2014年高中化学选修四教学案1-1-2 热化学方程式、中和热的实验测定

第2课时热化学方程式中和热的实验测定 课标要求1正确书写热化学方程式。2了解中和反应热的测定。课标解读1.认识热化学方程式的含义。能正确书写热化学方程式，并利用热化学方程式进行有关反应热的简单计算。2初步学习测定化学反应热的实验方法，并会误差分析。教学地位热化学方程式是学习热化学的重要工具，教材从化学方程式只能表明反应物分子转化为生成物分子时原子重新组合的情况，而不能表明化学反应中的能量变化这个局限入手，说明介绍热化学方程式的必要性及热化学方程式的定义，重点介绍了书写热化学方程式的注意事项。化学方程式与放热反应、吸热反应、化学键知识联系紧密，通过学习，要培养学生的分析推理能力，掌握热化学方程式的书写技能。这是本章的重点考查内容之一。新课导入建议阿基米德曾说过，给我一个足够长的杠杆，我可以撬动地球，而化学能量就是推动人类进步的“杠杆”！能量使人类脱离了“茹毛饮血”的野蛮，进入繁华多姿的文明。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一。那么如何表示反应所放出或吸收的热量呢？【提示】通常用热化学方程式来表示反应所放出或吸收的热量。教学流程设计课前预习安排：(1)看教材P34填写【课前自主导学】中的“知识1，热化学方程式”，并完成【思考交流1】。(2)看教材P46填写【课前自主导学】中的“知识2，中和热的测定”，并完成【思考交流2】。步骤1：导入新课、本课时教材地位分析。步骤2：建议对【思考交流】1、2多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。步骤6：师生互动完成【探究2】，可用【问题导思】中的问题由浅入深地进行，建议教师使用【教师备课资源】中的例题，拓展学生的思路。步骤5：在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中1、4两题，验证学生对探究点的理解掌握情况。步骤4：教师通过【例1】和教材P34页讲解研析，对【探究1】中热化学方程式的书写注意事项进行总结。步骤3：师生互动完成【探究1】可用【问题导思】中的问题由浅入深地进行。步骤7：教师通过【例2】和教材P46页讲解研析，对“探究2，中和热测定实验”的原理、步骤、误差分析等内容进行总结。步骤8：在老师指导下由学生自主完成【课堂达标】中的2、3两题，验证学生对探究点的理解掌握情况。步骤9：先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】明确已学的内容、安排学生课下完成【课后知能检测】。课标解读重点难点1.了解热化学方程式的含义并能正确书写热化学方程式。2.通过中和反应反应热的测定，初步学习测定化学反应反应热的实验方法。1.热化学方程式的书写及正误判断。(重难点)2.能正确分析测定中和热时误差产生的原因，并能采取适当的措施减小误差。(重点)热化学方程式1.概念：能表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。2意义热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。如：H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJ/mol，表示在25 ，101 kPa,1 mol H2与mol O2完全反应生成液态水时放出的热量是285.8 kJ。3书写氢气与碘蒸气化合反应的能量(或热量)变化，可用下式表示：H2(g)I2(g)2HI(g)H14.9 kJ/mol，它与化学方程式H2I2,2HI相比较而言，其特点为(1)指明了反应的温度和压强，若在25 、101kPa时进行的反应，可不注明。(2)注明了各物质的状态：s(固体)、l(液体)或g(气体)。(3)在方程式的右边注明了H的“”或“”及数值。1(1)上述反应中若将化学计量数扩大一倍，其反应热如何变？(2)若将该反应表示成2HI(g)H2(g)I2(g)，其反应热又如何？【提示】(1)反应热数值也扩大一倍；(2)H14.9 kJ/mol。中和热的测定1.中和热(1)定义：酸 碱 1 mol 放出(2)表示方法：对于强酸和强碱的稀溶液反应，中和热基本上是相等的，表示为：H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJ/mol。2中和热的测定(1)实验目的：测定强酸与强碱反应的反应热，体验化学反应的热效应。(2)实验装置：(3)实验测量数据初始温度(t1)测量方法是用一量筒量取50 mL 0.50 molL1盐酸，倒入小烧杯中并测量其温度；用另一量筒量取50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液并测量其温度，取两温度平均值为t1。终止温度(t2)测量方法是把套有盖板的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NaOH溶液一次倒入小烧杯中。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记录终止温度为t2。