决胜高考之【教材热点实验】13 中和反应反应热的测定
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【教材实验梳理】
1.反应原理 H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1
通过测定一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化,计算反应放出的热量,由此得中和热。
2.实验装置
3.实验用品
大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)、环形玻璃搅拌棒、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(中心有两个小孔)、盐酸(0.50 mol·L−1)、氢氧化钠溶液(0. 55 mol·L−1)
4.实验步骤
5.实验说明
(1)中和热的测定实验中,NaOH溶液的浓度稍大于盐酸的浓度是确保HCl反应完全。若采用的酸、碱浓度相等,可采用碱体积稍过量的方法达到这个目的。
(2)中和热的计算公式
ΔH= kJ/mol
(3)实验中若用弱酸(或弱碱)代替强酸(或强碱),因弱酸(或弱碱)电离出H+(或OH−)需要吸收热量,故测定的中和热的数值偏小;若用浓硫酸与强碱反应测定中和热,因浓硫酸稀释要放热,故测定的中和热的数值偏大。
(4)要提高反应热测定的准确性,应注意“快”(实验操作要快,尽量减少热量散失)、“准”(准确测量液体温度和液体体积)、“稀”(浓度不宜过大,避免稀释放热,也要避免浓度过小)。
(5)要使用同一支温度计,温度计的水银球要完全浸入溶液中,读出变化过程中的最高温度。
(6)环形玻璃搅拌棒不能用铁丝代替,若用铁丝代替,会因铁丝与酸反应放出热量,且铁丝传热快而使测试结果不准确。
(7)对于定量实验,需重复实验步骤,取3次实验数据的平均值,但相差太大的数据应舍弃。
6.误差分析
(1)分析的依据
看实验中有哪些因素能造成(t终−t始)出现误差。若(t终−t始)偏大,则|ΔH|偏大;若(t终−t始)偏小,则|ΔH|偏小。
(2)误差分析实例
50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液反应的误差分析:
【答题技巧】
反应热答题规范指导
(1)用“焓变(ΔH)”表示反应热时,ΔH>0表示吸热,ΔH<0表示放热,因而,ΔH后所跟数值需要带“+”、“-”符号。
(2)描述反应热时,无论是用“反应热”、“焓变”表示还是用ΔH表示,其后所跟数值需要带“+”、“-”
符号。
(3)由于中和反应和燃烧均是放热反应,表示中和热和燃烧热时可不带“-”号。
【例题讲解】
1.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,测出盐酸温度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH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)为什么所用NaOH溶液要稍过量?_______。
(2)倒入NaOH溶液的正确操作是_______(填序号)。
A.沿玻璃棒缓慢倒入
B.分三次少量倒入
C.一次迅速倒入
(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是_______(填序号)。
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
(4)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1 L 1 mol·L-1的稀盐酸恰好完全反应,其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为_______。
(5)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:
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)。
(6)_______(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_______。
【巩固练习】
2.在测定中和热的实验中,下列说法正确的是()
A.用环形铜质搅拌棒搅拌使反应充分,减小实验误差
B.为防止液体溅出,实验过程中将碱液缓缓倒入酸液中
C.实验中加入的HCl与NaOH的物质的量之比为1:1
D.为准确测定反应过程中的温度变化,温度计的水银球应置于液体中间
3.利用如图所示装置测定中和热的实验步骤正确的是( )
A.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒上下轻轻地搅动
B.为了减小热量损失,倒入NaOH溶液应该分多次迅速倒入
C.烧杯如不盖硬纸板,不影响测得的中和热数值
D.用温度计先测量盐酸温度,再用同一支温度计测量氢氧化钠溶液温度,并做好记录
4.在中和热测定的实验中不需要用到的仪器是( )
A.量筒 B.温度计 C.环形玻璃搅拌棒 D.天平
5.某同学在实验报告中写有以下操作和实验数据,其中合理的是
