化学选修四化学反应原理化学反应热的测量与计算.docx

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化学选修四化学反应原理化学反应热的测量与计算

课题：

化学反应热的测量与计算

基础自测

中和反应反应热的测量

1．中和反应反应热的测量

（1）原理：

通常以盐酸与NaOH溶液反应为例测定中和反应的反应热。

（2）实验中用到的仪器和药品

①实验仪器（如图）：

②实验药品：

0.5mol·L－1的盐酸，0.5mol·L－1的NaOH溶液和蒸馏水等。

（3）测定的实验步骤

①测量初始温度（t1、t2）和溶液体积（VHCl、VNaOH）：

a．用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度（t1）。

b．用另一量筒量取50mL0.50mol·L－1氢氧化钠溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度（t2）。

②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，用环形玻璃搅拌棒不断搅拌，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）。

2.实验数据处理与计算

ΔH＝－

kJ·mol－1。

盖斯定律的应用

1．内容：

一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相同的。

2．本质：

一个化学反应的焓变只与反应的起始状态和反应的最终状态有关，与反应的途径无关。

3．反应热的特点

化学反应的热效应只与始态、终态有关。

与过程无关，就像登山至山顶，不管选哪一条路走，山的海拔（图中的h）总是不变的（如下图）。

4．应用：

应用盖斯定律，可以间接地把不易测定的反应的反应热计算出来。

考点分析

考点1.中和热测量实验中的误差

（1）常见误差（以盐酸和NaOH溶液反应为例）

影响因素

原因分析

中和反应反应热数值

用环形金属（如铜）棒

金属传热速度快

偏小

无保温层

热量损失

偏小

浓H2SO4代替盐酸

稀释时放出热量

偏大

醋酸代替盐酸

醋酸继续电离、吸收热量

偏小

倒入NaOH动作迟缓

热量损失

偏小

测完盐酸的温度计未洗涤

热量损失

偏小

（2）误差分析方法

中和反应反应热实验中导致误差的因素可归纳为对Δt的影响；若Δt偏大，则|ΔH|偏大，若Δt偏小，则|ΔH|偏小。

改变酸、碱的用量，反应生成的H2O的量改变，反应放出的热量也随之改变，但ΔH＝－

kJ·mol－1不变，即ΔH与反应生成水的多少无关。

1．强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的反应热ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

分别向1L0.5mol·L－1的NaOH溶液中加入：

①稀醋酸、②浓硫酸、③稀硝酸，恰好完全反应的热效应分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，它们的关系正确的是（　　）

A．ΔH1>ΔH2>ΔH3B．ΔH2<ΔH1<ΔH3

C．ΔH1＝ΔH2＝ΔH3D．ΔH1>ΔH3>ΔH2

解析：

选D　等物质的量的NaOH与稀CH3COOH、浓硫酸、稀HNO3恰好反应生成等物质的量的水，若不考虑物质的溶解热和弱电解质电离吸热，应放出相同的热量。

但在实际反应中，浓硫酸溶解放热，CH3COOH是弱电解质，电离要吸热，故选D。

注意放热越多，ΔH值越小。

2.某实验小组用50mL0.50mol·L－1NaOH溶液和30mL0.50mol·L－1稀硫酸溶液进行中和反应的反应热的测定。

测定稀硫酸和稀氢氧化钠反应中和热的实验装置如图所示。

（1）写出该反应的热化学方程式（中和反应的反应热ΔH＝－57.3kJ·mol－1）：

____________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）实验数值结果与57.3kJ·mol－1相比偏小，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溶液倒入盛有稀硫酸的小烧杯中

