1.1.1反應(yīng)熱焓變（導(dǎo)學(xué)案）

第1講反應(yīng)熱焓變【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、理解反應(yīng)熱的概念2、能以中和熱的測定為例掌握反應(yīng)熱的測定方法；3、能從宏觀和微觀兩個(gè)角度解釋反應(yīng)熱產(chǎn)生的原因及掌握反應(yīng)熱的計(jì)算方法。【學(xué)習(xí)重難點(diǎn)】重點(diǎn)：反應(yīng)熱、焓變的含義；中和熱的測定難點(diǎn)：焓變、ΔH的“＋”與“－”的理解與應(yīng)用、中和熱的測定【自主預(yù)習(xí)】1．體系與環(huán)境被研究的物質(zhì)系統(tǒng)稱為體系，與體系相互影響的其他部分稱為環(huán)境。熱量是指因溫度不同而在體系與環(huán)境之間交換或傳遞的能量?！九e例】將試管中的鹽酸、NaOH溶液及發(fā)生的反應(yīng)等看作一個(gè)反應(yīng)體系；盛溶液的試管和溶液之外的空氣等看作環(huán)境。2．反應(yīng)熱在等溫條件下，化學(xué)反應(yīng)體系向環(huán)境釋放或從環(huán)境吸收的熱量，稱為化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，簡稱反應(yīng)熱?！竞献魈骄俊恳唬畬?shí)驗(yàn)探究：中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定（1）測定原理：環(huán)境溫度不變時(shí)，根據(jù)測得的體系的溫度變化和有關(guān)物質(zhì)的比熱容等來計(jì)算反應(yīng)熱。即利用公式進(jìn)行計(jì)算。（2）實(shí)驗(yàn)裝置①如圖：②各部分儀器的作用a．玻璃攪拌器的作用是使反應(yīng)物混合均勻充分接觸。b．隔熱層的作用是減少熱量的散失。c．溫度計(jì)的作用是測定反應(yīng)前后反應(yīng)體系的溫度?！舅伎加懻?】①測量哪些數(shù)據(jù)？鹽酸和NaOH的溫度反應(yīng)后體系的溫度（最高溫度）②如何利用數(shù)據(jù)計(jì)算反應(yīng)熱？Q=(m1+m2)×c×（t2t1）?H=Q/n（H2O）③如何提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度？操作時(shí)動(dòng)作要快，盡量減少熱量的散失。隔熱層的作用是保溫隔熱，減少熱量損失（3）實(shí)驗(yàn)步驟①反應(yīng)物溫度測量(t1)：測量混合前50mL0.50mol·L－1鹽酸、50mL0.55mol·L－1氫氧化鈉溶液的溫度，取兩溫度平均值，記錄為起始溫度t1。②反應(yīng)后體系溫度測量(t2)：將酸堿溶液迅速混合，用玻璃攪拌器輕輕攪動(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。③重復(fù)實(shí)驗(yàn)操作兩次，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)。【做一做】（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理某實(shí)驗(yàn)小組測定數(shù)據(jù)如下，溫度實(shí)驗(yàn)次數(shù)起始溫度t1/℃終止溫度t2/℃溫度差平均值(t2－t1)/℃鹽酸NaOH平均值溫差平均值125.025.225.128.53.43.4224.925.125.028.33.3325.625.425.529.03.5設(shè)溶液的密度均為1g·cm－3，中和后溶液的比熱容c＝4.18J·g－1·℃－1，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出該反應(yīng)放出的熱量Q≈1.42kJ，則生成1molH2O時(shí)放出的熱量為56.8kJ。（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)論大量實(shí)驗(yàn)測得，在25℃和101kPa下，強(qiáng)酸的稀溶液與強(qiáng)堿的稀溶液，發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時(shí)，放出57.3kJ的熱量?！舅伎加懻?】你認(rèn)為在中和熱測定實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是什么？