第一节
化学反应与能量的变化(学案)
第
三课
时
【学习目标】:
认识中和热的概念,掌握中和热的测定原理及方法。
【重、难点】:
中和热的测定实验
【学习过程】
三、中和热
1.定义:在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应而生成
mol
H2O,这时的反应热叫中和热。
2.强酸与强碱的中和反应其实质是H+
和OH-
反应,其热化学方程式为:
H+(aq)
+OH-(aq)
=
H2O(l)
ΔH
=
-57.3kJ/mol
3.
注意:①.
中和热是以生成1molH2O为基准,因为表示中和热的热化学方程式中,水的化学计量数为1,其酸、碱或盐的化学计量数可以为分数.必须以生成1mol水为标准;强酸与强碱中和时生成1mol
H2O均放热57.3kJ,弱酸或弱碱电离要吸收热量,所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。浓的强酸与强碱中和时,稀释过程放热,所以它们参加中和反应时的中和热大于57.3kJ/mol。弱酸或弱碱电离要吸收热量,所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。
②.
中和反应对象为稀溶液。这里的稀溶液一般要求酸溶液中的c(H
+)≤1mol/L,碱溶液中的c(OH
-)≤1mol/L。这是因浓酸溶液和浓碱溶液稀释时会放出热量。
四、中和热的测定实验
1.实验用品
大烧杯
个(500mL)、小烧杯
个(100mL)、温度计、量筒
个(50mL)、泡沫塑料或硬纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有
个小孔)、
搅拌棒。
0.50mol/L盐酸、0.55mol/LNaOH溶液。
2.实验原理
实验原理:
用50
mL(大约50g)
0.
50
mol/L的盐酸与50mL
(大约50g)
0.
55
mol/L
氢氧化钠
设t1:
反应前两溶液的平均温度。
t2:
反应后溶液温度
c
=
4
.18
J/(g·℃)
试求Q
的表达式和中和热表达式
:Q
=
mc
(t2-t1)
=
0.418(t2-t1)kJ
0.418(t2-t1)
△H
=
—
—————————
kJ/mol
0.025
H+(aq)十OH-(aq)
=
H2O(1);△H
≈
—
57.3kJ/mol
3.实验步骤
(1)在大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条),使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口
。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条),大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板,在板中间开两个小孔,正好使温度计和玻璃搅拌棒通过,以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的,该实验也可在保温杯中进行。
(2)用一个量筒量取50mL
0.50mol/L盐酸,倒入小烧杯中,并用温度计测量盐酸的温度,记入下表。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。
(3)用另一个量筒量取50mL
0.55mol/LNaOH溶液,并用温度计测量NaOH溶液的温度,记入下表。
(4)把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(注意不要洒到外面)。用环形玻璃搅拌捧轻轻搅动溶液,并准确读出混合溶液的最高温度,作为终止温度,记入下表。
(5)重复实验两次,取测量所得数据的平均值作为计算依据。
实验次数
起始温度t1/
℃
终止温度t2/
℃
温度差(t2-t1)/
℃
HCl
NaOH
平均值
1
2
3
(6)根据买验数据计算中和热。
4.数据处理
为了使计算简便一些,我们近似地认为:
(1)
0.
50mol/L盐酸和0.
55mol/LNaOH溶液的密度都是1g/cm3,所以50mL、0.50mol/L盐酸的质量m1=50g,50mL
、0.55mol/LNaOH溶液的质量m2=50g。
(2)
中和后生成的溶液的比热容c
=4
.
18J/(g·℃),由此可以计算出,50mL
、0.50mol/L盐酸与50mL
、0.55mol/LNaOH溶液发生中和反应时放出的热量为:
(m1十m2)·c·(t2-t1)
=
0.4
18
(t2-t1)
kJ。
又因50mL、0.
50mol/L盐酸中含有0.
025mol的HCl,0.025mol的HCl与0.025molNaOH发生中和反应,生成0.025molH2O,放出的热量是
0.
