苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应的热效应学案

这是一份苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应的热效应学案，共14页。学案主要包含了实验探究中和反应反应热的测量，盖斯定律等内容，欢迎下载使用。

基础课时2　反应热的测量与计算
学 习 任 务
1．通过理解反应热测定的原理和方法，分析产生误差的原因，不断完善和改进测定方法，培养科学探究与创新意识的化学核心素养。
2．通过理解盖斯定律的本质，形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型，建立证据推理与模型认知的化学核心素养。

一、实验探究中和反应反应热的测量
1．测定原理：环境温度不变时，根据测得的体系的温度变化和有关物质的比热容等来计算反应热。即利用公式Q＝cmΔt进行计算。
2．实验中用到的仪器和药品
(1)实验仪器：

简易量热计
(2)各部分仪器的作用：
a．玻璃搅拌器的作用是使反应物混合均匀充分接触。
b．隔热层的作用是减少热量的散失。
c．温度计的作用是测定反应前后反应体系的温度。
(3)实验药品：
0.50 mol·L－1的盐酸，0.50 mol·L－1的NaOH溶液。
3.实验步骤
(1)用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度(T1)。
(2)用另一量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1氢氧化钠溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度(T2)。
(3)测量最高温度(T3)：
将量筒中的氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板，用环形玻璃搅拌棒不断搅拌，观察温度计的温度变化，准确读出并记录反应体系的最高温度(T3)。
4．实验数据处理与计算
(1)计算依据：ΔH＝－＝－ kJ·mol－1。

(2)某实验小组测定数据如下，请填写表中空白
　温度
实验　　
次数　　
起始温度T1/℃
终止温度t2/℃
温度差平均值(T2－T1)/℃
盐酸
NaOH
平均值
温差
平均值
1
25.0
25.2
25.1
28.5
3.4
3.4
2
24.9
25.1
25.0
28.3
3.3
3
25.6
25.4
25.5
29.0
3.5
设溶液的密度均为1 g·cm－3，中和后溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，根据实验数据计算出该反应放出的热量Q≈1.42 kJ，则生成1 mol H2O时放出的热量为56.8 kJ。该反应的热化学方程式为：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－56.8 kJ·mol－1
5．实验预测
用同样的方法分别测定氢氧化钾与盐酸反应、氢氧化钠与硝酸反应的反应热，所测得的中和反应的反应热相同，理由是：参与反应的物质都是强酸，强碱，它们在水中完全电离，中和反应的离子方程式都是氢离子和氢氧根离子反应生成水，并且反应的其他条件相同，所以反应热也相同；
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热时，应保证加入的盐酸与氢氧化钠溶液恰好完全反应 (×)
(2)同一中和反应的反应热与酸碱的用量有关 (√)
(3)中和反应反应热的测定实验中的玻璃搅拌器换成铜质搅拌器效果更好 (×)
(4)中和反应反应热的测定实验中，应将50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液分多次倒入小烧杯 (×)
(5)中和反应反应热的测定实验中，测定盐酸后的温度计没有冲洗干净，立即测NaOH溶液的温度 (×)
二、盖斯定律
1．盖斯定律的内容
大量实验证明，一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是相同的。换句话说，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
2．盖斯定律的意义
应用盖斯定律可以间接计算以下情况(不能直接测定)的反应热：
(1)有些反应进行得很慢。
(2)有些反应不容易直接发生。
(3)有些反应的生成物不纯(有副反应发生)。
3．应用盖斯定律的计算方法举例
如果一个热化学方程式可通过其他几个热化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变可由相对应的热化学方程式的焓变相加减而得到
例　已知在298 K时，C(s)、CO(g)燃烧的热化学方程式如下：
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　
ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1①
CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　
ΔH2＝－283.0 kJ·mol－1②
请运用盖斯定律计算反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的焓变ΔH3。
分析：C(s)与O2(g)生成CO2(g)的反应可以一步完成(反应焓变为ΔH1)，也可以分两步完成：先生成CO(g)(反应焓变为ΔH3)，CO(g)再与O2(g)反应生成CO2(g)(反应焓变为ΔH2)。根据盖斯定律可以得到ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，则反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的焓变　ΔH3＝ΔH1－ΔH2。