重复实验操作，记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据。实验数据处理盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1 gcm3，反应后溶液的比热容c4.18 J/(g)。该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是0.418(t2t1)kJ，中和热为0.418(t2t1)/0.025 kJ/mol。2若用浓H2SO4与稀NaOH溶液反应，测得中和热的数值变吗？用醋酸溶液呢？【提示】因为浓H2SO4稀释过程中会放出热量，故测得中和热数值会偏大；而醋酸是弱电解质，电离需吸收热量，故测得数值会偏小。书写热化学方程式“五注意”【问题导思】热化学方程式中H的正、负号如何确定？【提示】放热反应H0。同一物质的不同状态在写热化学方程式时的H相同吗？【提示】不相同。同一反应用不同的计量数来表示，热化学方程式中的H相同吗？【提示】不相同。1注意H的符号H只能写在热化学方程式的右边，且中间留空格。若为放热反应，H为“”；若为吸热反应，H为“”。H的单位一般为kJ/mol或kJmol1。2注意测定条件反应热H与测定条件(温度、压强等)有关，因此书写热化学方程式时应注意H的测定条件。绝大多数H是在25 、101 kPa 下测定的，可不注明温度和压强。3注意物质的聚集状态反应物和产物的聚集状态不同，反应热H也不同。因此，书写热化学方程式必须注明物质的聚集状态。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用标“”和“”。4注意化学计量数由于H与反应完成的物质的量有关，所以化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与H相对应，如果化学计量数加倍，则H也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。例如，已知：H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJ/mol则：H2O(l)=H2(g)O2(g)H285.8 kJ/mol。2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ/mol。5注意H的单位关于H的单位“kJ/mol”并不是指每摩尔具体物质反应时伴随的能量变化是多少千焦，而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化。1同一物质三态变化时的能量关系为：2热化学方程式是表示反应已完成的量，而不管反应是否真正完成，例如，300 时，氢气和碘蒸气反应的热化学方程式为H2(g)I2(g)2HI(g)H12.84 kJ/mol，上式并不代表在300 时，将1 mol氢气和1 mol碘蒸气放在一起，就有12.84 kJ热量放出，而是代表有2 mol HI(g)生成时，才有12.84 kJ热量放出。(2012青岛十九中高二月考)N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5 kJ热量。则下列热化学方程式中正确的是()A.N2H4(g)O2(g)= =N2(g)H2O(g)；H267 kJmol1BN2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)；H534 kJmol1CN2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)；H534 kJmol1DN2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(l)H133.5 kJmol1【解析】该反应为放热反应，H0，A、C错；0.25 mol N2H4完全燃烧放出133.5 kJ的热量，则1 mol N2H4完全燃烧放出热量为534 kJ，B正确；D中H2O为液态，H的值也不对。【答案】B “四看法”快速判断热化学方程式的正误：(1)看各物质聚集状态是否正确；(2)看H的“”“”标注是否正确；(3)看H的单位是否为kJ/mol；(4)看反应热数值与化学计量数是否对应。1已知在25 ，101 kPa 下，1 g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出 48.4 kJ 能量。表示上述反应的热化学方程式正确的是()AC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(g)H48.4 kJ/molBC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5 517.6 kJ/molCC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5 517.6 kJ/molDC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H48.4 kJ/mol【解析】辛烷燃烧是一个放热反应，H0，故C项错误；在25 ，101 kPa 下，1 mol C8H18燃烧生成CO2和液态水时放出热量为：114 g5 517.6 kJ，故B项正确；A项中水的状态标错，且H数值错误；D项中H数值错误。