人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第一节 化学反应与能量变化教学设计

课时2　热化学方程式　中和反应反应热的测定

目标与素养：1.认识热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式。(模型认知与变化观念)2.了解中和热的测定原理及注意事项。(科学探究与创新意识)

一、热化学方程式

1．概念

能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。

2．意义

热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。

如：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ/mol，表示在25 ℃、101 kPa,1 mol H2与 mol O2完全反应生成1 mol液态水时放出的热量是285.8 kJ。

3．书写

氢气与碘蒸气化合反应的能量(或热量)变化，可用以下方程式表示：

H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－14.9 kJ·mol－1，它与化学方程式H2＋I22HI相比较而言，其特点为

(1)指明了反应的温度和压强，若在25 ℃、101 kPa时进行的反应，可不注明。

(2)注明了各物质的状态：s(固体)、l(液体)或g(气体)、aq(溶液)。

(3)在方程式的右边注明了ΔH的“＋”或“－”及数值单位。

(4)化学计量数只表示物质的量，可以用分数。

二、中和反应热的测定

1．中和热

稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1_mol H2O时所释放的热量称为中和热。表示为H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。

2．实验原理

通过一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化，计算反应放出的热量，由此求得中和热。热量计算公式为Q＝cmΔt(c为比热容，m为溶液质量，Δt为前后温度差)。

3．实验仪器装置

(1)将下列实验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。

(2)实验过程中，还需要的其他仪器有50 mL量筒(2个)。

4．实验步骤与数据测量

(1)初始温度(t1)

测量方法是用一量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸，倒入小烧杯中并测量其温度；用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液并用用蒸馏水洗净的温度计测量其温度，取两温度平均值为t1。

(2)终止温度(t2)

测量方法是把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯中。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记录终止温度为t2。

(3)重复实验操作，记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据。

(4)实验数据处理

盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1 g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃)。该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是0.418(t2－t1)_kJ，中和热为 kJ·mol－1。

　若将环形玻璃棒改为环形铜丝，所测中和热有什么误差？

[答案]　偏小。

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)热化学方程式既体现了物质变化又体现了能量变化。

  (　　)

(2)H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－183 kJ·mol－1表示1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)生成2 mol HCl(g)放出的热量为183 kJ。 (　　)

(3)中和热测定装置中碎泡沫塑料的作用是固定装置。 (　　)

(4)将实验中50 mL盐酸改为60 mL盐酸，所测中和热变大。 (　　)

[答案]　(1)√　(2)√　(3)×　(4)×

2．下列说法不正确的是    (　　)

A．物质发生化学反应的反应热仅指反应放出的热量 

B．热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的量，不表示分子的个数

C．所有的燃烧反应都是放热的

D．热化学方程式中，化学式前面的化学计量数可以是分数

[答案]　A

3．写出下列反应的热化学方程式

(1)1 mol CO完全转化为CO2放出283 kJ的热量。

_____________________________________________________

(2)24 g C(s)与足量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收262.6 kJ热量。

_____________________________________________________

[解析]　(1)CO转化为CO2的化学方程式为2CO＋O2===2CO2,2 mol CO生成CO2放出热量为2×283 kJ＝566 kJ，则反应的热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1。

(2)1 mol C(s)与足量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)吸收的热量为＝131.3 kJ。

[答案]　(1)2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)ΔH＝－566 kJ·mol－1

(2)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1

1.注意标明物质的聚集状态：方程式中每种物质的化学式后面用括号注明物质的聚集状态(g、l、s)，不用标“↑”或“↓”，水溶液用aq表示。

2．注意注明必要的反应条件：焓变与温度和压强等测定条件有关，所以书写时必须在ΔH后指明反应的温度和压强(298 K、101 kPa时，可不注明)。

3．注意明确化学计量数的含义：化学计量数只表示该物质的物质的量，不表示分子个数或原子个数，因此热化学方程式中化学计量数也可以是分数。

4．注意ΔH的单位及符号：ΔH的单位是kJ/mol或kJ·mol－1，ΔH只能写在化学方程式的右边，表示正向反应的焓变。ΔH<0表示为放热反应；ΔH>0则表示为吸热反应。

5．注意同一反应中化学计量数与ΔH数值的对应关系：化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH的数值也加倍；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但绝对值不变。

【典例1】　写出下列反应的热化学方程式：

(1)16 g CH4(g)与适量O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l)，放出890.3 kJ热量______________________________________。

(2)已知拆开1 mol H—H键，1 mol N—H键，1 mol N≡N 键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2(g)与H2(g)反应生成NH3(g)的热化学方程式为___________________________。

(3)0.3 mol 的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧，生成固态的三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ热量，其热化学方程式为__________________。