4
18(t2-t1)k
J,所以生成1molH2O时放出的热量即中和热为:
0.418(t2-t1)
△H
=
—
—————————
kJ/mol
≈
—
57.
3
k
J/mol
0.025
5.注意事项
(1)
为了保证0.
50mol/L的盐酸完全被NaOH中和,采用0.
55mol/LNaOH溶液,使碱稍稍过量。
(2)
实验中若用弱酸代替强酸,或用弱碱代替强碱,因中和过程中还有弱酸(碱)电离吸热,会使测得中和热的数值偏低。
【思考一】
:
大、小烧杯放置时,为何要使两杯口相平?填碎纸条的作用是什么?对此装置,你有何更好的建议?
答案
:两杯口相平,可使盖板把杯口尽量盖严,从而减少热量损失;填碎纸条的作用是为了达到保温隔热、减少实验过程中热量损失的目的。若换用隔热、密封性能更好的装置(如保温杯)会使实验结果更准确。
【思考二】
:
温度计上的酸为何要用水冲洗干净?冲洗后的溶液能否倒入小烧杯?为什么?
答案:因为该温度计还要用来测碱液的温度,若不冲洗,温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散失,故要冲洗干净;冲洗后的溶液不能倒入小烧杯,若倒入,会使总溶液的质量增加,而导致实验结果误差。
【思考三】
:酸、碱混合时,为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入?
答案:因为本实验的关键是测反应的反应热,若动作迟缓,将会使热量损失而使误差增大。
【思考四】
:实验中所用HCl和NaOH的物质的量比为何不是1∶1,而是NaOH过量?若用HCl过量行吗?
答案:为了保证0
.
50
mol/L的盐酸完全被NaOH中和,采用0.
55
mol/L
NaOH溶液,使碱稍稍过量。若使盐酸过量,亦可。
例1.已知H(aq)+OH(aq)
=
H2O(1)
△H
=
—
57.
3kJ\mol,计算下列中和反应中放出的热量。
[]
(1).用20gNaOH配稀溶液跟足量稀盐酸反应放出____kJ的热量.
(2).用28gKOH配稀溶液跟足量稀硝酸反应,放出______kJ的热量.
解:n(NaOH)
=
20g/40g.mol=
0.
5mol
n(KOH)
=2
8g/56g.mol=
0.5mol
则
放热均为:57.3kI/mol0.5mol
=
28
.7kJ。
例
2.50mL0.50
mol·L-1盐酸和50mL
0.55
mol·L-1烧碱溶液在如下图所示的装置中进行中和反应,通过测定反应过程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,图中尚缺少一种玻璃仪器是
____________
。
(2)烧杯间填满碎纸屑的作用是________________________。
(3)大烧杯若不盖硬纸板,求得的中和热数值将_____________(填"偏大"、"偏小"或"无影响")。
(4)实验中改用60mL
0.
50
mol·L-1的盐酸跟40mL
0.
50
mol·L-1的烧碱溶液进行上述反应,与上述实验相比,所放出的热量_________(填"相等"或"不等"),所示的中和热____________,(填"相等"或"不等"),简述理由:__________________________________________________________。
(5)若三次平行操作测得数据中起始时盐酸与烧碱溶液平均温度相同,而终止温度与起始温度差(t2-t1)分别为①2
.
3
℃
②2
.4
℃
③2
.
9
℃,则最终代入计算式的
温差均值为__________
℃。
答案:(1)
环形玻璃搅拌棒。
(2)减少实验过程中放出热量的损失。
(3)偏小。
(4)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。
(5)2.
