1.1.1反應熱焓變（導學案）

第1講反應熱焓變【學習目標】1、理解反應熱的概念2、能以中和熱的測定為例掌握反應熱的測定方法；3、能從宏觀和微觀兩個角度解釋反應熱產(chǎn)生的原因及掌握反應熱的計算方法。【學習重難點】重點：反應熱、焓變的含義；中和熱的測定難點：焓變、ΔH的“＋”與“－”的理解與應用、中和熱的測定【自主預習】1．體系與環(huán)境被研究的物質(zhì)系統(tǒng)稱為體系，與體系相互影響的其他部分稱為環(huán)境。熱量是指因溫度不同而在體系與環(huán)境之間交換或傳遞的能量。【舉例】將試管中的鹽酸、NaOH溶液及發(fā)生的反應等看作一個反應體系；盛溶液的試管和溶液之外的空氣等看作環(huán)境。2．反應熱在等溫條件下，化學反應體系向環(huán)境釋放或從環(huán)境吸收的熱量，稱為化學反應的熱效應，簡稱反應熱?！竞献魈骄俊恳唬畬嶒炋骄浚褐泻头磻磻獰岬臏y定（1）測定原理：環(huán)境溫度不變時，根據(jù)測得的體系的溫度變化和有關物質(zhì)的比熱容等來計算反應熱。即利用公式進行計算。（2）實驗裝置①如圖：②各部分儀器的作用a．玻璃攪拌器的作用是使反應物混合均勻充分接觸。b．隔熱層的作用是減少熱量的散失。c．溫度計的作用是測定反應前后反應體系的溫度。【思考討論1】①測量哪些數(shù)據(jù)？鹽酸和NaOH的溫度反應后體系的溫度（最高溫度）②如何利用數(shù)據(jù)計算反應熱？Q=(m1+m2)×c×（t2t1）?H=Q/n（H2O）③如何提高實驗的準確度？操作時動作要快，盡量減少熱量的散失。隔熱層的作用是保溫隔熱，減少熱量損失（3）實驗步驟①反應物溫度測量(t1)：測量混合前50mL0.50mol·L－1鹽酸、50mL0.55mol·L－1氫氧化鈉溶液的溫度，取兩溫度平均值，記錄為起始溫度t1。②反應后體系溫度測量(t2)：將酸堿溶液迅速混合，用玻璃攪拌器輕輕攪動溶液，并準確讀取混合溶液的最高溫度，記錄為終止溫度t2。③重復實驗操作兩次，記錄每次的實驗數(shù)據(jù)，取其平均值作為計算依據(jù)?！咀鲆蛔觥浚?）實驗數(shù)據(jù)處理某實驗小組測定數(shù)據(jù)如下，溫度實驗次數(shù)起始溫度t1/℃終止溫度t2/℃溫度差平均值(t2－t1)/℃鹽酸NaOH平均值溫差平均值125.025.225.128.53.43.4224.925.125.028.33.3325.625.425.529.03.5設溶液的密度均為1g·cm－3，中和后溶液的比熱容c＝4.18J·g－1·℃－1，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算出該反應放出的熱量Q≈1.42kJ，則生成1molH2O時放出的熱量為56.8kJ。（5）實驗結(jié)論大量實驗測得，在25℃和101kPa下，強酸的稀溶液與強堿的稀溶液，發(fā)生中和反應生成1molH2O時，放出57.3kJ的熱量。【思考討論2】你認為在中和熱測定實驗的關鍵是什么？實驗操作中要注意什么問題？中和熱測定實驗的關鍵是操作準確速度快，減少熱量損失。注意事項：（1）為了保證0.50mol·L－1的鹽酸完全被NaOH中和，采用0.55mol·L－1NaOH溶液，使堿稍稍過量，因為過量的堿并不參加中和反應。（酸稍微過量也可以）（2）先后測量酸、堿及混合液的溫度時，測定一種溶液后必須用水沖洗干凈并用濾紙擦干。溫度計的水銀球部分要完全浸入溶液中，且要穩(wěn)定一段時間再記下讀數(shù)。（3）實驗中所用的鹽酸和氫氧化鈉溶液配好后要充分冷卻至室溫，才能使用。（4）操作時動作要快，盡量減少熱量的散失。（5）實驗時亦可選用濃度體積都不相同的酸堿溶液進行中和熱的測定，但在計算時，應取二者中量少的一種，因為過量的酸/堿并不參加中和反應。