反应热的测量与计算[章节课堂]

1、已知键能已知键能: : N NN N ：946KJ/mol, H-H 946KJ/mol, H-H ：436KJ/mol, 436KJ/mol, H-N H-N ：391KJ/mol391KJ/mol，写出合成氨反应的，写出合成氨反应的 热化学方程式。热化学方程式。 知识回顾知识回顾 专题专题1 1 化学反应与能量变化化学反应与能量变化 第一单元第一单元 化学反应的热效应化学反应的热效应 反应热的测量与计算反应热的测量与计算 1. 1. 在最初，一些基本的、容易控在最初，一些基本的、容易控 制的反应的焓变是通过实验测定的；制的反应的焓变是通过实验测定的； 2. 2. 后来，一些难以控制的反应的

2、后来，一些难以控制的反应的 焓变是在此基础上，通过间接计算获焓变是在此基础上，通过间接计算获 得的。得的。 引入引入 反应热的测量与计算反应热的测量与计算 几个相关概念间的关系几个相关概念间的关系 反应热反应热 中和热中和热 燃烧热燃烧热 . 中和反应反应热的测量中和反应反应热的测量 1. 1.中和热的定义：中和热的定义： 在在稀溶液稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成中，酸跟碱发生中和反应而生成 1mol1molH H2 20 0，这时的反应热叫做中和热。，这时的反应热叫做中和热。 活动与探究活动与探究 大烧杯（大烧杯（500 mL）、）、 小烧杯（小烧杯（100 mL）、 温度计、温度计、

3、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料或纸条、 泡沫塑料板或硬纸板泡沫塑料板或硬纸板 （中心有两个小孔）、（中心有两个小孔）、 环形玻璃搅拌棒环形玻璃搅拌棒。 2. 简易量热计的构造简易量热计的构造 思考思考: 1、量热计直接测得的、量热计直接测得的 数据是什么？是焓变的数据是什么？是焓变的 数值吗？数值吗？ 是体系温度的变化是体系温度的变化 2、根据体系温度变化可以求得什么物理量？、根据体系温度变化可以求得什么物理量？ 可以求得反应吸收或放出的热量可以求得反应吸收或放出的热量 Q = c m t Q Q = = c c m m t t QQ: : 中和反应放出的热量。中和反应放出的热量。 c c：反应混合

4、液的比热容。：反应混合液的比热容。 比比 mm：反应混合液的质量。：反应混合液的质量。 t t：反应前后溶液温度的差值。：反应前后溶液温度的差值。 3. 实验原理：实验原理： Q = c （ 酸 酸V酸酸 碱 碱V碱碱） ）（t后 后 t前 前） ） 本实验中，我们所用一元酸、一元碱的体积均本实验中，我们所用一元酸、一元碱的体积均 为为50 mL50 mL, ,它们的浓度均为它们的浓度均为0.50 mol/L0.50 mol/L。由于是稀溶液，。由于是稀溶液， 且为了计算简便，我们近似地认为，所用酸、碱溶液且为了计算简便，我们近似地认为，所用酸、碱溶液 的密度均为的密度均为1 g/cm1 g/

5、cm3 3，且中和后所得溶液的比热容为，且中和后所得溶液的比热容为 4.18 J/4.18 J/（g)g) 请把以上数据代入式，得出请把以上数据代入式，得出Q的表示式。其中的表示式。其中 热量的单位用热量的单位用kJ。 得出结果：得出结果： Q = 0.418（t后 后 t前 前） ）kJ 思考：式表示的是不是该反应的反应热？思考：式表示的是不是该反应的反应热？ 是中和热吗？为什么？是中和热吗？为什么？ Q = c （ 酸 酸V酸酸 碱 碱V碱碱） ）（t后 后 t前 前） ） 式不是该反应的反应热式不是该反应的反应热，因为反应热是有正负的，因为反应热是有正负的， 中和反应放热，故其中和反应放

6、热，故其H H为为“”。 式表示的也不是中和热。式表示的也不是中和热。中和热是稀的酸、碱中中和热是稀的酸、碱中 和生成和生成 1 mol1 mol水的反应热，而水的反应热，而50 mL 0.50 mol/L50 mL 0.50 mol/L的盐酸的盐酸 与与50 mL 0.50mol/L 50 mL 0.50mol/L 氢氧化钠反应后生成的水只有氢氧化钠反应后生成的水只有 0.025 mol0.025 mol，故，故式表示的也不是中和热。式表示的也不是中和热。 问题该反应的中和热应怎样表示呢？问题该反应的中和热应怎样表示呢？ H= 0.418 （t后 后 t前 前） ） 0.025 kJ/mol

