204学年高二化学苏教版选修4同步训练专题1 第1单元 第3课时 反应热的测量与计算doc.docx

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第3课时　反应热的测量与计算

[目标要求]　1.掌握中和热的测量及计量方法。

2.理解盖斯定律的含义。

一、中和热的测定

1．实验原理

在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol_H2O，这时的反应热叫做中和热。

本实验通过测定酸碱中和反应前后溶液温度的变化来计算反应过程中所放出的热量，并由此求得中和热。

2．实验仪器及试剂

仪器：

大烧杯（500mL）、小烧杯（100mL）、环形玻璃搅拌棒、温度计、量筒（50_mL）两个、碎泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板（中心有两个小孔）；

药品：

盐酸（0.50mol·L－1）、氢氧化钠溶液（0.55mol·L－1）。

3．实验步骤

（1）制作简易的量热器（如图所示）

（2）用量筒准确量取反应溶液，准确测量温度（精确到0.1℃）。

（3）将溶液混合反应，记录终止温度。

（4）重复实验步骤

（2）～（3）三次。

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

4.实验数据的处理

ΔH＝－

，其中Q＝c·m·Δt。

二、盖斯定律

1．内容

不管化学反应是一步完成或分几步完成，其总的热效应是完全相同的。

或者说，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。

2．解释

能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，二者密不可分，但以物质为主。

3．应用

对于进行得很慢的反应，不容易直接发生的反应，产品不纯（即有副反应发生）的反应，测定反应热有困难，如果应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热计算出来。

例如：

C（s）＋

O2（g）===CO（g）

上述反应在O2供应充分时，可燃烧生成CO2；O2供应不充分时，虽可生成CO，但同时还部分生成CO2。

因此该反应的ΔH无法测定，但是下述两个反应的ΔH却可以直接测得：

（1）C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－393.5kJ·mol－1

（2）CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH2＝－283.0kJ·mol－1

根据盖斯定律，就可以计算出欲求反应的ΔH。

分析上述两个反应的关系，即知：

ΔH＝ΔH1－ΔH2。

则C（s）与O2（g）生成CO（g）的热化学方程式为C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－110.5kJ·mol－1。

三、反应热的计算

1．反应热计算的主要依据是

热化学方程式、盖斯定律及反应过程的焓变等数据。

2．反应热的计算方法

（1）热化学方程式与数学上的方程式相似，可以移项同时改变正、负号；各项的系数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数。

（2）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。

知识点一　中和热的测定

1．在一800mL的大烧杯中放入碎纸屑，把盛有50mL0.50mol·L－1盐酸的200mL烧杯放到大烧杯中，两只烧杯间填满碎纸屑。

用泡沫塑料板做成大烧杯盖，通过盖子插入一根玻璃搅拌棒（末端呈半圆环的玻璃棒）和一只温度计，测定溶液的温度。

迅速往盐酸溶液中加入50mL0.55mol·L－1烧碱溶液，盖好，搅拌溶液，观察温度的变化。

当温度保持稳定时，记录读数，取出装反应液的烧杯，倒出溶液，清洗干净，保持内外杯壁干燥。

重复进行三次实验。

用这一实验可以粗略测定中和热。

（1）烧杯间填满碎纸屑的作用是___________________________________________。

（2）要重复进行三次实验的目的是____________________________________________。

（3）烧杯如果不盖泡沫塑料板，所求得的中和热数值将________（填“偏大”、“偏小”或

“无影响”）。

（4）实验中若改用60mL0.50mol·L－1盐酸和50mL0.55mol·L－1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“不相等”），所求中和热________（填“相等”或“不相等”），理由是_______________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）三次平行操作测得的数据中，起始时盐酸与烧碱溶液温度相同，而终止温度与起始温度之差（t2－t1）分别为①2.3℃，②2.4℃，③2.9℃，则最终代入计算式的温度差的平均值为________℃。

答案　

（1）保温、隔热，减少实验过程中热量的损失

（2）减少实验过程中的误差

（3）偏小

（4）不相等　相等　因为60mL0.50mol·L－1盐酸和50mL0.55mol·L－1烧碱溶液反应能生成0.0275molH2O，而50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1烧碱溶液反应只能生成0.025molH2O，因此所放出的热量不同。

但中和热是指酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所放出的热量，与酸、碱的用量无关，因此所求中和热相等

