反应热的测量与计算 能源的充分利用 导学案 高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修1

1.1.2反应热的测量与计算能源的充分利用学习目标1.进一步理解化学反应热效应与反应的焓变之间的关系。2.学会测定中和反应的反应热。3.认识重要的反应热——燃烧热。4.能用盖斯定律和热化学方程式进行有关反应热的简单计算。5.学会有关反应热计算的方法技巧，进一步提高化学计算的能力。学习过程eq\a\vs4\al(活动一：实验测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热)1.如何根据溶液的质量、比热计算热容，结合热容、温度变化计算反应放出的热量和反应的反应热。比热：比热容又称比热容量(specificheat)，简称比热，是单位质量物质的热容量，即单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。通常用符号小写c表示。单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量(或降低1℃释放的热量)叫作这种物质的比热容。热容：设有一质量为m的物体，在某一过程中吸收(或放出)热量ΔQ时，温度升高(或降低)ΔT，则eq\f(ΔQ,ΔT)称为物体在此过程中的热容量(简称热容)，用大写C表示，即C＝eq\f(ΔQ,ΔT)。用热容除以质量，即得比热容c＝eq\f(C,m)＝eq\f(ΔQ,mΔT)。用比热容c计算热能：Q＝________；用热容C计算热能：Q＝________。2.测量中和反应的反应热。请按照下列操作步骤用简易量热计测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热。(1)用量筒取50mL0.50mol·L-1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度(T1)。(2)另取一量筒取50mL0.50mol·L-1氢氧化钠溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度(T2)。(3)将量筒中的氢氧化钠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拌，观察温度计的温度变化，准确读出反应体系的最高温度(T3)并记录。反应中体系温度变化ΔT＝____________℃。(4)水的比热为4.18J·g-1·℃-1，假定溶液的比热与水的比热相等，溶液的密度与水的密度相等，忽略量热计的比热，该反应体系的热容C＝________________，根据升高温度，计算反应NaOH(aq)＋HCl(aq)=NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH中，反应热ΔH，计算公式为__________________。(5)如果用同样的方法测定氢氧化钾溶液与盐酸反应，氢氧化钠溶液与硝酸反应的反应热，请预测其反应热是否相同并说明理由。3.了解量热计的构造。在科学研究中，科学家常用量热计来测量反应热。量热器设计中保温层作用是什么？为什么要设计搅拌器？eq\a\vs4\al(活动二：认识、应用盖斯定律)1.阅读教材，盖斯定律的内容是什么？2.在恒压条件下，化学反应的热效应与什么相等？化学反应的焓变与什么有关，与什么无关？3.盖斯定律有哪些应用？4.例题：已知在298K时，C(s)、CO(g)燃烧的热化学方程式如下：C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol-1①CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ·mol-1②请运用盖斯定律计算反应C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)的焓变ΔH3。

5.C(石墨)与O2(g)反应生成CO(g)、CO2(g)和H2(g)与O2(g)反应生成H2O(g)、H2O(l)的能量变化如下图所示。实验测得ΔH1＝－393.5kJ·mol-1、ΔH2＝－283.0kJ·mol-1、ΔH5＝－44.0kJ·mol-1、ΔH6＝－241.8kJ·mol-1；科学家通过研究发现ΔH3＝－110.5kJ·mol-1、ΔH4＝－285.8kJ·mol-1。请你仔细分析ΔH1、ΔH2与ΔH3之间以及ΔH4、ΔH5与ΔH6之间分别存在怎样的关系？eq\a\vs4\al(活动三：体会盖斯定律的应用)1.某次发射火箭，用N2H4(肼)在NO2中燃烧，生成N2、液态H2O。已知：N2(g)＋2O2(g)=2NO2(g)ΔH1＝68kJ·mol-1N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l)ΔH2＝－534kJ·mol-1请写出发射火箭时燃烧反应的热化学方程式。2.已知：①C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol-1②C(金刚石，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH2＝－395.0kJ·mol-1写出石墨变成金刚石的热化学方程式(25℃，101kPa时)，这个热化学方程式说明了什么？