35
【基础达标】
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.测定中和热时可用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液
2.测定稀盐酸和氢氧化钠稀溶液中和热的实验中没有使用的仪器有:①大、小烧杯;②容量瓶;③量筒;④环形玻璃搅拌棒;⑤试管;⑥温度计;⑦蒸发皿;⑧托盘天平中的( )。[]
A.①②⑥⑦
B.②⑤⑦⑧
C.②③⑦⑧
D.③④⑤⑦
3.已知强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热化学方程式为:H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3
kJ·mol-1,又知电解质的电离是吸热过程。向1
L
0.5
mol·L-1的NaOH溶液中加入下列物质:①稀醋酸;②浓硫酸;③稀硝酸,恰好完全反应。其焓变ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系是( )。
A.ΔH1>ΔH2>ΔH3
B.ΔH1<ΔH3<ΔH2
C.ΔH1=ΔH3>ΔH2
D.ΔH1>ΔH3>ΔH2
4.已知:HCN(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=-12.1
kJ·mol-1;HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH=-57.3
kJ·mol-1。则HCN在水溶液中电离的ΔH等于( )。
A.-69.4
kJ·mol-1
B.-45.2
kJ·mol-1
C.+45.2
kJ·mol-1
D.+69.4
kJ·mol-1
5.用50
mL
0.50
mol·L-1盐酸和50
mL
0.55
mol·L-1
NaOH溶液反应,实验中测得起始温度为20.1
℃,终止温度为23.4
℃,反应后溶液的比热容为4.18
J·g-1·℃-1,盐酸和NaOH溶液的密度都近似认为是1
g·cm-3,则中和反应生成1
mol
水时放热( )。
A.55.2
kJ
B.391
kJ
C.336
kJ
D.1.38
kJ
6.将V1
mL
1.00
mol·L-1
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,实验结果如下图所示(实验中始终保持V1+V2=50
mL)。下列叙述正确的是( )。
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-1
D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应
7.已知盐酸与硫酸跟烧碱的稀溶液反应的热化学方程式为:H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=Q1
kJ·mol-1,又知:H2SO4(aq)+2KOH(aq)K2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=Q2
kJ·mol-1。则Q1和Q2的关系是( )。
A.Q1=Q2
B.2Q1=Q2
C.Q1D.无法判断
8.中和热测定实验中,下列操作一定会降低实验准确性的是( )。
A.用滴定管取所用药品
B.NaOH溶液在倒入小烧杯时,有少量溅出
C.大、小烧杯体积相差较大,夹层间放的碎泡沫塑料较多
D.测量HCl溶液的温度计用水洗净后才用来测NaOH溶液的温度
9.已知H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3
kJ·mol-1,回答下列问题。
(1)用含20
g
NaOH的稀溶液跟足量稀盐酸反应放出 kJ的热量。?
(2)用含2
mol
H2SO4的稀溶液跟足量稀NaOH反应,此反应的中和热为 。?
(3)如果将(1)反应中的稀盐酸换成稀醋酸,反应放出的热量 (填“大于”“小于”或“等于”)原来(1)放出的热量。?
解析:(1)=0.5
mol,所以0.5
mol
NaOH与足量稀盐酸反应放出的热量为0.5
mol×57.3
kJ·mol-1=28.65
kJ。
(2)据中和热的定义可知,中和热与强酸、强碱的物质的量的多少无关,中和热为57.3
kJ·mol-1。
(3)因醋酸为弱酸,用NaOH中和时,需不断地电离出H+,而电离过程要吸收热量,故反应放出的热量会减小。
答案:(1)28.65 (2)57.3
kJ·mol-1 (3)小于
10.11.2
g
KOH的稀溶液与1
L
0.1
mol·L-1的H2SO4溶液反应放出11.46
kJ的热量,该反应的热化学方程式为 ,则KOH与H2SO4的中和热为 。?
【拓展提升】
11.某实验小组用0.50
mol·L-1
NaOH溶液和0.50
mol·L-1硫酸溶液进行中和热的测定。
Ⅰ.配制0.50
mol·L-1
NaOH溶液
(1)若实验中大约要使用245
mL
NaOH溶液,至少需要称量NaOH固体 g。?
名称
托盘天平
(带砝码)
小烧杯
坩埚钳
玻璃棒
药匙
量筒
仪器
序号
a
b
c
d
e
f
(2)从上图中选择称量NaOH固体所需要的仪器是(填字母): 。?
Ⅱ.测定稀硫酸和稀氢氧化钠中和热的实验装置如下图所示。
(1)写出该反应的热化学方程式(中和热为57.3
kJ·mol-1): 。?