（5）2.35

解析　解答本题，首先要明确实验的原理、“量热器”的组成以及造成实验误差的原因，然后按实验步骤进行分析和判断。

（1）碎纸屑的作用为减少实验过程中的热量损失。

（2）重复实验的目的是减少实验误差。

（3）不盖泡沫塑料板会损失部分热量，故所测结果将偏小。

（4）由中和热概念可知，中和热是以生成1mol水为标准的，而与酸、碱的用量无关。

（5）所测温度2.9℃显然是错误的，代入计算式的温度应是①与②的平均值。

2．H2SO4溶液和KOH溶液反应时有热量放出，并已知反应物的总能量为E1，生成物的总能量为E2。

试回答下列问题：

（1）用离子方程式表示中和反应的实质：

____________________________________。

（2）判断E1和E2的大小关系：

E1________E2。

（3）已知H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，计算下列中和反应中放出的热量。

①用20gNaOH配成稀溶液跟足量的稀盐酸反应，能放出________kJ的热量。

②用0.15molBa（OH）2配成稀溶液跟足量的稀硝酸反应，能放出________kJ的热量。

答案　

（1）H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）

（2）>　（3）①28.65　②17.19

知识点二　盖斯定律

3．已知298K、101kPa条件下：

①4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）ΔH＝－2834.9kJ·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变为O3为吸热反应

B．等质量的O2比O3能量低，由O2变为O3为放热反应

C．O3比O2稳定，由O2变为O3为吸热反应

D．O2比O3稳定，由O2变为O3为放热反应

答案　A

解析　据盖斯定律，①式－②式得：

3O2（g）===2O3（g）　ΔH＝284.2kJ·mol－1

即等质量的O2比O3能量低，O2比O3稳定，由O2变为O3为吸热反应。

4．已知：

H2O（g）===H2O（l）　ΔH＝Q1kJ·mol－1

C2H5OH（g）===C2H5OH（l）　ΔH＝Q2kJ·mol－1

C2H5OH（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）ΔH＝Q3kJ·mol－1

若使46g酒精液体完全燃烧，最后恢复到室温，则放出的热量为（　　）

A．（Q1＋Q2＋Q3）kJ

B．0.5（Q1＋Q2＋Q3）kJ

C．（0.5Q1－1.5Q2＋0.5Q3）kJ

D．（3Q1－Q2＋Q3）kJ

答案　D

解析　46g酒精即1molC2H5OH（l）

根据题意写出目标反应

C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH

然后确定题中各反应与目标反应的关系

则ΔH＝（Q3－Q2＋3Q1）kJ·mol－1

5．科学家盖斯曾提出“不管化学过程是一步完成或分几步完成，这个总过程的热效应是相同的。

”利用盖斯定律可测某些特别反应的热效应。

①P4（s，白磷）＋5O2（g）===P4O10（s）

ΔH1＝－2983.2kJ·mol－1

②P（s，红磷）＋

O2（g）===

P4O10（s）

ΔH2＝－738.5kJ·mol－1

则白磷转化为红磷的热化学方程式为_____________________________________。

答案　P4（s，白磷）===4P（s，红磷）　ΔH＝－29.2kJ·mol－1

解析　方法一：

方法二：

知识点三　反应热计算

6．由氢气和氧气反应生成4.5g水蒸气放出60.45kJ的热量，则反应：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）的ΔH为（　　）

A．－483.6kJ·mol－1B．－241.8kJ·mol－1

C．－120.6kJ·mol－1D．241.8kJ·mol－1

答案　A

解析　要求方程式中生成2molH2O（g）的ΔH，已知4.5g水蒸气生成时放热60.45kJ，

比例关系：

＝

解得Q＝483.6kJ，故ΔH＝－483.6kJ·mol－1。

7．已知：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）

ΔH＝－571.6kJ·mol－1

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH＝－282.8kJ·mol－1

现有CO、H2、CO2组成的混合气体67.2L（标准状况），经完全燃烧后放出的总热量为710.0kJ，并生成18g液态水，则燃烧前混合气体中CO的体积分数为（　　）

A．80%B．50%C．60%D．20%

答案　B

解析　根据生成18g液态H2O知混合气体中含1molH2，该反应产生的热量为

kJ＝285.8kJ。

CO燃烧放出的热量为710.0kJ－285.8kJ＝424.2kJ，则CO的物质的量为n（CO）＝

＝1.5mol，V（CO）%＝

×100%＝50%。

练基础落实

1．下列与化学反应能量变化相关的叙述正确的是（　　）

A．生成物总能量一定低于反应物总能量

B．放热反应的反应速率总是大于吸热反应的反应速率

C．应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变

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

答案　C

解析　放热反应生成物总能量低于反应物总能量，吸热反应生成物总能量高于反应物总能量，A错误；化学反应的速率与反应物本身的性质、温度、压强、浓度、催化剂等因素有关，与吸热、放热反应无关，B错误；通过盖斯定律可以间接测量某些难以直接测量的反应的焓变，C正确；同温同压下，H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）的反应条件不会影响ΔH的值，D错误。

