反應(yīng)熱的測(cè)量與計(jì)算

已知鍵能:N≡N：946KJ/mol,H-H：436KJ/mol,H-N：391KJ/mol，寫出合成氨反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。知識(shí)回顧第一頁，共四十二頁。專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化第一單元化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)——反應(yīng)熱的測(cè)量與計(jì)算第二頁，共四十二頁。1.在最初，一些基本的、容易控制的反應(yīng)的焓變是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的；2.后來，一些難以控制的反應(yīng)的焓變是在此基礎(chǔ)上，通過間接計(jì)算獲得的。引入第三頁，共四十二頁。反應(yīng)熱的測(cè)量與計(jì)算

幾個(gè)相關(guān)概念間的關(guān)系

反應(yīng)熱中和熱燃燒熱…….第四頁，共四十二頁。中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測(cè)量1.中和熱的定義：

在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1molH20，這時(shí)的反應(yīng)熱叫做中和熱?；顒?dòng)與探究第五頁，共四十二頁。大燒杯（500mL）、小燒杯（100mL）、溫度計(jì)、泡沫塑料或紙條、泡沫塑料板或硬紙板（中心有兩個(gè)小孔）、環(huán)形玻璃攪拌棒。2.簡(jiǎn)易量熱計(jì)的構(gòu)造第六頁，共四十二頁。思考:1、量熱計(jì)直接測(cè)得的數(shù)據(jù)是什么？是焓變的數(shù)值嗎？是體系溫度的變化2、根據(jù)體系溫度變化可以求得什么物理量？可以求得反應(yīng)吸收或放出的熱量Q=c

mΔt第七頁，共四十二頁。Q=c·

m·

Δt

①

Q:中和反應(yīng)放出的熱量。c：反應(yīng)混合液的比熱容。

比熱容(單位質(zhì)量的物質(zhì)升高1℃所需吸收的熱量)m：反應(yīng)混合液的質(zhì)量。Δt：反應(yīng)前后溶液溫度的差值。3.實(shí)驗(yàn)原理：Q

=c·（ρ酸V酸＋ρ堿V堿）·（t后－t前）第八頁，共四十二頁。

本實(shí)驗(yàn)中，我們所用一元酸、一元堿的體積均為50mL,它們的濃度均為0.50mol/L。由于是稀溶液，且為了計(jì)算簡(jiǎn)便，我們近似地認(rèn)為，所用酸、堿溶液的密度均為1g/cm3，且中和后所得溶液的比熱容為4.18J/（g·℃)請(qǐng)把以上數(shù)據(jù)代入式②，得出Q的表示式。其中熱量的單位用kJ。得出結(jié)果：

Q

=0.418（t后－t前）kJ③思考：③式表示的是不是該反應(yīng)的反應(yīng)熱？是中和熱嗎？為什么？Q

=c·（ρ酸V酸＋ρ堿V堿）·（t后－t前）

②第九頁，共四十二頁。

③式不是該反應(yīng)的反應(yīng)熱，因?yàn)榉磻?yīng)熱是有正負(fù)的，中和反應(yīng)放熱，故其ΔH為“－”。

③式表示的也不是中和熱。中和熱是稀的酸、堿中和生成1mol水的反應(yīng)熱，而50mL0.50mol/L的鹽酸與50mL0.50mol/L氫氧化鈉反應(yīng)后生成的水只有0.025mol，故③式表示的也不是中和熱。［問題］該反應(yīng)的中和熱應(yīng)怎樣表示呢？ΔH=

－

0.418（t后－t前）0.025kJ/mol

Q

=0.418（t后－t前）kJ③第十頁，共四十二頁。1.在大燒杯底部墊泡沫塑料（或紙條），使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料（或紙條），大燒杯上用泡沫塑料板（或硬紙板）作蓋板，在板中間開兩個(gè)小孔，正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒通過，如下圖所示。中和熱的測(cè)定問題1：大、小燒杯放置時(shí)，為何要使兩杯口相平？填碎紙條的作用是什么？對(duì)此裝置，你有何更好的建議？4.實(shí)驗(yàn)步驟：答案：兩杯口相平，可使蓋板把杯口盡量蓋嚴(yán)，從而減少熱量損失；填碎紙條的作用是為了達(dá)到保溫隔熱、減少實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失的目的。若換用隔熱、密封性能更好的裝置（如保溫杯）會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。第十一頁，共四十二頁。2.用一個(gè)量筒最取50mL0.50mol/L鹽酸，倒入小燒杯中，并用溫度計(jì)測(cè)量鹽酸的溫度，記錄。然后把溫度計(jì)上的酸用水沖洗干凈。問題2：溫度計(jì)上的酸為何要用水沖洗干凈？沖洗后的溶液能否倒入小燒杯？為什么？