d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定稀硫酸溶液的温度

解析：

实验数值结果说明该实验过程中有热量损失，a项符合；b项仰视读数会导致量取NaOH体积偏大，应放出热量偏多，使中和热数值偏大，b错误；分多次倒入会导

致有较多热量损失，c项符合条件；d项操作中温度计上的NaOH溶液会与稀H2SO4发生中和反应，使稀H2SO4的起始温度偏高，温度差偏小，符合条件。

答案：

（1）

H2SO4（aq）＋NaOH（aq）===

Na2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1　

（2）a、c、d

考点2．应用盖斯定律的常用方法

（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）加和法

①确定待求反应的热化学方程式。

②找出待求热化学方程式中各物质出现在已知方程式中的位置（是同侧还是异侧）。

③利用同侧相加、异侧相减进行处理。

④根据待求方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知反应的化学计量数，并消去中间产物。

⑤实施叠加并确定反应热的变化。

2．应用盖斯定律计算反应热时的注意事项

（1）热化学方程式同乘以某一个数时，反应热数值也必须乘上该数。

（2）热化学方程式相加减时，同种物质之间可相加减，反应热也随之相加减（带符号）。

（3）将一个热化学方程式颠倒时，ΔH的“＋”“－”号必须随之改变，但数值不变。

1．已知：

Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）ΔH＝234.1kJ·mol－1①

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1②

则2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH是（　　）

A．－824.4kJ·mol－1

B．－627.6kJ·mol－1

C．－744.7kJ·mol－1

D．－169.4kJ·mol－1

解析：

选A　根据盖斯定律，由②×

－①得：

ΔH＝－393.5kJ·mol－1×

－234.1kJ·mol－1＝－824.4kJ·mol－1。

2．已知：

2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）ΔH1＝－196.6kJ·mol－1　①

2NO（g）＋O2（g）2NO2（g）

ΔH2＝－113.0kJ·mol－1　②

则反应NO2（g）＋SO2（g）SO3（g）＋NO（g）的ΔH＝________kJ·mol－1。

解析：

根据盖斯定律，由①×

－②×

可得，SO2（g）＋NO2（g）SO3（g）＋NO（g），

则ΔH＝

ΔH1－

ΔH2＝

×（－196.6kJ·mol－1）－

×（－113.0kJ·mol－1）＝－41.8

kJ·mol－1。

答案：

－41.8

考点3．反应热的计算

计算依据

计算方法

热化学方程式

热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数

根据盖斯定律

可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式

根据化学键

的键能

ΔH＝反应物化学键键能总和－生成物化学键键能总和

根据反应物和

生成物的总能量

ΔH＝E（生成物）－E（反应物）

1．已知：

①2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1；

②2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝483.6kJ·mol－1。

现有18g液态H2O，蒸发时吸收的热量为（　　）

A．88kJ　　　　　　　B．44kJ

C．4.89kJD．2.45kJ

解析：

选B　①×

＋②×

，得H2O（g）===H2O（l）　ΔH＝－44kJ·mol－1，故H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝44kJ·mol－1。

m（H2O）＝18g，n（H2O）＝

＝1mol，故18g液态H2O蒸发时吸收的热量为44kJ，B项正确。

2．已知：

2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝517.6kJ·mol－1，CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890.3kJ·mol－1。

1g氢气和1g甲烷分别燃烧后，放出的热量之比约是（　　）

A．1∶34B．1∶17

C．2.3∶1D．4.6∶1

解析：

选C　根据已知两个反应的热化学方程式，可求得1g氢气和1g甲烷完全燃烧放出的热量分别为

＝129.4kJ和

＝55.64kJ，比值约是2.3∶1。

课堂练习

1．已知：

①Zn（s）＋1/2O2（g）===ZnO（s）

ΔH＝－348.3kJ·mol－1

②2Ag（s）＋1/2O2（g）===Ag2O（s）ΔH＝－31.0kJ·mol－1

则Zn（s）＋Ag2O（s）===ZnO（s）＋2Ag（s）的ΔH等于（　　）

A．－317.3kJ·mol－1　　B．－379.3kJ·mol－1

C．－332.8kJ·mol－1D．317.3kJ·mol－1

解析：

选A　由①－②即可得出目标热化学方程式，从而求得ΔH。

2．已知：

①CH3COOH（l）＋2O2（g）===2CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH1＝－870.3kJ·mol－1

②C（s）＋O2（g）===CO2（g）ΔH2＝－393.5kJ·mol－1

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH3＝－285.8kJ·mol－1

则2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）===CH3COOH（l）的反应热为（　　）

A．ΔH＝488.3kJ·mol－1

B．ΔH＝－244.15kJ·mol－1

C．ΔH＝－977.6kJ·mol－1

D．ΔH＝－488.3kJ·mol－1

解析：

选D　所求反应由②×2＋③×2－①所得，则ΔH＝ΔH2×2＋ΔH3×2－ΔH1＝－488.3kJ·mol－1。

3．100gC不完全燃烧所得产物中，CO所占体积为1/3，CO2为2/3，且：

C（s）＋

O2（g）===CO（g）ΔH＝－110.35kJ·mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）ΔH＝－282.57kJ·mol－1

与这些碳完全燃烧相比，损失的热量为（　　）

A．39.292kJB．3274.3kJ

C．784.92kJD．2489.44kJ

解析：

选C　在100gC中有（100/36）mol变为CO，其他变为CO2，故与C完全燃烧相比，损失的热量就是CO继续燃烧放出的热量，依据热化学方程式可知损失的热量为100g÷12g·mol－1÷3×282.57kJ·mol－1≈784.92kJ。

4．能源是国民经济发展的重要基础，我国目前使用的能源主要是化石燃料。

（1）在25℃、101kPa时，16gCH4完全燃烧生成液态水时放出的热量是890.31kJ，则CH4燃烧的热化学方程式是____________________________________________________。