C(s)与O2(g)反应生成　
CO(g)、CO2(g)的能量变化图
根据盖斯定律，直接将热化学方程式①、②左右两边分别相减，也可以求得C(s)与O2(g)反应生成CO(g)的焓变。
解：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH3
ΔH3＝ΔH1－ΔH2
＝－393.5 kJ·mol－1－(－283.0 kJ·mol－1)
＝－110.5 kJ·mol－1。
答：反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的焓变ΔH3为－110.5 kJ·mol－1。
　(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，也与反应的途径有关 (×)
(2)盖斯定律遵守能量守恒定律 (√)
(3)利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热
(√)
(4)利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热 (√)


中和反应反应热的测定

中和热的测定是高中化学的定量实验之一，如图装置是某同学利用50 mL 0.50 mol/L 盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH 溶液进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量计算中和热。


[问题1]　在测定中和反应的反应热时，应该测量那些数据？如何根据测得的数据计算反应热？
[提示]　测量数据：盐酸温度、NaOH溶液温度、反应后体系的最高温度；根据Q＝cmΔt计算反应热，m为盐酸和NaOH溶液质量。
[问题2]　测定NaOH溶液的温度前，温度计上的盐酸为什么要用 水冲洗干净？冲洗后的溶液能否倒入盐酸中？其原因是什么？
[提示]　测定NaOH溶液的温度时，若温度计上沾有酸，二者反应放出热量，测得NaOH溶液的温度偏高；冲洗后的溶液不能倒入盐酸中，若倒入，会使混合液的总质量增加，导致实验结果产生误差。
[问题3]　盐酸和NaOH溶液混合时，为什么要将量筒中的NaOH 溶液一次性倒入盐酸中而不能缓慢(或分多次)倒入？
[提示]　本实验的关键是测反应的反应热，若动作迟缓(或分多次倒入)，会使热量损失而使误差增大。
[问题4]　处理实验数据时，要进行哪些近似处理？
[提示]　将0.50 mol/L盐酸和0.55 mol/ L NaOH溶液的密度当作1 g/cm3，混合溶液的总质量为50 g＋50 g＝100 g；混合液的比热容按水的比热容c＝4.18 J/(g·℃)计算。
[问题5]　实验中为何使用0.55 mol·L－1NaOH溶液与0.50 mol·L－1盐酸反应，而不是选用0.50 mol·L－1 NaOH溶液？
[提示]　碱过量的目的是保证盐酸完全反应。
[问题6]　若用0.55 mol·L－1 KOH溶液代替0.55 mol·L－1 NaOH 溶液，对结果会产生影响吗？为什么？
[提示]　无影响。因为强酸、强碱的稀溶液反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量是相同的，与用KOH溶液还是NaOH溶液以及酸碱的用量无关。
[问题7]　用浓硫酸代替盐酸对结果会产生什么影响？用醋酸代替盐酸对结果会产生什么影响？若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定中和反应反应热，对结果会产生什么影响？
[提示]　浓硫酸溶于水时放热，所测反应热的数值偏大；弱酸、弱碱电离吸热，所测反应热的数值偏小；若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定反应热，生成BaSO4沉淀还会多放出一部分热量，所测反应热的数值偏大。

