苏教版高中化学选择性必修1化学反应原理专题1第一单元基础课时2反应热的测量与计算课件(共61张PPT)

(共61张PPT)
基础课时2　反应热的测量与计算
专题1　化学反应与能量变化
第一单元　化学反应的热效应
学习
任务 1．理解测定反应热的原理和方法，分析产生误差的原因，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。
必备知识　自主预习储备
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
温度计
环形玻璃搅拌棒
量筒
(2)各部分仪器的作用：
①环形玻璃搅拌棒的作用是________________________。
②隔热层的作用是______________。
③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。
使反应物混合均匀充分接触
减少热量的散失
3．实验步骤
(1)用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸，倒入__________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______________轻轻搅拌，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)。
简易量热计
环形玻璃搅拌棒
比热容
总质量
温度变化
物质的量
(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 _____ 28.5 ____ ____
2 24.9 25.1 _____ 28.3 ____
3 25.6 25.4 _____ 29.0 ____
25.1
3.4
25.0
3.3
25.5
3.5
3.4
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≈_____ kJ，则生成1 mol H2O时放出的热量约为_____ kJ。该反应的热化学方程式为_______________________________________________________。
1.42
56.8
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______，理由是：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
相同
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液态水，并且反应的其他条件相同，所以反应热也相同
×
×
×
×
×
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，不论是____完成，还是______完成，其总的热效应是________的。换句话说，在恒压条件下，化学反应的反应热只与反应体系的____和____有关，而与反应的____无关。
一步
分几步
完全相等
始态
终态
途径
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。
判一判　(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。 (　)
×
√
√
√
关键能力　情境探究达成
中和反应反应热的测定
[情境素材]
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-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 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。
[问题探究]
[问题1]　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2]　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3]　实验中为何使用0.55 mol·L-1 NaOH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4]　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。
[归纳总结]
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，中和热数值一般小于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(l)。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、碱溶液的密度和比热容都与水相同，并忽略实验装置的比热容。50 mL 0.50 mol·L-1盐酸的质量m1＝50 g，50 mL 0.55 mol·L-1 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-1·℃-1，50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 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)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环形玻璃搅拌棒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。测量酸液温度后，在测量碱液温度之前，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，不能将温度计当搅拌器使用。
[能力达成]
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液态水的反应热ΔH＝－52.3 kJ·mol-1，造成这一结果的原因不可能是(　　)
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，实际量取的酸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．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__________________。
11.46　
环形玻璃搅拌棒
搅拌，使溶液充分混合
温度计
测量溶液的温度
(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________(选填“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__________________。
实验中不可避免有少量热量损失
偏小
偏大
利用盖斯定律进行计算的两种方法
[问题探究]
[问题1]　潮湿的煤炭燃烧是否能够放出更多热量？
提示：不能。碳燃烧的最终产物是二氧化碳，该反应不管是一步完成还是分几步完成，反应热是相同的。
[问题2]　分析题图，你能否从能量守恒的角度解释化学反应的热效应只与反应体系的始态和终态有关？
提示：在指定状态下，各种物质的焓值都是确定的，因此无论经过哪些步骤从反应物变成生成物，它们的差值是不会改变的，即反应的焓变是一样的。
[问题3]　已知以下几个反应：
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＜0
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH2＞0
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3＜0
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH4＜0
ΔH1与ΔH2、ΔH3、ΔH4的数学关系是什么？
[归纳总结]
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。
[能力达成]
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。]
√
[解析]　根据盖斯定律，将热化学方程式①－②得目标热化学方程式，所以ΔH＝－348.3 kJ·mol-1－(－31.0 kJ·mol-1)＝－317.3 kJ·mol-1。
－317.3 kJ·mol-1
学习效果　随堂评估自测
√
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)时的反应热叫作中和热
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。]
√
3．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O2的再生。
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：_________________________________________________________。
CH4(g)＋2O2(g)===CO2 (g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol-1
[解析]　由①CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)　
ΔH＝－252.9 kJ·mol-1。
②2H2O(l)===2H2 (g)＋O2(g)　ΔH＝571.6 kJ·mol-1。
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-1－2×571.6 kJ·mol-1＝
－890.3 kJ·mol-1。
题号
基础课时固基练(2)　反应热的测量与计算
1
3
5
2
4
6
8
7
9
√
1．“中和热”是一个在热化学中的重要概念，“中和热”的定义为：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1 mol液态H2O，这时的反应热叫作中和热。以下关于中和热的叙述正确的是(　　)
A．在稀溶液中所有酸和碱反应的中和热数值都相等
B．在稀溶液中强酸与强碱反应的中和热都相等