實(shí)驗(yàn)操作中要注意什么問題？中和熱測定實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是操作準(zhǔn)確速度快，減少熱量損失。注意事項(xiàng)：（1）為了保證0.50mol·L－1的鹽酸完全被NaOH中和，采用0.55mol·L－1NaOH溶液，使堿稍稍過量，因?yàn)檫^量的堿并不參加中和反應(yīng)。（酸稍微過量也可以）（2）先后測量酸、堿及混合液的溫度時(shí)，測定一種溶液后必須用水沖洗干凈并用濾紙擦干。溫度計(jì)的水銀球部分要完全浸入溶液中，且要穩(wěn)定一段時(shí)間再記下讀數(shù)。（3）實(shí)驗(yàn)中所用的鹽酸和氫氧化鈉溶液配好后要充分冷卻至室溫，才能使用。（4）操作時(shí)動(dòng)作要快，盡量減少熱量的散失。（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)亦可選用濃度體積都不相同的酸堿溶液進(jìn)行中和熱的測定，但在計(jì)算時(shí)，應(yīng)取二者中量少的一種，因?yàn)檫^量的酸/堿并不參加中和反應(yīng)。（6）多次試驗(yàn)求平均值時(shí)，若有某一組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有明顯偏差，應(yīng)直接舍去。（7）隔熱層的作用是保溫隔熱，減少熱量損失?！局R(shí)檢測】【典例1】某同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示實(shí)驗(yàn)，探究反應(yīng)中的能量變化，下列判斷正確的是（）A．由實(shí)驗(yàn)可知，甲、乙、丙所涉及的反應(yīng)都能使溫度計(jì)讀數(shù)上升B．將實(shí)驗(yàn)甲中的鋁片更換為等質(zhì)量的鋁粉后釋放出的熱量有所增加C．實(shí)驗(yàn)丙中將玻璃攪拌器改為鐵質(zhì)攪拌棒對實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響D．實(shí)驗(yàn)丙中若用代替，則測出變小【答案】D【解析】A．Ba(OH)2?8H2O與NH4Cl的反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，乙中反應(yīng)使溫度計(jì)讀數(shù)下降，A錯(cuò)誤；B．將實(shí)驗(yàn)甲中的鋁片更換為等質(zhì)量的鋁粉，只是加快了反應(yīng)速率，但放出的熱量不變，B錯(cuò)誤；C．鐵質(zhì)攪拌棒導(dǎo)熱性好，使得熱量損失較大，C錯(cuò)誤；D．NaOH固體溶于水時(shí)放熱，放出的熱量偏多，測定出來的?H變小，D正確；答案選D?！咀兪?】某小組同學(xué)以HCl溶液和NaOH溶液為例，進(jìn)行中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定，下列有關(guān)說法正確的是（）A．利用圖裝置進(jìn)行中和熱測定實(shí)驗(yàn)，裝置中只有一處錯(cuò)誤B．測定中和熱時(shí)，將NaOH溶液分次緩慢倒入裝有鹽酸的量熱計(jì)中C．用環(huán)形玻璃攪拌棒左右攪拌，有助于反應(yīng)充分D．完成一次中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定實(shí)驗(yàn)，溫度計(jì)需要使用3次【答案】D【解析】A．由圖裝置可知缺少玻璃攪拌器，同時(shí)大小燒杯口應(yīng)齊平，故如圖所示的裝置不止一處錯(cuò)誤，A錯(cuò)誤；B．測定中和熱時(shí)，為減少實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)該將NaOH溶液一次快速倒入裝有鹽酸的量熱計(jì)中，并用環(huán)形玻璃攪拌棒攪拌，使其充分反應(yīng)并測其溫度，B錯(cuò)誤；C．環(huán)形玻璃攪拌棒的作用就是通過攪拌加快反應(yīng)速率，盡快結(jié)束實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，減少熱量耗散，但攪拌時(shí)應(yīng)該上下攪拌，C錯(cuò)誤；D．完成一次中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定實(shí)驗(yàn)，溫度計(jì)需要使用3次，分別是反應(yīng)前酸、堿的溫度、反應(yīng)中最高溫度，D正確；答案選D。