2024-2025学年高二化学选择性必修1（配苏教版）教学课件 专题1 第1单元 第2课时 反应热的测量与计算

专题1第一单元第2课时反应热的测量与计算基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

素养目标1.通过交流讨论理解盖斯定律的本质,能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算,形成运用盖斯定律进行相关判断或计算的思维模型,培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。2.通过实验了解定量测定中和反应反应热的基本原理和实验方法,能正确分析误差产生的原因并能采取适当措施减小误差,培养科学探究与创新意识的化学核心素养。基础落实·必备知识全过关一、中和反应反应热的测定强酸和强碱反应生成可溶性盐和水的离子方程式为H++OH-══H2O。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,

,测量出

,根据水的质量、比热等即可求出反应放出的热量。

放出的热传入水(稀溶液)中水(稀溶液)的温度变化1.实验装置

实验过程中,还需要的其他仪器有

。

温度计50mL量筒(2个)2.实验步骤(1)用量筒量取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)用另一量筒量取50mL0.50mol·L-1NaOH溶液,测量并记录NaOH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

轻轻搅拌,观察温度计的温度变化,准确读出反应体系的

温度(T3)并记录。

(4)假设溶液的比热与水的比热(c=4.18J·g-1·℃-1)相等,溶液的密度与水的密度相等,忽略量热计的比热,根据溶液温度升高的数值,计算该反应的反应热并写出热化学方程式。环形玻璃搅拌棒最高3.实验记录表

盐酸的温度(T1)/℃氢氧化钠溶液的温度(T2)/℃反应体系的最高温度(T3)/℃反应体系的温度变化(ΔT=T3-)/℃反应体系的热容[C=(ρHCl·VHCl+ρNaOH·VNaOH)×4.18]/(J·℃-1)生成1molH2O时的反应热教材阅读想一想阅读教材“反应热的测量与计算”中的“实验探究”思考:以稀盐酸与稀NaOH溶液反应为例,测定H+(aq)+OH-(aq)══H2O(l)的反应热,实验过程中,应该测量哪些数据?提示

测量反应前稀盐酸的温度(T1

℃)、稀NaOH溶液的温度(T2

℃);测量反应体系的最高温度(T3

℃);重复实验两次,记录测量数据。易错辨析判一判(1)稀NaOH溶液与浓硫酸反应生成1

mol水时释放的能量就是中和热。(

)(2)1

mol强酸跟强碱反应放出的热量一定是57.3

kJ。(

)(3)中和反应反应热与强酸、强碱的用量没有关系。(

)×提示

浓硫酸溶于水放热。

×提示

还要求生成1

mol水。

√二、盖斯定律1.盖斯定律(1)内容一个化学反应,不论是

完成,还是

完成,其总的热效应是完全相等的。盖斯定律表明,一个化学反应的焓变(ΔH)仅与反应的

和反应的

有关,而与反应的

无关。

一步分几步起始状态最终状态途径(2)盖斯定律的理解:始态→终态有途径Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,根据盖斯定律可知,各途径中反应热存在关系:ΔH=

=

。

ΔH1+ΔH2

ΔH3+ΔH4+ΔH52.盖斯定律的应用因为有些反应的反应速率

,有些反应伴有

发生,还有些反应在通常条件下

,这给测定反应热造成了困难。应用盖斯定律可以间接地把它们的反应热计算出来。已知:

C(s)+O2(g)══CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-1

①CO(g)+O2(g)══CO2(g)ΔH2=-283.0kJ·mol-1

②反应C(s)+O2(g)══CO(g)的焓变为ΔH3。很小副反应不易直接进行(1)根据盖斯定律可以得到

,则ΔH3=

=

。

(2)根据盖斯定律,直接将热化学方程式①、②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。则ΔH3=

=

。

ΔH1=ΔH2+ΔH3ΔH1-ΔH2

-110.5kJ·mol-1

ΔH1-ΔH2

-110.5kJ·mol-1教材阅读想一想阅读教材“反应热的测量与计算”中的“方法导引”思考:为什么化学反应的反应热与化学反应的途径无关?提示

化学反应遵循原子守恒和能量守恒。在指定的状态下各种物质的焓都是确定且唯一的,因此,不论反应是一步完成的还是分步完成的,最初的反应物和最终的生成物都是一样的,因此焓变与反应途径无关,即反应热与反应途径无关。易错辨析判一判(1)一个反应一步完成或分几步完成,两者相比,经过的步骤越多,放出或吸收的热量越多。(

