反应热的测量与计算能源的充分利用

课时2反应热的测量与计算能源的充分利用课堂互动讲练知能优化训练课前自主学案探究整合应用课时2课前自主学案自主学习一、反应热的测量与计算1．反应热的测量(1)原理：中和反应的反应热ΔH＝cΔt①C：为体系的热容，指一定量的物质温度升高_____所需吸收的热量。②Δt：反应前后的温差。(2)所用仪器及主要操作：1℃所用仪器为______，测量时，将反应物加入到_________中，并用_______________搅拌，使之迅速混合，测量反应前后溶液的______，即可计算反应热。2．反应热的计算(1)盖斯定律①内容一个化学反应，无论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应________。即化学反应的焓变只与反应的_______和_____有关，而与反应的_______无关。量热计量热计环形玻璃搅拌棒温差完全相同始态终态途径②意义对于不能或不易由实验直接测定反应热的反应，可应用盖斯定律计算求得。③应用若一个化学方程式可由几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的__________。(2)反应热的计算①依据_________________和___________。②方法代数和热化学方程式盖斯定律如已知a．C(s)＋O2(g)===CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ/molb．CO(g)＋12O2(g)===CO2(g)ΔH2＝－283.0kJ/mol若C(s)＋12O2(g)===CO(g)的反应热为ΔH，则ΔH＝ΔH1－ΔH2＝－393.5kJ/mol－(－283.0kJ/mol)＝－110.5kJ/mol煤二、能源的充分利用1．能源(1)定义：能提供能量的自然资源。(2)分类石油天然气新能源(3)地位是国民经济和社会发展的重要物质基础。2．标准燃烧热(1)概念：在101kPa下，______物质_________的反应热。在101kPa下，____物质_____________的反应热称为该物质的热值。1mol完全燃烧1g完全燃烧注：物质完全燃烧是指物质中所含的氢元素转化为H2O(l)，碳元素转化为CO2(g)。(2)单位：标准燃烧热的单位为______，热值单位为________。(3)意义：衡量燃料燃烧放出热量的大小。kJ/molkJ/g1．(1)实验中为什么采用稀的强酸、强碱溶液？(2)为什么碱的浓度要稍大于酸？反过来可以吗？【提示】(1)①测定中和热时不能用浓酸或浓碱，因浓酸或浓碱溶于水一般都要放热。②测定中和热时不能用弱酸或弱碱，因弱酸或弱碱在水溶液中不能完全电离，若改用弱酸或弱碱，它们电离时要吸收一部分热量。问题探究(2)碱稍过量的目的是确保使酸充分反应，按不足的H＋计算反应热；因此只要能使酸或碱的一方完全反应，即只要有一方过量即可。2．若一个化学反应由始态转化为终态可通过不同的途径(如下图所示)：则ΔH与ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4、ΔH5之间有何关系？【提示】ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。3．怎样理解“生成稳定的氧化物”？【提示】首先必须是完全燃烧的产物，即不能再燃烧的物质。其次该产物在25℃、101kPa时能稳定存在，一般地，完全燃烧时，下列元素要生成对应的氧化物：C→CO2、H→H2O(l)、S→SO2，C→CO是不完全燃烧，而S→SO3不是燃烧产物，在H→H2O中生成的水为液态，不能是气态(不能稳定存在。)自主体验1．实验室进行中和热的测定的实验时，除需要大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)外，其他所用的仪器和试剂均正确的一组是()A．0.50mol/L盐酸，0.50mol/LNaOH溶液，100mL量筒1个B．0.50mol/L盐酸，0.55mol/LNaOH溶液，100mL量筒2个C．0.50mol/L盐酸，0.55mol/LNaOH溶液，50mL量筒1个D．0.50mol/L盐酸，0.55mol/LNaOH溶液，50mL量筒2个解析：选D。本实验中为了保证同体积的0.50mol/L盐酸完全被中和，采用0.55mol/LNaOH溶液，使碱稍过量，A项错误，所需酸、碱量均为50mL，B项错误，酸、碱分别用不同的量筒量取，C项错误。2．已知热化学方程式①H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)ΔH＝－241.8kJ/mol②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ/mol③H2(g)＋12O2(g)===H2O(l)ΔH＝－285.8kJ/mol④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ/mol则H2的燃烧热为()A．241.8kJ/molB．483.6kJ/molC．285.8kJ/molD．571.6kJ/mol解析：选C。氢气的燃烧热是(如果未注明条件就是指25℃，101kPa)1mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量。3．(原创题)北京时间2011年3月11日，在日本本州东海岸附近海域发生9.0级地震，3月15日，继日本福岛第一核电站1号、3号机组发生爆炸事故之后，其2号机组再传爆炸声。核电在此次日本地震及海啸的冲击下，其安全性遭到严重质疑，全球各国将重新思考新能源的开发途径。下列属于新能源的是()①煤②石油③太阳能④生物质能⑤氢能A．①②③B．①②⑤C．②③⑤D．③④⑤解析：选D。煤、石油均为化石燃料；太阳能、氢能、生物质能则属于新能源，D项正确。课堂互动讲练盖斯定律1．化学反应的反应热只与反应的始态(各反应物)和终态(各生成物)有关，而与反应的途径无关。即如果一个反应可以分步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的。若反应物A变为生成物D，可以有两个途径：①由A直接变成D，反应热为ΔH；②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。如下图所示：则有：ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH32．运用盖斯定律解题的常用方法通常有两种方法：其一，虚拟路径法：如C(s)＋O2(g)===CO2(g)，可设置如下：ΔH1＝ΔH2＋ΔH3其二，加合法：即运用所给方程式就可通过加减的方法得到新化学方程式。如：求P4(白磷)→P(红磷)的热化学方程式。