ1(Q2)0，则Q1Q2。【答案】A【规律方法】(1)该类题目属于信息给予题。在解答该题时除了明确盖斯定律的应用规律之外，还应提炼题中所给信息，如“胆矾溶于水温度降低”说明该过程是吸热过程，故H0；“无水硫酸铜溶解为溶液时放热Q
11、2kJ”说明固体溶解为放热反应。(2)熟悉物质的气、液、固三态与反应热的关系。变式训练 1 发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料，用二氧化氮为氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。已知：N2(g)2O2(g)=2NO2(g)H167.7 kJmol1N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H2534 kJmol1 试计算 1 mol 肼与二氧化氮完全反应时放出的热量为_kJ，写出肼与二氧化氮反应的热化学方程式：_。解析：由题意可知N2(g)2O2(g)=2NO2(g)H167.7 kJmol1N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H2534 kJmol1 根据盖斯定律，反
12、应物中消去 O2 可得到 N2H4 和NO2 的 反 应。令 2 得2N2H4(g)N2(g)=2N2(g)4H2O(g)2NO2(g)H 2H2H1整 理 得2N2H4(g)2NO2(g)=3N2(g)4H2O(g)H2H2H1534 kJmol1267.7 kJmol11135.7 kJmol1。则 1 mol N2H4 与 NO2 完全反应时放出的热量为 567.85 kJ。答案：567.852N2H4(g)2NO2(g)=3N2(g)4H2O(g)H1135.7 kJmol1或 N2H4(g)NO2(g)=32N2(g)2H2O(g)H567.85 kJmol1燃烧热与中和热的比较 特
13、别提醒：中和热是以生成1 mol水为标准的，因此书写中和热的热化学方程式时，应以生成1 mol H2O为标准来配平其余物质的化学计量数；而燃烧热是以1 mol可燃物质为标准的，故书写燃烧热的热化学方程式时，应以此为标准配平，其他反应物、生成物的化学计量数既可用整数表示，也可用分数表示。(2009 年高考四川卷)25，101 kPa 时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为 57.3 kJ/mol，辛烷的燃烧热为 5518 kJ/mol。下列热化学方程式书写正确的是()例2CC8H18(l)252 O2(g)=8CO2(g)9H2O(g)；H5518 kJ/molD 2C8H18(g)25O
14、2(g)=16CO2(g)18H2O(l)；H5518 kJ/mol【思路点拨】解答本题要注意以下三点：(1)燃烧热、中和热的含义。(2)燃烧热、中和热热化学方程式的书写。(3)热量与燃烧热之间的关系。【解析】H2SO4与Ba(OH)2溶液反应，不仅生成了H2O还有BaSO4生成，因此A项放出的热量比57.3 kJ2还多，A项错误；辛烷的燃烧热是指1 mol辛烷完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出的热量是5518 kJ，C、D项均错误。【答案】B变式训练2 下列有关热化学方程式的叙述正确的是()A已知2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJ/mol，则氢气的燃烧热为241.8
15、kJ/mol B已知C(s，石墨)=C(s，金刚石)H0，则金刚石比石墨稳定 C含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为：NaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.4 kJ/molD已知2C(s)2O2(g)=2CO2(g)H1 2C(s)O2(g)=2CO(g)H2，则 H1 H2 解析：选C。H2的燃烧热应该以生成液态水为标准；由于石墨转变为金刚石的H0，所以金刚石的内能比石墨的高，内能越高越不稳定；同物质的量的碳完全燃烧放出的热量要比不完全燃烧放出的热量多，所以H1H2。1根据热化学方程式计算
16、反应热与反应各物质的物质的量成正比。2根据化学键断裂和形成过程中的能量变化来计算反应热等于破坏旧化学键吸收的能量与形成新化学键所放出的能量之差。HE(反应物的化学键断裂吸收的总能量)E(生成物的化学键形成放出的总能量)计算反应热的常用方法 3根据物质所具备的能量计算HE(反应产物的能量和)E(反应物的能量和)4利用Hct进行计算5根据盖斯定律进行计算运用盖斯定律时可从以下几方面入手：(1)根据盖斯定律的实质，分析给定反应与所求反应物质与焓变关系。(2)运用解题技能，将已知热化学方程式进行变换、加减得到所要求的热化学方程式。特别提醒：1.反应热数值与各物质的化学计量数成正比，因此热化学方程式中各
17、物质的化学计量数改变时，其反应热数值需同时做相同倍数的改变。2热化学方程式中的反应热是指反应按所给形式完全进行时的反应热。3正、逆反应的反应热数值相等，符号相反。4求总反应的反应热，不能不假思索地将各步反应的反应热简单相加。不论一步进行还是分步进行，始态和终态完全一致，盖斯定律才成立。某些物质只是在分步反应中暂时出现，最后应该恰好消耗完。化学键的键能是原子间形成1 mol化学键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。以下 是 部 分 共 价 键 键 能 数 据：HS：364kJ/mol，SS：266 kJ/mol，S=O：522 kJ/mol，HO：464 kJ/mol。(1)试根据这些数据计算
18、下面这个反应的反应热：2H2S(g)SO2(g)=3S(s)2H2O(g)HQ kJ/mol，反应产物中的S实为S8，实际分子例3是一个 8 元环状分子(如图)，Q_。(2)标准状况下，将 a L H2S 与 b L SO2混合进行上述反应，当 a2b 时，反应放热_ kJ，当 a2b 时，反应放热_ kJ。【思路点拨】【解析】因其中的硫为 S8，所以该反应可写成：2H2S(g)SO2(g)=38S8(s)2H2O(g)HQkJ/mol(1)由反应热与键能的关系，可知 H4364 kJ/mol 2522 kJ/mol388266 kJ/mol4464 kJ/mol154 kJ/mol。(2)当
