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化学反应热及中和热的测定

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第一单元　化学反应中的热效应
第1课时　化学反应的焓变
[学习目标定位]
知识内容
必考要求
加试要求
1.反应热。
2.焓变的含义。
3.焓变与键能的关系。

a
a
c
课时要求
1.熟知能量转化形式及反应热和焓变的含义、吸热反应和放热反应的本质。
2.学会热化学方程式的书写。
3.应用键能计算焓变。

一　化学反应的焓变

1.阅读课本，完成下列问题：
(1)化学反应过程中既有物质变化，又有能量变化。

(2)依据化学反应中的热效应，可将化学反应分为两类：放热反应和吸热反应。下列图中，图1表示放热反应，图2表示吸热反应。

(3)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)反应的能量变化如图所示：

由图可知：
1 mol N2分子中的化学键断裂吸收的能量是946 kJ；
1 mol O2分子中的化学键断裂吸收的能量是498 kJ；
2 mol NO分子中的化学键形成释放的能量是1 264 kJ；
则N2(g)＋O2(g)===2NO(g)的反应吸收的热量为180 kJ。
2.反应热、焓变的概念
(1)反应热是化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，所吸收或放出的热量。
(2)在恒温、恒压条件下，化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变(即：化学反应中生成物所具有的焓与反应物所具有的焓之差)。符号是ΔH，单位是kJ·mol－1。
3.ΔH的正、负和吸热、放热反应的关系
(1)放热反应是反应完成时，反应物的总能量大于生成物的总能量的反应。由于反应后放出热量(释放给环境)而使反应体系的能量降低，故ΔH<(填“<”或“>”，下同)0。
(2)吸热反应是反应完成时，反应物的总能量小于生成物的总能量的反应。由于反应时吸收环境能量而使反应体系的能量升高，故ΔH>0。
4.有下列反应：①氧化钙与水反应　②碳酸氢钠受热分解
③硫酸与氢氧化钠溶液混合　④燃烧煤炭取暖　⑤钠与水反应，其中为吸热反应的是②，放热反应的是①③④⑤。

　1.反应热与焓变的关系

2.焓变与物质化学键断裂与形成的关系
ΔH＝反应物总键能－生成物总键能。
3.焓变与反应物、生成物能量的关系
ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。
4.常见的放热反应和吸热反应
(1)常见的放热反应：①活泼金属与H2O或酸的反应；②酸、碱中和反应；③燃烧反应；④大多数化合反应；⑤铝热反应。
(2)常见的吸热反应：①大多数分解反应；②铵盐与碱的反应；③碳与水蒸气的反应；④碳与二氧化碳的反应。
二　热化学方程式

1.氢气与碘蒸气化合反应的能量(或热量)变化，可用下式表示：H2(g)＋I2(g)2HI(g)　ΔH＝－14.9 kJ·mol－1，它与化学方程式H2＋I22HI相比较而言，其特点为
(1)指明了反应时的温度和压强：若在25 ℃、101 kPa时进行的反应，可不注明。
(2)用括号注明了各物质反应时的状态：s(固体)、l(液体)、g(气体)或aq(溶液)。
(3)在方程式的右边注明了ΔH的数值、正负号(正号常省略)及单位。
2.热化学方程式的概念及意义
(1)热化学方程式是表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。
(2)热化学方程式的意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化，还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。
如：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示的意义是在25 ℃、101 kPa下，1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(l)时，放出的热量是285.8 kJ。

第2课时　反应热的测量
[学习目标定位]
知识内容
必考要求
加试要求
中和热的测定。

b
课时要求
1.正确认识中和热的概念。
2.通过中和热的测定，初步学会测定化学反应热的实验方法，会分析测定反应热时误差产生的原因，并能采取适当措施减小实验误差。

一　中和反应的反应热(中和热)

1.写出下列反应的化学方程式：
(1)将0.02 mol·L－1盐酸与0.02 mol·L－1氢氧化钠溶液等体积混合：HCl＋NaOH===NaCl＋H2O。
(2)将0.01 mol·L－1硫酸与0.02 mol·L－1氢氧化钠溶液等体积混合：H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O。
2.上述两反应，若从物质类别的变化分析，其反应类型是中和反应；若从能量的变化分析，其反应类型是放热反应。
3.上述两反应的离子方程式是H＋＋OH－===H2O，两反应过程中的热量变化相同(填“相同”或“不同”)，你判断的依据是参加两反应的H＋、OH－的数目都相同。

1.中和热的概念是酸和碱在稀溶液中发生中和反应生成1 mol H2O(l)时的反应热。
2.强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应时，1 mol H＋和1 mol OH－反应生成1 mol液态H2O，放出57.3 kJ的热量，用热化学方程式可表示为H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。

1.下列有关H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1的离子反应说法正确的是(　　)
A. 代表所有的酸碱中和反应
B. 反应物一定是强酸与强碱
C. 强酸与强碱的中和反应都可以这样表示
D. 代表稀的强酸与稀的强碱反应生成1 mol液态水时，放出热量57.3 kJ
答案　D
解析　弱酸与弱碱由于电离吸热，生成1 mol液态水放出的热量小于57.3 kJ，A错误；也可以表示硫酸氢钠与氢氧化钠反应，B错误；不能表示强酸与强碱生成难溶的盐的反应，如硫酸与氢氧化钡反应，C错误；H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，表示稀的强酸与稀的强碱反应生成1 mol液态水和可溶性盐时，放出热量57.3 kJ，D正确。
理解感悟　
(1)中和热是指发生中和反应即H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)的反应热，应防止其他热效应的干扰，如：浓溶液的稀释、弱电解质电离等。
(2)中和热是指生成1 mol液态水产生的热效应，不是1 mol酸或碱。
2.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
答案　D
解析　因为稀醋酸是弱酸，难电离，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。
二　中和反应反应热的测定

1.中和反应反应热可以用实验的方法测得。先将反应器置于绝热容器中，然后在反应器内将酸、碱稀溶液混合，发生中和反应，放出的热传入水(稀溶液)中，测量出水(稀溶液)的温度变化，利用公式ΔQ放＝c·m·Δt×10－3求出反应放出的热量。
2.实验仪器装置
(1)将实验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。

(2)实验过程中，还需要的其他仪器有50 mL量筒(2只)。
3.实验测量数据
(1)初始温度(t1)
用一量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸，倒入简易量热计中并测量其温度；用另一量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1 NaOH溶液并测量其温度，取两温度平均值为t1。
(2)终止温度(t2)
把量筒中的NaOH溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记录终止温度为t2。
(3)重复实验操作三次，记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据。
4.实验数据处理
盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1 g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，忽略量热计的比热容。该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是0.418(t2－t1)kJ，中和热为16.72(t2－t1)kJ·mol－1(或ΔH＝－ kJ·mol－1)。
5.思考
(1)酸、碱混合时，为何要把NaOH溶液一次性迅速倒入小烧杯？
答案　减少热量损失。
(2)实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒？答案　不能，铜丝易传热，造成热量损失大。

中和反应热的测定实验步骤

计算反应热—ΔH＝－ kJ·mol－1

3.利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸倒入简易量热计中，测出盐酸温度；②用另一量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1 NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。
回答下列问题：
(1)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1 L 1 mol·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为 。
(2)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：
实验序号
起始温度t1/ ℃
终止温度t2/ ℃
盐酸
氢氧化钠溶液
混合溶液
1
20.0
20.1
23.2
2
20.2
20.4
23.4
3
20.5
20.6
23.6
依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝ (结果保留一位小数)。
(3) (填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是
。

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