（6）多次試驗求平均值時，若有某一組的實驗數(shù)據(jù)有明顯偏差，應直接舍去。（7）隔熱層的作用是保溫隔熱，減少熱量損失?！局R檢測】【典例1】某同學設計如圖所示實驗，探究反應中的能量變化，下列判斷正確的是（）A．由實驗可知，甲、乙、丙所涉及的反應都能使溫度計讀數(shù)上升B．將實驗甲中的鋁片更換為等質(zhì)量的鋁粉后釋放出的熱量有所增加C．實驗丙中將玻璃攪拌器改為鐵質(zhì)攪拌棒對實驗結(jié)果沒有影響D．實驗丙中若用代替，則測出變小【答案】D【解析】A．Ba(OH)2?8H2O與NH4Cl的反應屬于吸熱反應，乙中反應使溫度計讀數(shù)下降，A錯誤；B．將實驗甲中的鋁片更換為等質(zhì)量的鋁粉，只是加快了反應速率，但放出的熱量不變，B錯誤；C．鐵質(zhì)攪拌棒導熱性好，使得熱量損失較大，C錯誤；D．NaOH固體溶于水時放熱，放出的熱量偏多，測定出來的?H變小，D正確；答案選D?！咀兪?】某小組同學以HCl溶液和NaOH溶液為例，進行中和反應反應熱的測定，下列有關說法正確的是（）A．利用圖裝置進行中和熱測定實驗，裝置中只有一處錯誤B．測定中和熱時，將NaOH溶液分次緩慢倒入裝有鹽酸的量熱計中C．用環(huán)形玻璃攪拌棒左右攪拌，有助于反應充分D．完成一次中和反應反應熱測定實驗，溫度計需要使用3次【答案】D【解析】A．由圖裝置可知缺少玻璃攪拌器，同時大小燒杯口應齊平，故如圖所示的裝置不止一處錯誤，A錯誤；B．測定中和熱時，為減少實驗誤差，應該將NaOH溶液一次快速倒入裝有鹽酸的量熱計中，并用環(huán)形玻璃攪拌棒攪拌，使其充分反應并測其溫度，B錯誤；C．環(huán)形玻璃攪拌棒的作用就是通過攪拌加快反應速率，盡快結(jié)束實驗，記錄數(shù)據(jù)，減少熱量耗散，但攪拌時應該上下攪拌，C錯誤；D．完成一次中和反應反應熱測定實驗，溫度計需要使用3次，分別是反應前酸、堿的溫度、反應中最高溫度，D正確；答案選D。B?！竞献魈骄俊慷⒎磻獰崤c焓變1．化學反應的實質(zhì)和特征【思考討論3】在科學研究和生產(chǎn)實踐中，化學反應通常是在等壓條件下進行的。如何描述等壓條件下的反應熱？2．內(nèi)能：內(nèi)能是體系內(nèi)物質(zhì)的各種能量的總和，受溫度、壓強和物質(zhì)的聚集狀態(tài)等影響。3．焓與焓變（1）（2）反應熱與焓變的關系：在等壓條件下進行的化學反應的反應熱等于反應的焓變，因此常用ΔH表示反應熱。（3）焓變與吸熱反應和放熱反應的關系①放熱反應：反應體系向環(huán)境釋放能量，反應體系的焓減小，ΔH為負值。②吸熱反應：反應體系從環(huán)境中吸收能量，反應體系的焓增大，ΔH為正值?！咀鲆蛔觥快首兊谋硎痉椒á僭?5℃和101kPa下，1molH2與1molCl2反應生成2molHCl時放出184.6kJ的熱量，則該反應的反應熱為：:ΔH=－184.6kJ/mol②在25℃和101kPa下，1molC(如無特別說明，C均指石墨)與1molH2O(g)反應，生成1molCO和1molH2,需要吸收131.5kJ的熱量，則該反應的反應熱為:ΔH=+131.5kJ/mol【問題探究3】根據(jù)H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反應的能量變化（如下圖所示），說明化學鍵的斷裂與形成與能量變化有和關系？4．從微觀角度理解反應熱的實質(zhì)以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反應的能量變化為例說明，如圖所示：由圖可知：化學鍵反應中能量變化斷裂或形成1mol化學鍵的能量變化斷裂或形成化學鍵的總能量變化H—H吸收436kJ共吸收679kJCl—Cl吸收243kJH—Cl放出431kJ共放出862kJ結(jié)論H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)的反應熱ΔH＝－183kJ·mol－1①圖示：化學反應過程中形成化學鍵、斷裂化學鍵能量變化可用如圖表示：其中，E1表示反應物斷裂化學鍵吸收的總熱量，E2表示生成物形成化學鍵放出的總熱量，E1與E2的差值表示反應熱。