B?！竞献魈骄俊慷?、反應(yīng)熱與焓變1．化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)和特征【思考討論3】在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，化學(xué)反應(yīng)通常是在等壓條件下進(jìn)行的。如何描述等壓條件下的反應(yīng)熱？2．內(nèi)能：內(nèi)能是體系內(nèi)物質(zhì)的各種能量的總和，受溫度、壓強(qiáng)和物質(zhì)的聚集狀態(tài)等影響。3．焓與焓變（1）（2）反應(yīng)熱與焓變的關(guān)系：在等壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱等于反應(yīng)的焓變，因此常用ΔH表示反應(yīng)熱。（3）焓變與吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的關(guān)系①放熱反應(yīng)：反應(yīng)體系向環(huán)境釋放能量，反應(yīng)體系的焓減小，ΔH為負(fù)值。②吸熱反應(yīng)：反應(yīng)體系從環(huán)境中吸收能量，反應(yīng)體系的焓增大，ΔH為正值。【做一做】焓變的表示方法①在25℃和101kPa下，1molH2與1molCl2反應(yīng)生成2molHCl時(shí)放出184.6kJ的熱量，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱為：:ΔH=－184.6kJ/mol②在25℃和101kPa下，1molC(如無特別說明，C均指石墨)與1molH2O(g)反應(yīng)，生成1molCO和1molH2,需要吸收131.5kJ的熱量，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱為:ΔH=+131.5kJ/mol【問題探究3】根據(jù)H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反應(yīng)的能量變化（如下圖所示），說明化學(xué)鍵的斷裂與形成與能量變化有和關(guān)系？4．從微觀角度理解反應(yīng)熱的實(shí)質(zhì)以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反應(yīng)的能量變化為例說明，如圖所示：由圖可知：化學(xué)鍵反應(yīng)中能量變化斷裂或形成1mol化學(xué)鍵的能量變化斷裂或形成化學(xué)鍵的總能量變化H—H吸收436kJ共吸收679kJCl—Cl吸收243kJH—Cl放出431kJ共放出862kJ結(jié)論H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)的反應(yīng)熱ΔH＝－183kJ·mol－1①圖示：化學(xué)反應(yīng)過程中形成化學(xué)鍵、斷裂化學(xué)鍵能量變化可用如圖表示：其中，E1表示反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的總熱量，E2表示生成物形成化學(xué)鍵放出的總熱量，E1與E2的差值表示反應(yīng)熱。上述反應(yīng)過程表示該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。②焓變計(jì)算公式：ΔH＝E總(斷鍵)－E總(成鍵)。ΔH＝E總(生成物總能量)－E總(反成物總能量)。【知識(shí)檢測】【典例2】各圖中，表示反應(yīng)是吸熱反應(yīng)的是（）A． B．C． D．【答案】A【分析】若反應(yīng)物的總能量＞生成物的總能量，則反應(yīng)為放熱反應(yīng)；若反應(yīng)物的總能量＜生成物的總能量，則反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。【解析】A．反應(yīng)物的總能量＜生成物的總能量，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，A符合題意；B．反應(yīng)物的總能量＞生成物的總能量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，B不符合題意；C．