A.用托盘天平称取11.70g食盐
B.用酸式滴定管量取25.00mL已知浓度的KMnO4溶液
C.用pH试纸测得某溶液的pH值为3.5
D.用简易量热计测定盐酸与NaOH溶液反应的中和热 △H=-58.1 kJ/mol
6.强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应为H+(aq)+OH−(aq)=H2O(l) ΔH=−57.3 kJ/mol。稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸分别与0.1 mol·L−1的NaOH溶液恰好完全反应,放出的热量与消耗NaOH溶液的体积之间的关系如图所示(CH3COOH电离要吸热)。则下列描述正确的是
A.A表示稀硝酸与NaOH溶液的反应
B.B表示稀醋酸与NaOH溶液的反应
C.b=5.73
D.C表示浓硫酸与NaOH溶液的反应
7.已知:H+(aq) + OH-(aq) = H2O(l) ΔH = -57.3 kJ/mol。某同学使用右图所示的装置、盐酸 ( 0.50 mol/L 50 mL ) 和 NaOH 溶液 ( 0.50 mol/L 50 mL) 测定中和热。下列关于该实验的说法 , 不正确的是( )
A.若将盐酸换为醋酸进行该实验,测得ΔH 应大于-57.3 kJ/mol
B.为使盐酸完全中和, 应将 NaOH 溶液浓度升至 0.55 mol/L
C.若小烧杯杯口未与大烧杯杯口相平, 测得的中和热会偏大
D.若混合溶液时不慎将 5 mL NaOH 溶液洒出, 测得中和反应的焙变ΔH 会偏大
8.中和热测定实验中,用50mL0.50mol/L盐酸和50mL0.55mol/LNaOH进行实验,下列说法不正确的是
A.改用60mL 0.50mol/L盐酸跟50mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应,求出的中和热数值和原来相同
B.用50mL0.50mol/L盐酸和50mL0.55mol/LNaOH进行实验比用50mL0.50mol/L盐酸和50mL0.50mol/LNaOH测得的数值准确
C.装置中的大小烧杯之间填满碎泡沫塑料的作用是保温隔热、减少热量损失
D.酸碱混合时,量筒中NaOH溶液应缓缓倒入小烧杯中,不断用玻璃棒搅拌
9.用一定浓度的NaOH稀溶液与稀盐酸进行中和反应反应热的测定实验时,中和热的实验数值稍小于,产生这种偏差的原因不可能是
A.实验用NaOH稀溶液浓度稍大于稀盐酸浓度
B.实验时搅拌速度慢
C.分2~3次把NaOH溶液倒入盛有稀盐酸的小烧杯中
D.用量取完稀盐酸的量筒直接量取氢氧化钠溶液
10.将V1 mL1.00mol·L-1HCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50mL,下列叙述不正确的是
A.当V1=30mL时,实验测得的中和热数值最大
B.做该实验时环境温度低于22℃
C.NaOH溶液的浓度约为1.50mol·L-1
D.该实验表明化学能可转化为热能
11.关于中和热的测定实验,下列说法正确的是
A.为了使反应进行的更完全,可以使酸或碱适当过量
B.为了使反应充分,可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)
C.中和热为一定值,实验结果与所用酸(碱)的用量和种类均无关
D.用铜丝代替玻璃棒搅拌,会使中和热测定值偏大
12.某实验小组用0.50mol·L-1氢氧化钠溶液和0.50mol·L-1硫酸溶液进行中和热的测定。
(1)倒入NaOH溶液的正确操作是_______________(从下列选出)。
A.沿玻璃棒缓慢倒入B.一次迅速倒入C.分三次少量倒入
(2)使硫酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是_________(从下列选出)。
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棒搅拌棒轻轻地搅动
(3)取50mLNaOH溶液和30mL硫酸溶液进行实验,实验数据如下表。请填写下表中的空白:近似认为0.50mol·L-1氢氧化钠溶液和0.50mol·L-1硫酸溶液的密度都是1g·cm-3,中和后生成溶液的比热容c=4.18J/(g·℃)。
起始温度t1/℃
终止温度
t2/℃
温度差平均值
(t2-t1)/℃
H2SO4
NaOH
平均值
1
26.2
26.0
26.1
30.1
__________
2
27.0
27.4
27.2
33.3
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4
(4)计算中和热△H=______________(取小数点后一位)。
(5)不能用Ba(OH)2和硫酸代替盐酸和氢氧化钠溶液,理由是_________________。
13.中和热的测定实验(如图)。
①量取反应物时,取50mL0.50 mol∙L−1的盐酸,还应加入的试剂是________(填序号)。
A.50mL0.50 mol∙L−1NaOH溶液
B.50mL0.55 mol∙L−1NaOH溶液
C.1.0gNaOH固体
②在该实验过程中,该同学需要测定的实验数据有________(填序号)。
A.盐酸的浓度 B.盐酸的温度
