高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化学案及答案

这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第二单元 化学能与电能的转化学案及答案，共21页。
第2课时　反应热的测量与计算
课程目标
1．了解反应热(中和热)测定。
2．理解盖斯定律的内容，了解其在科学研究中的意义。
3．能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。

图说考点


基 础 知 识
[新知预习]
1．中和反应的反应热
(1)中和反应的反应热
在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成__________时的反应热(即所放出的热量)，叫中和反应的反应热。
(2)注意：①酸、碱溶液必须为稀溶液。②计量标准必须是生成________水。
(3)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)
ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
2．中和热的测定
(1)实验原理
通过一定量的________溶液在反应前后温度的变化，计算反应放出的热量，由此求得中和反应的反应热。
(2)实验装置和实验用品
①实验装置：

②实验用品：简易量热计、量筒________个、0.50 mol/L盐酸、0.50 mol/L氢氧化钠溶液；
(3)测量步骤：

(4)数据记录与处理：
盐酸的温度(t1)/℃

氢氧化钠溶液的温度(t2)/℃

反应体系的最高温度(t3)/℃

反应体系的温度变化Δt＝________

反应体系的比热容[C＝(VHCl·ρHCl＋VNaOH·ρNaOH)×4.18]/(J·℃－1)

反应热(生成0.025 mol H2O)：ΔH＝________

3.盖斯定律
(1)内容
不论化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是________的(填“相同”或“不同”)。
(2)特点
①反应的热效应只与始态、终态有关，与________无关。
②反应热总值一定，如图表示始态到终态的反应热：

则ΔH＝________________＝__________________。
(3)应用
对于进行得很慢的反应，不容易直接发生的反应，有些产品不纯(有副反应发生)的反应，测定这些反应的反应热有困难，如果应用________，就可以________地把它们的反应热计算出来。
4．反应热的计算
(1)反应热计算的常用依据
①根据盖斯定律计算。
②根据热化学方程式计算。
③根据键能计算。
④根据燃烧热或中和反应的反应热的概念进行计算。
(2)应用实例
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－393.5 kJ/mol，
②CO(g)＋12O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－283.0 kJ/mol，
求C(s)＋12O2(g)===CO(g)的反应热ΔH。
根据盖斯定律，知：

ΔH1＝____________，
则：ΔH＝__________________。

[即时性自测]
1．在测定中和热的实验中，使用下列用品不是为了减小实验误差的是(　　)
A．碎泡沫塑料　　B．环形玻璃搅拌棒
C．硬纸板 D．两个量筒
2．下列关于盖斯定律的说法不正确的是(　　)
A．不管反应是一步完成还是分几步完成，其反应热相同
B．反应热不仅与反应体系的始态和终态有关，还与反应的途径有关
C．有些反应的反应热不能直接测得，可通过盖斯定律间接计算得到
D．盖斯定律实质上是能量守恒定律的一种具体体现
3．S(单斜)和S(正交)是硫的两种同素异形体。已知：
①S(s，单斜)＋O2(g)===SO2(g)
ΔH1＝－297.16 kJ·mol－1
②S(s，正交)＋O2(g)===SO2(g)
ΔH2＝－296.83 kJ·mol－1
③S(s，单斜)===S(s，正交)　ΔH3
下列说法正确的是(　　)
A．ΔH3＝＋0.33 kJ·mol－1
B．单斜硫转化为正交硫的反应是吸热反应
C．S(s，单斜)===S(s，正交)　ΔH3＜0，正交硫比单斜硫稳定
D．S(s，单斜)===S(s，正交)　ΔH3＞0，单斜硫比正交硫稳定
4．已知1 mol白磷完全转化为红磷放出29.2 kJ热量，下列两个反应：P4(白，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)　ΔH＝－Q1，4P(红，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)　ΔH＝－Q2，Q1与Q2的关系是(　　)
A．Q1＝Q2　 B．Q1>Q2
C．Q1ΔH2的是(　　)
A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1；2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2
B．4P(g)＋5O2(g)===2P2O5(g)　ΔH1；4P(s)＋5O2(g)===2P2O5(g)　ΔH2
C．2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)　ΔH1；2SO3(g)⇌O2(g)＋2SO2(g)　ΔH2
D.已知反应：C(金刚石，s)===C(石墨，s)　ΔH0，放热反应的ΔHE(l)>E(s)]，可知反应热大小亦不相同。
如S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1＝－a kJ·mol－1；
S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2＝－b kJ·mol－1