（2）已知：

C（s）＋O2（g）===CO2（g）

ΔH＝－437.3kJ·mol－1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）ΔH＝－285.8kJ·mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）ΔH＝－283.0kJ·mol－1

则煤的气化主要反应的热化学方程式是

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH＝________kJ·mol－1。

解析：

（2）根据盖斯定律，第1个反应减去第2个和第3个反应，即ΔH＝－437.3－（－285.8）－（－283.0）＝131.5（kJ·mol－1）。

答案：

（1）CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890.31kJ·mol－1　

（2）131.5

课后作业

一、单项选择题

1．中和反应反应热测定实验中，下列操作一定使测定结果偏低的是（　　）

A．量筒量取所用药品

B．NaOH溶液在倒入小烧杯中时，有少量的溅出

C．量热计的保温材料质量高

D．测量HCl溶液温度时的温度计用水洗后，测NaOH溶液的温度

解析：

选B　NaOH溶液溅出，导致反应的NaOH的量减小，使放出的热量减少，致使结果偏低。

2．已知在298K时下述反应的有关数据

C（s）＋1/2O2（g）===CO（g）ΔH1＝－110.5kJ·mol－1

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－393.5kJ·mol－1

则C（s）＋CO2（g）===2CO（g）的ΔH为（　　）

A．283.5kJ·mol－1　B．172.5kJ·mol－1

C．－172.5kJ·mol－1D．－504kJ·mol－1

解析：

选B　根据盖斯定律：

ΔH＝2ΔH1－ΔH2＝2×（－110.5kJ·mol－1）－（－393.5

kJ·mol－1）＝172.5kJ·mol－1。

3．氢气（H2）、一氧化碳（CO）、辛烷（C8H18）、甲烷（CH4）的热化学方程式分别为

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）ΔH＝－285.8kJ·mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）ΔH＝－283.0kJ·mol－1

C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）

ΔH＝－5518kJ·mol－1

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890.3kJ·mol－1

相同质量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃烧时，放出热量最少的是（　　）

A．H2（g）　　　　　　　B．CO（g）

C．C8H18（l）D．CH4（g）

解析：

选B　假设H2、CO、C8H18和CH4的质量皆为1g，则它们放出的热量分别为

H2：

×285.8kJ·mol－1＝142.9kJ

CO：

×283.0kJ·mol－1＝10.11kJ

C8H18：

×5518kJ·mol－1＝48.40kJ

CH4：

×890.3kJ·mol－1＝55.64kJ

故答案为B。

4．已知：

①N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）ΔH1＝67.7kJ·mol－1

②N2H4（g）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）

ΔH2＝－534kJ·mol－1

则2N2H4（g）＋2NO2（g）===3N2（g）＋4H2O（g）的ΔH是（　　）

A．－1135.7kJ·mol－1B．6601.7kJ·mol－1

C．－466.3kJ·mol－1D．1000.3kJ·mol－1

解析：

选A　②×2－①得目标热化学方程式，则ΔH＝ΔH2×2－ΔH1＝－1135.7

kJ·mol－1。

5．已知下列热化学方程式：

①Fe2O3（s）＋3CO（g）===2Fe（s）＋3CO2（g）

ΔH＝－25kJ·mol－1

②3Fe2O3（s）＋CO（g）===2Fe3O4（s）＋CO2（g）

ΔH＝－47kJ·mol－1

③Fe3O4（s）＋CO（g）===3FeO（s）＋CO2（g）

ΔH＝19kJ·mol－1

则FeO（s）被CO（g）还原成Fe（s）和CO2（g）的热化学方程式为（　　）

A．FeO＋CO===Fe＋CO2　ΔH＝－11kJ·mol－1

B．FeO（s）＋CO（g）===Fe（s）＋CO2（g）

ΔH＝－22kJ·mol－1

C．FeO（s）＋CO（g）===Fe（s）＋CO2（g）

ΔH＝－11kJ·mol－1

D．FeO（s）＋CO（g）===Fe（s）＋CO2（g）ΔH＝11kJ·mol－1

解析：

选C　根据盖斯定律，由[（①×3－②）－③×2]÷6即得目标热化学方程式FeO（s）＋CO（g）===Fe（s）＋CO2（g），则6ΔH＝[－25×3－（－47）－38]＝－66kJ·mol－1，ΔH＝－11

