2013-2014学年高中化学选修四第一单元 反应热的测量与计算能源的充分利用

1.热化学方程式是表示一个化学反应中物 质变化和反应焓变的式子。 2.书写热化学方程式应注明物质的聚集状 态、Δ H 的正负及单位。
1.了解化学能与热能的相互转化及应用。 2.能用盖斯定律进行有关反应热的简单 计算。 3.了解标准燃烧热的概念,知道节约能源, 提高燃料的燃烧效率,开发高能清洁燃料 和研制新型能源的重要性,认识化学在解 决能源危机中的重要作用。
3.热值:1 g 物质完全燃烧所放出的热量叫 做该物质的热值。 4.能源:指可以提供能量的自然资源
5.新能源应具有资源丰富、可再生、无污 染或少污染等特点。
1.量热计直接测出的是( C
)
A.质量的变化 B.能量的变化 C.温度的变化 D.电流的变化 指津:由反应热计算公式 Q=-C(T2-T1)可知量 热计直接测出的是温度的变化。
2.反应热的计算 如下图所示:反应物 A 转化为生成物 D,可 以有两种途径:①由 A 直接转化成 D,反应 热为Δ H;②由 A 经过 B 转化成 C,再由 C 转化成 D,每步反应热分别是Δ H1、Δ H2、 Δ H3,则Δ H 与Δ H1、Δ H2、Δ H3 的关系为 Δ H=Δ H1+Δ H2+Δ H3。
反应热的测量
1.原理:中和反应的反应热Δ H=-cmΔ t (1)c:为体系的比热容,指单位质量的物质 温度升高 1 ℃所需吸收的热量。 (2)Δ t:反应前后的温差。
2.简易量热计装置图
【思考 1】 在测定反应热时,常用 NaOH 溶液与盐酸、KOH 溶液与盐酸、NaOH 溶液 与硝酸的稀溶液进行实验。 相同物质的量 的酸碱反应时,三个反应的反应热是否相 同?为什么? 答案:相同。均为强酸强碱的中和反应, 实质均为 H (aq)+OH (aq)
3.在 298 K、100 kPa 时,已知: 2H2O(g) O2(g)+2H2(g) Δ H1 2HCl(g) Δ H2 4HCl(g)+O2(g) Δ H3 ) Cl2(g)+H2(g) 2Cl2(g)+2H2O(g) A.Δ B.Δ C.Δ D.Δ H3=Δ H1+2Δ H2 H3=Δ H1+Δ H2 H3=Δ H1-2Δ H2 H=Δ H1-Δ H2
指津:标准燃烧热是指在 101 kPa 下,1 mol 物质完全燃烧的反应热;碳的稳定化合物 为 CO2。
中和反应反应热的 测定
【问题导引】 1.测量中和反应的反应热实验中,可否使 用强酸、强碱的浓溶液?有何影响?
2.在测定中和反应的反应热时,常选用 NaOH 溶液与盐酸、KOH 溶液与盐酸、KOH 溶 液与硝酸的稀溶液进行探究实验。如果用 等量的 NaOH 溶液与醋酸溶液发生反应,则 此反应的反应热与上述三个反应的反应热 是否相同?为什么?
将多个相关的热化学方程式分别进行加减 乘除变形,然后叠加得到一个我们所需要 的反应式,从而确定反应的焓变。叠加法简 单、方便,在反应焓变的计算中运用较多。
(1)求总反应的反应焓变, 不能武断地将各步反应的反应焓变简单 相加。 (2)反应不论一步进行还是分步进行,始 态和终态完全一致,盖斯定律才成立。 (3)某些物质只是在分步反应中作为中间 产物暂时出现,最后应该恰好消耗完。
第二课时 反应热的测量与计算 能源的充分利用
[情景导入]
上一节我们学习了反应热,认识了产生 反应热的本质原因,那么如何定量地描述或 测定一个反应释放或吸收的能量呢?对于不 能直接测定的反应的热量变化,应该如何计 算呢?为什么必须大力发展新能源呢?你知 道我国现有的能源结构吗?
课前预习 课堂探究
栏 目 导 航
【例 1】
50 mL 0.50 mol·L 盐酸与 50 mL 0.50 mol·L NaOH 溶液在如图所示的 装置中进行中和反应。测定反应过程 中所放出的热量。回答下列问题:
-1 -1
(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)要重复进行三次实验的目的是
(3)测量酸、碱溶液温度时要过一段时间再读 数,测量反应混合液温度时应随时读取温度值 以记录最高温度。 (4)溶液混合要迅速,尽量减少热量的散失。 (5)为保证实验结果的准确性,重复实验 2～3 次,取其平均值。 (6)计算时一定要注意所求热量是生成 1 mol 液态 H2O 时放出的热量。要注意单位的运用和 换算,这是经常忽视的地方。
3.实验步骤 -1 (1)用量筒量取 50 mL 0.50 mol·L 盐 酸,倒入简易量热计中,测量并记录盐酸 的温度 t1 ℃,然后把温度计上的酸用水 冲洗干净。 -1 (2)用另一量筒量取 50 mL 0.50 mol·L 的 NaOH 溶液,测量并记录氢氧化钠溶液 的温度 t2 ℃。
(3)将量筒中的 NaOH 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 ℃。 (4)用同样的方法分别测量同浓度、同体积的 KOH 溶液与盐酸反应,NaOH 溶液与硝酸溶液反 应的反应热。 (5)假设溶液的比热容等于水的比热容,并忽 略量热计的比热容,根据溶液反应前后的温度 差,计算反应的反应热。
盖斯定律在热化学方 程式计算中的应用
【问题导引】 1.使用盖斯定律将热化学方程式进行加减 时应注意哪些问题? 2.如何设置循环过程,便于应用盖斯定律?