19、 a2b 时，硫化氢过量，依据 SO2计算；当a2b 时，SO2过量，依据 H2S 计算。【答案】(1)154(2)154b22.4 154a44.8【易误警示】反应热计算常出现的错误：(1)把反应热与键能的关系和反应热与反应物的总能量与生成物的总能量的关系相混淆。反应热H反应物的总键能生成物的总键能生成物的总能量反应物的总能量。(2)反应前后分子中的化学键数目错误。如N2(g)3H2(g)2NH3(g)中NH键的个数。变式训练3(原创题)厄尔尼诺现象又称厄尔尼诺海流，是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。这种现象可持续几个月，它严重扰乱正常气候，并危害沿岸有
20、关国家的生活条件。根据以上材料回答以下问题：(1)厄尔尼诺现象产生的原因之一是大气中CO2的含量剧增，要减缓这一现象发生，最理想的燃料是_。A天然气B氢气C无烟煤D汽油(2)下列是 298 K 时，氢气(H2)、碳(C)、辛烷(C8H18)、甲烷(CH4)燃烧的热化学方程式：H2(g)12O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1C(g)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol1C8H18(l)252 O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5518 kJmol1CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1 相同质量的H2、C、C8H18、C
21、H4完全燃烧时，放出热量最多的是_，通过计算说明等质量的氢气和碳燃烧时产生热量的比是_(保留1位小数)。解析：(1)选项 A、C、D 中都含有碳元素，燃烧的过程中都会产生 CO2 气体；而氢气燃烧产物为水，符合题意，故选 B。(2)根据各物质燃烧的燃烧热数据可算出，等质量的 H2、C、C8H18、CH4 完全燃烧时，H2 放出热量最多。等质量的 H2 和 C 燃烧产生的热量比为：285.8(393.516)4.41。答案：(1)B(2)H2 4.41探究整合应用 中和热的测定 某些化学反应的反应热可以用实验方法测得，用来测量反应热的仪器称为“量热器”，测量操作是：将反应器置于充满水的绝热容器中
22、，当反应放热时，其热量即传入水中，根据水的质量、比热和水温的变化求出反应所放出的热量。实验用品 仪器：大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)、温度计、量筒(50 mL)两个、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。试剂：0.50 mol/L盐酸、0.55 mol/L NaOH溶液。实验方案 1实验步骤(1)设计装置如图。(2)用一个量筒量取50 mL 0.50 mol/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下表。并将温度计上的酸用水冲洗干净。(3)用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度
23、，记入下表。(4)把套有盖板的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(注意不要洒到外面)，盖好盖板，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，测量混合溶液的最高温度，记入下表。(5)重复步骤(2)(4)三次。2数据记录及处理数据记录表3.计算反应热(1)以三次测量所得数据的平均值为计算依据。(2)为了计算方便，盐酸和 NaOH 溶液的密度近似为 1 g/cm3。忽略实验装置的比热容。(3)盐酸质量为 m1、NaOH 溶液质量为 m2，反应后溶液比热容 c4.18 J/(g)。则实验中反应放出的热量为(m1m2)c(t2t1)0.418(t2t1)kJ，生 成 1
24、mol H2O 时 的 反 应 热 为：H 0.418t2t10.025kJ/mol。在800 mL的大烧杯中放入碎纸屑，把盛有50 mL 0.50 molL1盐酸的200 mL烧杯放到大烧杯中，两只烧杯间填满碎纸屑。用泡沫塑料板做成大烧杯盖，通过盖子插入一根玻璃搅拌棒(末端呈半圆环的玻璃棒)和一只温度计，测定溶液的温度。迅速往盐酸溶液中加入50mL 0.55 molL1烧碱溶液，盖好，搅拌溶液，观察温度的变化。当温度保持稳定时，记录读数，取出装反应液的烧杯，倒出溶液，清洗干净，保持内外杯壁干燥。重复进行三次实验。用这一实验可以粗略测定中和热。例(1)烧杯间填满碎纸屑的作用是_。(2)要重复进
25、行三次实验的目的是_。(3)烧杯如果不盖泡沫塑料板，所求得的中和热数值将_(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。(4)实验中若改用60 mL 0.50 molL1盐酸和50 mL 0.55 molL1烧碱溶液进行上述反应，与上述实验相比，所放出的热量_(填“相等”或“不相等”)，所求中和热_(填“相等”或“不相等”)，理由是_。(5)三次平行操作测得数据中，起始时盐酸与烧碱溶液温度相同，而终止温度与起始温度之差(t2t1)分别为2.3，2.4，2.9，则最终代入计算式的温度差的平均值为_。【解析】解答本题，首先要明确实验的原理，“量热器”的组成以及造成实验误差的原因，然后按实验步骤进行分析和判
26、断。(1)碎纸屑的作用为减少实验过程中的热量损失。(2)重复实验的目的是减小实验误差。(3)不盖泡沫塑料板会损失部分热量，故所测结果偏小。(4)由中和热概念可知，中和热是以生成1 mol水为标准的，而与过量部分的酸碱无关。(5)中所测温度2.9 显然是错误的，代入计算式的温度应是与的平均值。【答案】(1)保温、隔热，减少实验过程中热量的损失(2)减小实验过程中的误差(3)偏小(4)不相等 相等 因为60 mL 0.50 molL1盐酸50 mL 0.55 molL1烧碱溶液反应能生成0.0275mol H2O，而50 mL 0.50 molL1盐酸与50 mL0.55 molL 1烧碱溶液反应只能生成0.025 molH2O，因此所放出的热量不同。但中和热是指酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时所放出的热量，与酸、碱的用量无关，因此所求中和热相等。(5)2.35