3.已知下列反应的反应热：(1)CH3COOH(l)＋2O2(g)=2CO2(g)＋2H2O(l)ΔH1＝－870.3kJ·mol-1(2)C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH2＝－393.5kJ·mol-1(3)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH3＝－285.8kJ·mol-1试计算反应：2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)=CH3COOH(l)的反应热。eq\a\vs4\al(活动四：能源的充分利用)1.阅读教材，了解能源的开源节流是事关人类可持续发展的重大问题之一。人类生产和生活所需要能量的主要来源是什么？2.什么是标准燃烧热、热值？如何理解完全燃烧？3.了解常见燃料的标准燃烧热，分析下表数据，氢气和甲烷中，哪种气体的热值较大？一些物质的标准燃烧热(25℃)名称化学式ΔH/(kJ·mol-1)名称化学式ΔH/(kJ·mol-1)氢气H2(g)－285.8乙烷C2H6(g)－1559.8一氧化碳CO(g)－283.0乙烯C2H4(g)－1411.0甲烷CH4(g)－890.3乙炔C2H2(g)－1299.6甲醇CH3OH(l)－726.5蔗糖C12H22O11(s)－5640.9乙醇C2H5OH(l)－1366.8苯C6H6(l)－3267.5

4.已知下列热化学方程式：(1)C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－110.5kJ·mol-1；(2)C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－393.5kJ·mol-1；(3)2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol-1；(4)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol-1。请回答C和H2的燃烧热分别为多少？5.已知一些物质的燃烧热(25℃、101kPa)如下表所示。物质甲烷[CH4(g)]乙炔[C2H2(g)]乙醇[C2H5OH(l)]葡萄糖[C6H12O6(s)]ΔH/(kJ·mol-1)－890.3－1299.6－1366.8－2803(1)请分别写出乙炔、葡萄糖燃烧的热化学方程式。(2)参照上题及本题的信息，比较等质量的C、H2及CH4分别完全燃烧后，哪一种放出热量最多？eq\a\vs4\al(活动五：了解新能源的特点)1.新能源应该具有哪些特点？为什么？2.哪些能源属于新能源？

课堂反馈1.中和热测定实验中，用50mL0.50mol·L-1盐酸和50mL0.55mol·L-1NaOH溶液进行实验，下列说法正确的是()A.测定中和热实验只需要以下玻璃仪器：温度计、烧杯、量筒B.为了使反应物混合均匀，减小误差，应使用温度计轻轻搅拌溶液C.改用60mL0.5mol·L-1盐酸与50mL0.50mol·L-1NaOH溶液进行反应，求出的中和热数值和原来不相同D.测量酸溶液的温度后，未冲洗温度计就测碱溶液的温度，会使求得的ΔH偏大2.下列说法正确的是()A.1mol硫酸与1molBa(OH)2完全中和所放出的热量为中和热B.25℃、101kPa时，1molS和2molS的标准燃烧热相等C.CO是不稳定的氧化物，它能继续和氧气反应生成稳定的CO2，所以CO的燃烧反应一定是吸热反应D.101kPa时，1mol碳燃烧所放出的热量为碳的标准燃烧热3.用50mL0.50mol·L-1盐酸与50mL0.55mol·L-1NaOH溶液测定中和反应反应热时，下列操作一定会降低实验准确性的是()A.用合适的量筒取所用药品B.盐酸在倒入小烧杯时，有少量溅出C.取用稍过量的NaOH溶液D.测量HCl溶液的温度计用水洗净后再用来测NaOH溶液的温度4.已知下列热化学方程式：①H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH1＝－285.8kJ·mol-1②H2(g)=H2(l)ΔH2＝－0.92kJ·mol-1③O2(g)=O2(l)ΔH3＝－6.84kJ·mol-1④H2O(l)=H2O(g)ΔH4＝44.0kJ·mol-1则反应H2(l)＋eq\f(1,2)O2(l)=H2O(g)的ΔH为()A.237.46kJ·mol-1B.