C.氢氧化钠溶液的浓度 D.氢氧化钠溶液的温度
E.水的比热容 F.反应后混合溶液的终止温度
③若用50mL0.5 mol∙L−1醋酸溶液代替上述盐酸测定中和热,所得数据________。(填“偏大”或“偏小”或“不变”)
14.50mL0.50mol/L盐酸与50mL0.55mol/LNaOH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反应的反应热。请回答下列问题:
(1)从实验装置上看,图中缺少的一种玻璃仪器是_____________。
(2)若三次平行操作测得数据中,起始时盐酸与NaOH溶液平均温度相同,而终止温度与起始温度差(t2-t1)分别为①3.3℃、②3.5℃、③4.5℃,则最终代入计算式的温度差的平均值为________℃。
(3)下列对中和反应反应热测定实验的说法错误的是( )
A.一组完整实验数据需要测温度3次
B.量热计中的隔热层可以减少实验过程中的热量散失
C.可用铜做的搅拌器代替玻璃搅拌器,因铜和盐酸不反应
D.在量取NaOH溶液和HCl溶液体积时均仰视,测得中和热数值将偏大
(4)用一定浓度的盐酸和NaOH溶液测得中和热数值为ΔH1,若将盐酸改为相同体积、相同浓度的醋酸,测得中和热数值为ΔH2,则ΔH1与ΔH2的关系为ΔH1________(填“<”“>”或“=”)ΔH2,理由是_____________________________________。
15.用一定浓度的稀盐酸与稀NaOH溶液在图1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。已知强酸与强碱的中和热为57.3kJ/mol,水的比热容为4.2J/(g·℃),有关热量与比热容的计算公式:Q=m×c×△t(Q为热量,m为物质的质量,c为比热容,△t物质温度的变化值)回答下列问题:
(1)从实验装置上看,图1中尚缺少的一种玻璃用品是:__。
(2)将V1mL1.0mol/LHCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如图2所示(实验中始终保持V1+V2=50mL)。下列叙述正确的是( )
A.做该实验时环境温度为22℃
B.该实验表明化学能可以转化为热能
C.NaOH溶液的浓度约是1.50mol/L
D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应
(3)根据图2及题中所给数据算出HCl与NaOH恰好反应时的温度变化值约为__。(保留整数,计算时可将稀溶液的密度及比热容看成与水近似相同,且溶液混合时体积变化忽略不计,强酸与强碱的中和热为57.3kJ/mol);
(4)而根据图2的温度变化可读出温度变化值约7℃;上述实验数值结果与理论计算结果偏差,产生偏差的原因可能是__(填字母)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中
d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定HCl溶液的温度
16.某实验小组用0.50 mol·L-1NaOH溶液和0.50 mol·L-1硫酸溶液进行中和热的测定。
Ⅰ.配制0.50 mol·L-1NaOH溶液。
(1)若实验中大约要使用245 mL NaOH溶液,至少需要称量NaOH固体________g。
(2)从下图中选择称量NaOH固体所需要的仪器(填字母):________。
名称
托盘天平(带砝码)
小烧杯
坩埚钳
玻璃棒
药匙
量筒
仪器
序号
a
b
c
d
e
f
Ⅱ.测定稀硫酸和稀NaOH中和热的实验装置如下图所示。
(3)写出该反应的热化学方程式(中和热ΔH= -57.3 kJ·mol-1):____________________。
(4)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验,实验数据如下表。
温度
实验
编号
起始温度t1/℃
终止温度
t1/℃
温度差平均值
(t2 — t1)/℃
H2SO4
NaOH
平均值
1
26.2
26.0
26.1
30.1
2
25.0
25.2
25.1
31.2
3
25.9
25.9
25.9
29.8
4
26.4
26.2
26.3
30.4
①请填写表中的空白:温度差平均值____________℃。
②近似认为0.50 mol·L-1NaOH溶液和0.50 mol·L-1硫酸溶液的密度都是1 g·cm-3,中和后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。则中和热ΔH=________(取小数点后一位)。
③上述实验数值结果与57.3 kJ·mol-1有偏差,产生偏差的原因可能是________(填字母)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取NaOH溶液的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中
d.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
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