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反應(yīng)熱的測(cè)量與計(jì)算專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化第一單元化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)例:25℃時(shí),1克甲烷氣體完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)水,放出55.64kJ熱量,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。練習(xí)2:N2(g)與H2(g)反應(yīng)生成17gNH3(g),放出46.1kJ熱量,寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式練習(xí)3:發(fā)射衛(wèi)星時(shí)可用肼(N2H4)作燃料,已知在298K時(shí)1克肼氣體燃燒生成N2和水蒸氣,放出16.7KJ的能量。能量的數(shù)據(jù)如何得到?一、反應(yīng)熱的測(cè)量【活動(dòng)與探究】閱讀課本p6實(shí)驗(yàn),了解實(shí)驗(yàn)原理和步驟.最直接的方法是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得。(1)實(shí)驗(yàn)藥品:50mL、0.50mol/L的鹽酸和50mL、0.50mol/L氫氧化鈉溶液(2)實(shí)驗(yàn)儀器:在大燒杯底部墊泡沫塑料(或紙條),使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料(或紙條),大燒杯上用泡沫塑料板(或硬紙板)作蓋板,在板中間開兩個(gè)小孔,正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒通過①用量筒量取50mL0.50mol/L鹽酸,倒入小燒杯中,并用溫度計(jì)測(cè)量鹽酸的溫度,記錄,然后把溫度計(jì)上的酸用水沖洗干凈。溫度計(jì)上的酸為何要用水沖洗干凈?沖洗后的溶液能否倒入小燒杯?為什么?
因?yàn)樵摐囟扔?jì)還要用來測(cè)堿液的溫度,若不沖洗,溫度計(jì)上的酸會(huì)和堿發(fā)生中和反應(yīng)而使熱量散失,故要沖洗干凈;沖洗后的溶液不能倒入小燒杯,若倒入,會(huì)使總?cè)芤旱馁|(zhì)量增加,而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差。(3).實(shí)驗(yàn)步驟:②用另一個(gè)量筒量取50mL0.50mol/LNaOH溶液,并用溫度計(jì)測(cè)量NaOH溶液的溫度,記錄。把溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯。.酸、堿混合時(shí),為何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯而不能緩緩倒入?.因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測(cè)反應(yīng)的反應(yīng)熱,若動(dòng)作遲緩,將會(huì)使熱量損失而使誤差增大。③用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動(dòng)溶液,并準(zhǔn)確讀取混合溶液的最高溫度,記為終止溫度,記入下表。
實(shí)驗(yàn)中能否用環(huán)形銅絲攪拌棒代替環(huán)形玻璃攪拌棒?為什么?不能。因?yàn)殂~絲易導(dǎo)熱,使熱量損失較大④重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次,取測(cè)量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計(jì)算依據(jù)。
思考:1、量熱計(jì)直接測(cè)得的數(shù)據(jù)是什么?是焓變的數(shù)值嗎?是體系溫度的變化2、根據(jù)體系溫度變化可以求得什么物理量?可以求得反應(yīng)吸收或放出的熱量Q=cmΔt4、問題與討論1)有人建議用50mL0.55mol/LNaOH進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),測(cè)得的中和熱數(shù)值會(huì)更加準(zhǔn)確。為什么?可以保證鹽酸完全反應(yīng)。使測(cè)得的熱量更準(zhǔn)確。2)如果用同樣的方法測(cè)定氫氧化鉀與鹽酸反應(yīng)、氫氧化鈉與硝酸反應(yīng)的反應(yīng)熱,請(qǐng)預(yù)測(cè)其反應(yīng)熱是否相同,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案加以驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相同,因?yàn)槿齻€(gè)反應(yīng)的本質(zhì)一樣,都是H++OH-=H2O。☆中和熱
