燃燒熱和中和熱學(xué)案

1、名師整理優(yōu)秀資源燃燒熱和中和熱 重點(diǎn)難點(diǎn) 1理解燃燒熱的概念，利用熱化學(xué)方程式進(jìn)行有關(guān)燃燒熱的計算。2 理解中和熱的概念，熟練寫出稀溶液中強(qiáng)酸與強(qiáng)堿中和反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。 知識講解 一、燃燒熱在 101kPa 時， 1mol 物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量，叫做該物質(zhì)的燃燒熱。燃燒熱是反應(yīng)熱的一種?！吧煞€(wěn)定的氧化物”的兩層涵義：指燃燒產(chǎn)物不能再燃燒（如生成CO2、 H2O、 SO2、 N2 等）；是生成物的聚集狀態(tài)在燃燒熱測定條件下處于穩(wěn)定狀態(tài)，一般燃燒熱常用298K時數(shù)據(jù)，如 H2 的燃燒熱是指 1mol 氫氣完全燃燒生成液態(tài)水時放出的熱量。燃燒熱的計算標(biāo)準(zhǔn)是以可燃物為 1m

2、ol 來進(jìn)行測量和計算的，因此在計算燃燒熱時，熱化學(xué)方程式里的化學(xué)計量數(shù)常常出現(xiàn)分?jǐn)?shù)。二、中和熱在稀溶液中，酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)生成 1molH2O，這時的反應(yīng)熱叫做中和熱，中和熱也是反應(yīng)熱的一種。強(qiáng)酸和強(qiáng)堿在稀溶液中的中和反應(yīng)實質(zhì)是 H+(aq)+OH- (aq)=H 2O(1) ； H = 57.3kJ mol-1中和熱的標(biāo)準(zhǔn)是以生成1molH2O所放出的熱量來衡量的。弱酸或者弱堿在稀溶液中發(fā)生中和反應(yīng)時，由于弱電解質(zhì)的電離需要吸收更多的熱量，它們的中和熱一般低于57.3kJ mol-1 ；而如果是濃硫酸與堿反應(yīng)，則由于濃硫酸溶解時表現(xiàn)為放熱，則測得的中和熱要高于上值。三、使用化石燃料的利弊

3、和新能源的開發(fā)1能源及其分類凡是能提供某種形式能量的物質(zhì)或物質(zhì)的運(yùn)動，統(tǒng)稱為能源。它是人類取得能量的來源， 包括已開采出來的可供使用的自然資源與經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換的能量的來源，尚未開采出的能量資源不列入能源的范疇，只是能源資源。能源的分類方法有多種：(1) 一次能源與二次能源。從自然界直接取得的天然能源叫一次能源，如原煤、原油、流過水壩的水等；一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換后獲得的能源稱為二次能源，如各種石油制品、煤氣、蒸汽、電力、氫能、沼氣等。(2) 常規(guī)能源與新能源。在一定歷史時期和科學(xué)技術(shù)水平下，已被人們廣泛利用的能源稱為常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣、水能、生物能等。隨著科技的不斷發(fā)展，才開始被人類采

4、用先進(jìn)的方法加以利用的古老能源以及新發(fā)展的利用先進(jìn)技術(shù)所獲得的能源都是新能源，如核聚變能、風(fēng)能、太陽能、海洋能等。(3) 可再生能源與非再生能源?？蛇B續(xù)再生、永遠(yuǎn)利用的一次能源稱為可再生能源，如水力、風(fēng)能等；經(jīng)過億萬年形成的、短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源，稱為非再生能源，如石油、煤、天然氣等。2燃料廣義地講，能夠發(fā)生燃燒反應(yīng)放出熱量的物質(zhì)都可稱為燃料。3化石燃料煤、石油、天然氣是當(dāng)今世界上重要的化石燃料。4煤作燃料的利弊（1）從化學(xué)的角度來看，煤雖然燃燒發(fā)熱量高，但燃燒反應(yīng)速率小，熱量利用效率低，且煤是重要的化工原料，把煤作燃料簡單燒掉不僅會產(chǎn)生SO2等有毒氣體和煙塵，且太浪費(fèi)資源。（2）從資源、環(huán)境

