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习
目
标
重
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难
点
第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
第1课时 反应热与焓变
1.了解反应热的概念
2.能从宏观和微观两个角度构建模型,并解释反应热产生的原因。
从宏观和微观两个视度认识反应热
【温故知新,发现问题】
1.化学反应实质是什么?有何特征?
反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成。
(2)特征:
既有物质变化,又伴有能量变化;能量变化是以物质变化为基础,与参加反应的物质种类和多少相关。
旧键断裂 — 吸收能量
新键形成 — 放出能量
(1)实质:
在实际应用中,人们如何定性、定量地描述化学反应过程中释放或吸收的热量呢?
一、反应热 焓变
1.反应热与焓变
(1)认识体系和环境(以HCl溶液和NaOH溶液反应为例)
体系
反应物:NaOH溶液、盐酸
发生的反应:NaOH+HCI=NaCl+H2O
生成物:NaCl、H2O
环境
与体系相互影响的其他部分,如盛溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境。
练习1.下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是( )
选项 A B C D
反应装置或图像
实验现象或图像信息 温度计的水银柱不断上升 反应物的总能量大于生成物总能量 反应开始后,甲处液面低于乙处液面 反应开始后,针筒活塞向右移动
D
(2)体系与环境的热量交换——反应热
①热量:因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量。
②反应热:在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热。
指化学反应发生后,使反应后体系的温度恢复到反应前体系的温度,
即反应前后体系的温度相同。
③焓(符号为 H):是物质所具有的能量, 与内能有关的物理量。
④焓变:生成物与反应物的焓值差,即△H=H(生成物)-H(反应物)
⑤焓变与反应热的关系:等压条件下化学反应的反应热等于化学反应的焓变
(3)反应热与焓变及化学键的关系
反应热
恒压条件
热效应
焓变
放热反应 ΔH<0
吸热反应 ΔH>0
ΔH=生成物总能量-反应物总能量
①从宏观角度认识反应热与焓变的关系
练习2.(双选)已知反应A+B=C+D的能量变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.该反应为吸热反应,ΔH>0 B.该反应吸收的能量为E1-E2 C.反应物的总能量高于生成物的总能量 D.该反应只有在加热条件下才能进行
AB
H=∑E (反应物键能)-∑E (生成物键能)
反应物
生成物
化学反应
键断裂
键生成
原子重新组合
若吸收能量E1 > 释放能量E2 ,则为吸热反应
若吸收能量E1 < 释放能量E2 ,则为放热反应
吸收能量E1
放出能量E2
②从微观角度认识反应热与化学键的关系
练习3.反应A+B→C(ΔH<0)分两步进行:①A+B→X(ΔH>0),②X→C(ΔH<0)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是( )
D
练习4.我国成功发射的“天宫一号”飞行器的外壳覆盖了一种新型结构的陶瓷材料,其主要成分是氮化硅。该陶瓷材料可由石英固体与焦炭颗粒在高温的氮气流中通过如下反应制得:3SiO2+6C+2N2=Si3N4+6CO该反应变化过程中的能量变化如图所示。回答以下问题:
(1)上述反应中反应物化学键断裂 ,生成物化学键形成 。(2)该反应中反应物的总能量 (填“大于”或“小于”)生成物的总能量,该反应为 (填“吸热”或“放热”)反应,ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。
吸收能量
释放能量
大于
放热
<
练习6.白磷(P4)与氧气可发生如下反应:
P4+5O2=P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为:
P-P a kJ·mol-1、 P-O b kJ·mol-1、P=O c kJ·mol-1、 O=O d kJ·mol-1。根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH= 。
-(4c+12b-6a-5d) kJ·mol-1
练习5.已知化学反应A2(g)+B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示,下列说法正确的是( )
A.每生成2分子AB吸收b kJ热量
B.该反应热ΔH=+(a-b) kJ·mol-1
