課程目標1.了解反應(yīng)熱(中和熱)測定。2.理解蓋斯定律的內(nèi)容,了解其在科學研究中的意義。3.能運用蓋斯定律進行有關(guān)反應(yīng)焓變的簡單計算。
[新知預習]1.中和反應(yīng)的反應(yīng)熱(1)中和反應(yīng)的反應(yīng)熱在稀溶液中,強酸跟強堿發(fā)生中和反應(yīng)生成__________時的反應(yīng)熱(即所放出的熱量),叫中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。(2)注意:①酸、堿溶液必須為稀溶液。②計量標準必須是生成________水。(3)對于強酸和強堿的稀溶液反應(yīng),中和熱基本上是相等的,表示為H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1。
2.中和熱的測定(1)實驗原理通過一定量的________溶液在反應(yīng)前后溫度的變化,計算反應(yīng)放出的熱量,由此求得中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。(2)實驗裝置和實驗用品①實驗裝置:②實驗用品:簡易量熱計、量筒________個、0.50 ml/L鹽酸、0.50 ml/L氫氧化鈉溶液;
(4)數(shù)據(jù)記錄與處理:
3.蓋斯定律(1)內(nèi)容不論化學反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成,其反應(yīng)熱是________的(填“相同”或“不同”)。(2)特點①反應(yīng)的熱效應(yīng)只與始態(tài)、終態(tài)有關(guān),與________無關(guān)。②反應(yīng)熱總值一定,如圖表示始態(tài)到終態(tài)的反應(yīng)熱:則ΔH=__________=__________________。
ΔH3+ΔH4+ΔH5
(3)應(yīng)用對于進行得很慢的反應(yīng),不容易直接發(fā)生的反應(yīng),有些產(chǎn)品不純(有副反應(yīng)發(fā)生)的反應(yīng),測定這些反應(yīng)的反應(yīng)熱有困難,如果應(yīng)用________,就可以________地把它們的反應(yīng)熱計算出來。
4.反應(yīng)熱的計算(1)反應(yīng)熱計算的常用依據(jù)①根據(jù)蓋斯定律計算。②根據(jù)熱化學方程式計算。③根據(jù)鍵能計算。④根據(jù)燃燒熱或中和反應(yīng)的反應(yīng)熱的概念進行計算。
ΔH1-ΔH2=-393.5 kJ/ml-(-283.0 kJ/ml)=-110.5 kJ/ml
[即時性自測]1.在測定中和熱的實驗中,使用下列用品不是為了減小實驗誤差的是(  )A.碎泡沫塑料  B.環(huán)形玻璃攪拌棒C.硬紙板 D.兩個量筒
解析:碎泡沫塑料起到保溫效果,減少熱量散失,從而減小實驗誤差,A項不符合題意;環(huán)形玻璃攪拌棒攪拌能加快反應(yīng)速率,減少熱量散失,從而減小實驗誤差,B項不符合題意;硬紙板覆蓋于反應(yīng)裝置上起隔離作用,能減少熱量散失,從而減小實驗誤差,C項不符合題意;兩個量筒用來分別盛放和量取酸和堿,對實驗誤差無影響,因此不是為了減小實驗誤差,D項符合題意。
2.下列關(guān)于蓋斯定律的說法不正確的是(  )A.不管反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成,其反應(yīng)熱相同B.反應(yīng)熱不僅與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān),還與反應(yīng)的途徑有關(guān)C.有些反應(yīng)的反應(yīng)熱不能直接測得,可通過蓋斯定律間接計算得到D.蓋斯定律實質(zhì)上是能量守恒定律的一種具體體現(xiàn)