1．中和热的概念
(1)中和热是指在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1 mol液态水所放出的热量。
(2)理解时应注意
①强酸和强碱的稀溶液发生反应，其中和热是相等的，都约是57.3 kJ·mol－1。
H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
②强酸和弱碱或弱酸和强碱的稀溶液发生反应，中和热一般小于57.3 kJ·mol－1，因为弱电解质的电离是吸热的。
③中和反应的实质是H＋和OH－化合生成H2O。若反应过程中有其他物质生成(如生成不溶性物质、难电离物质等)，这部分反应热不在中和热之内。
2．中和反应的反应热测
(1)测定原理
中和反应的反应热：Q＝cmΔt，其中c＝4.18 J·g－1·℃－1
中和热：ΔH＝－
(2)数据处理
①忽略错误实验数据，取其他实验数据的平均值作为计算依据
②计算中和反应的反应热：为了计算简便，近似地认为实验所用酸、碱溶液的密度。比热容都与水相同，并忽略实验装置的比热容。50 mL 0.50 mol/L盐酸的质量m1＝50 g,50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液的质量m2＝50 g。中和后生成的溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃)，50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液发生中和反应后放出的热量Q＝(m1＋m2)·c·(t2－t1)＝0.418(t2－t1)kJ
③计算生成1 mol H2O的反应热
发生中和反应时，盐酸完全反应，生成H2O的量为n(H2O)＝0.050 L×0.50 mol/L＝0.025 mol，则有ΔH＝－ kJ·mol－1
(3)注意事项
①操作要快、隔热效果要好，以确保热量尽可能少散失。
②玻璃搅拌器不能用易导热的金属制品代替，防止热量通过金属传导而散失。搅拌时，要轻轻搅动，防止碰碎温度计。
③测量酸、碱、混合溶液的温度时，要使用同一支温度计且数据稳定后再记录下最高温度。测量酸液的温度后，在测量碱液之前，要洗净温度计上的酸。
④测量温度时，水银球要处于溶液中间，不能接触烧杯壁或烧杯底部，不能将温度计当玻璃搅拌器使用。
3．中和热测定实验中产生误差的可能原因
(1)量取溶液的体积有误差(测量结果是按50 mL的酸、碱进行计算的，若实际量取时大于50 mL或小于50 mL都会造成误差)。
(2)温度计的读数有误。
(3)实验过程中有液体洒在外面。
(4)混合酸、碱溶液时，动作缓慢，导致实验误差。
(5)隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失而导致误差。
(6)测量酸后的温度计未用水清洗便立即去测量碱的温度，会使热量损失而引起误差。

1．某同学通过实验测出稀盐酸和稀NaOH溶液(碱稍过量)反应生成1 mol水的反应热ΔH＝－52.3 kJ·mol－1，造成这一结果的原因不可能的是(　　)
A．实验装置保温、隔热效果差
B．用量筒量取盐酸时仰视读数
C．分多次将NaOH溶液倒入量热计的内筒中
D．用测量盐酸的温度计直接测定NaOH溶液的温度
B　[若装置保温、隔热效果差，会造成较多的热量损失，测得的反应热数值偏小，A项可能；仰视读数时，实际量取的溶液体积多于应该量取的溶液体积，会导致放出的热量变多，B项不可能；C项操作会导致较多的热量损失，C项可能；D项操作会导致测得的NaOH溶液的初始温度偏高，最后计算出的反应放出的热量比实际放出的热量少，D项可能。]
2．下列有关中和反应反应热及测定的说法正确的是(　　)
A．若中和反应反应热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则1 mol H2SO4和1 mol Ca(OH)2反应放出的热量是114.6 kJ
B．准确测量中和反应反应热的实验过程中，至少需测定温度4次
C．玻璃搅拌器材料若用铜代替，则测量出的中和反应反应热数值偏小
D．若稀酸溶液中H＋与稀碱溶液中OH－的物质的量相等，则所测中和反应反应热数值更准确
C　[A项，1 mol H2SO4和1 mol Ca(OH)2反应除生成2 mol H2O(l)外，还生成1 mol CaSO4，所以放出的热量大于114.6 kJ，错误；B项，实验过程中，需测量温度至少3次，错误；C项，铜容易导热，使热量损失，所以测量的中和反应反应热数值偏小，正确；D项，当酸与碱中的H＋和OH－物质的量相等时，实验过程中稍有误差就不能确定产生水的量，一般都是有一种物质稍微过量，错误。]

