新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1學(xué)案：1.1.2 反應(yīng)熱的測量與計(jì)算

新蘇教版高中化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》PAGEPAGE1第二課時(shí)反應(yīng)熱的測量與計(jì)算課程標(biāo)準(zhǔn)要求1.理解反應(yīng)熱測定的原理和方法，會(huì)分析產(chǎn)生誤差的原因。2.理解蓋斯定律的本質(zhì)，形成運(yùn)用蓋斯定律進(jìn)行相關(guān)判斷或計(jì)算的思維模型。一、反應(yīng)熱的測定1.中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定原理根據(jù)熱化學(xué)方程式H＋(aq)＋OH-(aq)=H2O(l)ΔH＝-QkJ·mol-1，需計(jì)算稀的酸、堿中和生成1mol水的反應(yīng)熱，依據(jù)公式ΔH＝-eq\f(（m1＋m2）·c·（t2－t1）,n（H2O）)，通過測定一定量的酸、堿溶液在反應(yīng)前后溫度的變化，計(jì)算反應(yīng)放出的熱量，由此求得反應(yīng)熱。2.實(shí)驗(yàn)儀器——量熱計(jì)和簡易量熱計(jì)(1)把實(shí)驗(yàn)裝置中各儀器(或物品)的名稱填在橫線上。(2)儀器各部分的作用①攪拌器或環(huán)形玻璃攪拌器的作用是使反應(yīng)物混合均勻充分接觸。②保溫層的作用是減少熱量的散失。③溫度計(jì)的作用是測定反應(yīng)前后反應(yīng)體系的溫度。【微自測】1.判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)同一中和反應(yīng)的反應(yīng)熱與酸堿的用量有關(guān)。()(2)完成中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定實(shí)驗(yàn)，應(yīng)使用的儀器是環(huán)形玻璃攪拌器、溫度計(jì)、酒精燈。()(3)中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)將50mL0.50mol·L-1NaOH溶液分多次倒入小燒杯。()答案(1)×(2)×(3)×二、蓋斯定律1.大量實(shí)驗(yàn)證明，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不論是一步完成，還是分幾步完成，其總的熱效應(yīng)是完全相等的。2.化學(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)。3.始態(tài)和終態(tài)相同的反應(yīng)途徑有如下三種：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。【微自測】2.判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。(1)可以通過實(shí)驗(yàn)直接測定任一反應(yīng)的反應(yīng)熱。()(2)對一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，如果反應(yīng)的途徑不同，其焓變也可能不同。()(3)化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱與化學(xué)反應(yīng)的始態(tài)有關(guān)，與終態(tài)無關(guān)。()(4)同溫同壓下，氫氣和氯氣分別在光照條件下和點(diǎn)燃的條件下發(fā)生反應(yīng)時(shí)的ΔH不同。()答案(1)×(2)×(3)×(4)×一、中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測量1.實(shí)驗(yàn)步驟步驟1測量初始溫度(T1)：測量混合前50mL0.50mol·L-1鹽酸、50mL0.50mol·L-1氫氧化鈉溶液的溫度，取兩溫度平均值為T1。步驟2測量反應(yīng)后溫度(T2)：將酸堿溶液迅速混合，用環(huán)形玻璃攪拌器不斷攪動(dòng)溶液，并準(zhǔn)確讀取混合溶液的最高溫度，記錄為終止溫度T2。2.重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作三次，記錄每次的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，取其平均值作為計(jì)算依據(jù)。