－474.92kJ·mol-1C.－118.73kJ·mol-1D.－237.46kJ·mol-15.已知：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1②CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH2③2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH3④4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)ΔH4⑤3CO(g)＋Fe2O3(s)=3CO2(g)＋2Fe(s)ΔH5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()A.ΔH1＞0，ΔH3＜0B.ΔH2＞0，ΔH4＞0C.ΔH1＝ΔH2＋ΔH3D.ΔH3＝ΔH4＋2ΔH56.下列说法不正确的是()A.释放或吸收热量是化学反应中能量变化的主要形式B.人体所需能量主要依靠糖类、脂肪、蛋白质这三大营养物质来提供C.化学反应中化学键的断裂和形成是反应过程中有能量变化的本质原因D.甲烷的标准燃烧热ΔH＝－890.3kJ·mol-1，氢气的标准燃烧热ΔH＝－285.8kJ·mol-1，所以甲烷的热值大于氢气7.利用CO2催化加氢制二甲醚，可以实现CO2的再利用，该过程中涉及以下两个反应。①CO2(g)＋3H2(g)⥬CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1②2CH3OH(g)⥬CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH2则反应2CO2(g)＋6H2(g)⥬CH3OCH3(g)＋3H2O(g)的ΔH为()A.2ΔH1＋ΔH2B.2ΔH1－ΔH2C.ΔH1＋2ΔH2D.ΔH1＋ΔH28.下列有关热化学方程式的评价合理的是()选项实验热化学方程式评价A已知H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol-1，稀硫酸与稀氢氧化钡溶液混合H2SO4(aq)＋Ba(OH)2(aq)=BaSO4(s)＋2H2O(l)ΔH＝－114.6kJ·mol-1正确B已知H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol-1，将醋酸溶液与稀氢氧化钠溶液混合CH3COOH(aq)＋NaOH(aq)=CH3COONa(aq)＋H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol-1不正确；因为醋酸的状态应为“l”，而不是“aq”C160gSO3气体与适量水恰好完全反应生成H2SO4，放出热量260.6kJSO3(g)＋H2O(l)=H2SO4(aq)ΔH＝－130.3kJ·mol-1不正确；因为ΔH＝－260.6kJ·mol-1D已知25℃、101kPa下，120g石墨完全燃烧放出热量3935kJC(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－393.5kJ·mol-1正确9.利用太阳光在新型复合催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。则下列说法错误的是()A.过程Ⅱ应该是一个放热反应过程B.氢能资源丰富，属于可再生能源C.该变化过程总体的焓变值应小于0D.过程Ⅰ、Ⅱ的总反应为2H2Oeq\o(=,\s\up9(光照),\s\do9(催化剂))H2O2＋H2↑10.某化学小组用50mL0.50mol·L-1NaOH溶液和30mL0.50mol·L-1硫酸溶液进行中和热的测定实验(实验装置如图所示)。(1)实验中大约要使用250mLNaOH溶液，配制溶液时至少需要称量NaOH固体________g。(2)图中还缺少的一种仪器是__________。(3)实验时环形玻璃搅拌棒的运动方向是________(填字母)。a.上下运动b.左右运动c.顺时针运动d.逆时针运动(4)他们记录的实验数据如下表所示。①请填写表中的空白。实验次数反应物的温度T1/℃生成物的温度T2/℃温度差平均值(T2－T1)/℃H2SO4NaOH125.025.029.1ΔT＝________225.025.029.8325.025.028.9425.025.029.0②已知：溶液的比热容c为4.18J·g-1·℃-1，溶液的密度均为1g·cm-3。写出稀硫酸和氢氧化钠稀溶液反应表示中和热的热化学方程式：_____________________________________________________(用该实验的数据计算ΔH，取小数点后一位)。