利用盖斯定律进行计算的两种方法

白磷和红磷互为同素异形体，两者均能在空气中燃烧，且燃烧的产物相同。
已知P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s)　ΔH1＝－2 983.2 kJ·mol－1①
P(红磷，s)＋O2(g)===P4O10(s)　ΔH2＝－738.5 kJ·mol－1②

[问题]　利用上述信息，如何用两种方法求白磷转化为红磷的热化学方程式？
[提示]　(1)“虚拟路径”法
根据已知条件可以虚拟如下过程：

根据盖斯定律
ΔH＝ΔH1＋(－ΔH2)×4＝－2 983.2 kJ·mol－1＋738.5 kJ·mol－1×4＝－29.2 kJ·mol－1热化学方程式为P4(白磷，s)===4P(红磷，s)　ΔH＝－29.2 kJ·mol－1
(2)“加合”法
P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s) 　
ΔH1＝－2 983.2 kJ·mol－1
P4O10(s)===5O2(g)＋4P(红磷，s)
ΔH2＝＋2 954 kJ·mol－1
上述两式相加得：P4(白磷，s)===4P(红磷，s)　 ΔH＝－29.2 kJ·mol－1

1．“虚拟路径”法
若反应物A变为生成物D，可以有两个途径
(1)由A直接变成D，反应热为ΔH；
(2)由A经过B变成C，再由C变成D，每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。
如图所示：

则有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
2．加合法
加合法就是运用所给热化学方程式通过加减乘除的方法得到所求的热化学方程式。

【特别提醒】　(1)热化学方程式的化学计量数加倍，ΔH也相应加倍。
(2)热化学方程式相加减，同种物质之间可加减，反应热也相应加减。
(3)将热化学方程式颠倒时，ΔH的正负必须随之改变。

1．在298 K、100 kPa时，已知：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1　①
Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g)　ΔH2　②
2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g)　ΔH3　③
则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是(　　)
A．ΔH3＝2ΔH2＋ΔH1
B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2
C．ΔH3＝2ΔH2－ΔH1
D．ΔH3＝ΔH2－ΔH1
C　[由盖斯定律可得，第三个热化学方程式(目标热化学方程式)可由2×②式－①式得到，故ΔH3＝2ΔH2－ΔH1。]
2．已知：①Zn(s)＋O2(g)===ZnO(s)　
ΔH＝－348.3 kJ·mol－1
②2Ag(s)＋O2(g)===Ag2O(s)
ΔH＝－31.0 kJ·mol－1
则Zn(s)＋Ag2O(s)===ZnO(s)＋2Ag(s)的ΔH等于________。
[解析]　根据盖斯定律，将方程式①－②得目标方程式，所以ΔH＝－348.3 kJ·mol－1－(－31.0 kJ·mol－1)＝－317.3 kJ·mol－1。
[答案]　－317.3 kJ·mol－1