3.S(單斜)和S(正交)是硫的兩種同素異形體。已知:①S(s,單斜)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-297.16 kJ·ml-1②S(s,正交)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-296.83 kJ·ml-1③S(s,單斜)===S(s,正交)  ΔH3下列說法正確的是(  )A.ΔH3=+0.33 kJ·ml-1B.單斜硫轉(zhuǎn)化為正交硫的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)C.S(s,單斜)===S(s,正交) ΔH3<0,正交硫比單斜硫穩(wěn)定D.S(s,單斜)===S(s,正交) ΔH3>0,單斜硫比正交硫穩(wěn)定
4.已知1 ml白磷完全轉(zhuǎn)化為紅磷放出29.2 kJ熱量,下列兩個反應(yīng):P4(白,s)+5O2(g)===2P2O5(s) ΔH=-Q1,4P(紅,s)+5O2(g)===2P2O5(s) ΔH=-Q2,Q1與Q2的關(guān)系是(  )A.Q1=Q2  B.Q1>Q2C.Q1ΔH2的是(  )A.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH1;2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH2B.4P(g)+5O2(g)===2P2O5(g) ΔH1;4P(s)+5O2(g)===2P2O5(g) ΔH2C.2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g) ΔH1;2SO3(g)?O2(g)+2SO2(g) ΔH2D.已知反應(yīng):C(金剛石,s)===C(石墨,s) ΔH|ΔH1|,且這兩個反應(yīng)均為放熱反應(yīng),ΔH為負值,所以ΔH1>ΔH2,A項正確;氣態(tài)P比固態(tài)P的能量高,氣態(tài)P燃燒放出的熱量更多,故|ΔH2|ΔH1,B項錯誤;第一個反應(yīng)為放熱反應(yīng),第二個反應(yīng)為吸熱反應(yīng),故ΔH2>ΔH1,C項錯誤;金剛石的能量高,燃燒放出的熱量多,故|ΔH2|E(s)],可知反應(yīng)熱大小亦不相同。如S(g)+O2(g)===SO2(g) ΔH1=-a kJ·ml-1;S(s)+O2(g)===SO2(g) ΔH2=-b kJ·ml-1
5.注意同素異形體如C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH1=-c kJ/ml;C(金剛石,s)+O2(g)===CO2(g) ΔH2=-d kJ·ml-1
2N2H4(g)+2NO2(g)===3N2(g)+4H2O(g) ΔH=-1 153.7 kJ·ml-1
N2H4(g)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g) ΔH=-1 135 kJ ·ml-1
解析:(1)結(jié)合蓋斯定律:②×2-①便得反應(yīng)2N2H4(g)+2NO2(g)===3N2(g)+4H2O(g),其反應(yīng)熱ΔH=(-543 kJ·ml-1)×2-(+67.7 kJ·ml-1)=-1 153.7 kJ·ml-1。(2)結(jié)合蓋斯定律知:②+③×4-④×2得反應(yīng)N2H4(g)+2F2(g)===N2(g)+4HF(g),其反應(yīng)熱ΔH=(-543 kJ·ml-1)+(-269 kJ·ml-1)×4-(-242 kJ·ml-1)×2=-1 135 kJ·ml-1。
狀元隨筆  將所給的熱化學方程式通過適當加、減或各系數(shù)相應(yīng)倍數(shù)變化后再相加、減的方法得到所求的熱化學方程式,焓變也作相應(yīng)的變化。?