[解析]　(1)由化学方程式CH4＋2O2===CO2＋2H2O可得热化学方程式。

(2)化学方程式为N2＋3H22NH3，ΔH＝(946＋436×3－391×6)kJ·mol－1。

(3)化学方程式为B2H6＋3O2===B2O3＋3H2O，则1 mol B2H6(g)完全燃烧放出2 165 kJ热量。

[答案]　(1)CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　

ΔH＝－890.3 kJ·mol－1

(2)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　

ΔH＝－92 kJ·mol－1

(3)B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)　

ΔH＝－2 165 kJ·mol－1

1．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

(1)N2(g)与H2(g)反应，生成1 mol NH3(g)时放出46.1 kJ的热量：_____________________________________________________。

(2)2 mol N2(g)与2 mol O2(g)充分反应，生成NO(g)并吸收136 kJ的热量：____________________________________________。

(3)卫星发射可用肼(N2H4)作燃料，2 mol N2H4(g)在足量O2(g)中燃烧，生成N2(g)和H2O(l)并放出1 244 kJ的热量：____________。

[解析]　(1)N2(g)与H2(g)反应生成1 mol NH3(g)，放出46.1 kJ的热量，则该反应的热化学方程式可表示为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。

(2)2 mol N2(g)与2 mol O2(g)充分反应，生成NO(g)吸收136 kJ的热量，该反应的热化学方程式为N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋68 kJ·mol－1。

(3)2 mol N2H4(g)在足量O2(g)中燃烧，生成N2(g)和H2O(l)放出1 244 kJ的热量，该反应的热化学方程式为N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－622 kJ·mol－1。

[答案]　(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－92.2 kJ·mol－1

(2)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋68 kJ·mol－1

(3)N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－622 kJ·mol－1

2．在常温常压下，1 g H2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体，放出92.3 kJ的热量。下列热化学方程式中正确的是(　　)

A．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－92.3 kJ·mol－1

B．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝＋92.3 kJ·mol－1

C．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝＋184.6 kJ·mol－1

D．2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)　ΔH＝＋184.6 kJ·mol－1

D　[A项，化学计量数与ΔH不一致；B项，ΔH<0且数值不对；C项，ΔH<0。]

“五看”法判热化学方程式正误

一看“配平”→二看“状态”→三看“正负”→四看“单位”→五看“数值”。

[实验讨论]

1．实验装置中在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料的目的是什么？

提示：目的是保温、隔热，减少实验过程中热量的损失。

2．装置中的环形玻璃搅拌棒能否用金属(不与酸、碱反应)质环形搅拌棒代替？为什么？

提示：不能。原因是金属质环形搅拌棒易导热，造成实验过程中热量损失。

3．实验中为何使用0.55 mol/L KOH溶液与0.50 mol/L盐酸反应，而不是选用0.50 mol/L KOH溶液？

提示：碱过量的目的是保证盐酸完全反应。

4．能否用浓硫酸代替盐酸？对结果会产生什么影响？

提示：不能。浓硫酸溶解于水时放热，所测ΔH偏小，即ΔH<－57.3 kJ·mol－1。

5．能否用醋酸代替盐酸或用氨水代替KOH溶液？对结果会产生什么影响？

提示：不能。弱酸、弱碱电离吸热，所测ΔH偏大，即ΔH>－57.3 kJ·mol－1。

科学探究：中和反应热测定

(1)中和热的测定

(2)中和反应反应热测定实验中产生误差的原因

①装置方面：装置的隔热保温效果不好，造成实验过程中热量损失而引起误差。

②操作方面

③读数方面

(3)中和热ΔH计算

ΔH＝－[c＝4.18 J·(g·℃)－1]

【典例2】　在量热计中(如图所示)将100 mL 0.50 mol·L－1的CH3COOH溶液与100 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液混合，温度从298.0 K升高到300.7 K，已知量热计的热容常数(量热计各部件温度每升高1 K 所需要的热量)是150.5 J/K，溶液密度均为1 g/mL，充分混合后溶液的比热容c＝4.184 J/(g·K)。

(1)CH3COOH的中和热ΔH＝________。

(2)CH3COOH的中和热的文献值为56.1 kJ·mol－1，你认为(1)中测得的实验值出现偏差可能的原因是_____________________________________________

_____________________________________________________。

[解析]　(1)根据题中所给信息可推算出酸和碱的物质的量，酸为0.050 mol，碱为0.055 mol，可知碱是过量的，应以酸的量计算，算出生成0.050 mol水时放出的热量，进而算出生成1 mol水时放出的热量，即可得出CH3COOH的中和热：ΔH＝