答案：因?yàn)樵摐囟扔?jì)還要用來測(cè)堿液的溫度，若不沖洗，溫度計(jì)上的酸會(huì)和堿發(fā)生中和反應(yīng)而使熱量散失，故要沖洗干凈；沖洗后的溶液不能倒入小燒杯，若倒入，會(huì)使總?cè)芤旱馁|(zhì)量增加，而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差。第十二頁，共四十二頁。3.用另一個(gè)量筒量取50mL0.50mol/LNaOH溶液，并用溫度計(jì)測(cè)量NaOH溶液的溫度，記錄。把溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯。.問題3：酸、堿混合時(shí)，為何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯而不能緩緩倒入？.因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測(cè)反應(yīng)的反應(yīng)熱，若動(dòng)作遲緩，將會(huì)使熱量損失而使誤差增大。第十三頁，共四十二頁。4.用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動(dòng)溶液，并準(zhǔn)確讀取混合溶液的最高溫度，記為終止溫度，記入下表。問題4：實(shí)驗(yàn)中能否用環(huán)形銅絲攪拌棒代替環(huán)形玻璃攪拌棒？為什么？答案：不能。因?yàn)殂~絲易導(dǎo)熱，使熱量損失較大。第十四頁，共四十二頁。5.重復(fù)實(shí)驗(yàn)三次，取測(cè)量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計(jì)算依據(jù)。第十五頁，共四十二頁。次數(shù)123起始溫度t/oc終止溫度溫度差t/oct/oc鹽酸氫氧化鈉平均值24.525.022.022.425.025.424.7522.225.226.525.428.21.753.23.0第十六頁，共四十二頁。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng):H+

(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=—57.3kJ/molΔH=

－0.418（t2－t1）0.025kJ/mol第十七頁，共四十二頁。說明：1.中和熱必須是強(qiáng)酸和強(qiáng)堿的溶液之間的反應(yīng)，如果有一種是弱酸或弱堿，則由于弱酸和弱堿在反應(yīng)過程中要不斷電離，而電離過程是一個(gè)吸熱過程，就會(huì)導(dǎo)致放出的熱量減少，中和熱的值減小。2.酸和堿的溶液必須是稀溶液，因?yàn)樗岷蛪A的濃溶液或固體在溶解和稀釋時(shí)會(huì)放出熱量，使所測(cè)定的中和熱的數(shù)值偏大。3.酸和堿的中和熱還必須是生成1mol水時(shí)所放出的熱量。因此，只要溫度和壓強(qiáng)保持不變，酸和堿的中和熱理論上是應(yīng)該保持恒定的。第十八頁，共四十二頁。中和反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)

①裝置要做到保溫、隔熱（是關(guān)鍵）； ②用稀溶液；

③氫氧化鈉過量； ④溫度計(jì)要精確； ⑤水銀球部位一定要完全浸沒在溶液中，且要穩(wěn)定一段時(shí)間后再讀數(shù)，以提高測(cè)量的精度； ⑥測(cè)最高溫度時(shí)兩次讀數(shù)的時(shí)間間隔要短； ⑦操作時(shí)動(dòng)作要快；

⑧用環(huán)形玻璃攪拌棒攪拌，不能用一般的玻璃棒攪拌（以免打破溫度計(jì)的水銀球），也不能用銅攪拌棒（銅散熱快，使測(cè)得的溫度不準(zhǔn)）； ⑨多次測(cè)量取平均值。第十九頁，共四十二頁。強(qiáng)酸、強(qiáng)堿反應(yīng):H+

(aq)+OH-(aq)=H2O(l);△H=—57.3kJ/molΔH=

－0.418（t2－t1）0.025kJ/mol［議一議］為何所測(cè)得的數(shù)據(jù)不是57.3kJ/mol，分析產(chǎn)生誤差的原因。第二十頁，共四十二頁?？赡艿脑蛴校?.量取溶液的體積有誤差（測(cè)量結(jié)果是按50mL的酸、堿進(jìn)行計(jì)算，若實(shí)際量取時(shí)，多于50mL或小于50mL都會(huì)造成誤差）2.溫度計(jì)的讀數(shù)有誤。3.實(shí)驗(yàn)過程中有液體灑在外面。4.混合酸、堿溶液時(shí)，動(dòng)作緩慢，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。5.隔熱操作不到位，致使實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失而導(dǎo)致誤差。6.測(cè)了酸后的溫度計(jì)未用水清洗而便立即去測(cè)堿的溫度，致使熱量損失而引起誤差。誤差分析:第二十一頁，共四十二頁。PPT內(nèi)容概述已知鍵能:?！磻?yīng)熱的測(cè)量與計(jì)算。請(qǐng)把以上數(shù)據(jù)代入式②，得出Q的表示式。0.418（t后－t前）。1.在大燒杯底部墊泡沫塑料（或紙條），使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。酸、堿混合時(shí)，為何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯而不能緩緩倒入。實(shí)驗(yàn)中能否用環(huán)形銅絲攪拌棒代替環(huán)形玻璃攪拌棒。⑤水銀球部位一定要完全浸沒在溶液中，且要穩(wěn)定。⑧用環(huán)形玻璃攪拌棒攪拌，不能用一般的玻璃棒攪。（填“偏大”“偏小”“無影響”）。G.H.Germain