C．在稀溶液中1 mol强酸和1 mol强碱反应放出的热量都相等
D．将浓硫酸滴入氢氧化钠溶液中刚好生成1 mol水时，产生的热量即为中和热
题号
1
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8
7
9
B　[A.弱酸、弱碱电离吸热，故A错误；B.在稀溶液中强酸与强碱反应的中和热都相等，均对应生成1 mol液态H2O，故B正确；C.若生成沉淀则额外放热，如硫酸与氢氧化钡的反应，故C错误；D.浓硫酸稀释放热，放出的热量偏大，故D错误。]
题号
2
1
3
4
5
6
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9
√
题号
2
1
3
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题号
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1
√
3．下列说法或表达式正确的是(　　)
A．0.5 mol H2SO4溶液与0.5 mol Ba(OH)2溶液反应放出a kJ热量，则中和热为－a kJ·mol-1
B．如图，　　　　则热量变化关系式：ΔH1＋ΔH3＋ΔH5＝－(ΔH2＋ΔH4)
C．ΔH与热化学方程式中的化学计量数，物质的状态和可逆反应均有关
D．同温同压下，H2( g)＋Cl2(g)===2HCl (g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
题号
3
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9
1
B　[A.0.5 mol H2SO4溶液与0.5 mol Ba(OH)2溶液反应放出a kJ热量，包括钡离子和硫酸根离子之间反应放出的热量，则中和热大于－a kJ·mol-1，故A错误；B.根据盖斯定律，转化过程的焓变等于零，所以ΔH1＋ΔH3＋ΔH5＝－(ΔH2＋ΔH4)，故B正确；C.ΔH与热化学方程式中的化学计量数，物质的状态有关，和反应是否可逆无关，故C错误；D.反应热只与反应物和生成物的总能量大小有关，与反应条件和途径无关，同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同，故D错误。]
题号
4
2
3
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8
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1
√
题号
4
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1
题号
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√
题号
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1
题号
2
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7
9
1
√
6．(易错题)如图所示，有关转化关系(X代表卤素)的说法正确的是
(　　)
A．ΔH1越小，HX越不稳定
B．按Cl、Br、I顺序，ΔH2依次减小
C．ΔH3＞0
D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝0
题号
2
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3
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7
9
1
B　[A.ΔH1越小，能量越低，HX越稳定，故A错误；B.原子半径：ClBr—Br键>I—I键，断裂1 mol X—X键吸收的能量：Cl>Br>I，故按Cl、Br、I顺序，ΔH2依次减小，故B正确；C.途径Ⅲ是形成化学键的过程，是放热过程，ΔH3＜0，故C错误；D.反应焓变与起始物质和终了物质有关，与变化途径无关，途径Ⅰ生成HX的反应热与途径无关，所以ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，则ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝2ΔH1≠0，故D错误。]
题号
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1
题号
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题号
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1
题号
2
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9
1
8．联氨(N2H4)常温下为无色液体，可用作为火箭燃料。下列说法不正确的是(　　)
①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l)　ΔH1
②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l)　ΔH2
③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3
④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol-1
A．ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1
B．O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l)　ΔH5，ΔH5＞ΔH3
C．1 mol O2(g)和2 mol H2(g)具有的总能量高于2 mol H2O(g)
D．联氨和N2O4作为火箭推进剂的原因之一是反应放出大量的热且产物无污染
√
题号
2
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9
1
B　[根据盖斯定律计算2×③－2×②－①得到④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1，A项正确；O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)　ΔH3，O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l) ΔH5，气态水变为液态水过程中放出热量，焓变为负值，则ΔH5＜ΔH3，B项错误；由于O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g)为放热反应，ΔH3＜0，反应物的总能量高于生成物的总能量，即1 mol O2(g)和2 mol H2(g)具有的总能量高于2 mol H2O(g)，C项正确；根据2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol-1分析可知，反应放出大量热，生成的氮气和水蒸气对环境无污染，D项正确。]
题号
9
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1
9．(1)工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸。已知25 ℃，101 kPa时：
CaO(s)＋H2SO4(l)===CaSO4(s)＋H2O(l)　 ΔH＝－271 kJ·mol-1
5CaO(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)===Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l)　
ΔH＝－937 kJ·mol-1
则Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是__________________________________________________________
__________________。
Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)===5CaSO4(s)＋HF(g)＋3H3PO4(l)　ΔH＝－418 kJ·mol-1
题号
9
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7
1
(2)已知：
Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)
ΔH1＝1 344.1 kJ· mol-1
2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)
ΔH2＝1 169.2 kJ· mol-1
由Al2O3(s)、C(s)和Cl2(g)反应生成AlCl3(g)的热化学方程式为__________________________________________________________
___________。
Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)　ΔH＝174.9 kJ·mol-1
题号
9
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7
1
[解析]　(1)已知：①CaO(s)＋H2SO4(l)===CaSO4(s)＋H2O(l)　ΔH＝－271 kJ·mol-1
②5CaO(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)===Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l)　ΔH＝－937 kJ·mol-1
则根据盖斯定律可知①×5－②即得到Ca5(PO4)3F和硫酸反应生成磷酸的热化学方程式是Ca5(PO4)3F(s)＋5H2SO4(l)===5CaSO4(s)＋HF(g)＋3H3PO4(l)　ΔH＝－418 kJ·mol-1。
题号
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