－

＝－5.33×104J/mol＝－53.3 kJ·mol－1。

(2)本实验方法测得的CH3COOH的中和热数值小于文献值，原因可能有以下几个方面；①量热计的保温瓶绝热效果不好；②酸、碱溶液混合不迅速；③温度计不够精确等。

[答案]　(1)－53.3 kJ·mol－1　(2)①量热计的保温瓶绝热效果不好，②酸、碱溶液混合不迅速，③温度计不够精确等

若酸、碱混合时，动作缓慢，所测中和热ΔH有什么偏差？

[答案]　偏低。

3．下列有关中和热的说法正确的是(　　)

A．中和热的热化学方程式：H＋(l)＋OH－(l)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1

B．准确测量中和热的实验过程中，至少需测定温度4次

C．环形玻璃搅拌棒材料若用铜代替，则测量出的中和热数值偏小

D．若稀酸溶液中H＋与稀碱溶液中OH－的物质的量相等，则所测中和热数值更准确

C　[A项，H＋和OH－不能用l符号，应该用aq，错误；B项，每次实验中需要测量NaOH溶液的温度，盐酸的温度，和反应后的温度，一般实验要重复操作，所以至少6次，错误；C项，铜容易导热，使热量损失，所以测量的中和热数值偏小，正确；D项，当酸和碱中的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。]

中和热测定时的注意事项

(1)实验中要用强酸、强碱的稀溶液(0.1～0.5 mol·L－1)。

(2)操作时动作要快，尽量减少热量的损失，使用绝热装置，避免热量散发到反应体系外。

(3)测量盐酸的温度后，要将温度计上的酸冲洗干净后，再测量NaOH溶液的温度，避免酸、碱在温度计的表面反应放热而影响测量结果。

(4)测定中和热不能用弱酸或弱碱，因弱酸、弱碱电离时吸收热量而使测量数值偏低。

(5)中和热的数值是57.3 kJ·mol－1，测定时与强酸、强碱的用量无关。

1．下列热化学方程式书写正确的是(　　)

A．2SO2＋O22SO3　ΔH＝－196.6 kJ/mol

B．N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝＋67.7 kJ/mol

C．C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝＋393.5 kJ/mol

D．H2O(l)===H2(g)＋1/2O2(g)　ΔH＝＋285.8 kJ/mol

D　[A项，未注明反应物，生成物的聚集状态，故错；B项，化学方程式书写错误，应为N2(g)＋O2(g)===2NO(g)，故错；C项，C与O2反应为放热反应，ΔH<0，故错。]

2．已知在25 ℃、101 kPa下，1 g液体C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40 kJ的热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是 (　　)

A．C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)　

ΔH＝－48.40 kJ·mol－1

B．C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　

ΔH＝－5 517.6 kJ·mol－1

C．C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)

ΔH＝＋5 517.6 kJ·mol－1

D．C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　

ΔH＝－48.40 kJ·mol－1

B　[在25 ℃、101 kPa下，1 mol C8H18燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为×114 g＝5 517.6 kJ。]

3．已知：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。下列反应中能放出57.3 kJ热量的是(　　)

A．1 L 1 mol·L－1的稀H2SO4与足量NaOH溶液反应

B．稀盐酸与氨水反应生成1 mol H2O

C．稀盐酸与稀Ba(OH)2溶液反应生成1 mol 水

D．稀NaOH溶液与95%浓硫酸反应生成1 mol 水

C　[A项，生成2 mol H2O(l)，放出114.6 kJ热量；B项，氨水为弱碱溶液，NH3·H2O电离吸热，故放出热量小于57.3 kJ；D项，浓H2SO4溶于水放热，故放出的热量大于57.3 kJ。]

4．根据要求，写出下列反应的热化学方程式：

(1)1 mol C2H4(g)与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和H2O(l)，放出1 411 kJ的热量。

_____________________________________________________。

(2)1 mol Al(s)与适量O2(g)发生反应，生成Al2O3(s)，放出834.9 kJ的热量。

_____________________________________________________。

[答案]　(1)C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－1 411 kJ·mol－1

(2)2Al(s)＋3/2O2(g)===Al2O3(s)　ΔH＝－1 669.8 kJ·mol－1

5．用50 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。

回答下列问题：

(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是________。

(2)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(3)如果用60 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量________(填“相等”或“不相等”)，所求中和热_______________________________

(填“相等”或“不相等”)。

(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，测得的中和热的数值会________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

[解析]　(3)中和热是指在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成1 mol水时放出的热量，与酸碱的用量无关，因而所求中和热数值相等。

(4)由于NH3·H2O电离时吸热，所以测得的中和热的数值偏小。

[答案]　(1)环形玻璃搅拌棒　(2)偏小　(3)不相等　相等　(4)偏小