【疑难剖析】 化学反应的焓变只与反应的始态和终态有 关,而与反应具体进行的途径无关。进行有 关反应焓变的计算时,通常有图解法和叠 加法两种方法。 图解法是找出该反应一步完成的途径和经 多步反应完成的途径,多步反应的反应焓 变之和就是该反应的反应焓变;叠加法是
+ -
H2O(l)。
反应热的计算
1.盖斯定律 (1)内容 一个化学反应,无论是一步完成,还是分 几步完成,其总的热效应完全相同。即化 学反应的焓变只与反应的起始状态和 最终状态有关,而与反应的途径无关。
(2)意义 对于难以直接测定的反应热,可应用 盖斯定律计算求得。 (3)应用 若一个化学方程式可由几个化学方程式 相加减而得到,则该化学反应的焓变即 为这几个化学反应焓变的代数和。
+
实验所用溶液体积相同,溶液中 c(H )和 c(OH )也相同,反应温度也一样,因此三个 反应的反应热相同。
(1)酸、碱溶液应当用强酸、 强碱的稀溶液,因为浓酸或浓碱溶于水一般 都要放热。若用弱酸或弱碱,它们电离时要 吸收一部分热量。 (2)不可将温度计当搅拌棒使用,也不可用 金属条代替玻璃搅拌棒,因金属导热性好, 误差大。
+ -
H2O
解析:(1)根据实验原理可知还缺少环形 玻璃搅拌棒。 (2)碎纸条的作用为减少实验过程中的热 量损失。 (3)重复实验的目的是减小实验误差。 (4)不盖硬纸板会损失部分热量,故所测 结果偏小。 (5)通过对比三组数据可知,所测温度 2.9 ℃是错误的,因此代入计算式的温度Байду номын сангаас是 ①与②的平均值。
则Δ H3 与Δ H1 和Δ H2 间的关系正确的是( A
指津:第三个方程式可由第二个方程式乘以 2 与第一个方程式相加得到,由盖斯定律可 知ΔH3=ΔH1+2ΔH2。
4.下列说法中正确的是( D ) A.物质燃烧放出的热量是标准燃烧热 B.1 mol C 燃烧生成 CO 时放出的热量就是 C 的标准燃烧热 C.1 mol H2 燃烧生成水时放出的热量是 H2 的 标准燃烧热 D.相同条件下,1 mol H2O(l)完全分解吸收的 热量与 H2、O2 化合生成 1 mol H2O(l)放出的热 量数值相等
cmt 10 -1 应热Δ H=kJ·mol = 0.025
4.18cmt 10 0.025
3 3
-1 -1 -3 -1
kJ·mol 。
-1
4.实验结论:上述三个反应所测得的反应热 相同。 5.原因探究:以上三组溶液中所发生的反应 均为:H (aq)+OH (aq)
+ -
H2O(l)。由于三次
【疑难剖析】 1.实验用品 (1)仪器:简易量热计、量筒、温度计; -1 -1 (2)药品:0.50 mol·L 盐酸、0.50 mol·L NaOH -1 -1 溶液、0.50 mol·L 硝酸溶液、0.50 mol·L KOH 溶液。 2.实验原理 根据酸、碱混合反应前后的溶液温度变化值Δ t -1 -1 ℃、溶液的比热容为 c J·g ·℃ 和反应液的质 量 m g,计算出反应热,公式为 Q=cmΔ t J。
答案:(1)环形玻璃搅拌棒 (2)保温、隔热,减少实验过程中热量的 损失 (3)减小实验过程中的误差 (4)偏小 (5)2.35
【活学活用】
1.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)
Δ H=-57.3 kJ/mol。分别向 1 L 0.5 mol/L 的 NaOH 溶液中加入:①稀醋酸;②浓 H2SO4; ③稀硝酸。 恰好完全反应时的热效应分别为 Δ H1、Δ H2、Δ H3,它们的关系正确的是(已 知:弱电解质的电离是吸热过程)( D )
【思考 2】 为什么化学反应的焓变与化 学反应过程无关? 答案:化学反应遵循质量守恒和能量守 恒。在指定的状态下,各种物质的焓值都 是确定且唯一的,因此反应不论是一步完 成,还是分步完成,最初的反应物和最终 的生成物都是一样的。 反应物和生成物的 焓的差值都是一样的。
能源的充分利用
1.人们通常用标准燃烧热或热值来衡量燃 料燃烧放出热量的大小。 2.标准燃烧热:在 101 kPa 下,1 mol 物质 完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧 热。完全燃烧是指物质中含有的 N 转化为 N2(g)、H 转化为 H2O(l)、C 转化为 CO2(g)。
溶液温度(℃) 实验 Δ t= t1 t2 t3