5．注意同素异形体
如C(石墨，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－c kJ/mol；
C(金刚石，s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－d kJ·mol－1



提升点三　盖斯定律的应用
[例3]　发射卫星时可用肼(N2H4)为燃料和二氧化氮(NO2)作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。已知：
N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝＋67.7 kJ·mol－1　①
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－543 kJ·mol－1　②
12H2(g)＋12F2(g)===HF(g)　ΔH＝－269 kJ·mol－1　③
H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－242 kJ·mol－1　④
(1)肼和二氧化氮反应的热化学方程式为________________________________。
(2)有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，反应释放的能量更大，试写出肼和氟气反应的热化学方程式：________________________________。



状元随笔　将所给的热化学方程式通过适当加、减或各系数相应倍数变化后再相加、减的方法得到所求的热化学方程式，焓变也作相应的变化。



[提升3]　根据下列叙述，回答有关问题：

(1)如图所示是由SO2生成SO3的反应过程中能量变化示意图，该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
图中曲线b表示的是某条件下由SO2生成SO3反应过程中的能量变化，其所代表的热化学方程式与曲线a所代表的热化学方程式是否相同：________(填“是”或“否”)。
(2)已知下列热化学反应方程式：
①Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)
ΔH1＝－25 kJ·mol－1
②3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g)
ΔH2＝－5 kJ·mol－1
③Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)
ΔH3＝＋19 kJ·mol－1
试写出CO气体还原FeO固体得到Fe固体和CO2气体的热化学方程式：________________________________________________________________________。
(3)断开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键需要的能量分别是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则1 mol N2完全反应生成NH3的反应热为____________，1 mol H2完全反应生成NH3所放出的热量为________(结果保留一位小数)。

状元随笔　该试题中涉及到三种常用的反应热的计算类型
1．反应物和生成物的能量变化图
2．盖斯定律计算
3．利用化学键键能计算



[关键能力]
1．应用盖斯定律计算反应热的两种方法：
(1)虚拟途径法
由A生成D可以有两个途径：①由A直接生成D，反应热为ΔH；②由A生成B，由B生成C，再由C生成D，每一步的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则各反应热之间的关系如图所示。

(2)加和法




状元随笔　盖斯定律的核心是：化学反应的反应热只取决于反应的始态和终态，与具体反应途径无关。



2．应用盖斯定律计算ΔH的一般步骤
解题步骤
解题思路
第一步：观察
对比已知的反应与需要求ΔH的反应，找出需要消去的物质
第二步：思考
怎样消去这些物质，是相加还是相减或需要乘以某一个数后再相加减，此过程中要特别注意“剔除无关反应”
第三步：运算
将热化学方程式按第二步的思路进行运算，得出新的热化学方程式
第四步：计算
列出算式，代入数据计算




形成性自评
1．关于中和反应反应热的测定实验，下列说法正确的是(　　)
A．为了使反应进行得更完全，可以使酸或碱适当过量
B．为了使反应均匀进行，可以向酸(碱)溶液中分几次加入碱(酸)溶液
C．中和反应反应热的测定结果与所用酸(碱)的种类无关
D．测完酸溶液的温度后，未冲洗温度计并擦干就直接测碱溶液的温度，会使测得的反应热数值的绝对值偏大