(2)取50
mL
NaOH溶液和30
mL硫酸溶液进行实验,实验数据如下表。
①请填写下表中的空白:
温度
实验次数
起始温度t1/℃
终止温
度t2/℃
温度差
平均值[来源:Z
xx
k.Com][]
(t2-t1)/℃[]
H2SO4
NaOH
平均值
1
26.2
26.0
26.1
30.1
2
27.0
27.4
27.2
31.2
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4
②近似认为0.50
mol·L-1
NaOH溶液和0.50
mol·L-1硫酸溶液的密度都是1
g·cm-3,中和后生成溶液的比热容c=4.18
J·(g·℃)-1。则中和热ΔH= (取小数点后一位)。?
③上述实验数值结果与57.3
kJ·mol-1有偏差,产生偏差的原因可能是(填字母) 。?
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
【参考答案】
1.解析:本题考查的是中和热的概念,关键是记清楚有关中和热的问题。中和热是指稀酸、稀碱中和反应生成1
mol
H2O(l)时的反应热,故C项正确。H2SO4和Ba(OH)2反应时,除生成水外,还有BaSO4生成,所以其反应热不是中和热,D项错误。
答案:C
2.解析:本题主要考查中和热测定实验中仪器的使用问题,该实验中用到大、小烧杯、温度计、量筒、环形玻璃搅拌棒,没有用到容量瓶、试管、蒸发皿和托盘天平,故B项正确。
答案:B
3.解析:因为醋酸是弱电解质,电离时吸热,浓硫酸溶于水时放热,故中和反应时放出的热量Q(浓硫酸)>Q(稀硝酸)>Q(稀醋酸),又因放热反应中,ΔH为负值,即ΔH=-Q,故ΔH2<ΔH3<ΔH1,因而选D。
答案:D
4.解析:由题意可知①HCN(aq)+OH-(aq)H2O(l)+CN-(aq) ΔH=-12.1
kJ·mol-1;②H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3
kJ·mol-1。对比①②两个热化学方程式可知,反应①比反应②放热少的原因是HCN是弱酸,电离过程吸热。1
mol
HCN与NaOH反应比1
mol
HCl与NaOH反应时少放出45.2
kJ的热量,故HCN在水溶液中电离的ΔH等于+45.2
kJ·mol-1,所以选C。
答案:C
5.解析:代入公式ΔH=-kJ·mol-1=-55.2
kJ·mol-1。
答案:A
6.解析:从图中曲线可以看出,温度为22
℃时,V1为5
mL,则V2为45
mL,此时已经开始发生反应,所以22
℃一定不是做该实验时环境的温度,A错;从曲线随V1增多而升高,随反应的进行,溶液温度升高说明反应放热,化学能转化为热能,B正确;当V1=30
mL时温度最高,说明此时两者恰好完全反应,则c(NaOH)==1.50
mol·L-1,C错。该实验不能证明有水生成的其他反应也是放热的,D错。
答案:B
7.解析:两个反应都是强酸、强碱稀溶液的反应,第二个反应生成2
mol
H2O,是第一个反应生成水的2倍,故Q2=2Q1。
答案:B
8.解析:NaOH溶液在倒入小烧杯时,有少量溅出,实验中生成水的量减少,放出的热量减小,测得中和热的数值不准。
答案:B
9.解析:n(KOH)==0.2
mol,n(H2SO4)=0.1
mol,两者恰好完全反应生成0.2
mol水,放出11.46
kJ的热量,由中和热的定义可知,生成1
mol水,放出的热量为11.46
kJ×5=57.3
kJ。
答案:KOH(aq)+H2SO4(aq)K2SO4(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3
kJ·mol-1 57.3
kJ·mol-1
10.答案:Ⅰ.(1)4.9 (2)a、b、e
Ⅱ.(1)H2SO4(aq)+2NaOH(aq)Na2SO4(aq)+2H2O(l) ΔH=-114.
6
kJ·mol-1
(2)①4.0 ②-53.5
kJ·mol-1 ③a、c、d