5、的角度來看，煤是我國儲量最多的能源資源，應(yīng)充分利名師整理優(yōu)秀資源用該資源為國家建設(shè)服務(wù)， 但煤的形成需經(jīng)數(shù)億年的時間， 屬于不可再生的資源，用一些就少一些，且大量開采雖成本較低，但會造成地面塌陷。煤的直接燃燒是一種低效的利用，對環(huán)境還會造成污染。（3）從綜合經(jīng)濟(jì)效益角度來分析，通過清潔煤技術(shù)，如煤的液化和氣化，以及實行煙氣凈化脫硫等，大大減少燃燒煤對環(huán)境的污染，提高煤燃燒的熱利用率。5新能源開發(fā)（1）新能源特點(diǎn)：資源豐富、可再生，對環(huán)境無污染或很少污染。（2）最有希望的新能源：太陽能、燃料電池、風(fēng)能和氫能等。（3）我國調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)方向是降低燃煤、節(jié)約油氣、加快開發(fā)水電、核電和新能源。四、

6、天于中和熱的測定實驗1實驗用品大燒杯 1 個(500mL) 、小燒杯 1 個(100mL)、溫度計、量筒 2 個(50mL) 、泡沫塑料或硬紙條、泡沫塑料板或硬紙板(中心有兩個小孔 )、環(huán)形玻璃攪拌棒。0.50mol/L、0.55mol/LNaOH 溶液。2實驗原理在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1molH 2O，這時的反應(yīng)熱叫中和熱。實驗中通過酸堿中和反應(yīng)，測定反應(yīng)過程中所放出的熱量可計算中和熱。H+(aq)十 OH (aq)H2O(1)； H 57.3kJ/mol3實驗步驟見教材4數(shù)據(jù)處理為了使計算簡便一些，我們近似地認(rèn)為：(1)0.50mol/L 鹽酸和 0.55mol/LNaOH

7、溶液的密度都是 1g/cm3，所以 50mL0.50mol/L 鹽酸的質(zhì)量 m1 50g，50mL0.55mol/LNaOH 溶液的質(zhì)量 m250g。(2)中和后生成的溶液的比熱容c4.18J/(g )，由此可以計算出， 50mL0.50mL/L 鹽酸與 50mL 0.55mol/LNaOH 溶液發(fā)生中和反應(yīng)時放出的熱量為：(m1十 m2)c(t2 t1)0.418(t2 t1)kJ。又因 50mL0.50mol/L 鹽酸中含有 0.025mol 的 HCl ，0.025mol 的 HCl 與0.025molNaOH 發(fā)生中和反應(yīng)， 生成 0.025molH2O，放出的熱量是 0.418(t2

8、t1)kJ，所以生成 1molH 2O 時放出的熱量即中和熱為：。5注意事項(1)為了保證 0.50mol/L 的鹽酸完全被 NaOH 中和，采用 0.55mol/LNaOH 溶液，使堿稍稍過量。(2)實驗中若用弱酸代替強(qiáng)酸，或用弱堿代替強(qiáng)堿，因中和過程中還有弱酸（堿）電離吸熱，會使測得中和熱的數(shù)值偏低。例 1.在 101kPa時，完全燃燒 1g 甲烷氣體，生成液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w， 放出 55.6kJ 的熱量，計算 CH4 的燃燒熱并寫出熱化學(xué)方程式；若完全燃燒 5mol 甲烷氣體，能放出多少熱量？例 2在 101kPa 時，完全燃燒一定量的丁烷氣體放出的熱量為 QkJ，經(jīng)測定完全吸收它生成

9、的 CO2 (g)需消耗 5molL-1 的 KOH(aq)100mL 恰好生成正鹽，求丁烷的燃燒熱，并寫出熱化學(xué)方程式。分析 解決本例題的關(guān)鍵是找出已知量和未知量之間的關(guān)系式。由C4H10(g)4CO2 及 CO2(g)2KOH(aq) ，可得 C4H10(g) 8KOH(aq)的關(guān)系，本題中消耗 KOH 的物質(zhì)的量為 5mol L-1 0.1L=0.5mol。假設(shè) 1molC4H10(g)完全燃燒放出熱量為QkJ，則：C4H10(g) 8KOH(aq) H1mol8molQkJ0.5molQkJ解之得 Q=16QkJ丁烷的燃燒熱為 16QkJmol -1，名師整理優(yōu)秀資源4H10222O(