[提升3] 根據(jù)下列敘述,回答有關(guān)問題:(1)如圖所示是由SO2生成SO3的反應(yīng)過程中能量變化示意圖,該反應(yīng)的熱化學方程式為_______________________________________。圖中曲線b表示的是某條件下由SO2生成SO3反應(yīng)過程中的能量變化,其所代表的熱化學方程式與曲線a所代表的熱化學方程式是否相同:________(填“是”或“否”)。
(2)已知下列熱化學反應(yīng)方程式:①Fe2O3(s)+3CO(g)===2Fe(s)+3CO2(g)ΔH1=-25 kJ·ml-1②3Fe2O3(s)+CO(g)===2Fe3O4(s)+CO2(g)ΔH2=-5 kJ·ml-1③Fe3O4(s)+CO(g)===3FeO(s)+CO2(g)ΔH3=+19 kJ·ml-1試寫出CO氣體還原FeO固體得到Fe固體和CO2氣體的熱化學方程式:__________________________________________。
CO(g)+FeO(s)===Fe(s)+CO2(g) ΔH=-18 kJ·ml-1
(3)斷開1 ml H—H鍵、1 ml N—H鍵、1 ml N≡N鍵需要的能量分別是436 kJ、391 kJ、946 kJ,則1 ml N2完全反應(yīng)生成NH3的反應(yīng)熱為____________,1 ml H2完全反應(yīng)生成NH3所放出的熱量為________(結(jié)果保留一位小數(shù))。
-92 kJ·ml-1 
解析: (3)由N2生成NH3的化學方程式為3H2+N2 2NH3,1 ml N2完全反應(yīng)生成NH3的反應(yīng)熱ΔH=3×436 kJ·ml-1+946 kJ·ml-1-2×3×391 kJ·ml-1=-92 kJ·ml-1,1 ml H2完全反應(yīng)生應(yīng)NH3所放出的熱量Q=92 kJ÷3≈30.7 kJ。
狀元隨筆 該試題中涉及到三種常用的反應(yīng)熱的計算類型1.反應(yīng)物和生成物的能量變化圖2.蓋斯定律計算3.利用化學鍵鍵能計算
[關(guān)鍵能力]1.應(yīng)用蓋斯定律計算反應(yīng)熱的兩種方法:(1)虛擬途徑法由A生成D可以有兩個途徑:①由A直接生成D,反應(yīng)熱為ΔH;②由A生成B,由B生成C,再由C生成D,每一步的反應(yīng)熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3,則各反應(yīng)熱之間的關(guān)系如圖所示。
狀元隨筆 蓋斯定律的核心是:化學反應(yīng)的反應(yīng)熱只取決于反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài),與具體反應(yīng)途徑無關(guān)。
2.應(yīng)用蓋斯定律計算ΔH的一般步驟
1.關(guān)于中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定實驗,下列說法正確的是(  )A.為了使反應(yīng)進行得更完全,可以使酸或堿適當過量B.為了使反應(yīng)均勻進行,可以向酸(堿)溶液中分幾次加入堿(酸)溶液C.中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定結(jié)果與所用酸(堿)的種類無關(guān)D.測完酸溶液的溫度后,未沖洗溫度計并擦干就直接測堿溶液的溫度,會使測得的反應(yīng)熱數(shù)值的絕對值偏大
解析:中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定實驗中,為保證反應(yīng)完全,可以使酸或堿適當過量,A項正確;分幾次加入酸溶液或堿溶液,會導致部分熱量散失,B項錯誤;中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定結(jié)果與所用酸(堿)的種類有關(guān),C項錯誤;測完酸溶液的溫度計表面附著有酸,未沖洗溫度計并擦干就直接測量堿溶液的溫度,會導致測量的堿溶液溫度偏高,從而使測得的溫度差值偏小,測得的反應(yīng)熱數(shù)值的絕對值偏小,D項錯誤。
2.某同學用50 mL 0.50 ml·L-1的鹽酸與50 mL 0.55 ml·L-1的NaOH溶液在如圖所示的裝置中進行中和反應(yīng),通過測定反應(yīng)過程中所放出的熱量計算中和熱。下列說法中正確的是(  )A.該實驗過程中只需測三次溫度B.圖中實驗裝置缺少玻璃攪拌器C.燒杯間填滿碎紙條的作用主要是固定小燒杯D.若將鹽酸的體積改為60 mL,理論上所求中和熱不相等