)(2)化学反应的反应热与化学反应的始态有关,与终态无关。(

)(3)同一反应的反应热ΔH与化学计量数成正比。(

)(4)同温同压下,氢气和氯气分别在光照条件下和点燃的条件下发生反应时的ΔH不同。(

)×提示

相等。

×提示

与始态、终态有关。

√×提示

相同。

重难探究·能力素养全提升探究一中和反应反应热的测定情境探究如图为反应热测定的实验。

简易量热计示意图

(1)提高测定反应热准确度的措施有哪些?(2)若用等浓度的醋酸与NaOH溶液反应,对测得的中和反应反应热有什么影响?改用浓硫酸代替盐酸呢?提示

用保温效果较好的量热计;温度计使用后及时冲洗;用环形玻璃搅拌棒匀速搅拌;操作动作迅速;多次测量取平均值。提示

醋酸电离要吸收热量,测得的中和反应反应热偏大;浓硫酸溶于水放热,测得的中和反应反应热偏小。方法突破1.中和反应反应热测量实验中的“三关”(1)隔热关——装置保温、隔热效果好,减少热量的损失,使用简易量热计,其优点是保温效果好,也可在保温杯中进行。(2)测量关——温度在测量过程中是重要的参数,测量时要又快又准。①选择精密温度计,精确到0.1℃。②测量溶液温度时,将温度计插在液体中央,使水银球处于溶液中央位置,水银球不要碰到容器壁或在液面以上。③温度计不能当搅拌棒用,用环形玻璃搅拌棒搅拌,使溶液迅速、充分混合。④测量酸和碱溶液的温度时要稳定一会儿再读数,测量反应混合液的温度时要随时读取温度值,记录最高温度。(3)酸、碱关——注意酸碱的强弱和浓度。强酸、强碱浓溶液稀释过程中会放出热量,而弱酸、弱碱电离过程中需吸收热量。故通常中和反应反应热是指强酸、强碱在稀溶液中反应生成1mol水的反应热。2.中和热测定实验中产生误差的可能原因(1)量取溶液的体积有误差(测量结果是按50mL的酸、碱进行计算的,若实际量取时大于50mL或小于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)隔热操作不到位,致使实验过程中热量损失而导致误差。(6)测了酸后的温度计未用水清洗便立即去测碱的温度,会引起误差。3.实验数据处理方法(1)取三次测量所得数据的平均值作为计算依据。实验次数起始温度T1/℃终止温度T2/℃温度差(T2-T1)/℃盐酸NaOH溶液平均值1

2

3

(2)计算反应热。为了计算简便,我们近似地认为实验所用酸、碱溶液的密度和比热与水相同,并忽略实验装置的比热,则:50mL0.50mol·L-1盐酸的质量m1=50g,50mL0.50mol·L-1NaOH溶液的质量m2=50g。中和后生成的溶液的比热c=4.18J·g-1·℃-1,则50mL0.50mol·L-1盐酸与50mL0.50mol·L-1NaOH溶液发生中和反应时放出的热量为(m1+m2)·c·(T2-T1)=0.418(T2-T1)kJ。生成1molH2O时的反应热应用体验视角1中和反应热的测定原理1.在中和反应反应热的测定实验中,下列操作正确的是(

)A.量取0.50mol·L-1的醋酸、0.50mol·L-1的NaOH溶液各50mLB.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的量热计中C.环形玻璃搅拌棒上下移动,使酸碱溶液混合D.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定硫酸的温度C解析

弱酸电离过程中吸收热量,会使测得的结果产生误差,A项错误;尽量一次快速将NaOH溶液倒入盛有硫酸的量热计中,分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的量热计中,会导致热量散失较多,则测定的中和反应反应热的数值不准,B项错误;环形玻璃搅拌棒起搅拌作用,应该上下移动,使反应物混合均匀,加快反应速率,减小实验误差,C项正确;测定NaOH溶液起始温度后的温度计直接插入硫酸测温度,由于氢氧化钠与硫酸反应放热,硫酸的起始温度偏高且消耗H2SO4,会造成测得中和反应反应热的数值不准,D项错误。归纳总结

中和反应反应热测定实验中应注意的事项(1)用环形玻璃棒搅拌,而不能用金属棒(丝)搅拌;实验时动作要迅速。(2)可加过量碱液使酸完全反应,碱过量对测定中和反应反应热没有影响。(3)数据处理时,相差较大的数据可能是偶然误差引起的,应舍去。2.分别取50mL0.50mol·L-1盐酸与50mL0.55mol·L-1氢氧化钠溶液在下列装置中混合后进行中和热的测定,下列说法不正确的是(