Henri

Hess

(1802～1850)俄國(guó)化學(xué)家。1802年8月7日生于瑞士日內(nèi)瓦，1850年12月12日卒于俄國(guó)圣彼得堡(現(xiàn)為列寧格勒)。3歲隨父僑居俄國(guó),并在俄國(guó)受教育。1826～1827年，在斯德哥爾摩J.J.貝采利烏斯的實(shí)驗(yàn)室工作并從其學(xué)習(xí)化學(xué)?；囟韲?guó)后在烏拉爾作地質(zhì)勘探工作，后在伊爾庫茨克做醫(yī)生并研究礦物。不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱相同第二十二頁，共四十二頁。概念辨析若將1L1mol/LNaOH溶液中加入稀醋酸、濃硫酸、稀硝酸，恰好完全反應(yīng)時(shí)的熱效應(yīng)分別為△H1、△H2、△H3；則三者的大小關(guān)系為:

?！鱄1＞△H3＞△H2第二十三頁，共四十二頁。［練習(xí)］50mL0.50mol/L鹽酸與50mL0.55mol/L的NaOH溶液在圖示的裝置中進(jìn)行中和反應(yīng)。通過測(cè)定反應(yīng)過程中所放出的熱量可計(jì)算中和熱?；卮鹣铝袉栴}：（1）從實(shí)驗(yàn)裝置上看，圖中缺少的一種玻璃用品是

。（2）燒杯間填滿碎紙條的作用是

（3）大燒杯上如不蓋硬紙板，求得的中和熱數(shù)值

（填“偏大”“偏小”“無影響”）。環(huán)形玻璃攪拌棒減少實(shí)驗(yàn)過程中的熱量損失。偏小

第二十四頁，共四十二頁。（4）實(shí)驗(yàn)中改用60mL0.50mol/L鹽酸跟50mL0.55mol/LNaOH溶液進(jìn)行反應(yīng)，與上述實(shí)驗(yàn)相比，所放出的熱量

（填“相等”“不相等”），所求中和熱

（填“相等”“不相等”），簡(jiǎn)述理由：

不等相等

因?yàn)橹泻蜔崾侵杆岣鷫A發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O所放出的能量，與酸堿的用量無關(guān)。第二十五頁，共四十二頁。動(dòng)動(dòng)腦

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱是最直接的方法，但根據(jù)我們前面的分析，并不是所有反應(yīng)的反應(yīng)熱都能通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。第二十六頁，共四十二頁。如何測(cè)定如下反應(yīng):

C(s)+?O2(g)=CO(g)

的反應(yīng)熱△H1?①能直接測(cè)定嗎？如何測(cè)？②若不能直接測(cè)，怎么辦？[思考]計(jì)算第二十七頁，共四十二頁。

G.H.Germain

Henri

Hess

(1802～1850)俄國(guó)化學(xué)家。1802年8月7日生于瑞士日內(nèi)瓦，1850年12月12日卒于俄國(guó)圣彼得堡(現(xiàn)為列寧格勒)。3歲隨父僑居俄國(guó),并在俄國(guó)受教育。1825年于多爾帕特大學(xué)獲醫(yī)學(xué)專業(yè)證書，同時(shí)受到了化學(xué)和地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)教育。1826～1827年，在斯德哥爾摩J.J.貝采利烏斯的實(shí)驗(yàn)室工作并從其學(xué)習(xí)化學(xué)?；囟韲?guó)后在烏拉爾作地質(zhì)勘探工作，后在伊爾庫茨克做醫(yī)生并研究礦物。1830年當(dāng)選為圣彼得堡科學(xué)院院士，專門研究化學(xué)，任圣彼得堡工藝學(xué)院理論化學(xué)教授并在中央師范學(xué)院和礦業(yè)學(xué)院講授化學(xué)。1838年成為俄國(guó)科學(xué)院院士。蓋斯簡(jiǎn)介第二十八頁，共四十二頁。