【学习过程】活动一：1.mcΔTCΔT2.(3)ΔT＝T3－eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(T1＋T2,2)))(4)[(VHCl·ρHCl＋VNaOH·ρNaOH)×4.18](J·℃-1)ΔH＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－\f(C×ΔT×10-3,0.025)))(kJ·mol-1)(5)相同。参加反应的酸碱的物质的量相等，则放出的热量相等。3.减少热量散失。搅拌器可使容器中温度均匀。活动二：1.一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相等的。或者说一个化学反应的焓变仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关。2.在恒压条件下，化学反应的热效应与焓变相等，ΔH仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关，而与反应的途径无关。3.在众多的化学反应中，有些反应的反应速率很慢，有些伴有副反应发生，还有些不易直接进行，测定这些反应的热效应就很困难，运用盖斯定律则可以计算出它们的反应热。4.根据盖斯定律可以得到ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，则反应C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)的焓变ΔH3＝ΔH1－ΔH2。根据盖斯定律，直接将热化学方程式①②左右两边分别相减，也可以求得C(s)与O2(g)反应生成CO(g)的焓变。ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－393.5kJ·mol-1－(－283.0kJ·mol-1)＝－110.5kJ·mol-1答：反应C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)的焓变ΔH3＝－110.5kJ·mol-1。5.ΔH1＝ΔH2＋ΔH3或ΔH3＝ΔH1－ΔH2ΔH4＝ΔH5＋ΔH6或ΔH6＝ΔH4－ΔH5活动三：1.2N2H4(g)＋2NO2(g)=3N2(g)＋4H2O(l)ΔH＝－1136kJ·mol-12.①－②得：C(石墨，s)=C(金刚石，s)ΔH＝1.5kJ·mol-1石墨的能量略低于金刚石的能量；石墨较金刚石更稳定，它不会自发变成金刚石。3.ΔH＝2ΔH2＋2ΔH3－ΔH1＝－488.3kJ·mol-1活动四：1.燃料燃烧过程中释放的热能是人类生产和生活所需要能量的主要来源。2.标准燃烧热是101kPa时，1mol物质完全燃烧的反应热。1g物质完全燃烧的反应热叫作该物质的热值。完全燃烧指反应生成稳定的物质即氮元素转化为氮气，硫元素转化为SO2(g)，碳元素转化为CO2(g)，氢元素转化为H2O(l)。3.氢气4.C的燃烧热为393.5kJ·mol-1，H2的燃烧热为285.8kJ·mol-1。5.(1)C2H2(g)＋eq\f(5,2)O2(g)=2CO2(g)＋H2O(l)ΔH＝－1299.6kJ·mol-1C6H12O6(s)＋6O2(g)=6CO2(g)＋6H2O(l)ΔH＝－2803kJ·mol-1(2)氢气。活动五：1.新能源应具有资源丰富、可再生、无污染或少污染等特点，只有这样才能实现人类社会绿色、生态化、可持续的发展。2.太阳能、氢能、风能、地热能、潮汐能和生物质能等。【课堂反馈】1.D中和实验除了需要温度计、烧杯、量筒，还需要环形玻璃搅拌棒，A错误；温度计不能用于搅拌，B错误；中和热是生成1mol水时放出的热量，所以测得的中和热数值和原来相等，C错误；测量酸溶液的温度后，未冲洗温度计，直接放入碱溶液中，会中和放热所以测得的碱溶液初始温度偏高，温差Δt偏小，根据Q＝mcΔt，测得放出的热量偏小，则ΔH偏大，D正确。2.B1molH2SO4与1molBa(OH)2反应生成2molH2O，同时还有BaSO4沉淀生成，不符合中和热的定义，A错误；标准燃烧热与可燃物的物质的量无关，B正确；CO的燃烧属于放热反应，C错误；1mol碳燃烧不一定生成1molCO2，D错误。3.B用合适的量筒取所用药品，此为正确操作，对实验结果无影响，A错误；盐酸在倒入小烧杯时，有少量溅出，实验中生成水的量较少，放出的热量减小，测得中和反应的反应热数值不准，降低实验准确性，B正确；取用稍过量的NaOH溶液，使HCl能够完全反应，生成的水的量更加准确，对实验结果无影响，C错误；测量HCl溶液的温度计用水洗净后再用来测NaOH溶液的温度，此为正确操作，对实验结果无影响，D错误。4.D根据盖斯定律，将反应①－②－③×eq\f(1,2)＋④可得目标反应方程式：H2(l)＋eq\f(1,2)O2(l)=H2O(g)，其反应热ΔH＝ΔH1－ΔH