2．某同学用50 mL 0.50 mol·L－1的盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1的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计算中和热。下列说法中正确的是(　　)
A．该实验过程中只需测三次温度
B．图中实验装置缺少玻璃搅拌器
C．烧杯间填满碎纸条的作用主要是固定小烧杯
D．若将盐酸的体积改为60 mL，理论上所求中和热不相等
3．工业上常用磷精矿[Ca5(PO4)3F]和硫酸反应制备磷酸，副产品为氟化氢。已知在一定条件下：
①CaO(s)＋H2SO4(l)===CaSO4(s)＋H2O(l)　ΔH＝a kJ·mol－1
②5CaO(s)＋3H3PO4(l)＋HF(g)===Ca5(PO4)3F(s)＋5H2O(l)　ΔH＝b kJ·mol－1
则该条件下利用上述反应制取294 g磷酸时放出(或吸收)的热量(kJ)为(　　)
A．5a－b　　 B．5a＋b
C．a－b D．a＋b
4．已知下列热化学方程式：2Zn(s)＋O2(g)===2ZnO(s)　ΔH1＝－702.2 kJ·mol－1；Hg(l)＋12O2(g)===HgO(s)　ΔH2＝－90.7 kJ·mol－1。由此可知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l)　ΔH3中ΔH3的值是(　　)
A．－260.4 kJ·mol－1 B．－254.6 kJ·mol－1
C．－438.9 kJ·mol－1 D．－441.8 kJ·mol－1
5．键能是气态基态原子形成1 mol化学键释放的最低能量。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于计算化学反应的反应热。下表是一些化学键的键能：
化学键
C—H
C—F
H—F
F—F
键能/(kJ·mol－1)
414
489
565
155
根据键能数据计算每消耗1 mol CH4时，反应CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的热效应为(　　)
A.放热1 940 kJ　B．吸热1 940 kJ
C.放热485 kJ D．吸热485 kJ
6．已知：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol－1，实验室测得4 mol SO2发生上述化学反应时放出314.3 kJ热量，参加反应的SO2的物质的量为(　　)
A.1.6 mol B．2.0 mol
C.3.2 mol D．3.6 mol
7．用H2O2和H2SO4的混合溶液可溶出废旧印刷电路板上的铜。已知：
Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)ΔH＝＋64.39 kJ·mol－1
2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＝－196.46 kJ·mol－1
H2(g)＋12O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.84 kJ·mol－1
在H2SO4溶液中，Cu与H2O2反应生成Cu2＋(aq)和H2O(l)的反应热ΔH等于(　　)
A.－417.91 kJ·mol－1 B．－319.68 kJ·mol－1
C.＋546.69 kJ·mol－1 D．－448.46 kJ·mol－1
8．“高铁、扫码支付、共享单车和网购”被称作中国的“新四大发明”。古代的四大发明分别是造纸术、印刷术、指南针、火药。

黑火药爆炸的热化学方程式为
S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)
ΔH＝x kJ·mol－1
已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1
S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1
2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)ΔH3＝c kJ·mol－1
则x为(　　)
A.3a＋b－c　　　B．c－3a－b
C.a＋b－c D．c－a－b
9．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量495 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为(　　)
A.920 kJ B．557 kJ
C.436.5 kJ D．188 kJ
10．(1)下列三个反应在某密闭容器中进行：
反应①：Fe(s)＋CO2(g)===FeO(s)＋CO(g)ΔH1＝a kJ·mol－1
反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2 (g)ΔH2＝b kJ·mol－1
反应③：2Fe(s)＋O2(g)===2FeO(s)　ΔH3＝________ kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
(2)焦炭与CO、CO2、H2均是重要的化工原料，由CO2制备甲醇的过程可能涉及的反应如下：
反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)⇌CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.58 kJ·mol－1
反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝＋41.19 kJ·mol－1
反应Ⅲ：CO(g)＋2H2(g)⇌CH3OH(g)　ΔH3
则反应Ⅲ的ΔH3＝________ kJ·mol－1。
(3)一种煤炭脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定下来，但产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，相关的热化学方程式如下：
①CaSO4(s)＋CO(g)⇌CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)ΔH1＝＋210.5 kJ·mol－1
②14CaSO4(s)＋CO(g)⇌ 14CaS(s)＋CO2(g)ΔH2＝－47.3 kJ·mol－1
反应：CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)⇌CaS(s)＋3CO2(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1。
(4)已知：Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g)ΔH1＝＋1 344.1 kJ·mol－1
2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g)ΔH2＝＋1 169.2 kJ·mol－1
由于Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3和CO的热化学方程式为________________________________________________________________________。
11．利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：

①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸的温度，然后把温度计上的酸用水冲洗干净；②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。回答下列问题：
(1)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________(填字母)。
A.用温度计小心搅拌
B.揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯
D.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
(2)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1。为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：