蓋斯早期研究了巴庫附近的礦物和天然氣；發(fā)現(xiàn)了蔗糖氧化生成糖二酸。他研究了煉鐵中的熱現(xiàn)象，作了大量的量熱工作。1836年發(fā)現(xiàn)，在任何一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程中,不論該反應(yīng)過程是一步完成還是分成幾步完成,反應(yīng)所放出的總熱量相同，并于1840年以熱的加和性守恒定律公諸于世，后被稱為蓋斯定律。此定律為能量守恒定律的先驅(qū)。當(dāng)一個(gè)反應(yīng)不能直接發(fā)生時(shí)，應(yīng)用此定律可間接求得反應(yīng)熱。因此，蓋斯也是熱化學(xué)的先驅(qū)者。著有《純粹化學(xué)基礎(chǔ)》(1834)，曾用作俄國(guó)教科書達(dá)40年。蓋斯簡(jiǎn)介第二十九頁，共四十二頁。一．蓋斯定律：蓋斯定律的內(nèi)容：不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱相同。

換句話說，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。2.蓋斯定律直觀化△H＝△H1+△H230精品PPT|借鑒參考第三十頁，共四十二頁。CO(g)C(s)CO2(g)H3H1H2例2CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)△H2＝-283.0kJ/molC(s)+O2(g)=CO2(g)△H1＝-393.5kJ/mol-）△H1-△H2=△H3

∴△H3=△H1－△H2

=-393.5kJ/mol－(-283.0kJ/mol)=-110.5kJ/molC(s)+1/2O2(g)=CO(g)△H3＝？31精品PPT|借鑒參考第三十一頁，共四十二頁。如何測(cè)定如下反應(yīng):

C(s)+?O2(g)=CO(g)

的反應(yīng)熱△H1？①能直接測(cè)定嗎？如何測(cè)？②若不能直接測(cè)，怎么辦？[思考]計(jì)算C(s)+1/2O2(g)=CO(g);△H1＝-110.5kJ/mol第三十二頁，共四十二頁。已知C(s)+1/2O2(g)==CO(g)ΔH1=-110.5kJ/mol2CO(g)+O2(g)==2CO2(g)ΔH2=-566.0kJ/mol求C(s)+O2(g)==CO2(g)ΔH3=？[練習(xí)]第三十三頁，共四十二頁。自主歸納：解題步驟①確定待求的反應(yīng)方程式；②找出待求方程式中各物質(zhì)出現(xiàn)在已知方程式的什么位置；③根據(jù)未知方程式中各物質(zhì)計(jì)量數(shù)和位置的需要對(duì)已知方程式進(jìn)行處理，或調(diào)整計(jì)量數(shù)，或調(diào)整反應(yīng)方向；④實(shí)施疊加并檢驗(yàn)上述分析的正確與否。第三十四頁，共四十二頁。因?yàn)橛行┓磻?yīng)進(jìn)行得很慢，有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生，有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純(有副反應(yīng)發(fā)生),這給測(cè)定反應(yīng)熱造成了困難。此時(shí)如果應(yīng)用蓋斯定律，就可以間接地把它們的反應(yīng)熱計(jì)算出來。2.蓋斯定律的用途第三十五頁，共四十二頁。根據(jù)下列反應(yīng)的焓變，計(jì)算C(石墨)與H2(g)反應(yīng)生成1molC2H2(g)的焓變：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問題解決課本P8-9第三十六頁，共四十二頁。例1：寫出石墨變成金剛石的熱化學(xué)方程式(25℃,101kPa時(shí))說明：（1）可以在書中查找需要的數(shù)據(jù)（2）并告訴大家你設(shè)計(jì)的理由。用一用蓋斯定律石墨能直接變成金剛石嗎？第三十七頁，共四十二頁。觀察該熱化學(xué)方程式，回答：金剛石能自動(dòng)變成石墨嗎？需要什么條件？查燃燒熱表知：①C(石墨，s)+O2(g)==CO2(g)△H1=-393.5kJ/mol②C(金剛石，s)+O2(g)==CO2(g)△H2=-395.0kJ/mol所以，①-②得：C(石墨，s)=C(金剛石，s)△H=+1.5kJ/mol石墨不會(huì)自動(dòng)變成金剛石；石墨與金剛石的能量相差不遠(yuǎn)。第三十八頁，共四十二頁。【練習(xí)】已知①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g);ΔH1=－283.0kJ/mol②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l);ΔH2=－285.8kJ/mol③C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l);