化学反应原理专题1第一单元反应热的测量与计算.ppt

专题1 化学反应与能量变化 第一单元 化学反应中的热效应 反应热的测量与计算 思考与讨论 在热化学方程式中所提供的数据是通过什么途径获得的 答 通过实验精确测定 思考 我们取一定量的盐酸和氢氧化钠溶液发生中和反应 哪些数据可以帮助我们测出它们的反应热呢 HCl aq NaOH aq NaCl aq H2O l H kJ moL 大烧杯 500mL 小烧杯 100mL 温度计 泡沫塑料或纸条 泡沫塑料板或硬纸板 中心有两个小孔 环形玻璃搅拌棒 观察简易量热计的构造 思考 1 量热计直接测得的数据是什么 是焓变的数值吗 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 可以求得反应吸收或放出的热量 Q mc t Q mc tQ 反应放出的热量 m 反应混合液的质量 c 反应混合液的比热容 t 反应前后溶液温度的差值 通常情况下 一定量的物质温度升高1 所需吸收发热量称为热容 测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热 1 用量筒量取50mL0 50mol L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 用环形玻璃搅拌棒不断搅拌 观察温度计的温度变化 准确读出并记录反应体系的最高温度 t3 4 假设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 根据溶液温度升高的数值 计算中和反应的反应热 5 重复实验3次 取平均值并写出该反应的热化学方程式 活动与探究 所需仪器与试剂 大烧杯 500mL 小烧杯 100mL 温度计 泡沫塑料或纸条 泡沫塑料板或硬纸板 中心有两个小孔 环形玻璃搅拌棒 量筒 50mL 两个 0 50mol L盐酸 0 50mol LNaOH溶液 Q mc t Q 中和反应放出的热量 m 反应混合液的质量 c 反应混合液的比热容 t 反应前后溶液温度的差值 问 酸 碱反应时 我们用的是它的稀溶液 它们的质量应怎样得到 m V酸 酸 V碱 碱 问 反应前酸碱的温度有可能不同 如何求得反应前后的温度差 本实验中 我们所用一元酸 一元碱的体积均为50mL 它们的浓度均为0 50mol L 由于是稀溶液 且为了计算简便 我们近似地认为 所用酸 碱溶液的密度均为1g cm3 且中和后所得溶液的比热容为4 18J g 已知V酸 V碱 50mL c酸 c碱 0 50mol L 酸 碱 1g cm3c 4 18J g 请把以上数据代入式 得出Q的表示式 其中热量的单位用kJ 得出结果 思考 式表示的是不是该反应的反应热 为什么 式不是该反应的反应热 因为反应热是有正负的 中和反应放热 故其 H为 另外本实验中得出的数值也不是生成1molH2O时的热量 重复实验3次 取测量所得数据的平均值作为计算依据 次数 1 2 3 起始温度t c 终止温度 温度差 t c t c 盐酸 氢氧化钠 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 1 酸 碱混合时 为何要把量筒中的NaOH溶液一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 若动作迟缓 将会使热量损失而使误差增大 2 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 因为酸 碱混合反应的实质是酸电离出来的氢离子与碱电离出来的氢氧根离子反应生成水 因此测得的数据基本相同 强酸 强碱反应 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ moL 议一议 为何所测得的数据不是57 3kJ mol 分析产生误差的原因 思考与讨论 可能的原因有 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 若实际量取时 多于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而便立即去测碱的温度 致使热量损失而引起误差 误差分析 讨论 已知 C s 1 2O2 g CO g H H1 CO g 1 2O2 g CO2 g H H2 C s O2 g CO2 g H H3有相同质量的碳分别燃烧 第一种情况先产生CO CO再完全燃烧生成CO2 第二种情况直接燃烧生成CO2 则两种情况所产生的反应热是否相等 H1 H2 H3三者有什么样的关系 答 两者相等 H3 H1 H2 盖斯定律 不管化学反应是一步完成或分几步完成 其反应热是相同的 化学反应的焓变 H 只与反应体系的始态和终态有关 而与反应的途径无关 如何理解盖斯定律 H H1 H2之间有何关系 H H1 H2 B H 已知在298K时 C 石墨 CO g 燃烧的热化学方程式如下 C s O2 g CO2 g H1 393 5kJ mol CO g 1 2O2 g CO2 g H2 283 0kJ mol C s 1 2O2 g CO g H3 则 H1 H2 H3 H3 H1 H2 393 5kJ mol 283 0kJ mol 110 5kJ mol 阅读课本P8 总结用盖斯定律进行计算的过程 并仿照课本的计算过程做以下练习 已知 H2O g H2O l H1 44kJ molH2 g 1 2O2 g H2O g H2 241 8kJ mol那么 H2的燃烧热 H是多少 H2 g 1 2O2 g H2O l H kJ mol 盖斯定律的应用 H H1 H2 285 8kJ mol 根据下列反应的焓变 计算C 石墨 与H2 g 反应生成1molC2H2 g 