解析:中和熱實驗應(yīng)做三次平行實驗,每次實驗要測三次溫度,故需要測 9次溫度,A錯誤;根據(jù)題圖可知,實驗裝置缺少玻璃攪拌器,B正確;燒杯間填滿碎紙條的作用除固定小燒杯外,主要是保溫,減少熱量的損失,C錯誤;中和熱是以生成1 ml H2O作為基準的,是固定值,若將鹽酸的體積改為60 mL,生成水的量[n(H2O)]將增大,放出的熱量(Q放)將增多,但所求中和熱理論上不變,D錯誤。
3.工業(yè)上常用磷精礦[Ca5(PO4)3F]和硫酸反應(yīng)制備磷酸,副產(chǎn)品為氟化氫。已知在一定條件下:①CaO(s)+H2SO4(l)===CaSO4(s)+H2O(l) ΔH=a kJ·ml-1②5CaO(s)+3H3PO4(l)+HF(g)===Ca5(PO4)3F(s)+5H2O(l) ΔH=b kJ·ml-1則該條件下利用上述反應(yīng)制取294 g磷酸時放出(或吸收)的熱量(kJ)為(  )A.5a-b   B.5a+bC.a(chǎn)-b D.a(chǎn)+b
解析:分析題給兩個熱化學方程式,根據(jù)蓋斯定律,由①×5-②可得Ca5(PO4)3F(s)+5H2SO4(l)===5CaSO4(s)+3H3PO4(l)+HF(g),則該反應(yīng)的ΔH=(5a-b) kJ·ml-1。294 g磷酸的物質(zhì)的量為3 ml,故生成3 ml磷酸時放出(或吸收)的熱量為(5a-b) kJ。
5.鍵能是氣態(tài)基態(tài)原子形成1 ml化學鍵釋放的最低能量。鍵能的大小可以衡量化學鍵的強弱,也可以用于計算化學反應(yīng)的反應(yīng)熱。下表是一些化學鍵的鍵能:根據(jù)鍵能數(shù)據(jù)計算每消耗1 ml CH4時,反應(yīng)CH4(g)+4F2(g)===CF4(g)+4HF(g)的熱效應(yīng)為(  )A.放熱1 940 kJ B.吸熱1 940 kJC.放熱485 kJ D.吸熱485 kJ
解析:由題給信息可知,ΔH=斷裂化學鍵所吸收的總能量-形成化學鍵所釋放的總能量=4×414 kJ·ml-1+4×155 kJ·ml-1-4×489 kJ·ml-1-4×565 kJ·ml-1=-1 940 kJ·ml-1。
6.已知:2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ·ml-1,實驗室測得4 ml SO2發(fā)生上述化學反應(yīng)時放出314.3 kJ熱量,參加反應(yīng)的SO2的物質(zhì)的量為(  )A.1.6 ml B.2.0 mlC.3.2 ml D.3.6 ml
解析:SO2 ~ 熱量 2 ml  196.6 kJ n(SO2)  314.3 kJ解得參加反應(yīng)的SO2為3.2 ml。
8.“高鐵、掃碼支付、共享單車和網(wǎng)購”被稱作中國的“新四大發(fā)明”。古代的四大發(fā)明分別是造紙術(shù)、印刷術(shù)、指南針、火藥。黑火藥爆炸的熱化學方程式為S(s)+2KNO3(s)+3C(s)===K2S(s)+N2(g)+3CO2(g) ΔH=x kJ·ml-1已知:碳的燃燒熱ΔH1=a kJ·ml-1S(s)+2K(s)===K2S(s) ΔH2=b kJ·ml-12K(s)+N2(g)+3O2(g)===2KNO3(s)ΔH3=c kJ·ml-1則x為(  )A.3a+b-c   B.c-3a-bC.a+b-c D.c-a-b
9.已知1 g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121 kJ,且氧氣中1 ml O===O鍵完全斷裂時吸收熱量495 kJ,水蒸氣中1 ml H—O鍵形成時放出熱量463 kJ,則氫氣中1 ml H—H鍵斷裂時吸收熱量為(  )A.920 kJ B.557 kJC.436.5 kJ D.188 kJ