7、 Q = 0.418（t后 后 t前 前） ）kJ 1. 1. 在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条），在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条），使使 放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再。然后再 在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条），在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条）， 大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板，大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板， 在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻 璃搅拌棒通过，如下图所示。璃搅拌棒通过，如下图所示。 中和热的测定中和热的测定 问题问题1： 大、小烧杯放置时，为大、小烧杯放置时

8、，为 何要使两杯口相平？填碎纸何要使两杯口相平？填碎纸 条的作用是什么？对此装置，条的作用是什么？对此装置， 你有何更好的建议？你有何更好的建议？ 4. 实验步骤：实验步骤： 答案：答案： 两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而 减少热量损失；填碎纸条的作用是为了达到保温隔减少热量损失；填碎纸条的作用是为了达到保温隔 热、减少实验过程中热量损失的目的。若换用隔热、热、减少实验过程中热量损失的目的。若换用隔热、 密封性能更好的装置（如保温杯）会使实验结果更密封性能更好的装置（如保温杯）会使实验结果更 准确。准确。 2. 用一个量筒最取用一个量筒最取50

9、mL 0.50 mol/L盐酸，倒入小盐酸，倒入小 烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记录。烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记录。然后然后 把温度计上的酸用水冲洗干净把温度计上的酸用水冲洗干净。 问题问题2：温度计上的酸为何要用水冲洗干净？：温度计上的酸为何要用水冲洗干净？ 冲洗后的溶液能否倒入小烧杯？为什么？冲洗后的溶液能否倒入小烧杯？为什么？ 答案：答案： 因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不冲因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不冲 洗，温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散洗，温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散 失，故要冲洗干净；冲洗后的溶液不能倒入小烧杯，失，故要冲洗干净

10、；冲洗后的溶液不能倒入小烧杯， 若倒入，会使总溶液的质量增加，而导致实验结果若倒入，会使总溶液的质量增加，而导致实验结果 误差。误差。 3. 3. 用另一个量筒量取用另一个量筒量取50 mL 0.50 mol/L NaOH50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液，溶液， 并用温度计测量并用温度计测量NaOHNaOH溶液的温度，记录。把温度计和溶液的温度，记录。把温度计和 环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的 NaOHNaOH溶液一次倒入小烧杯。溶液一次倒入小烧杯。 .问题问题3 3： 酸、碱混合时，为何要把量筒中的酸、碱混合时，为何

11、要把量筒中的NaOHNaOH溶液一溶液一 次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？ . 因为本实验的关键是测反应的反应热，若动作因为本实验的关键是测反应的反应热，若动作 迟缓，将会使热量损失而使误差增大。迟缓，将会使热量损失而使误差增大。 4. 4. 用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混 合溶液的合溶液的最高温度最高温度，记为终止温度，记入下表。，记为终止温度，记入下表。 问题问题4 4： 实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒？实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒？ 为什么？为什么？ 答案：答案： 不能。因为铜丝易

12、导热，使热量损失较大。不能。因为铜丝易导热，使热量损失较大。 5. 5. 重复实验三次，取测量所得数据的平均值作重复实验三次，取测量所得数据的平均值作 为计算依据。为计算依据。 次数次数 1 1 2 2 3 3 起始温度起始温度t/t/c c 终止温度终止温度 温度差温度差 t/t/c c t/c 盐酸盐酸氢氧化钠氢氧化钠平均值平均值 24.5 25.0 22.0 22.4 25.0 25.4 24.75 22.2 25.2 26.5 25.4 28.2 1.75 3.2 3.0 强酸、强碱反应强酸、强碱反应: H+ (aq) + OH- (aq) = H2O (l) ; H = 57.3kJ