10、1);H =16QkJmol-1C(g)+O = 4CO (g)+5H例 3已知 2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)； H = 571.6kJmol-1，C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(1)； H =2220kJmol-1。設(shè)有氫氣和丙烷的混合氣體 5mol，完全燃燒時放出熱量為 3847kJ，則混合氣體中氫氣與丙烷的體積比是（ ）A13B31C14D11分析 本題為涉及燃燒熱和混合物計算問題，常規(guī)解法可設(shè)混合氣體中氫氣和丙烷分別為 xmol 和 ymol ，由燃燒的熱化學(xué)方程式可知H2 的燃燒熱為 285.8kJmol-1，則可得下列方程式：x+y=5285.8

11、 kJ mol-1 xmol+2220kJmol ymol=3847kJ 聯(lián)立解得： x=3.75(mol); y=1.25(mol) 。因而合適答案為 B?；旌衔镉嬎愕牧硪环N常規(guī)思維方法是平均值法十字交叉法，即將5mol混合氣看作某純凈氣體，該氣體的平均燃燒熱為： 3847kJ/5mol=769.4 kJmol-1，有：得 V(H 2)V(C 3H8)=1450.6483.6=31答案： B例 4由于實驗測得當(dāng) 1L1mol L -1 的稀鹽酸跟 1L1mol L-1 的 NaOH 溶液起中和反應(yīng)時，放出的熱量為 57.3kJ，因此當(dāng) 1L1mol L-1 的醋酸和 1L1mol L-1 的

12、 NH 3H2O 完全反應(yīng)，放出的熱量也必然是 57.3kJ。上述敘述是否正確？為什么？分析 所謂中和熱， 就是在稀溶液中， 酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1mol 水的反應(yīng)熱 ，對于鹽酸和氫氧化鈉來說，它們分別是強(qiáng)酸與強(qiáng)堿，因此 57.3kJ 是強(qiáng)酸與強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成 1mol 水時放出熱量。對于醋酸和 NH3 H2O 來說，它們分別為弱酸、弱堿，它們在溶液中僅是部分電離，但由于弱酸、弱堿的電離是個吸熱過程，且生成的醋酸銨是弱酸弱堿鹽，在溶液中要水解，水解反應(yīng)也是一個吸熱過程，因此當(dāng) 1L1mol L-1 的醋酸和 1L1mol L-1 的 NH3 H2O 恰好完全反應(yīng)時放出的熱量小于 57.

13、3kJ。故題中的敘述是錯誤的。例 550mL0.50 molL-1 鹽酸和 50mL 0.55 molL-1 燒堿溶液在如圖所示的裝置中進(jìn)行中和反應(yīng)，通過測定反應(yīng)過程所放出的熱量可計算中和熱， 回答下列問題：（1）從實驗裝置上看，圖中尚缺少一種玻璃儀器是_。（2）燒杯間填滿碎紙屑的作用是。（3）大燒杯若不蓋硬紙板， 求得的中和熱數(shù)值將（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）。（4）實驗中改用 60mL 0.50 molL -1 的鹽酸跟 50mL 0.50 molL -1 的燒堿溶液進(jìn)行上述反應(yīng)，與上述實驗相比，所放出的熱量_（填“相等”或“不等”），所示的中和熱 _，（填“相等”或“不等”），簡述理由：。（ 5）若三次平行操作測得數(shù)據(jù)中起始時鹽酸與燒堿溶液平均溫度相同，而終止溫度與起始溫度差 (t2-t1)分別為 2.3 2.4 2.9，則最終代入計算式的溫差均值為 _。分析 作為量熱器的儀器裝置， 至少需要測量溫度的儀器溫度計， 且其保溫隔熱的效果一定要好。因此在燒杯間填滿碎紙屑以利于保溫、隔熱，減少熱量損失；并用紙板蓋住燒杯以防止對流散熱，減小誤差，否則由于熱量散失未能全部用于升高混合液溫度， 最后將導(dǎo)致根據(jù) H =kJmol-1 求算時，由于 t 2 偏小而導(dǎo)致 H 偏大，即中和熱的值偏小。對于第（ 4）問則由于反應(yīng)液體