【答案】B中和热测定实验【问题导思】含1 mol H2SO4的稀溶液与足量NaOH反应放出的热量与中和热的数值相等？【提示】不相同，是中和热数值的2倍。实验中为什么要碱稍过量？【提示】保证酸完全反应。按实验中的用量，完全中和后放出的热量是中和热的数值吗？【提示】不是，因为只生成0.025 mol H2O。【实验目的】测定在稀溶液中，强酸跟强碱反应生成1 mol水的反应热，即中和热，加深理解中和反应是放热反应。【实验用品】大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)、量筒(50 mL)两个、温度计、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个孔)、环形玻璃搅拌棒、0.50 mol/L盐酸、0.55 mol/L NaOH溶液、0.50 mol/L硝酸、0.55 mol/L KOH溶液。【实验步骤】以盐酸和NaOH溶液的反应为例。组装绝热装置，在大烧杯底部垫上泡沫塑料(或纸条)，使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平；然后在大、小烧杯之间填满泡沫塑料(或纸条)；再在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璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，如下图所示。向小烧杯中加入0.50 mol/L的盐酸50 mL，并用温度计测量盐酸的温度，然后把温度计上的酸用水冲洗干净。用干净量筒量取50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，计算盐酸和NaOH溶液的平均温度并记为t1。把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入盛有盐酸的小烧杯中，并把NaOH溶液一次倒入盛有盐酸的小烧杯中，盖好盖板，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为t2(为保证上述反应能充分进行，实验时可以使酸或碱略过量)。重复：重复实验两次(取测量所得数据的平均值作为计算依据)。根据数据计算中和热。可用同样的方法分别测定同体积的KOH溶液与盐酸反应，NaOH溶液与硝酸反应的中和热。【实验现象】碱倒入酸中温度计温度会迅速升高(读取最高温度)。【实验结论】酸碱中和反应是放热反应。利用Qcm t求出反应放出的能量，进而求出生成1 mol水时的焓变。HkJ/mol。【注意事项】作为量热的仪器装置，要尽量减少热量散失。a.其保温隔热的效果一定要好，在两烧杯缝隙中一定要塞满泡沫塑料(或纸条)；b.小烧杯杯口与大烧杯杯口相平；c.泡沫塑料板上的两个小孔要恰好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过；d.可改用保温杯来做，也可用块状聚苯乙烯泡沫塑料制成与小烧杯外径相近的绝缘外套来做。盐酸和NaOH溶液的浓度必须准确，本实验中NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度，两者的浓度均宜小不宜大，若浓度偏大，则测定结果误差较大。盐酸和NaOH溶液的体积必须准确。温度计的读数要准确。a.水银球部分要完全浸没在溶液中，且要稳定一段时间后再读数；b.读数时应谨慎细心，把握并读准温度且由同一个人来读；c.测量盐酸的温度后，要将温度计上的酸冲洗干净后再测量NaOH溶液的温度。实验操作要快。1不同的强酸与强碱反应的中和热相同，若生成易溶性的盐，其热化学方程式都可表示为H(aq)OH(aq)=H2O(l)H57.3 kJ/mol。2弱酸弱碱参加的中和反应，因为它们的电离要吸收热量，故测得的中和热小于57.3 kJ/mol。50 mL 0.50 molL1盐酸与50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液在如图所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。回答下列问题：(1)烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是_。(2)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值_(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。(3)实验中改用60 mL 0.50 molL1盐酸与50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量_(填“相等”或“不相等”)，所求中和热_(填“相等”或“不相等”)，简述理由：_。(4)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。【解析】(1)碎泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失。