3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：實(shí)驗(yàn)中鹽酸和氫氧化鈉溶液反應(yīng)放出的熱量是0.418(T2-T1)kJ，反應(yīng)熱為ΔH＝-16.72(T2-T1)kJ·mol-1[或ΔH＝-eq\f(0.418（T2－T1）,0.025)kJ·mol-1]。(1)在上述過程中，提高測定反應(yīng)熱準(zhǔn)確度的措施有哪些？提示使用保溫效果好的量熱計(jì)；溫度計(jì)用后及時(shí)沖洗；用環(huán)形玻璃攪拌器均勻攪拌；操作動(dòng)作迅速；多次測量取平均值。(2)用同體積、同濃度的KOH代替NaOH完成上述實(shí)驗(yàn)，用同體積、同濃度的硝酸代替鹽酸完成上述實(shí)驗(yàn)，測得的反應(yīng)熱數(shù)值三者是否相同？簡述其中的原因。提示相同。參加反應(yīng)的物質(zhì)都是強(qiáng)酸、強(qiáng)堿，它們在水中完全電離，中和反應(yīng)的離子方程式都是H＋＋OH-=H2O，反應(yīng)都在室溫下進(jìn)行，且參加反應(yīng)的n(H＋)和n(OH-)都相同，所以反應(yīng)熱也相同。(3)用濃H2SO4代替稀鹽酸對結(jié)果會(huì)產(chǎn)生什么影響？提示濃H2SO4溶于水釋放熱量，ΔH減小。(4)有的實(shí)驗(yàn)常常使堿或酸稍微過量，其目的是什么？提示為了使酸或堿完全反應(yīng)。(5)如果其他操作不變，但將試劑改為100mL0.50mol·L-1鹽酸和100mL0.55mol·L-1NaOH溶液，則測得的中和反應(yīng)反應(yīng)熱是否為原來的2倍？提示否，測得的中和反應(yīng)反應(yīng)熱與原來相等。1.中和反應(yīng)反應(yīng)熱測量實(shí)驗(yàn)中的“三關(guān)”(1)隔熱關(guān)——裝置保溫、隔熱效果好，減少熱量的損失。(2)測量關(guān)——溫度在測量過程中是重要的參數(shù)，測量時(shí)要又快又準(zhǔn)。①選擇精密溫度計(jì)，精確到0.1℃。②測量溶液溫度時(shí)，將溫度計(jì)插在液體中央，使水銀球處于溶液中央位置，溫度計(jì)不要碰到容器壁或插在液面以上。③溫度計(jì)不能作攪拌器使用，用環(huán)形玻璃攪拌器攪拌，使溶液迅速、充分混合。④測量反應(yīng)混合液的溫度時(shí)要隨時(shí)讀取溫度值，記錄最高溫度。(3)酸、堿關(guān)——注意酸堿的強(qiáng)弱和濃度。酸、堿濃溶液稀釋過程中會(huì)放出熱量。通常中和反應(yīng)反應(yīng)熱是指強(qiáng)酸、強(qiáng)堿在稀溶液中反應(yīng)生成1mol液態(tài)水的反應(yīng)熱。2.中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的可能原因(1)量取溶液的體積有誤差。(2)溫度計(jì)的讀數(shù)有誤。(3)混合酸、堿溶液時(shí)，動(dòng)作緩慢，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。(4)隔熱操作不到位，致使實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失而導(dǎo)致誤差。(5)測了酸后的溫度計(jì)未用水清洗便立即去測堿的溫度，會(huì)使熱量損失而引起誤差。1.關(guān)于中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定實(shí)驗(yàn)的下列說法不正確的是()A.使用環(huán)形玻璃攪拌器既可以攪拌又避免損壞溫度計(jì)B.測了酸溶液后的溫度計(jì)要用水清洗后再測堿溶液的溫度C.向盛裝酸溶液的量熱計(jì)的內(nèi)筒中加堿時(shí)要小心緩慢以免灑出D.改變酸堿的用量，所求中和反應(yīng)反應(yīng)熱數(shù)值不變化答案C解析為了防止熱量散失，向盛裝酸溶液的量熱計(jì)的內(nèi)筒中加堿時(shí)要迅速加入。2.用50mL0.50mol/L鹽酸與50mL0.50mol/LNaOH溶液進(jìn)行中和熱測定實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是()A.在測定中和熱的過程中，需要測定并記錄溫度2次B.大燒杯上若不蓋硬紙板，測得的中和熱數(shù)值會(huì)偏小C.用測量鹽酸的溫度計(jì)直接測定NaOH溶液的溫度，測得的中和熱數(shù)值會(huì)偏大D.