概念:在稀溶液中,酸與堿中和反應(yīng)生成1molH2O,這時(shí)的反應(yīng)熱叫中和熱.H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=—57.3kJ.moL-1表示強(qiáng)酸與強(qiáng)堿在稀溶液中發(fā)生中和反應(yīng)的熱化學(xué)方程式NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l)△H=—57.3kJ.moL-1KOH(aq)+HNO3(aq)=KNO3(aq)+H2O(l)△H=—57.3kJ.moL-1NaOH(aq)+1/2H2SO4(aq)=1/2Na2SO4(aq)+H2O(l)△H=—57.3kJ.moL-12NaOH(aq)+H2SO4(aq)=Na2SO4(aq)+2H2O(l)△H=—114.6kJ.moL-1問題探究判斷下列實(shí)驗(yàn)操作對(duì)中和熱測(cè)定的數(shù)值有如何影響?填變大變小或者不變。①用相同濃度和體積的氨水代替NaOH溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)②用相同濃度和體積的醋酸代替稀鹽酸溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)變小;因?yàn)橐凰习睘槿蹼娊赓|(zhì),其電離時(shí)要吸熱,故將使測(cè)得結(jié)果偏小。③若實(shí)驗(yàn)中改用100mL0.50mol/L的鹽酸和100mL0.50mol/L的NaOH溶液,所測(cè)中和熱的數(shù)值是否約為本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的二倍(假定各步操作沒有失誤)?否。因中和熱是指酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時(shí)放出的熱量,其數(shù)值與反應(yīng)物的量的多少無關(guān),故所測(cè)結(jié)果應(yīng)基本和本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同(若所有操作都準(zhǔn)確無誤,且無熱量損失,則二者結(jié)果相同)。例、在量熱計(jì)中(如圖)將100mL0.50mol/L的CH3COOH溶液與100mL0.55mol/LNaOH溶液混合,溫度從298.0K升高到300.7K。已知量熱計(jì)的熱容常數(shù)(量熱計(jì)各部件每升高1K所需要的熱量)是150.5J/K,溶液密度均為1g/mL,生成溶液的比熱容c=4.18J/(g·K)。(1)CH3COOH的中和熱ΔH=______________。(2)CH3COOH的中和熱的文獻(xiàn)值為-56.1kJ·mol-1,你認(rèn)為(1)中測(cè)得的實(shí)驗(yàn)值偏差可能的原因是__________。-53.28kJ·mol-1①量熱計(jì)的保溫瓶絕熱效果不好;②酸堿混合不迅速;③溫度計(jì)不夠精確(3)實(shí)驗(yàn)中NaOH過量的目的是_____________________。(4)你認(rèn)為CH3COOH的中和熱與HCl的中和熱數(shù)值相比,________較大,其原因是______________________。保證CH3COOH完全被中和,從而提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度HClCH3COOH是弱酸,電離吸熱1.標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱定義:lmol可燃物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的物質(zhì)時(shí)放出的熱量,叫做該物質(zhì)的燃燒熱。在101kPa,25℃的條件下的燃燒熱又叫做標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。衡量燃料燃燒放出熱量大小的物理量2.熱值定義:在101kPa時(shí),lg物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱。二、標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱與熱值關(guān)于燃燒熱的理解:①研究條件:25℃,101kPa②反應(yīng)程度:完全燃燒③燃燒物的物質(zhì)的量:1mol④研究?jī)?nèi)容:放出的熱量。(ΔH<0,單位kJ/mol)⑤在未有特別說明的情況下,外界壓強(qiáng)一般指25℃,101kPa。所謂完全燃燒也是完全氧化,它是指物質(zhì)中的下列元素完全轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定物:如:C→CO2(g);H→H2O(l);S→SO2(g);Cl→HCl(g);N→N2(g)概念辨析1.下列各組物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱相等的是:()A.碳和一氧化碳B.1mol碳和2mol碳C.1mol乙炔和2mol碳D.淀粉和纖維素BH2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);=-285.8
kJ/molHH2(g)+1/2O2(g)=H2O(g);=-241.8
kJ/molH2H2(g)+O2(g)=2H2O(g);=-483.6
kJ/molH2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);=-571.6
kJ/molH2.已知熱化學(xué)方程式:則氫氣的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱為:________285.8kJ/mol3.下列熱化學(xué)方程式書寫正確的是(ΔH的絕對(duì)值均正確)()A.C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)ΔH=-1367.0kJ/mol(燃燒熱)B.NaOH(aq)+HCl(aq)===NaCl(aq)+H2O(l)ΔH=+57.3kJ/mol(中和熱)C.S(s)+O2(g)===SO2(g)ΔH=-296.8kJ/mol(反應(yīng)熱)D.2NO2===O2+2NOΔH=+116.2kJ/mol(反應(yīng)熱)【答案】CD小結(jié):標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱和中和熱的區(qū)別與聯(lián)系1mol反應(yīng)物完全燃燒時(shí)放出的熱量;不同反應(yīng)物,標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱不同。