已知：P4(白磷，s)＋5O2(g)===P4O10(s)ΔH1①P(红磷，s)＋54O2(g)===14P4O10(s)ΔH2②即可用①－②×4得出白磷转化为红磷的热化学方程式特别提醒：应用盖斯定律进行简单计算，关键在于设计反应过程，同时要注意：(1)当热化学方程式乘以或除以某数时，ΔH也相应乘以或除以某数。(2)当热化学方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”、“－”符号，即把ΔH看做一个整体进行运算。(3)通过盖斯定律计算比较反应热的大小时，同样要把ΔH看做一个整体。(4)在设计的反应过程中常会遇到同一物质固、液、气三态的相互转化，物质的状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。(5)当设计的反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。已知胆矾溶于水时溶液温度降低。胆矾分解的热化学反应方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)ΔH＝＋Q1kJ·mol－1，室温下，若将1mol无水硫酸铜溶解为溶液时放热Q2kJ，则()A．Q1＞Q2B．Q1＝Q2C．Q1＜Q2D．无法比较例1【思路点拨】【解析】根据盖斯定律，可设计下列分步反应：依题意，胆矾溶于水时，溶液温度降低，说明该反应为吸热反应，ΔH总＞0。ΔH＝＋Q1，ΔH′＝－Q2。由盖斯定律ΔH总＝ΔH＋ΔH′＝＋Q1＋(－Q2)＞0，则Q1＞Q2。【答案】A【规律方法】(1)该类题目属于信息给予题。在解答该题时除了明确盖斯定律的应用规律之外，还应提炼题中所给信息，如“胆矾溶于水温度降低”说明该过程是吸热过程，故ΔH＞0；“无水硫酸铜溶解为溶液时放热Q2kJ”说明固体溶解为放热反应。(2)熟悉物质的气、液、固三态与反应热的关系。变式训练1发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料，用二氧化氮为氧化剂，这两种物质反应生成氮气和水蒸气。已知：N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)ΔH1＝67.7kJ·mol－1①N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－534kJ·mol－1②试计算1mol肼与二氧化氮完全反应时放出的热量为______________kJ，写出肼与二氧化氮反应的热化学方程式：___________________________________________。解析：由题意可知N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)ΔH1＝67.7kJ·mol－1①N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)ΔH2＝－534kJ·mol－1②根据盖斯定律，反应物中消去O2可得到N2H4和NO2的反应。令②×2－①得2N2H4(g)－N2(g)===2N2(g)＋4H2O(g)－2NO2(g)ΔH＝2ΔH2－ΔH1整理得2N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g)ΔH＝2ΔH2－ΔH1＝－534kJ·mol－1×2－67.7kJ·mol－1＝－1135.7kJ·mol－1。则1molN2H4与NO2完全反应时放出的热量为567.85kJ。答案：567.852N2H4(g)＋2NO2(g)===3N2(g)＋4H2O(g)ΔH＝－1135.7kJ·mol－1或N2H4(g)＋NO2(g)===32N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－567.85kJ·mol－1燃烧热与中和热的比较特别提醒：中和热是以生成1mol水为标准的，因此书写中和热的热化学方程式时，应以生成1molH2O为标准来配平其余物质的化学计量数；而燃烧热是以1mol可燃物质为标准的，故书写燃烧热的热化学方程式时，应以此为标准配平，其他反应物、生成物的化学计量数既可用整数表示，也可用分数表示。(2009年高考四川卷)25℃，101kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3kJ/mol，辛烷的燃烧热为5518kJ/mol。下列热化学方程式书写正确的是()例2C．C8H18(l)＋252O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)；ΔH＝－5518kJ/molD．2C8H18(g)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)；ΔH＝－5518kJ/mol【思路点拨】解答本题要注意以下三点：(1)燃烧热、中和热的含义。(2)燃烧热、中和热热化学方程式的书写。(3)热量与燃烧热之间的关系。【解析】H2SO4与Ba(OH)2溶液反应，不仅生成了H2O还有BaSO4生成，因此A项放出的热量比57.3kJ×2还多，A项错误；辛烷的燃烧热是指1mol辛烷完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出的热量是5518kJ，C、D项均错误。【答案】B变式训练2下列有关热化学方程式的叙述正确的是()A．已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ/mol，则氢气的燃烧热为241.8kJ/molB．已知C(s，石墨)===C(s，金刚石)ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定C．含20.0gNaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为：NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)ΔH＝－57.4kJ/molD．已知2C(s)＋2O2(g)===2CO2(g)ΔH12C(s)＋O2(g)===2CO(g)ΔH2，则ΔH1＞ΔH2解析：选C。H2的燃烧热应该以生成液态水为标准；由于石墨转变为金刚石的ΔH＞0，所以金刚石的内能比石墨的高，内能越高越不稳定；同物质的量的碳完全燃烧放出的热量要比不完全燃烧放出的热量多，所以ΔH1＜ΔH2。1．根据热化学方程式计算反应热与反应各物质的物质的量成正比。2．根据化学键断裂和形成过程中的能量变化来计算反应热等于破坏旧化学键吸收的能量与形成新化学键所放出的能量之差。ΔH＝E(反应物的化学键断裂吸收的总能量)－E(生成物的化学键形成放出的总能量)计算反应