為防止液體濺出，酸堿混合時(shí)應(yīng)將量筒中的溶液緩緩倒入燒杯中再慢慢攪拌答案B解析在測定中和熱的實(shí)驗(yàn)中，每一組需要記錄3次溫度，既初始酸堿的溫度和反應(yīng)完全后的最高溫度，為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，實(shí)驗(yàn)時(shí)至少要做2組實(shí)驗(yàn)，所以至少記錄6次溫度，A錯(cuò)誤；中和熱測定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵是減少熱量損失，大燒杯上若不蓋硬紙板，會(huì)有一部分熱量損失，測得的中和熱數(shù)值會(huì)偏小，B正確；C項(xiàng)操作會(huì)導(dǎo)致測得NaOH溶液初始溫度偏高，計(jì)算出反應(yīng)放出的熱量比實(shí)際少，C錯(cuò)誤；中和熱測定實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵是減少熱量損失，酸堿混合時(shí)將量筒中的溶液緩緩倒入燒杯中再慢慢攪拌，導(dǎo)致熱量損失較多，測得中和熱的數(shù)值會(huì)偏小，D錯(cuò)誤。二、蓋斯定律的應(yīng)用1.利用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱的方法(1)加和法(2)虛擬途徑法①方法先根據(jù)題意虛擬轉(zhuǎn)化過程，然后根據(jù)蓋斯定律列式求解，即可求得待求的反應(yīng)熱。②舉例若反應(yīng)物A變?yōu)樯晌顳，可以有兩個(gè)途徑：a.由A直接變成D，反應(yīng)熱為ΔH。b.由A經(jīng)過B變成C，再由C變成D，每步的反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3。如圖所示：則有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH32.運(yùn)用蓋斯定律計(jì)算反應(yīng)熱的3個(gè)關(guān)鍵(1)熱化學(xué)方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍，ΔH也相應(yīng)加倍。(2)熱化學(xué)方程式相加減，同種物質(zhì)之間可加減，反應(yīng)熱也相應(yīng)加減。(3)將熱化學(xué)方程式顛倒時(shí)，ΔH的正負(fù)必須隨之改變。3.氧化亞銅常用于制船底防污漆，用CuO與Cu高溫?zé)Y(jié)可制取Cu2O，已知反應(yīng)：2Cu(s)＋O2(g)=2CuO(s)ΔH＝-314kJ·mol-12Cu2O(s)＋O2(g)=4CuO(s)ΔH＝-292kJ·mol-1則CuO(s)＋Cu(s)=Cu2O(s)的ΔH等于()A.-11kJ·mol-1 B.＋11kJ·mol-1C.＋22kJ·mol-1 D.-22kJ·mol-1答案A解析根據(jù)蓋斯定律，將已知兩個(gè)反應(yīng)分別編號(hào)①、②，eq\f(①－②,2)得CuO(s)＋Cu(s)=Cu2O(s)，故ΔH＝eq\f(－314＋292,2)kJ·mol-1＝-11kJ·mol-1。4.Deacon直接氧化法可按下列催化過程進(jìn)行：CuCl2(s)=CuCl(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH1＝83kJ·mol-1CuCl(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CuO(s)＋eq\f(1,2)Cl2(g)ΔH2＝-20kJ·mol-1CuO(s)＋2HCl(g)=CuCl2(s)＋H2O(g)ΔH3＝-121kJ·mol-1則4HCl(g)＋O2(g)=2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol-1。答案-1165.已知C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH上述反應(yīng)在O2供應(yīng)充分時(shí)，可燃燒生成CO2；O2供應(yīng)不充分時(shí)，雖可生成CO，但同時(shí)還部分生成CO2。因此該反應(yīng)的ΔH無法直接測得。但是下述兩個(gè)反應(yīng)的ΔH卻可以直接測得：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝-393.5kJ·mol-1②CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH2＝-283.0kJ·mol-1根據(jù)蓋斯定律，就可以計(jì)算出欲求反應(yīng)的ΔH。分析上述兩個(gè)反應(yīng)的關(guān)系，即知：ΔH＝_________________________________________________________。則C(s)與O2(g)生成CO(g)的熱化學(xué)方程式為_________________________________________________________。