生成1mol水時(shí)放出的熱量;強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的中和熱都約為57.3kJ/mol。標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱中和熱相同點(diǎn)不同點(diǎn)能量變化H標(biāo)準(zhǔn)含義放熱反應(yīng)H<0;單位:kJ/mol1mol可燃物生成1mol水三、反應(yīng)熱的計(jì)算例1已知下列熱化學(xué)方程式:2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH=-483.6kJ·mol-1,則的ΔH=-241.8kJ·mol-1,2H2O(g)===2H2(g)+O2(g)的ΔH=483.6kJ·mol-1?!窘涣髋c討論】如何測(cè)定C(s)+1/2O2(g)==CO(g)的反應(yīng)熱△H?①能直接測(cè)定嗎?如何測(cè)?②若不能直接測(cè),怎么辦?例2已知:①C(s)+O2(g)===CO2(g)ΔH1=-
393.5kJ·mol-1②C(s)+1/2O2(g)=CO(g)ΔH2=?kJ·mol-1
③CO(g)+1/2O2(g)===CO2(g)ΔH3=-
283.0kJ·mol-1
你能從方程式疊加的角度分析這三個(gè)方程式存在的關(guān)系嗎?反應(yīng)熱之間的數(shù)量關(guān)系呢?①=②+③ΔH1=ΔH2+ΔH3從方程式的意義著手分析,你想到了什么?-
110.5適時(shí)歸納:若一個(gè)化學(xué)反應(yīng)由始態(tài)轉(zhuǎn)化為終態(tài)可通過不同的途徑(如圖),則ΔH與ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4、ΔH5之間有何關(guān)系?ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5蓋斯定律
不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成,其總的熱效應(yīng)是完全相同的?;瘜W(xué)反應(yīng)的焓變(ΔH)只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。蓋斯定律應(yīng)用(1)若一個(gè)反應(yīng)的焓變△H=akJ·mol1,則其逆反應(yīng)的焓變△H=-akJ·mol1(2)若一個(gè)化學(xué)反應(yīng)方程式可由另外幾個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式相加減而得到,則該反應(yīng)的焓變亦可以由這幾個(gè)反應(yīng)的焓變相加減而得到。例3:根據(jù)下列反應(yīng)的焓變,計(jì)算C(石墨)與H2(g)反應(yīng)生成1molC2H2(g)的焓變。①C(石墨)+O2(g)=CO2(g)ΔH1=-393.5kJ.mol-1②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H2=-571.6kJ.mol-1③2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)△H3=-2599.2kJ.mol-1④2C(石墨)+H2
(g)=C2H2(g)ΔH=?④=2×①+1/2×②-1/2×
③ΔH
=2×ΔH1+1/2×△H2
-1/2×
△H3=2×(-393.5)+1/2×(-571.6)-1/2×(-2599.2)=+226.8kJ.mol-1
注意:1、計(jì)量數(shù)的變化與反應(yīng)熱數(shù)值的變化要對(duì)應(yīng)2、反應(yīng)方向發(fā)生改變反應(yīng)熱的符號(hào)也要改變練習(xí)1:發(fā)射火箭,所用的能量來自于N2H4(肼)在NO2中燃燒,生成N2、液態(tài)H2O。已知:N2(g)+2O2(g)==2NO2(g)△H1=+67.2kJ.mol-1
N2H4(g)+O2(g)==N2(g)+2H2O(l)△H2=-534kJ.mol-1
請(qǐng)寫出發(fā)射火箭反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。2N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(l)△H=-1135.2kJ.mol-1
練習(xí)2:已知①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)ΔH1=-283.0kJ.mol-1②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)ΔH2=-285.8kJ.mol-1
③C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)ΔH3=-
1370kJ.mol-1
計(jì)算④2CO(g)+4H2(g)=H2O(l)+C2H5OH(l)的ΔH
【解】:①×2+②×4-③=④
所以,ΔH=ΔH1×2+ΔH2×4-ΔH3
=-283.2×2-285.8×4+1370=-339.2kJ.mol-1
練習(xí)3、同素異形體相互轉(zhuǎn)化但反應(yīng)熱相當(dāng)小而且轉(zhuǎn)化速率慢,有時(shí)還很不完全,測(cè)定反應(yīng)熱很困難?,F(xiàn)在可根據(jù)蓋斯提出的觀點(diǎn)“不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成,這個(gè)總過程的熱效應(yīng)是相同的”。已知:P4(s、白磷)+5O2(g)=P4O10(s);=-2983.2
kJ.mol-1H1P(s、紅磷)+5/4O2(g)=1/4P4O10(s);=-738.5
kJ.mol-1H2試寫出白磷轉(zhuǎn)化為紅磷的熱化學(xué)方程式
。
P
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