高三化学单元高中同步测控优化设计第一章第一节第1课时 反应热 焓变

高中同步测控优化设计GAOZHONGTONGBUCEKONGYOUHUASHEJI第1课时反应热焓变第一章第一节2022内容索引010203自主预习新知导学合作探究释疑解惑课堂小结课标定位素养阐释1.能说出反应热、焓变等概念的含义。2.知道反应热可以通过实验直接测定,通过对中和反应反应热的测定,知道化学反应反应热的测定方法。3.能从微观角度认识化学反应中能量变化的主要原因,并基于数据推理分析问题。自主预习新知导学一、反应热及其测定1.热量是指因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量。2.在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热。许多反应热可以通过量热计直接测定。3.在25℃和101kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时,放出的热量为57.3kJ。【自主思考1】

教材中在探究“中和反应反应热的测定”时,能否使用铜制搅拌器?为什么?提示:不能。铜制搅拌器易导热,使热量损失较大,降低测定反应热的准确度。【自主思考2】

教材中在探究“中和反应反应热的测定”时,为提高测定结果的准确度,采取了哪些措施?提示:①用不同的量筒量取盐酸和NaOH溶液的体积;②NaOH溶液要迅速一次倒入量热计的内筒,并立即盖好杯盖;③用玻璃搅拌器匀速搅拌;④取三次实验所得温度差的平均值作为计算依据;等等。二、反应热与焓变1.内能是体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。2.焓(符号为

H)是一个与内能有关的物理量。在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,用符号ΔH表示,常用单位是kJ/mol(或kJ·mol-1)。3.根据规定:当反应体系放热时其焓减小,ΔH<0;当反应体系吸热时其焓增大,ΔH>0。4.从微观角度看,化学反应中能量变化的主要原因是化学键断裂和形成时的能量变化。【自主思考3】

如何利用化学键断裂和形成过程中的能量变化计算化学反应的反应热?提示:用反应物分子中的化学键断裂时吸收的总能量减去生成物分子中的化学键形成时释放的总能量,即得该反应的反应热。【效果自测】

判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)热量的释放或吸收是化学反应中能量变化的常见形式。(

)(2)反应热是指化学反应体系向环境中释放的能量。(

)(3)任何反应的反应热都可通过实验直接测定。(

)(4)焓是一个物理量,与内能有关。(

)(5)化学反应的反应热就是反应体系的焓变,单位为kJ。(

)(6)反应体系放热时,ΔH>0;反应体系吸热时,ΔH<0。(

)(7)断裂化学键放出能量,形成化学键吸收能量。(

)(8)化学反应中能量变化的主要原因是化学键断裂和形成时的能量变化。(

)√××√×××√合作探究释疑解惑探究任务1中和反应反应热的测定【问题引领】

物质发生化学变化的同时总是伴随着能量的变化。我们常定性描述一个化学反应是属于放热反应还是吸热反应。我们也可用反应热定量描述一个化学反应。许多反应热可通过量热计直接测定。1.强酸与强碱发生的中和反应的实质是什么?中和反应属于放热反应还是吸热反应?提示:强酸与强碱发生的中和反应的实质是H++OH-══H2O。中和反应属于放热反应。2.教材中在探究“中和反应反应热的测定”时,应测量哪些数据?提示:分别用量筒量取0.50

mol·L-1盐酸和0.55

mol·L-1

NaOH溶液的体积各50

mL,分别测定反应前盐酸和NaOH溶液的温度、反应后体系的温度。3.教材中在探究“中和反应反应热的测定”时,如何根据测得的数据计算生成1molH2O时的反应热?提示:①数据作近似处理。将所用酸、碱稀溶液的密度、比热容近似地认为与水的相同,并忽略量热计的比热容。这样,混合溶液的质量为100

g,反应后混合溶液的比热容为4.18

J/(g·℃)。②计算。50

mL

0.50

mol·L-1盐酸与50

mL

0.55

mol·L-1

NaOH溶液发生中和反应放出的热量:Q=m·c·Δt=100

g×4.18

J/(g·℃)×(t2-t1)

℃=0.418(t2-t1)

kJ。反应中生成了0.025

mol

H2O,所以生成1

mol

H2O时的反应热ΔH=-kJ·mol-1。【归纳提升】

1.对该实验的认识该实验是一个定量实验,因此要提高数据的准确性。实验中要注意以下几点:(1)使用具有保温隔热作用的量热计作为反应器,减少热量损失。(2)盐酸和NaOH溶液浓度宜小不宜大,且配制要准确,为保证盐酸完全反应,NaOH溶液的浓度要稍大于盐酸的浓度。(3)所用温度计的分度值为0.1℃,且测量时应尽可能读准,并估读到小数点后第2位。温度计的水银球部分要完全浸没在溶液中。(4)实验时,要迅速将NaOH溶液一次性全部倒入量热计的内筒(不要洒到杯外),并立即盖上杯盖,以尽量减少热量的散失。(5)玻璃搅拌器的作用:匀速搅拌,使溶液混合均匀。实验中不能用环形铜制搅拌器代替环形玻璃搅拌器,因为铜易导热,致使热量损失较大。(6)不能用同一个量筒测量盐酸和NaOH溶液的体积。因为量筒内残留的酸会与碱发生反应而使热量散失。(7)为保证测定数据的准确性,应取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。若出现异常数据,应舍弃。2.实验中产生误差的常见原因(1)量取溶液的体积有误差(测量结果是按50mL的酸、碱稀溶液进行计算,若实际量取时多于50mL或少于50mL都会造成误差)。(2)温度计的读数有误。(3)实验过程中有液体洒在外面。(4)混合酸、碱溶液时动作缓慢,导致实验误差。(5)测量盐酸后的温度计未用水清洗便立即去测量NaOH溶液的温度,致使热量损失而引起误差。3.数据处理与实验结论强酸与强碱发生的中和反应的实质是H++OH-══H2O。实验中NaOH过量,要根据HCl的物质的量计算生成水的物质的量,进而计算出生成1molH2O时的反应热。大量实验测得,在25℃和101kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时的反应热ΔH=-57.3kJ·mol-1。【典型例题】