2．含有11.2gKOH的稀溶液与1L0.1mol·L－1的H2SO4溶液反应，放出11.46kJ的热量，能表示该反应中和热的化学方程式的为（　　）

A．KOH（aq）＋

H2SO4（aq）===

K2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－11.46kJ·mol－1

B．2KOH（aq）＋H2SO4（aq）===K2SO4（aq）＋2H2O（l）　ΔH＝－11.46kJ·mol－1

C．2KOH（aq）＋H2SO4（aq）===K2SO4（aq）＋2H2O（l）　ΔH＝－114.6kJ·mol－1

D．KOH（aq）＋

H2SO4（aq）===

K2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

答案　D

解析　中和热是以生成1molH2O（l）所放出的热量来定义的，故书写中和热的热化学方程式时，应以生成1molH2O（l）为标准来配平其余物质的化学计量数，故答案为D。

3．在一定条件下，充分燃烧一定量的丁烷放出热量为QkJ（Q>0），经测定完全吸收生成的CO2需消耗5mol·L－1的KOH溶液100mL，恰好生成正盐，则此条件下反应C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（g）的ΔH为（　　）

A．＋8QkJ·mol－1B．＋16QkJ·mol－1

C．－8QkJ·mol－1D．－16QkJ·mol－1

答案　D

解析　建立关系式：

C4H10　～　4CO2　～　8KOH　　～　　ΔH

1mol4mol8molΔH

　　5mol·L－1×0.1LQkJ

则ΔH＝－

＝－16QkJ·mol－1

4．已知：

（1）Fe2O3（s）＋

C（s）===

CO2（g）＋2Fe（s）　ΔH1＝＋234.1kJ·mol－1

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

则2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s）的ΔH是（　　）

A．－824.4kJ·mol－1B．－627.6kJ·mol－1

C．－744.7kJ·mol－1D．－169.4kJ·mol－1

答案　A

解析　

×

（2）－

（1）就可得2Fe（s）＋

O2（g）===Fe2O3（s），则ΔH＝

ΔH2－ΔH1＝－824.4kJ·mol－1。

5．能源问题是人类社会面临的重大课题，H2、CO、CH3OH都是重要的能源物质，它们的燃烧热依次为－285.8kJ·mol－1、－282.5kJ·mol－1、－726.7kJ·mol－1。

已知CO和H2在一定条件下可以合成甲醇CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）。

则CO与H2反应合成甲醇的热化学方程式为（　　）

A．CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）ΔH＝－127.4kJ·mol－1

B．CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（l）ΔH＝127.4kJ·mol－1

C．CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（g）ΔH＝－127.4kJ·mol－1

D．CO（g）＋2H2（g）===CH3OH（g）ΔH＝127.4kJ·mol－1

答案　A

解析　根据目标反应与三种反应热的关系，利用盖斯定律，首先计算出目标反应的反应热ΔH＝2×（－285.8kJ·mol－1）＋（－282.5kJ·mol－1）－（－726.7kJ·mol－1）＝－127.4kJ·mol－1。

练方法技巧

6．将V1mL1.00mol/LHCl溶液和V2mL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＝50mL）。

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1.00mol·L－1

D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应

答案　B

解析　从图中曲线可以看出，温度为22℃时，V1为5mL，则V2为45mL，此时已经开始发生反应，所以22℃一定不是室温，A错；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＝30mL时温度最高，说明此时两者恰好完全反应，则c（NaOH）＝

＝1.5mol·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。

7．已知下列热化学方程式：

①Fe2O3（s）＋3CO（g）===2Fe（s）＋3CO2（g）ΔH1＝－26.7kJ·mol－1

②3Fe2O3（s）＋CO（g）===2Fe3O4（s）＋CO2（g）ΔH2＝－50.75kJ·mol－1

③Fe3O4（s）＋CO（g）===3FeO（s）＋CO2（g）ΔH3＝－36.5kJ·mol－1

则反应FeO（s）＋CO（g）===Fe（s）＋CO2（g）的焓变为（　　）

A．7.28kJ·mol－1B．－7.28kJ·mol－1

C．43.68kJ·mol－1D．－43.68kJ·mol－1

解析　根据盖斯定律，首先考虑目标反应与三个已知反应的关系，三个反应中，FeO、CO、Fe、CO2是要保留的，而与这四种物质无关的Fe2O3、Fe3O4要通过方程式的叠加处理予以消去：