答案ΔH1-ΔH2C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝-110.5kJ·mol-1解析根據(jù)已知條件，可以虛擬如下過程：由蓋斯定律可知ΔH＝ΔH1-ΔH2＝-110.5kJ·mol-1，熱化學(xué)方程式是C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝-110.5kJ·mol-1。1.在中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定實(shí)驗(yàn)中，下列操作正確的是()①量取0.50mol·L-1的鹽酸0.50mol·L-1的NaOH溶液各50mL②分多次把NaOH溶液倒入盛有鹽酸的小燒杯中③環(huán)形攪拌器上下移動(dòng)，使酸堿溶液混合④用溫度計(jì)測定NaOH溶液起始溫度后直接測定鹽酸溶液的溫度A.①② B.②③C.①③ D.②④答案C解析盡量一次快速將NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中，分多次把NaOH溶液倒入盛有鹽酸的小燒杯中，會(huì)導(dǎo)致熱量散失較多，則測定的反應(yīng)熱的數(shù)值偏小，②錯(cuò)誤；環(huán)形玻璃攪拌器起攪拌作用，應(yīng)該上下移動(dòng)，使反應(yīng)物混合均勻，加快反應(yīng)速率，減小實(shí)驗(yàn)誤差，③正確；測定NaOH溶液起始溫度后的溫度計(jì)直接插入稀鹽酸測溫度，由于氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)，使放出的熱量散失，鹽酸的起始溫度偏高，會(huì)造成反應(yīng)熱的數(shù)值偏小，④錯(cuò)誤。2.已知：①2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝-221.0kJ·mol-1；②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝-483.6kJ·mol-1。則制備水煤氣的反應(yīng)C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)的ΔH為()A.＋262.6kJ·mol-1 B.-131.3kJ·mol-1C.-352.3kJ·mol-1 D.＋131.3kJ·mol-1答案D解析根據(jù)蓋斯定律，(①-②)÷2，即可求得制備水煤氣反應(yīng)的ΔH。3.鈦被稱為“第三金屬”，其制取原料為金紅石(TiO2)，制取步驟如下：已知：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1；②2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH2；③TiO2(s)＋2Cl2(g)=TiCl4(s)＋O2(g)ΔH3。則反應(yīng)TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)=TiCl4(s)＋2CO(g)的ΔH為()A.ΔH3＋2ΔH1＋2ΔH2 B.ΔH3＋2ΔH1＋ΔH2C.ΔH3＋2ΔH1-ΔH2 D.ΔH3＋2ΔH1-2ΔH2答案C解析利用蓋斯定律將③＋2×①-②可得TiO2(s)＋2Cl2(g)＋2C(s)=TiCl4(s)＋2CO(g)ΔH＝ΔH3＋2ΔH1-ΔH2，故選C項(xiàng)。4.煙氣(主要污染物SO2、NOx)是大氣主要污染物，有效去除大氣中的SO2、NOx是環(huán)境保護(hù)的重要課題。用天然堿生產(chǎn)小蘇打的母液(主要溶質(zhì)為碳酸鈉)吸收煙氣中SO2的相關(guān)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式如下：2Na2CO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)=Na2SO3(aq)＋2NaHCO3(aq)ΔH＝akJ·mol-12NaHCO3(aq)＋SO2(g)=Na2SO3(aq)＋2CO2(g)＋H2O(l)ΔH＝bkJ·mol-1Na2SO3(aq)＋SO2(g)＋H2O(l)=2NaHSO3(aq)ΔH＝ckJ·mol-1反應(yīng)Na2CO3(aq)＋SO2(g)=Na2SO3(aq)＋CO2(g)的ΔH＝________kJ·mol-1。答案eq\f(a＋b,2)解析根據(jù)蓋斯定律，將第一個(gè)熱化學(xué)方程式和第二個(gè)熱化學(xué)方程式相加，然后除以2即得目標(biāo)熱化學(xué)方程式，故ΔH＝eq\f(a＋b,2