反應(yīng)物的總能量=生成物的總能量，不符合化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律，不屬于化學(xué)反應(yīng)，C不符合題意；D．反應(yīng)物的總能量＞生成物的總能量，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，D不符合題意；答案選A。【變式2】理論研究表明，在101kPa和298K下，異構(gòu)化反應(yīng)過程的能量變化如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是（）A．HCN為直線型分子B．升高溫度，該異構(gòu)化反應(yīng)正向移動(dòng)C．正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能D．使用催化劑，能加快化學(xué)反應(yīng)速率，反應(yīng)的減小【答案】D【解析】A．中中心原子C采取雜化，為直線型分子，故A正確；B．由圖可知，異構(gòu)化的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故升高溫度，平衡正向移動(dòng)，故B正確；C．由圖可知，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，因此正反應(yīng)的活化能大于逆反應(yīng)的活化能，故C正確；D．使用催化劑，可以減小反應(yīng)的活化能，但不能改變反應(yīng)物和生成物的能量，反應(yīng)的反應(yīng)熱不變，故D錯(cuò)誤；答案選D。【鞏固練習(xí)】1、反應(yīng)A+B→C(放熱)分兩步進(jìn)行：①A+B→X(吸熱)，②X→C(放熱)。下列示意圖中，能正確表示總反應(yīng)過程中能量變化的是A． B．C． D．【答案】A【解析】A+B→X(吸熱)，說明A、B的總能量小于X的能量；X→C(放熱)，說明X能量大于C的能量；A+B→C(放熱)，說明A、B的總能量大于C的能量；故選A。1，3丁二烯與HBr發(fā)生加成反應(yīng)分兩步：第一步H+進(jìn)攻1，3丁二烯生成碳正離子()；第二步Br進(jìn)攻碳正離子完成1，2加成或1，4加成。反應(yīng)進(jìn)程中的能量變化如下圖所示。已知在0℃和40℃時(shí)，1，2加成產(chǎn)物與1，4加成產(chǎn)物的比例分別為70：30和15：85。下列說法錯(cuò)誤的是（）A．1，4加成產(chǎn)物比1，2加成產(chǎn)物穩(wěn)定B．兩種產(chǎn)物的化學(xué)鍵種類和數(shù)目相同，但1，2加成產(chǎn)物的總鍵能更大C．相同條件下，第二步正反應(yīng)(或逆反應(yīng))比較：1，2加成較1，4加成更易發(fā)生D．從0℃升至40℃，1，2加成正反應(yīng)速率的增大程度小于其逆反應(yīng)速率的增大程度【答案】A【解析】A．由圖示可知1，2加成產(chǎn)物的能量比1，4加成產(chǎn)物的能量高，所以1，4加成產(chǎn)物穩(wěn)定，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B．兩種產(chǎn)物為同分異構(gòu)體且化學(xué)鍵種類和數(shù)目相同，但生成1，2加成產(chǎn)物放出的熱量相對較少，故1,2加成產(chǎn)物的總鍵能更大，選項(xiàng)B正確；C．相同條件下，第二步正反應(yīng)(或逆反應(yīng))比較：1，2加成的活化能較1，4加成的低，故更易發(fā)生，選項(xiàng)C正確；D．升高溫度，反應(yīng)的正、逆反應(yīng)速率均增大，根據(jù)題干的信息可以看出，1，2加成正反應(yīng)速率的增大程度小于其逆反應(yīng)速率的增大程度，選項(xiàng)D正確；答案選A。3、中和反應(yīng)的反應(yīng)熱的測定實(shí)驗(yàn)中，若取0.55mol/L的NaOH溶液50mL與0.25mol/L的硫酸50mL置于如圖所示的裝置中進(jìn)行反應(yīng)熱的測定?；卮鹣铝袉栴}。（1）從上圖實(shí)驗(yàn)裝置看，其中尚缺少的一種玻璃用品是_______。（2）若改用40mL0.55mol/LH2SO4溶液和50mL0.55mol/LNaOH溶液進(jìn)行反應(yīng)，與上述實(shí)驗(yàn)相比，所放出的熱量_______(填“相等”或“不相等”)。