10.(1)下列三個反應(yīng)在某密閉容器中進行:反應(yīng)①:Fe(s)+CO2(g)===FeO(s)+CO(g)ΔH1=a kJ·ml-1反應(yīng)②:2CO(g)+O2(g)===2CO2 (g)ΔH2=b kJ·ml-1反應(yīng)③:2Fe(s)+O2(g)===2FeO(s) ΔH3=________ kJ·ml-1(用含a、b的代數(shù)式表示)。(2)焦炭與CO、CO2、H2均是重要的化工原料,由CO2制備甲醇的過程可能涉及的反應(yīng)如下:反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+3H2(g)?CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1=-49.58 kJ·ml-1反應(yīng)Ⅱ:CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)ΔH2=+41.19 kJ·ml-1反應(yīng)Ⅲ:CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) ΔH3則反應(yīng)Ⅲ的ΔH3=________ kJ·ml-1。
解析:(1)分析反應(yīng)①和②,根據(jù)蓋斯定律,由①×2+②可得2Fe(s)+O2(g)===2FeO(s),則有ΔH3=2ΔH1+ΔH2=2a kJ·ml-1+b kJ·ml-1=(2a+b) kJ·ml-1。(2)分析反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ,根據(jù)蓋斯定律,由反應(yīng)Ⅰ-Ⅱ可得CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g),則有ΔH3=ΔH1-ΔH2=(-49.58 kJ·ml-1)-(+41.19 kJ·ml-1)=-90.77 kJ·ml-1。
Al2O3(s)+3C(s)+3Cl2(g)===2AlCl3(g)+3CO(g) ΔH=+174.9 kJ·ml-1
解析:(3)根據(jù)蓋斯定律,由②×4-①可得CaO(s)+3CO(g)+SO2(g)?CaS(s)+3CO2(g),則有ΔH=4ΔH2-ΔH1=(-47.3 kJ·ml-1)×4-(+210.5 kJ·ml-1)=-399.7 kJ·ml-1。(4)根據(jù)蓋斯定律,將第一個反應(yīng)減去第二個反應(yīng)可得該熱化學反應(yīng)方程式。
11.利用如圖所示裝置測定中和熱的實驗步驟如下:①用量筒量取50 mL 0.50 ml·L-1鹽酸倒入小燒杯中,測出鹽酸的溫度,然后把溫度計上的酸用水沖洗干凈;②用另一量筒量取50 mL 0.55 ml·L-1NaOH溶液,并用同一溫度計測出其溫度;③將NaOH溶液倒入小燒杯中,設(shè)法使之混合均勻,測得混合液最高溫度。
回答下列問題:(1)使鹽酸與NaOH溶液混合均勻的正確操作是________(填字母)。A.用溫度計小心攪拌B.揭開硬紙片用玻璃棒攪拌C.輕輕地振蕩燒杯D.用套在溫度計上的環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕地攪動
解析:(1)使鹽酸與NaOH溶液混合均勻的正確操作:用套在溫度計上的環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕地攪動。
(2)假設(shè)鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反應(yīng)后生成溶液的比熱容c=4.18 J·g-1·℃-1。為了計算中和熱,某學生實驗記錄數(shù)據(jù)如下:依據(jù)該學生的實驗數(shù)據(jù)計算,該實驗測得的中和熱ΔH=____________(結(jié)果保留一位小數(shù))。(3)________(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氫氧化鈉溶液和鹽酸,理由是_______________________________________________________。
-51.8 kJ·ml-1
H2SO4與Ba(OH)2反應(yīng)時生成BaSO4沉淀的生成熱會影響反應(yīng)的中和熱
解析:(2)取三次實驗的平均值代入公式計算即可。即:t1==20.3℃t2= =23.4℃所以ΔH=-≈-51.8 kJ·ml-1(3)因為硫酸與Ba(OH)2溶液反應(yīng)時生成BaSO4沉淀的生成熱會影響反應(yīng)的反應(yīng)熱,故不能用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氫氧化鈉溶液和鹽酸。

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