实验
序号
起始温度t1/℃
终止温度t2/℃
盐酸
氢氧化钠溶液
混合溶液
1
20.0
20.1
23.2
2
20.2
20.4
23.4
3
20.5
20.6
23.6
依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝________(结果保留一位小数)。
(3)________(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是________________________________________________________________________
____________________。

练后感悟
反应热的计算方法
计算依据
计算方法
热化学
方程式
热化学方程式可以移项同时改变正负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数
盖斯定律
根据盖斯定律，可以将两个或两个以上的热化学方程式包括其ΔH相加或相减，得到一个新的热化学方程式
中和热
中和反应放出的热量＝n(H2O)×|ΔH|
化学键
的变化
ΔH＝反应物的化学键断裂所吸收的能量之和－生成物的化学键形成所放出的能量之和
反应物和生
成物的
总能量
ΔH＝E(生成物)－E(反应物)


第2课时　反应热的测量与计算
基础知识
新知预习
1．(1)1 mol H2O　(2)1 mol
2．(1)酸与碱　(2)2　(3)损失　误差　(4) ℃　－ kJ·mol－1
3．(1)相同　(2)途径　ΔH1＋ΔH2　ΔH3＋ΔH4＋ΔH5　(3)盖斯定律　间接
4．(2)ΔH＋ΔH2　ΔH1－ΔH2＝－393.5 kJ/mol－(－283.0 kJ/mol)＝－110.5 kJ/mol
即时性自测
1．解析：碎泡沫塑料起到保温效果，减少热量散失，从而减小实验误差，A项不符合题意；环形玻璃搅拌棒搅拌能加快反应速率，减少热量散失，从而减小实验误差，B项不符合题意；硬纸板覆盖于反应装置上起隔离作用，能减少热量散失，从而减小实验误差，C项不符合题意；两个量筒用来分别盛放和量取酸和碱，对实验误差无影响，因此不是为了减小实验误差，D项符合题意。
答案：D
2．答案：B
3．答案：C
4．答案：B
5．解析：依据化学反应的反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能可得，ΔH＝－Q kJ·mol－1＝(436＋243－2×431) kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1，故Q＝183。
答案：B
技能素养
例1　解析：(1)由表中四组数据第2组偏差较大，舍去，可求得t2－t1的平均值为4.0 ℃。(2)根据Q＝(m1＋m2)×c×(t2－t1)＝80× 4.18×4.0×10－3 kJ＝1.337 6 kJ。又因30 mL 0.50 mol/L硫酸溶液中含有0.03 mol的H＋，所以跟0.025 mol的OH－发生中和反应，生成0.025 mol的水，放出热量为Q，所以中和热ΔH＝－＝－ kJ/mol＝－53.5 kJ/mol。(3)由于测得反应放出的热量明显小于57.3 kJ，故保温效果不好，a正确；量取NaOH溶液时，仰视NaOH溶液的体积增多，b不正确；分多次加入NaOH溶液也会使热量散失，要快速一次性加入液体，c正确；d项提前中和了一部分酸和碱，故使一部分热量散失，d正确。
答案：(1)4.0　(2)－53.5 kJ/mol　(3)acd
提升1　解析：在测定中和反应反应热时，需使用环形玻璃搅拌棒搅拌，加快酸与碱的反应。实验中要尽可能减少热量损失，否则会使测得的中和反应反应热数值的绝对值偏小。实验中反应的酸和碱增多，放出的热量也增多，但测得的中和反应反应热不变，因为对于同一反应来说，中和反应反应热与所用酸、碱溶液的体积无关，根据公式|中和反应反应热|＝可算出中和反应反应热。
答案：(1)环形玻璃搅拌棒　(2)减少实验过程中的热量损失　(3)偏小　(4)不相等　相等
例2　解析：碳与氧气反应放热，即ΔH10，CaO与H2O反应放出热量，ΔH8ΔH8。
答案：C
提升2　解析：气态水转化为液态水放出热量，故|ΔH2|>|ΔH1|，且这两个反应均为放热反应，ΔH为负值，所以ΔH1>ΔH2，A项正确；气态P比固态P的能量高，气态P燃烧放出的热量更多，故|ΔH2|ΔH1，B项错误；第一个反应为放热反应，第二个反应为吸热反应，故ΔH2>ΔH1，C项错误；金刚石的能量高，燃烧放出的热量多，故|ΔH2|