（3）近似認(rèn)為0.55mol/LNaOH溶液和0.25mol/L硫酸溶液的密度都是，中和后生成溶液的比熱容，通過以下數(shù)據(jù)計(jì)算中和反應(yīng)的反應(yīng)熱_______(結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位)。實(shí)驗(yàn)次數(shù)起始溫度終止溫度溶液NaOH溶液平均值126.226.026.129.5227.027.427.232.3326.025.825.929.2426.426.226.329.8（4）上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果與相比有偏差，產(chǎn)生偏差的原因可能是_______(填字母)。a．實(shí)驗(yàn)裝置保溫、隔熱效果差b．用溫度計(jì)測定NaOH溶液起始溫度后直接測定溶液的溫度c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中【答案】（1）環(huán)形玻璃攪拌器（2）不相等（3）56.8kJ/mol（4）abc【解析】（1）由實(shí)驗(yàn)裝置圖可知，裝置中尚缺少的一種玻璃用品是環(huán)形玻璃攪拌器，故答案為：環(huán)形玻璃攪拌器；（2）若改用40mL0.55mol/LH2SO4溶液和50mL0.55mol/LNaOH溶液進(jìn)行反應(yīng)，與上述實(shí)驗(yàn)相比，反應(yīng)生成水的物質(zhì)的量不相等，所放出的熱量不相等，故答案為：不相等；（3）由題給數(shù)據(jù)可知，四次溫度差分別為3.4℃、6.1℃、3.3℃、3.5℃，第2組數(shù)據(jù)誤差較大應(yīng)舍去，三次實(shí)驗(yàn)溫度差的平均值為=3.4℃，50mL0.55mol/L,氫氧化鈉溶液與50mL0.25mol/L的硫酸溶液發(fā)生中和反應(yīng)時(shí)，氫氧化鈉溶液過量，反應(yīng)生成水的物質(zhì)的量為0.25mol/L×0.05L×2=0.025mol，溶液的質(zhì)量為100ml×1g/ml=100g，則生成0.025mol水放出的熱量Q=mc△t=100g×4.18J/（g·℃）×3.4℃=1421.2J，則實(shí)驗(yàn)測得的中和熱△H=—=56.8kJ/mol，故答案為：56.8kJ/mol；（4）a．實(shí)驗(yàn)裝置保溫、隔熱效果差會(huì)導(dǎo)致一部分能量的散失，使得實(shí)驗(yàn)測得中和熱的數(shù)值偏小，故符合題意；b．用溫度計(jì)測定氫氧化鈉溶液起始溫度后直接測定稀硫酸溶液的溫度，溫度計(jì)沒有用水沖洗干凈，在測稀硫酸的溫度時(shí)，會(huì)發(fā)生酸和堿的中和導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測得中和熱的數(shù)值偏小，故正確；c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中會(huì)導(dǎo)致一部分能量的散失，使得實(shí)驗(yàn)測得中和熱的數(shù)值偏小，故符合題意；故選abc4、實(shí)驗(yàn)室利用如圖所示裝置測定中和熱的實(shí)驗(yàn)步驟如下：步驟一：用量筒量取鹽酸倒入小燒杯中，測出鹽酸溫度；步驟二：用另一量筒量取溶液，并用同一溫度計(jì)測出其溫度；步驟三：將溶液倒入小燒杯中，設(shè)法使之混合均勻，測得混合液最高溫度?；卮鹣铝袉栴}：①碎泡沫塑料的作用是_______。②將一定量的稀氫氧化鈉溶液分別和稀鹽酸、濃硫酸、稀醋酸溶液恰好完全反應(yīng)，其反應(yīng)熱分別為、、，則、、的大小關(guān)系為_______。③假設(shè)鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是，又知中和反應(yīng)后生成溶液的比熱容。為了計(jì)算中和熱，某學(xué)生實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)如下實(shí)驗(yàn)序號起始溫度終止溫度鹽酸氫氧化鈉溶液混合溶液120.020.123.2220.220.423.4320.520.623.6依據(jù)該學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，該實(shí)驗(yàn)測得的中和熱_______(結(jié)果保留一位小數(shù))。④該同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)測出的中和熱有誤