13、/mol H= 0.418 （t2t1） 0.025 kJ/mol 说明：说明： 1.1.中和热必须是中和热必须是强酸强酸和和强碱强碱的溶液之间的反应，的溶液之间的反应， 如果有一种是弱酸或弱碱，则由于弱酸和弱碱在反如果有一种是弱酸或弱碱，则由于弱酸和弱碱在反 应过程中要不断电离，而电离过程是一个吸热过程，应过程中要不断电离，而电离过程是一个吸热过程， 就会导致放出的热量减少，中和热的值减小。就会导致放出的热量减少，中和热的值减小。 2.2.酸和碱的溶液必须是酸和碱的溶液必须是稀溶液稀溶液，因为酸和碱的浓，因为酸和碱的浓 溶液或固体在溶解和稀释时会放出热量，使所测定溶液或固体在溶解和稀释时会放

14、出热量，使所测定 的中和热的数值偏大。的中和热的数值偏大。 3.3.酸和碱的中和热还必须是酸和碱的中和热还必须是生成生成1mol1mol水时所放出水时所放出 的热量的热量。因此，只要温度和压强保持不变，。因此，只要温度和压强保持不变，酸和碱酸和碱 的中和热理论上是应该保持恒定的的中和热理论上是应该保持恒定的。 中和反应实验时的注意事项中和反应实验时的注意事项 装置要做到装置要做到保温、隔热（是关键）保温、隔热（是关键）； 用用稀稀溶液溶液； 氢氧化钠氢氧化钠过量过量； 温度计要温度计要精确精确； 水银球部位一定要完全水银球部位一定要完全浸没浸没在溶液中，且要稳定在溶液中，且要稳定 一段时间后再

15、读数，以提高测量的精度一段时间后再读数，以提高测量的精度； 测最高温度时两次读数的时间测最高温度时两次读数的时间间隔要短间隔要短； 操作时动作要操作时动作要快快； 用用环形玻璃搅拌棒环形玻璃搅拌棒搅拌，不能用一般的玻璃棒搅搅拌，不能用一般的玻璃棒搅 拌（以免打破温度计的水银球），也不能用铜搅拌拌（以免打破温度计的水银球），也不能用铜搅拌 棒（铜散热快，使测得的温度不准）棒（铜散热快，使测得的温度不准）； 多次测量多次测量取平均值取平均值。 强酸、强碱反应强酸、强碱反应: H+ (aq) + OH- (aq) = H2O (l) ; H = 57.3kJ/mol H= 0.418 （t2t1）

16、0.025 kJ/mol 议一议议一议 为何所测得的数据不是为何所测得的数据不是57.3 kJ/mol57.3 kJ/mol，分析，分析 产生误差的原因。产生误差的原因。 可能的原因有：可能的原因有： 1. 1. 量取溶液的体积有误差（测量结果是按量取溶液的体积有误差（测量结果是按50 mL50 mL的酸、的酸、 碱进行计算，若实际量取时，多于碱进行计算，若实际量取时，多于50 mL50 mL或小于或小于50 mL50 mL 都会造成误差）都会造成误差） 2. 2. 温度计的读数有误。温度计的读数有误。 3. 3. 实验过程中有液体洒在外面。实验过程中有液体洒在外面。 4. 4. 混合酸、碱溶

17、液时，动作缓慢，导致实验误差。混合酸、碱溶液时，动作缓慢，导致实验误差。 5. 5. 隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失而导致隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失而导致 误差。误差。 6. 6. 测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温 度，致使热量损失而引起误差。度，致使热量损失而引起误差。 误差分析误差分析: : 概念辨析概念辨析 若将若将1L1L1mol/L1mol/LNaOHNaOH溶液中加入稀醋溶液中加入稀醋 酸、浓硫酸、稀硝酸，恰好完全反应时酸、浓硫酸、稀硝酸，恰好完全反应时 的热效应分别为的热效应分别为H H1 1、H H2

18、2 、H H3 3 ；则；则 三者的大小关系为三者的大小关系为: : 。 H H1 1 H H3 3 H H2 2 练习练习50 mL 0.50 mol/L50 mL 0.50 mol/L盐酸与盐酸与50 mL 0.55 50 mL 0.55 mol/Lmol/L的的NaOHNaOH溶液在图示的装置中进行中和反应。溶液在图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热。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。 回答下列问题：回答下列问题： （1 1）从实验装置上看，图中缺少的一种玻璃用品）从实验装置上看，图中缺少的一种玻璃用品 是是 。 （2 2）烧杯间填满碎纸条的作