因此将①×3－②－③×2得到：

6FeO（s）＋6CO（g）＝6Fe（s）＋6CO2（g）ΔH＝43.65kJ·mol－1

化简：

FeO（s）＋CO（g）＝Fe（s）＋CO2（g）ΔH＝7.28kJ·mol－1

答案　A

8．比较下列各组热化学方程式中ΔH的大小关系。

（1）S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1

S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2

ΔH1______ΔH2

（2）CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH1

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH2

ΔH1______ΔH2

（3）煤作为燃料有两种途径：

途径1——直接燃烧

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1<0

途径2——先制水煤气

C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）　ΔH2>0

再燃烧水煤气：

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH3<0

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH4<0

ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4的关系式是_________________________________________。

答案　

（1）>　

（2）<

（3）ΔH1＝ΔH2＋

（ΔH3＋ΔH4）

解析　①反应热的大小与反应物、生成物的状态有关，与反应物的多少有关。

②比较ΔH时，应包括符号，对于放热反应，热值越大，ΔH越小。

练综合拓展

9．

（1）已知H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1。

回答有关中和反应的问题。

（1）用0.1molBa（OH）2配成稀溶液与足量稀硝酸反应，能放出________kJ热量。

（2）如图装置中仪器A的名称是_____________________________________________，

作用是_______________________________________________________________；

仪器B的名称是________，作用是__________________________________________；

碎泡沫塑料的作用是_______________________________________________________。

（3）若通过实验测定中和热的ΔH，其结果常常大于－57.3kJ·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，测得的中和热的数值会________（填“偏大”、“偏小”、“无影响”）。

答案　

（1）11.46

（2）环形玻璃搅拌棒　搅拌，使溶液充分混合　温度计　测量温度　减少实验过程中的热量损失

（3）实验中不可避免有少量热量损失　（4）偏小

解析　

（1）根据中和热的含义：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1，所以0.1molBa（OH）2稀溶液与足量稀硝酸反应时生成0.2molH2O（l），故放出热量为11.46kJ。

（2）由实验装置知，A为环形玻璃搅拌棒，作用是搅拌，使溶液充分混合；B为温度计，作用是测量温度；碎泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失。

（3）在测定中和热的实验中，减少热量损失是实验的关键，而在实验中会不可避免有少量热量损失，导致结果常常大于－57.3kJ·mol－1。

（4）用氨水代替NaOH（aq），会使测得的中和热数值偏小，因为氨水（NH3·H2O）是弱电解质，电离时需吸收热量。

10．（10分）将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一。

煤转化为水煤气的主要化学反应为C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g）。

C（s）、CO（g）和H2（g）完全燃烧的热化学方程式分别为

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ·mol－1

H2（g）＋1/2O2（g）===H2O（g）　ΔH2＝－242.0kJ·mol－1

CO（g）＋1/2O2（g）===CO2（g）　ΔH3＝－283.0kJ·mol－1

请回答：

（1）请你根据以上数据，写出C（s）与水蒸气反应生成CO和H2的热化学方程式：

_________

_______________________________________________________________。

（2）比较反应热数据可知，1molCO（g）和1molH2（g）完全燃烧放出的热量之和，比1molC（s）完全燃烧放出的热量________（填“多”或“少”）。

甲同学据此认为：

“煤炭燃烧时加少量水，可以使煤炭燃烧放出更多的热量。

”

乙同学根据盖斯定律作出了下列循环图：

ΔH2　　　　　　　　ΔH4

乙同学据此认为：

“将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量，最多与直接燃烧煤放出的热量相同。

”请分析：

甲、乙两同学观点正确的是________（填“甲”或“乙”）同学，另一同学出现错误观点的原因是________________________________________。

答案　

（1）C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH＝131.5kJ·mol－1

（2）多　ΔH1＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4　乙　甲同学忽视了生成水煤气的反应为吸热反应

解析　

（2）由于C（s）与水蒸气反应要吸热，所以1molCO和1molH2的能量比1molC（s）和1molH2O（g）的能量多，燃烧后放出的能量同样也多；反应的总能量是守恒的，所以甲同学的说法不正确的，原因是他忽视了反应C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g）为吸热反应，已经从环境中吸收了能量，而能量在转化过程中往往会有损失，所以乙同学说得对，即使没有损失也只能与直接燃烧煤放出的热量相同。