)A.仪器A的名称是环形玻璃搅拌棒B.用稍过量的氢氧化钠溶液可确保盐酸完全反应C.为减少热量损失,酸碱混合时需将量筒中NaOH溶液快速倒入小烧杯中D.用稀硫酸和Ba(OH)2溶液代替盐酸和NaOH溶液进行反应,结果也正确D解析

根据装置图可知,仪器A的名称是环形玻璃搅拌棒,A正确;HCl与NaOH发生中和反应,为保证盐酸完全反应,加入的NaOH溶液应稍微过量,B正确;为减少酸碱中和反应过程的热量损失,酸碱混合时需将量筒中NaOH溶液一次性快速倒入小烧杯中,C正确;若用稀硫酸和Ba(OH)2溶液代替盐酸和NaOH溶液进行反应,由于此时除了H+与OH-反应产生H2O放出热量外,还有Ba2+与

结合形成BaSO4沉淀也有一定的热效应,因此会导致实验结果不准确,D错误。视角2中和反应热测定的分析3.测定中和反应的反应热的简易装置如图所示,下列有关该实验的说法不正确的是(

)A.测定中和反应的反应热时,不能选用NaOH溶液和浓硫酸B.相同条件下,NaOH溶液与盐酸、硝酸反应的反应热不相同C.实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度D.玻璃搅拌器上下搅拌有助于反应充分,隔热层起保温作用B解析

浓硫酸被稀释时会放出大量的热,选用NaOH溶液和浓硫酸进行实验,反应放出的热量偏多,会造成误差偏大,A正确;盐酸、硝酸都是强酸,与NaOH溶液反应的实质都是OH-+H+══H2O,故反应热相同,B错误;根据测定原理可知,实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度,C正确;用玻璃搅拌器上下搅拌,使溶液充分混合,有助于反应充分,隔热层起保温作用,防止热量散失,D正确。探究二盖斯定律情境探究多角度理解盖斯定律①从反应途径角度②从能量守恒角度

对于如图所示的过程:从反应途径角度:A→D

ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=-(ΔH4+ΔH5+ΔH6);从能量守恒角度:ΔH1+ΔH2+ΔH3+ΔH4+ΔH5+ΔH6=0。(1)山的高度与从不同的途径登山有没有关系?提示

山的高度与登山的途径无关,只与起点和终点的相对高度有关。

(2)根据以下两个反应:C(s)+O2(g)══CO2(g)ΔH1=-393.5kJ·mol-1CO(g)+O2(g)══CO2(g)ΔH2=-283.0kJ·mol-1根据盖斯定律,设计合理的途径,计算出C(s)+O2(g)══CO(g)的反应热ΔH。提示

根据所给的两个热化学方程式,反应C(s)+O2(g)══CO2(g)可设计为如下途径:ΔH1=ΔH+ΔH2ΔH=ΔH1-ΔH2=-393.5

kJ·mol-1-(-283.0

kJ·mol-1)=-110.5

kJ·mol-1。(3)盖斯定律的应用除了“虚拟路径”法外,还有热化学方程式“加和”法,该方法简单易行,便于掌握。试根据上题中的两个热化学方程式,利用“加和”法求C(s)+O2(g)══CO(g)的ΔH。提示

C(s)+O2(g)══CO2(g)

ΔH1=-393.5

kJ·mol-1CO2(g)══CO(g)+O2(g)

ΔH2'=283.0

kJ·mol-1上述两式相加得:C(s)+O2(g)══CO(g)

ΔH=-110.5

kJ·mol-1。方法突破盖斯定律的应用方法(1)加和法。(2)虚拟路径法。①方法。先根据题意虚拟转化路径,然后根据盖斯定律列式求解,即可求得待求的反应热。②举例。若反应物A变为生成物D,可以有两个途径:a.由A直接变成D,反应热为ΔH。b.由A经过B变成C,再由C变成D,每步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。如图所示:则有:ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。应用体验视角1盖斯定律的理解1.下列关于盖斯定律描述不正确的是(

)A.化学反应的反应热不仅与反应体系的始态和终态有关,也与反应的途径有关B.盖斯定律遵守能量守恒定律C.利用盖斯定律可间接计算通过实验难测定的反应的反应热D.利用盖斯定律可以计算有副反应发生的反应的反应热A解析