19、用是）烧杯间填满碎纸条的作用是 （3 3）大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值）大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值 （填（填“偏大偏大”“”“偏小偏小”“”“无影响无影响”）。）。 环形玻璃搅拌棒环形玻璃搅拌棒 减少实验过程中的热量损失。减少实验过程中的热量损失。 偏小偏小 （4 4）实验中改用）实验中改用60 mL 0.50 mol/L60 mL 0.50 mol/L盐酸跟盐酸跟50 50 mL 0.55 mol/L NaOHmL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应，与上述溶液进行反应，与上述 实验相比，所放出的热量实验相比，所放出的热量 （填（填“相相 等等”“”“不相等不相

20、等”），所求中和热），所求中和热 （填（填 “相等相等”“”“不相等不相等”），）， 简述理由：简述理由： 不等不等 相等相等 因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生 成成1 mol H2O所放出的能量，与酸碱的用量所放出的能量，与酸碱的用量 无关。无关。 通过实验测量化学反应的反应通过实验测量化学反应的反应 热是最直接的方法，但根据我们前热是最直接的方法，但根据我们前 面的分析，并不是所有反应的反应面的分析，并不是所有反应的反应 热都能通过实验进行测定。热都能通过实验进行测定。 如何测定如下反应如何测定如下反应: : C(s) + O2(g) = CO(g) 的

21、反应热的反应热H1 ? 能直接测定吗？如何测？能直接测定吗？如何测？ 若不能直接测，怎么办？若不能直接测，怎么办？ 思考思考 计算计算 G.H.Germain Henri Hess (18021850)俄国化学俄国化学 家。家。1802年年8月月7日生于瑞士日内瓦，日生于瑞士日内瓦，1850年年12月月12日日 卒于俄国圣彼得堡卒于俄国圣彼得堡(现为列宁格勒现为列宁格勒)。3岁随父侨居俄国岁随父侨居俄国, 并在俄国受教育。并在俄国受教育。1825年于多尔帕特大学获医学专业年于多尔帕特大学获医学专业 证书，同时受到了化学和地质学的基础教育。证书，同时受到了化学和地质学的基础教育。1826 182

22、7年，在斯德哥尔摩年，在斯德哥尔摩J.J.贝采利乌斯的实验室工作并贝采利乌斯的实验室工作并 从其学习化学。回俄国后在乌拉尔作地质勘探工作，从其学习化学。回俄国后在乌拉尔作地质勘探工作， 后在伊尔库茨克做医生并研究矿物。后在伊尔库茨克做医生并研究矿物。1830年当选为圣年当选为圣 彼得堡科学院院士，专门研究化学，任圣彼得堡工艺彼得堡科学院院士，专门研究化学，任圣彼得堡工艺 学院理论化学教授并在中央师范学院和矿业学院讲授学院理论化学教授并在中央师范学院和矿业学院讲授 化学。化学。1838年成为俄国科学院院士。年成为俄国科学院院士。 盖斯简介盖斯简介 盖斯早期研究了巴库附近的矿物和天然气；发现盖斯早

23、期研究了巴库附近的矿物和天然气；发现 了蔗糖氧化生成糖二酸。他研究了炼铁中的热现象，了蔗糖氧化生成糖二酸。他研究了炼铁中的热现象， 作了大量的量热工作。作了大量的量热工作。1836年发现，在任何一个化年发现，在任何一个化 学反应过程中学反应过程中,不论该反应过程是一步完成还是分成不论该反应过程是一步完成还是分成 几步完成几步完成,反应所放出的总热量相同，并于反应所放出的总热量相同，并于1840年以年以 热的加和性守恒定律热的加和性守恒定律公诸于世，后被称为公诸于世，后被称为盖斯定律盖斯定律。 此定律为能量守恒定律的先驱。此定律为能量守恒定律的先驱。当一个反应不能直当一个反应不能直 接发生时，应

24、用此定律可间接求得反应热。接发生时，应用此定律可间接求得反应热。因此，因此， 盖斯也是热化学的先驱者。著有盖斯也是热化学的先驱者。著有纯粹化学基础纯粹化学基础 (1834)，曾用作俄国教科书达，曾用作俄国教科书达40年。年。 盖斯简介盖斯简介 一盖斯定律：一盖斯定律： 1. 盖斯定律的内容：盖斯定律的内容： 不管化学反应是一步完成或分几步完成，不管化学反应是一步完成或分几步完成， 其反应热相同。其反应热相同。 换句话说，化学反应的反应热只与反应体换句话说，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。系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。 2. 盖斯定律盖斯定律 直观化