C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量D.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,放出a kJ能量
B
△H = 反应物总键能 - 生成物总键能
△H = 生成物总能量 – 反应物总能量
△H<0 放热反应
△H>0 吸热反应
吸热
放热
小结:
键能大→物质稳定→能量低
键能小→物质不稳定→能量高
练习7.已知反应A+B=C+D为放热反应,对该反应的下列说法中正确的是( )
A. A的能量一定高于C B. B的能量一定高于D
C.A和B的总能量一定高于C和D的总能量D.该反应为放热反应,故不必加热就一定能发生
C
练习8.(1)20世纪30年代,Eyring和Pzer在碰撞理论的基础上提出化学反应的过渡态理论:化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的,而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。如图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图,
说明这个反应是___________(填“吸热”或“放热”)
反应,NO2和CO的总能量________
(填“大于”“小于”或“等于”)CO2和NO的总能量。
放热
大于
(2)已知在高温、高压、催化剂作用下,1 mol C(石墨)转化为C(金刚石),吸收1.9 kJ的热量。
①该反应________(填“是”或“不是”)吸热反应。
②C(石墨)和C(金刚石)相比,________能量高,________更稳定。
③推测C(石墨)与C(金刚石)各1 mol在相同条件下燃烧,________放出的热量多。
是
C(金刚石) C(石墨)
C(金刚石)
放热反应 吸热反应
△H表现形式
物质总能量变化
键能 变化
联系
△H﹤0或△H为“-”
△H﹥0或△H为“+”
生成物的总能量小于反应物的总能量
生成物的总能量大于反应物的总能量
生成物总键能大于反应物总键能
生成物总键能小于反应物总键能
键能越大,物质能量越低,越稳定,反之键能越小,物质能量越高,越不稳定。
归纳:
学完定性、定量表示反应热后,现在我们就通过实验探究反应热的测定。
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第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
第2课时 中和反应反应热的测定
掌握中和反应反应热的测定原理;能根据实验中测定并记录的数据计算反应热
中和反应反应热的测定
a.中和热的定义:
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应而生成1mol H2O所放出的热量
研究条件:稀溶液 反应物:强酸与强碱
生成物及其物质的量:水 1mol 放出的热量:57.3kJ
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) △H= -57.3 kJ/mol
注:①强酸与弱碱反应,强碱与弱酸、弱酸和弱碱反应生成1mol H2O放出的热小于57.3KJ②强酸或强碱的浓溶液发生中和反应反应热大于57.3KJ
③硫酸和氢氧化钡的反应热大于57.3KJ
练习9..强酸和强碱的稀溶液发生中和反应的热效应:
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) △H = -57.3kJ/mol
向1L 0.5mol/L的NaOH溶液中分别加入稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸,则都恰好完全反应时的热效应, △H1 、△H2、 △H3 的关系
△H1 > △H3 > △H2
2.中和反应反应热的测定
测量反应前后体系的温度
使反应物迅速混合,使反应充分进行,保持体系的温度均匀。
反应容器
b.测量仪器:
量热计
隔热保温,减少热量散失
阅读实验测量步骤,为了提高测定的准确度,应该采取哪些措施
【问题和讨论】P6
措施 目的
实验药 品用量 采用碱稍过量的方法 为了保证酸、碱完全中和
实验装置、 仪器选择 内筒和外筒上口对齐,内外筒中间有隔热层 可以减少热量损失
实验过程使用同一支温度计进行温度测量 减少仪器本身的误差,使测量的温度更准确
实验操作 用温度计测量完盐酸的温度后,用水将温度计上的酸冲洗干净,擦干再测量碱溶液的温度 测量的初始温度更准确
将溶液迅速倒入内筒后,立即盖上杯盖 减少热量的损失
重复实验2~3次 测量的温度差更准确
c.为了提高测定的准确度,采取的措施和目的
我们取一定量的盐酸和氢氧化钠溶液发生中和反应,哪些数据可以帮助我们测出它们的反应热呢?请大家讨论回答。
Q =c m Δt
Q :中和反应放出的热量。
m :反应混合液的质量。
c:反应混合液的比热容。
Δt :反应前后溶液温度的差值。
我们如何得到上述数据呢?