的焓变 C 石墨 O2 g CO2 g H 393 5KJ mol2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6KJ mol2C2H2 g 5O2 g 4CO2 g 2H2O l H 2599 2KJ mol 问题解决 根据下列反应的焓变 计算C 石墨 与H2 g 反应生成1molC2H2 g 的焓变 C 石墨 O2 g CO2 g H1 393 5KJ mol 2H2 g O2 g 2H2O l H2 571 6KJ mol 2C2H2 g 5O2 g 4CO2 g 2H2O l H3 2599 2KJ mol 2C 石墨 H2 g C2H2 g H4 2 2 2 H4 H1 2 H2 2 H3 22C 石墨 H2 g C2H2 g H4 226 8KJ mol 4 在同温同压下 下列各组热化学方程式中Q2 Q1 Q1Q2均大于零 的是 A H2 g Cl2 g 2HCl g H Q11 2H2 g 1 2Cl2 g HCl g H Q2B C s 1 2O2 g CO g H Q1C s O2 g CO2 g H Q2C 2H2 g O2 g 2H2O l H Q12H2 g O2 g 2H2O g H Q2D S g O2 g SO2 g H Q1S s O2 g SO2 g H Q2 B 6 已知 1 H2 g 1 2O2 g H2O g H1 akJ mol 2 2H2 g O2 g 2H2O g H2 bkJ mol 3 H2 g 1 2O2 g H2O l H3 ckJ mol 4 2H2 g O2 g 2H2O l H4 dkJ mol则a b c d的关系正确的是 A ad 0C 2a b0 C 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 有副反应发生 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计算出来 盖斯定律用途 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 H1 67 2kJ molN2H4 g O2 g N2 g 2H2O l H2 534kJ mol假如都在相同状态下 请写出发射火箭反应的热化学方程式 2N2H4 g 2NO2 g 3N2 g 4H2O l H 1135 2kJ mol 若多步化学反应相加可得到新的化学反应 则新反应的反应热即为上述多步反应的反应热之和 总结规律 注意 1 计量数的变化与反应热数值的变化要对应2 反应方向发生改变反应热的符号也要改变 总结思考 在用方程式叠加计算反应热时要注意哪些问题 0 3mol的气态高能燃料乙硼烷 B2H6 在氧气中完全燃烧 生成固态三氧化二硼和液态水 放出649 5kJ热量 其热化学方程式为 1016 5 课堂练习 同素异形体相互转化但反应热相当小而且转化速率慢 有时还很不完全 测定反应热很困难 现在可根据盖斯提出的观点 不管化学反应是一步完成或分几步完成 这个总过程的热效应是相同的 已知 P4 s 白磷 5O2 g P4O10 s 2983 2kJ mol P s 红磷 5 4O2 g 1 4P4O10 s 738 5kJ mol 试写出白磷转化为红磷的热化学方程式 课堂练习 在一定条件下 氢气和丙烷燃烧的化学方程式为 2H2 g O2 g 2H2O l H 571 6kJ molC3H8 g 5O2 g 3CO2 g 4H2O l H 2220kJ mol5mol氢气和丙烷的混合气完全燃烧时放热3847kJ则氢气和甲烷的体积比为 A 1 3 B 3 1 C 1 4 D 1 1 B 课堂练习 解1 设H2 C3H8的物质的量分别为x y x y 5 571 6 2 x 2220y 3847 V H2 V C3H8 n H2 n C3H8 3 75 1 25 3 1 x 3 75mol y 1 25mol 解2 1molH2燃烧放热285 8kJ 1mol混合气燃烧放热3847kJ 5 769 4kJ H2285 8 C3H42220 769 4 1450 6 483 6 3 1 解3 巧解 5mol混合气中 C3H8物质的量必小于2mol H2的物质的量必大于3mol 2molC3H8燃烧放热4440kJ 超过总放热量3847kJ n H2 n C3H8 必大于3 2 选B 有关热化学方程式的计算 在一定条件下 CO和CH4燃烧的热化学方程式分别为 2CO g O2 g 2CO2 g H 566KJ molCH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890KJ mol由1摩尔CO和3摩尔CH4组成的混和气在上述条件下完全燃烧时 释放的热量为 A 2912KJB 2953KJC 3236KJD 3867KJ B 0 5 566 3 890 2953 为什么要讨论反应热的计算 1 有些反应热无法或很难精确测量2 工业生产的需要 1 燃料的燃烧 2 反应条件的控制 3 废热 的利用 如何计算C燃烧生成CO的燃烧热 反应热计算的常见题型 1 化学反应中物质的量的变化与反应能量变化的定量计算 2 理论推算反应热 依据 物质变化决定能量变化 1 盖斯定律 2 通过已知热化学方程式的相加 得出新的热化学方程式 设计合理路径路径1总能量变化等于路径2总能量变化 物质的叠加 反应热的叠加 二 若某一化学反应可分为多步进行 则其总反应热为各步反应的反应热之和 即 H H1 H2 H3 一 若某化学反应从始态 S 到终态 L 其反应热为 H 而从终态 L 到始态 S 的反应热为 H 这两者和为 即 H H 三 若多步化学反应相加可得到新的化学反应 则新反应的反应热即为上述多步反应的反应热之和 小结