25、直观化 HH1+H2 29教书育人 CO(g) C(s)CO2(g) H3 H1 H2 例例2 CO(g)+1/2O2(g) = CO2(g) H2-283.0 kJ/mol C(s) + O2(g) = CO2(g) H1-393.5 kJ/mol - -） H1 - H2 = H3 H3 = H1 H2 = - -393.5 kJ/mol (- -283.0 kJ/mol) = - -110.5 kJ/mol C(s)+1/2O2(g) = CO(g) H3？ 30教书育人 如何测定如下反应如何测定如下反应: : C(s) + O2(g) = CO(g) 的反应热的反应热H1？ 能直接测定

26、吗？如何测？能直接测定吗？如何测？ 若不能直接测，怎么办？若不能直接测，怎么办？ 思考思考 计算计算 C(s)+1/2O2(g)=CO(g); H1 -110.5 kJ/mol 已知已知 C(s)+1/2OC(s)+1/2O2 2(g)=CO(g) H(g)=CO(g) H1 1= = - -110.5kJ/mol110.5kJ/mol 2CO(g)+O2CO(g)+O2 2(g)=2CO(g)=2CO2 2(g) H(g) H2 2= = - -566.0kJ/mol566.0kJ/mol 求求 C(s)+OC(s)+O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g) H(g) H3 3= =？

27、练习练习 自主归纳：自主归纳： 解题步骤解题步骤 确定待求的反应方程式；确定待求的反应方程式； 找出待求方程式中各物质出现在已知方找出待求方程式中各物质出现在已知方 程式的什么位置；程式的什么位置； 根据未知方程式中各物质计量数和位置根据未知方程式中各物质计量数和位置 的需要对已知方程式进行处理，或调整计的需要对已知方程式进行处理，或调整计 量数，或调整反应方向；量数，或调整反应方向； 实施叠加并检验上述分析的正确与否。实施叠加并检验上述分析的正确与否。 因为有些反应进行得很慢，有些反应不容因为有些反应进行得很慢，有些反应不容 易直接发生，有些反应的产品不纯易直接发生，有些反应的产品不纯( (

28、有副反应有副反应 发生发生),),这给测定反应热造成了困难。此时如果这给测定反应热造成了困难。此时如果 应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热应用盖斯定律，就可以间接地把它们的反应热 计算出来。计算出来。 2. 盖斯定律的用途盖斯定律的用途 根据下列反应的焓变，计算根据下列反应的焓变，计算C(石墨石墨)与与H2(g)反应生成反应生成 1molC2H2(g)的焓变：的焓变： C(石墨石墨)+O2(g)=CO2(g) H=-393.5kJ/mol 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=-571.6kJ/mol 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) H=-2599

29、.2kJ/mol 课本课本P8-9 例例1 1：写出：写出石墨变成金刚石石墨变成金刚石的热化学方程式的热化学方程式 (25,101kPa(25,101kPa时时) ) 说明说明： （1 1）可以在书中查找需要的数据可以在书中查找需要的数据 （2 2）并告诉大家你设计的理由。）并告诉大家你设计的理由。 观察该热化学方程式，回答：金刚石能自观察该热化学方程式，回答：金刚石能自 动变成石墨吗？需要什么条件？动变成石墨吗？需要什么条件？ 查燃烧热表知：查燃烧热表知： C(C(石墨，石墨，s)+Os)+O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g) (g) H H1 1=-393.5=-393.5kJ/m

30、olkJ/mol C(C(金刚石，金刚石，s)+Os)+O2 2(g)=CO(g)=CO2 2(g) (g) H H2 2=-395.0=-395.0kJ/molkJ/mol 所以，所以， - - 得：得： C(石墨，石墨，s) = C(金刚石，金刚石，s) H=+1.5kJ/mol 石墨不会自动变成金刚石；石墨不会自动变成金刚石； 石墨与金刚石的能量相差不远。石墨与金刚石的能量相差不远。 【练习练习】已知】已知 CO(g) + 1/2 O2(g) = CO2(g) ; H1= 283.0 kJ/mol H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) ; H2= 285.8 kJ/mol C2H5OH(l) + 3 O2(g) = 2 CO2(g) + 3H2O(l); H3=-1370 kJ/mol 试计算试计算: 2CO(g) 4 H2(g) = H2O(l) C2H5OH (l) 的的H4 【解】：【解】：2 + 4 - = H4