m为所用酸、碱的质量和,测出参加反应的酸、碱质量相加即可;c 需要查阅;
Δt可用温度计测出反应前后的温度相减得到。
在反应前后,如果环境的温度没有变化,则反应放出的热量就会使体系的温度升高,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。
d.中和热的计算
Q =(V酸ρ酸+V碱ρ碱)·c·(t2-t1) ②
实验中,我们所用一元酸、一元碱的体积均为50 mL, 它们的浓度分别为0.50 mol/L和0.55 mol/L。由于是稀溶液,且为了计算简便,我们近似地认为,所用酸、碱溶液的密度均为1 g/cm3,且中和后所得溶液的比热容为 4.18 J/(g·℃)
Q =(50×1+50×1)×4.18×(t2-t1)
=0.418(t2-t1)kJ ③
酸、碱反应时,它们的质量应怎样得到?
量出它们的体积,再乘以它们的密度即可
③式不是该反应的反应热,因为反应热是有正负的,中和反应放热,故其ΔH为“-”。中和热是稀的酸、碱中和生成 1 mol水的反应热,而50 mL 0.50 mol/L的盐酸与50 mL 0.55 mol/L 氢氧化钠反应后生成的水只有0.025 mol,故③式表示的也不是中和热。
该反应的中和热应怎样表示呢?
ΔH=
-
0.418 (t2-t1)
0.025
kJ/mol
思考:③式表示的是不是该反应的反应热?是中和热吗?为什么?
Q = 0.418(t2-t1)kJ ③
实验 序号 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃
盐酸 氢氧化钠溶液
1 20.0 20.1 23.2
2 20.2 20.4 23.4
3 20.3 20.3 24.2
4 20.5 20.6 23.6
【解析】四次实验(t2-t1)的值分别是 3.15、
3.1、 3.9、 3.05,
第三次数据明显偏大,故存在误差而舍去,则最终取第1、2、4组三组实验的
平均值,为3.1,将其代入公式
计算即可。
-51.8 kJ·mol-1
练习10. 假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反应后生成的溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。为了计算中和热,某学生实验记录数据见右表:
依据该学生的实验数据计算,
该实验测得的中和热ΔH= (结果保留一位小数)。
大量实验测得,25 ℃和101 kPa下,强酸与强碱稀溶液发生中和反应生成1 mol水时,放出57.3 kJ的热量。
练习11.已知H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l); H=-57.3kJ/mol ,则:
(1)用0.5molNaOH配成稀溶液跟足量稀盐酸反应放出 kJ的热量。
(2)用0.5molBa(OH)2配成稀溶液跟足量稀硝酸反应,放出 kJ的热量。
(3)用0.5molNaOH配成稀溶液跟足量稀醋酸反应放出 kJ的热量。
(4)用0.5molBa(OH)2配成稀溶液跟含溶质0.5mol的稀硫酸反应,
放出 kJ的热量。
练习12.将V1 mL 1.00 mol/L HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50 mL)。下列叙述正确的是( )
28.7
57.3
小于28.7
大于57.3
A.做该实验时环境温度为22℃
B.该实验表明化学能可以转化为热能
C.NaOH溶液的浓度约为1.00 mol/L
D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应
B
练习12. 50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在图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)烧杯间填满碎纸条的作用是 。
(3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值 (填“偏大”“偏小”
“无影响”)。
(4)实验中改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量 (填“相等”“不相等”),所求中和热 (填“相等”“不相等”),简述理由: 。
(5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会 ;用50 mL 0.50mol/L NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会 。(均填“偏大”“偏小”“无影响”)
环形玻璃搅拌棒
减少实验过程中的热量损失
偏小
不等
相等
因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O所放出的能量,与酸碱的用量无关。
偏小
偏小