上述反應過程表示該反應為放熱反應。②焓變計算公式：ΔH＝E總(斷鍵)－E總(成鍵)。ΔH＝E總(生成物總能量)－E總(反成物總能量)。【知識檢測】【典例2】各圖中，表示反應是吸熱反應的是（）A． B．C． D．【答案】A【分析】若反應物的總能量＞生成物的總能量，則反應為放熱反應；若反應物的總能量＜生成物的總能量，則反應為吸熱反應?！窘馕觥緼．反應物的總能量＜生成物的總能量，反應為吸熱反應，A符合題意；B．反應物的總能量＞生成物的總能量，反應為放熱反應，B不符合題意；C．反應物的總能量=生成物的總能量，不符合化學反應基本規(guī)律，不屬于化學反應，C不符合題意；D．反應物的總能量＞生成物的總能量，反應為放熱反應，D不符合題意；答案選A?！咀兪?】理論研究表明，在101kPa和298K下，異構(gòu)化反應過程的能量變化如圖所示。下列說法錯誤的是（）A．HCN為直線型分子B．升高溫度，該異構(gòu)化反應正向移動C．正反應的活化能大于逆反應的活化能D．使用催化劑，能加快化學反應速率，反應的減小【答案】D【解析】A．中中心原子C采取雜化，為直線型分子，故A正確；B．由圖可知，異構(gòu)化的正反應為吸熱反應，故升高溫度，平衡正向移動，故B正確；C．由圖可知，該反應為吸熱反應，因此正反應的活化能大于逆反應的活化能，故C正確；D．使用催化劑，可以減小反應的活化能，但不能改變反應物和生成物的能量，反應的反應熱不變，故D錯誤；答案選D。【鞏固練習】1、反應A+B→C(放熱)分兩步進行：①A+B→X(吸熱)，②X→C(放熱)。下列示意圖中，能正確表示總反應過程中能量變化的是A． B．C． D．【答案】A【解析】A+B→X(吸熱)，說明A、B的總能量小于X的能量；X→C(放熱)，說明X能量大于C的能量；A+B→C(放熱)，說明A、B的總能量大于C的能量；故選A。1，3丁二烯與HBr發(fā)生加成反應分兩步：第一步H+進攻1，3丁二烯生成碳正離子()；第二步Br進攻碳正離子完成1，2加成或1，4加成。反應進程中的能量變化如下圖所示。已知在0℃和40℃時，1，2加成產(chǎn)物與1，4加成產(chǎn)物的比例分別為70：30和15：85。下列說法錯誤的是（）A．1，4加成產(chǎn)物比1，2加成產(chǎn)物穩(wěn)定B．兩種產(chǎn)物的化學鍵種類和數(shù)目相同，但1，2加成產(chǎn)物的總鍵能更大C．相同條件下，第二步正反應(或逆反應)比較：1，2加成較1，4加成更易發(fā)生D．從0℃升至40℃，1，2加成正反應速率的增大程度小于其逆反應速率的增大程度【答案】A【解析】A．由圖示可知1，2加成產(chǎn)物的能量比1，4加成產(chǎn)物的能量高，所以1，4加成產(chǎn)物穩(wěn)定，選項A錯誤；B．兩種產(chǎn)物為同分異構(gòu)體且化學鍵種類和數(shù)目相同，但生成1，2加成產(chǎn)物放出的熱量相對較少，故1,2加成產(chǎn)物的總鍵能更大，選項B正確；C．相同條件下，第二步正反應(或逆反應)比較：1，2加成的活化能較1，4加成的低，故更易發(fā)生，選項C正確；D．升高溫度，反應的正、逆反應速率均增大，根據(jù)題干的信息可以看出，1，2加成正反應速率的增大程度小于其逆反應速率的增大程度，選項D正確；答案選A。3、中和反應的反應熱的測定實驗中，若取0.55mol/L的NaOH溶液50mL與0.25mol/L的硫酸50mL置于如圖所示的裝置中進行反應熱的測定?；卮鹣铝袉栴}。（1）從上圖實驗裝置看，其中尚缺少的一種玻璃用品是_______。