1．下列说法正确的是(　　)
A．中和热一定是强酸跟强碱反应放出的热量
B．1 mol酸与1 mol碱完全反应放出的热量是中和热
C．在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时的反应热叫做中和热
D．表示强酸与强碱反应的中和热的热化学方程式为H＋＋OH－===H2O　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
C　[中和热是指稀酸、稀碱反应生成1 mol液态H2O时放出的热量。]
2．已知HCl和NaOH的稀溶液反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则下列物质间发生反应时放出的热量与57.3 kJ最接近的是(　　)
A．含0.5 mol Ca(OH)2的稀溶液与足量稀硫酸
B．含1 mol H2SO4的稀溶液与足量稀NaOH溶液
C．含1 mol CH3COOH的稀溶液与足量稀KOH溶液
D．含1 mol Ba(OH)2的稀溶液与含1 mol HCl的稀盐酸
D　[HCl和NaOH的稀溶液反应的中和热是可溶性强酸与可溶性强碱生成可溶性盐和1 mol H2O所放出的热量。A．生成物CaSO4是微溶物，故A错误；B．含1 mol H2SO4的稀溶液与足量稀NaOH溶液生成2 mol H2O，故B错误；C．CH3COOH是弱酸，电离要吸热，故C错误；D．1 mol HCl的稀溶液和1 mol Ba(OH)2的稀溶液反应的中和热是可溶性强酸与可溶性强碱生成可溶性盐和1 mol液态H2O所放出的热量，故D正确。]
3．已知：①Fe2O3(s)＋C(s)===CO2(g)＋2Fe(s)　ΔH1＝234.1 kJ·mol－1
②C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393.5 kJ·mol－1
则2Fe(s)＋O2(g)===Fe2O3(s)的ΔH是(　　)
A．－824.35 kJ·mol－1　 B．－627.6 kJ·mol－1
C．－744.7 kJ·mol－1 D．－169.4 kJ·mol－1
A　[根据盖斯定律知：将反应②×－①得该反应，故ΔH＝×ΔH2－ΔH1＝×(－393.5 kJ·mol－1)－234.1 kJ·mol－1＝－824.35 kJ·mol－1。]
4．载人航天器中，可以利用CO2与H2的反应，将航天员呼出的CO2转化为H2O等，再通过电解H2O获得O2，实现的O2再生。
已知：①CO2(g)＋4H2 (g)===CH4 (g)＋2H2O(l)　ΔH＝－252.9 kJ/mol。
②2H2O(l)===2H2 (g)＋O2 (g)　ΔH＝＋571.6 kJ/mol。
请写出甲烷与氧气反应生成二氧化碳和液态水的热化学方程式____________________________。
[解析]　由①CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－252.9 kJ/mol。
②2H2O(l)===2H2 (g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.6 kJ/mol。
结合盖斯定律可知，－①－②×2得到CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝252.9 kJ/mol－2×571.6 kJ/mol＝－890.3 kJ/mol。
[答案]　CH4(g)＋2O2(g)===CO2 (g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ/mol
5．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)的反应热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，回答下列有关中和反应的问题：

(1)用0.1 mol Ba(OH)2配成稀溶液与足量稀硝酸反应，能放出____________kJ的能量。
(2)如图所示装置中，仪器A的名称是____________________，
作用是___________；仪器B的名称是_________，作用是_____________；
(3)通过实验测定的中和反应反应热的数值常常小于57.3 kJ·mol－1，其原因可能是____________________________________。
(4)用相同浓度和体积的氨水(NH3·H2O)代替NaOH溶液进行上述实验，测得的反应热的数值____________________(填“偏大”“偏小”或“无影响”，下同)。
(5)用足量稀硫酸代替稀硝酸溶液进行上述实验，测得的中和反应反应热的数值__________________。
[解析]　(1)根据H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)的反应热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1知含0.1 mol Ba(OH)2的稀溶液与足量稀硝酸反应生成0.2 mol H2O(l)，故放出的能量为11.46 kJ。(2)由实验装置知，A为玻璃搅拌器，作用是搅拌，使溶液充分混合；B为温度计，作用是测量溶液的温度；(3)在测量中和反应反应热的实验中，减少热量损失是实验的关键，即在实验中会不可避免有少量热量损失，导致测得的反应热的数值常常小于正常值。(4)用氨水代替NaOH溶液，会使测得的数值偏小，因为NH3·H2O是弱电解质，电离时需吸收热量。(5)从离子反应的角度上看，用稀硫酸代替稀硝酸多了SO与Ba2＋生成BaSO4的成键过程，故放出的热量偏大。
[答案]　(1)11.46　(2)玻璃搅拌器　搅拌，使溶液充分混合　温度计　测量溶液的温度　(3)实验中不可避免有少量热量损失　(4)偏小　(5)偏大