kJ·mol－1。

二、不定项选择题

6．在298K、100kPa时，已知：

①2H2O（g）===O2（g）＋2H2（g）　ΔH1

②Cl2（g）＋H2（g）===2HCl（g）　ΔH2

③2Cl2（g）＋2H2O（g）===4HCl（g）＋O2（g）　ΔH3

则ΔH3与ΔH1和ΔH2间的关系正确的是（　　）

A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2

C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2

解析：

选A　根据盖斯定律，①＋2×②＝③，则ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。

7．已知25℃、101kPa条件下：

①4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）　ΔH＝－2834.9

kJ·mol－1；②4Al（s）＋2O3（g）===2Al2O3（s）　ΔH＝－3119.1kJ·mol－1。

由此得出的正确结论是（　　）

A．等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为吸热反应

B．等质量的O2比O3能量高，由O2变O3为放热反应

C．O3比O2稳定，由O2变O3为放热反应

D．O2比O3稳定，由O2变O3为吸热反应

解析：

选AD　由已知热化学方程式①－②可得3O2（g）===2O3（g）　ΔH＝284.2kJ·

mol－1，由此可知等质量的O2比O3能量低，即O2比O3稳定，O2转化为O3的反应为吸热反应。

8．已知：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）

ΔH1＝－57.3kJ·mol－1，

H2SO4（浓，aq）＋NaOH（aq）===

Na2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH2＝mkJ·mol－1。

下列说法正确的是（　　）

A．上述热化学方程式中的化学计量数表示物质的量

B．ΔH1＜ΔH2

C．ΔH2＝－57.3kJ·mol－1

D．|ΔH1|＞|ΔH2|

解析：

选A　A项，热化学方程式中的化学计量数表示物质的量，正确；B项，浓硫酸溶于水放热，故含

molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液反应时，放出的热量大于57.3kJ，由于ΔH为负值，所以ΔH1＞ΔH2，B、C、D项错误。

三、非选择题

9．

（1）已知：

下列两个热化学方程式：

Fe（s）＋1/2O2（g）===FeO（s）

ΔH1＝－272.0kJ·mol－1　①

2Al（s）＋3/2O2（g）===Al2O3（s）

ΔH2＝－1675.7kJ·mol－1　②

则Al（s）单质和FeO（s）反应的热化学方程式是___________________________________

_______。

（2）肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。

已知：

①N2（g）＋2O2（g）===N2O4（l）

ΔH1＝－19.5kJ·mol－1

②N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）

ΔH2＝－534.2kJ·mol－1

写出肼和N2O4反应的热化学方程式：

___________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

（1）由反应物质确定目标热化学方程式为2Al（s）＋3FeO（s）===Al2O3（s）＋3Fe（s）　ΔH3

由②－①×3得目标热化学方程式，则ΔH3＝ΔH2－ΔH1×3＝－859.7kJ·mol－1。

（2）首先写出肼和N2O4反应的化学方程式并注明状态。

2N2H4（l）＋N2O4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）

可由②×2－①得到，ΔH＝ΔH2×2－ΔH1＝－1048.9kJ·mol－1。

答案：

（1）2Al（s）＋3FeO（s）===Al2O3（s）＋3Fe（s）ΔH3＝－859.7kJ·mol－1

（2）2N2H4（l）＋N2O4（l）===3N2（g）＋4H2O（g）ΔH＝－1048.9kJ·mol－1

10.用50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH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反应反应热（生成1molH2O时的反应热）。

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，求得的中和反应反应热的数值______（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

（4）实验中改用60mL0.50mol·L－1盐酸跟50mL0.55mol·L－1NaOH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”），所求中和反应反应热__________（填“相等”或“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，测得的中和反应反应热的数值会____________（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

解析：

中和反应放出的热量跟生成H2O的物质的量有关。

而中和反应反应热是指强酸跟强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O的反应热，与酸、碱的用量无关。

答案：

（1）环形玻璃搅拌棒　

（2）减少实验过程中热量的损失　（3）偏小　（4）不相等　相等　因为中和反应反应热是指酸跟碱发生中和反应生成1molH2O的反应热，与酸、碱的用量无关　（5）偏小

能力提升练习

一、单项选择题

1．钛被称为“第三金属”，其制取原料为金红石（TiO2），制取步骤为

TiO2―→TiCl4

Ti

已知：

①C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1

②2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH2

③TiO2（s）＋2Cl2（g）===TiCl4（s）＋O2（g）　ΔH3

则反应TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（s）＋2CO（g）的ΔH为（　　）

A．ΔH3＋2ΔH1＋2ΔH2

B．ΔH3＋2ΔH1＋ΔH2

C．ΔH3＋2ΔH1－ΔH2

D．ΔH3＋2ΔH1－2ΔH2

解析：

选C　由③＋①×2－②可得

TiO2（s）＋2Cl2（g）＋2C（s）===TiCl4（s）＋2CO（g）

ΔH＝ΔH3＋2ΔH1－ΔH2。

2．用50mL0.50mol·L－1盐酸和50mL0.55mol·L－1NaOH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4.18J·g－1·℃－1，盐酸和NaOH溶液的密度都近似认为是1g·cm－3，则中和反应生成1mol水时放热（　　）