化学反应的反应热与反应体系的始态和终态有关,与反应途径无关。

2.依据如图所示关系,下列说法不正确的是(

)A.ΔH1+ΔH4=ΔH2+ΔH3B.若ΔH3>0,则石墨更稳定C.一个化学反应的焓变,只与反应的始态和终态有关,与反应的途径无关D.若C(s,石墨)+O2(g)══CO2(g)

ΔH=akJ·mol-1,C(s,石墨)+O2(g)══CO(g)

ΔH=bkJ·mol-1,则a>bD解析

由图可知,C(s,石墨)→CO2(g)的转化有两条路径:C(s,石墨)→CO(g)→CO2(g);C(s,石墨)→C(s,金刚石)→CO2(g)。根据盖斯定律可得:ΔH1+ΔH4=ΔH2+ΔH3,A正确;若ΔH3>0,则石墨转化成金刚石是吸热反应,等质量时金刚石的能量比石墨高,而物质具有的能量越低,其稳定性越强,故石墨更稳定,B正确;根据盖斯定律可知,C正确;两个反应都是放热反应,前者放出热量更多,则有a<b,D错误。3.已知反应:①2H2(g)+O2(g)

══

2H2O(g)

ΔH1②N2(g)+2O2(g)══2NO2(g)

ΔH2③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH3,则反应4NH3(g)+7O2(g)══

4NO2(g)+6H2O(g)的ΔH为(

)A.2ΔH1+2ΔH2-2ΔH3B.ΔH1+ΔH2-ΔH3C.3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3D.3ΔH1+2ΔH2+2ΔH3C解析

已知反应:①2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)

ΔH1,②N2(g)+2O2(g)══2NO2(g)

ΔH2,③N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH3,根据盖斯定律,将①×3+②×2-③×2,整理可得4NH3(g)+7O2(g)══4NO2(g)+6H2O(g)

ΔH=3ΔH1+2ΔH2-2ΔH3,故正确选项是C。归纳总结

盖斯定律解题模型

视角2反应热的计算4.已知:25℃,101kPa时,反应①Mn(s)+O2(g)══MnO2(s)

ΔH1=-520kJ·mol-1;反应②Mn(s)+SO2(g)+O2(g)══MnSO4(s)

ΔH2=-768kJ·mol-1,则反应MnO2(s)+SO2(g)══MnSO4(s)的ΔH为(

)A.-248kJ·mol-1 B.248kJ·mol-1C.-1288kJ·mol-1 D.1288kJ·mol-1A解析

根据盖斯定律,由反应②-①可得目标反应MnO2(s)+SO2(g)══MnSO4(s)

ΔH,则ΔH=ΔH2-ΔH1=(-768

kJ·mol-1)-(-520

kJ·mol-1)=-248

kJ·mol-1。5.已知:(1)CH3COOH(l)+2O2(g)══2CO2(g)+2H2O(l)

ΔH1(2)C(s)+O2(g)══CO2(g)

ΔH2(3)2H2(g)+O2(g)══2H2O(l)

ΔH3(4)2CO2(g)+4H2(g)══CH3COOH(l)+2H2O(l)

ΔH4(5)2C(s)+2H2(g)+O2(g)══CH3COOH(l)ΔH5下列关于上述反应的焓变的判断正确的是(

)A.ΔH1>0,ΔH2<0B.ΔH5=2ΔH2+ΔH3-ΔH1C.ΔH3>0,ΔH5<0D.ΔH4=ΔH1-2ΔH3B解析

物质的燃烧反应是放热的,焓变小于零,ΔH1<0,ΔH2<0,A项错误;利用盖斯定律计算,将(2)×2+(3)-(1),可得2C(s)+2H2(g)+O2(g)══CH3COOH(l),反应热随之相加减,可求得反应热,即ΔH5=2ΔH2+ΔH3-ΔH1,B项正确;物质的燃烧反应是放热的,焓变小于零,所以ΔH3<0,C项错误;根据盖斯定律,可得ΔH4=2ΔH3-ΔH1,故D项错误。6.根据图中各物质间的能量变化图,下列说法错误的是(

)A.ΔH1=ΔH2+ΔH3+ΔH5+ΔH6+ΔH7+ΔH8B.ΔH3>0,ΔH7<0,ΔH8<0C.ΔH2+ΔH3>ΔH4+ΔH8D.将图中的“Cl”改为“Br”,则溴的ΔH3大于氯的ΔH3D解析