（2）若改用40mL0.55mol/LH2SO4溶液和50mL0.55mol/LNaOH溶液進行反應，與上述實驗相比，所放出的熱量_______(填“相等”或“不相等”)。（3）近似認為0.55mol/LNaOH溶液和0.25mol/L硫酸溶液的密度都是，中和后生成溶液的比熱容，通過以下數(shù)據(jù)計算中和反應的反應熱_______(結(jié)果保留小數(shù)點后一位)。實驗次數(shù)起始溫度終止溫度溶液NaOH溶液平均值126.226.026.129.5227.027.427.232.3326.025.825.929.2426.426.226.329.8（4）上述實驗結(jié)果與相比有偏差，產(chǎn)生偏差的原因可能是_______(填字母)。a．實驗裝置保溫、隔熱效果差b．用溫度計測定NaOH溶液起始溫度后直接測定溶液的溫度c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中【答案】（1）環(huán)形玻璃攪拌器（2）不相等（3）56.8kJ/mol（4）abc【解析】（1）由實驗裝置圖可知，裝置中尚缺少的一種玻璃用品是環(huán)形玻璃攪拌器，故答案為：環(huán)形玻璃攪拌器；（2）若改用40mL0.55mol/LH2SO4溶液和50mL0.55mol/LNaOH溶液進行反應，與上述實驗相比，反應生成水的物質(zhì)的量不相等，所放出的熱量不相等，故答案為：不相等；（3）由題給數(shù)據(jù)可知，四次溫度差分別為3.4℃、6.1℃、3.3℃、3.5℃，第2組數(shù)據(jù)誤差較大應舍去，三次實驗溫度差的平均值為=3.4℃，50mL0.55mol/L,氫氧化鈉溶液與50mL0.25mol/L的硫酸溶液發(fā)生中和反應時，氫氧化鈉溶液過量，反應生成水的物質(zhì)的量為0.25mol/L×0.05L×2=0.025mol，溶液的質(zhì)量為100ml×1g/ml=100g，則生成0.025mol水放出的熱量Q=mc△t=100g×4.18J/（g·℃）×3.4℃=1421.2J，則實驗測得的中和熱△H=—=56.8kJ/mol，故答案為：56.8kJ/mol；（4）a．實驗裝置保溫、隔熱效果差會導致一部分能量的散失，使得實驗測得中和熱的數(shù)值偏小，故符合題意；b．用溫度計測定氫氧化鈉溶液起始溫度后直接測定稀硫酸溶液的溫度，溫度計沒有用水沖洗干凈，在測稀硫酸的溫度時，會發(fā)生酸和堿的中和導致實驗測得中和熱的數(shù)值偏小，故正確；c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小燒杯中會導致一部分能量的散失，使得實驗測得中和熱的數(shù)值偏小，故符合題意；故選abc4、實驗室利用如圖所示裝置測定中和熱的實驗步驟如下：步驟一：用量筒量取鹽酸倒入小燒杯中，測出鹽酸溫度；步驟二：用另一量筒量取溶液，并用同一溫度計測出其溫度；步驟三：將溶液倒入小燒杯中，設法使之混合均勻，測得混合液最高溫度?；卮鹣铝袉栴}：①碎泡沫塑料的作用是_______。②將一定量的稀氫氧化鈉溶液分別和稀鹽酸、濃硫酸、稀醋酸溶液恰好完全反應，其反應熱分別為、、，則、、的大小關系為_______。③假設鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是，又知中和反應后生成溶液的比熱容。為了計算中和熱，某學生實驗記錄數(shù)據(jù)如下實驗序號起始溫度終止溫度鹽酸氫氧化鈉溶液混合溶液120.020.123.2220.220.423.4320.520.623.6依據(jù)該學生的實驗數(shù)據(jù)計算，該實驗測得的中和熱_______(結(jié)果保留一位小數(shù))。④該同學通過實驗測出的中和熱有誤