(2)不盖硬纸板会损失部分热量，故所测结果偏小。(3)由中和热概念可知，中和热是以生成1 mol水为标准的，而与过量部分的酸碱无关。(4)由于弱酸弱碱的中和反应放出热量的同时，还有弱酸弱碱的电离吸热，所以用氨水代替NaOH溶液反应测得的中和热数值偏小。【答案】(1)减少实验过程中的热量损失(2)偏小(3)不相等相等因为中和热是指在稀溶液中酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O所放出的能量，与酸和碱的用量无关 (4)偏小 (3)中所求中和热易错填不相等。中和热与酸、碱的用量无关，不管酸、碱的量是多少，中和热要求是生成1 mol H2O放出的热量。2实验室进行中和热测定的实验时除需要大烧杯(500 mL)、小烧杯 (100 mL)外，其他所用的仪器和试剂均正确的一组是()A0.50 molL1盐酸，0.50 molL1 NaOH溶液，100 mL量筒1个B0.50 molL1盐酸，0.55 molL1 NaOH溶液，100 mL量筒2个C0.50 molL1盐酸，0.55 molL1 NaOH溶液，50 mL量筒1个D0.50 molL1盐酸，0.55 molL1 NaOH溶液，50 mL量筒2个【解析】本实验中为了保证0.50 molL1的盐酸完全被中和，采用0.55 molL1NaOH溶液，使碱稍过量，故A项不符合。所需酸、碱量均为50 mL，故B项不符合。酸、碱分别用不同的量筒量取，故C项不符合。【答案】D【教师备课资源】50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如图所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。回答下列问题：(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃仪器是_。(2)理论上稀的强酸溶液与强碱溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量，写出表示稀硫酸和稀氢氧化钠溶液反应的中和热的热化学方程式：_。(3)大烧杯上有硬纸板，上面有两个小孔，两个小孔不能开得过大，其原因是_。反应需要测量温度，每次测量温度后都必须采取的操作是：_。【解析】(1)环形玻璃搅拌棒用来搅拌，便于热量迅速散开。(3)实验中要注意尽可能减少热量的损失。【答案】(1)环形玻璃搅拌棒(2)NaOH(aq)H2SO4(aq)=Na2SO4(aq)H2O(l)H57.3 kJ/mol(3)减少热量损失用水将温度计冲洗干净并用滤纸擦干1热化学方程式定义表示意义书写及正误判断2.1下列说法不正确的是()A物质发生化学反应的反应热仅指反应放出的热量B热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的量，不表示分子的个数C所有的燃烧反应都是放热的D热化学方程式中，化学式前面的化学计量数可以是分数【解析】化学反应的反应热是指反应吸收或放出的热量，故A错；热化学方程式中各物质的化学计量数仅表示物质的量，可以是整数，也可以是分数。【答案】A2在进行中和热的测定中，下列操作错误的是()A反应前酸、碱溶液的温度要相同B测量溶液的温度计要一直插在溶液中C为了使反应均匀进行，可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)D为了使反应更完全，可以使酸或碱适当过量【解析】为减少实验过程中的热量散失，应把酸(或碱)一次倒入。【答案】C32C(s)O2(g)=2CO(g)H221.0 kJ/mol，这个热化学方程式表示()A2 g碳燃烧生成一氧化碳时放出221.0 kJ的热量B2 mol碳燃烧生成一氧化碳时吸收221.0 kJ的热量C2 mol固体碳在氧气中燃烧生成2 mol一氧化碳气体时放出221.0 kJ的热量D12 g碳和氧气反应生成一氧化碳时放出221.0 kJ的热量【解析】该热化学方程式表示在通常状况下，2 mol 固体碳在氧气中燃烧生成2 mol一氧化碳气体时放出221.0 kJ的热量。【答案】C4依据事实，写出下列反应的热化学方程式。(1)16 g CH4(g)与适量O2(g)发生反应，生成CO2(g)和H2O(l)，放出890.3 kJ热量。(2)1 L 1 molL1 KOH溶液中和1 L 1 molL1 HNO3溶液，放出57.3 kJ热量。(3)12 g C(s)与适量O2(g)发生反应生成CO2(g)，放出283.0 kJ热量。(4)1 mol葡萄糖C6H12O6(s)在人体中完全氧化，生成CO2(g)和H2O(l)产生2 800 kJ热量。【解析】书写热化学方程式时，要注意以下几点：反应物和生成物的状态；H与方程式中化学计量数之间的比例关系；H的正负号。【答案】(1)CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJ/mol(2)KOH(aq)HNO3(aq)=KNO3(aq)H2O(l)H57.3 kJ/mol(3)C(s)O2(g)=CO2(g)H283.0 kJ/mol(4)C6H12O6(s)6O2(g)=6CO2(g)6H2O(l)H2 800 kJ/mol13