【例题1】

(双选)下列试剂发生中和反应生成1molH2O时,其反应热ΔH<-57.3kJ·mol-1的是(

)。A.稀硫酸与稀NaOH溶液 B.浓盐酸与稀KOH溶液C.稀硫酸与稀Ba(OH)2溶液 D.稀硝酸与稀氨水答案:BC解析:在25

℃和101

kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1

mol

H2O时的反应热ΔH=-57.3

kJ·mol-1,A项中ΔH=-57.3

kJ·mol-1;B项中浓盐酸溶于水放热,反应热ΔH<-57.3

kJ·mol-1;C项中生成硫酸钡沉淀时放出热量,反应热ΔH<-57.3

kJ·mol-1;D项中NH3·H2O是弱碱,电离过程吸收热量,反应热ΔH>-57.3

kJ·mol-1。易错点拨用浓硫酸、浓盐酸等与稀NaOH溶液、稀KOH溶液反应时,因为浓酸的稀释过程会放出热量,导致测定的反应热绝对值偏大,ΔH偏小;用稀醋酸与稀NaOH溶液反应或者用稀氨水与稀硝酸反应时,CH3COOH、NH3·H2O在电离过程中吸收热量,导致测定的反应热绝对值偏小,ΔH偏大。如果中和反应中有沉淀生成,放出的热量增多,会使测定的反应热绝对值偏大,ΔH偏小。【变式训练1】

已知强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应,生成1molH2O时的热效应ΔH=-57.3kJ·mol-1。向1L0.5mol·L-1NaOH溶液中分别加入:①稀醋酸、②浓硫酸、③稀硝酸,恰好完全反应时的热效应分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,其关系正确的是(

)。A.ΔH1>ΔH3>ΔH2 B.ΔH1=ΔH2=ΔH3C.ΔH1<ΔH3<ΔH2 D.ΔH1=ΔH3<ΔH2答案:A解析:相同浓度、相同体积的NaOH溶液与稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸恰好完全反应,若不考虑弱酸电离吸热和浓硫酸溶于水放热,应放出相同的热量。但实际反应中,浓硫酸溶于水放热;CH3COOH是弱酸,电离过程吸热。比较ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小时,要注意其均为负值。【问题引领】

探究任务2从微观视角认识反应的热效应物质发生化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。反应物分子中的化学键断裂时要吸收能量,生成物分子中的化学键形成时要释放能量。1.化学反应中发生物质变化的同时是否一定同时发生能量变化?物质的变化过程中发生能量变化时是否一定同时发生物质变化?提示:发生物质变化的同时一定同时发生能量变化,但发生能量变化时不一定同时发生物质变化。2.化学反应中能量变化的主要原因是什么?提示:化学键断裂和形成时的能量变化。【归纳提升】

化学反应过程是原子重新组合的过程,反应物分子中的化学键断裂需要吸收能量,生成物分子中化学键形成时要释放能量。吸收的总能量与释放的总能量的差,就决定了反应中的能量变化。当E1>E2时,体系从环境吸收能量,体系焓值增大;当E1<E2时,体系向环境释放能量,体系焓值减小。利用反应中断键吸收的能量E1和成键释放的能量E2可以从理论上计算化学反应的反应热:ΔH=E1-E2。理论计算出的反应热一般与实验测得的数据比较接近,通常使用实验数据。化学反应中能量变化的多少首先取决于化学键的相对强弱。对一个特定的化学反应,其能量变化的大小也与物质质量有密切的关系。【典型例题】

【例题2】

已知在25℃和101kPa下,反应2HI(g)H2(g)+I2(g)的ΔH=+11kJ·mol-1,1molH2(g)中的化学键形成时要释放436kJ的能量,1molI2(g)中的化学键形成时要释放151kJ的能量,则1molHI(g)中的化学键断裂时需吸收的能量为

kJ。

答案:299解析:用反应物分子中的化学键断裂时吸收的总能量减去生成物分子中的化学键形成时释放的总能量,即得该反应的反应热。设1

mol

HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为x,则2x-436

kJ-151

kJ=+11

kJ,解得x=299

kJ。易错点拨用化学键断裂或形成时吸收或释放的能量计算反应热时,一定要用吸收的总能量减去释放的总能量。【变式训练2】

在氢气与氧气的反应中,1molH2(g)中的化学键断裂时需要吸