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人教A版化学选择性必修一第01讲 反应热 焓变-讲义试卷【教师版】新高二化学暑假衔接(人教版)
展开1.知道化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。
2.知道体系、环境概念,认识内能,学会使用焓变表示反应热,会用键能计算焓变。
3.理解中和反应反应热的测定原理和方法,会分析产生误差的原因。
4.认识热化学方程式的意义,能用热化学方程式表示反应中的能量变化。
5.了解燃烧热的概念,能正确书写关于燃烧热的热化学方程式。
1.中和反应反应热的测定,产生误差的原因。
2.用键能计算焓变。
3.热化学方程式的书写。
1.中和反应反应热测定的误差分析。
2.热化学方程式的书写。
自然界的能量存在形式有很多种:势能、生物能、热能、太阳能、风能等。其中热量的释放或吸收是化学反应中能量变化的常见形式,如下表。
如何定量描述化学反应过程释放或吸收的热量?
一、反应热 焓变
1.反应热及其测定
(1)体系与环境
(2)反应热概念
在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量,称为化学反应的热效应,简称反应热。
热量:指因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量。
(3)反应热测定
通常可用量热计直接测定。
中和反应反应热的测定
化学反应的实质和特征
化学反应为什么会产生反应热?
化学反应前后体系的的内能发生了变化。
2.反应热与焓变
(1)内能
①内能是体系内物质的各种能量的总和。
②符号:U
③影响因素:温度、压强和物质的聚集状态。
(2)焓与焓变
❶反应热与焓变的关系——等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变,因此常用ΔH表示反应热。
❷焓只有正值,而焓变的值可能带“+”或“-”号,即ΔH>或ΔH<0。
❸化学反应有焓变,物质的溶解、物质的聚集状态变化、化学键的断裂或形成,电解质的电离等都有能量变化。如H2O(l)=H2O(g) ΔH=+44 kJ·ml-1。
(3)焓变(ΔH)与吸热反应和放热反应的关系
①放热反应:反应体系向环境释放能量,反应体系的焓减小,ΔH为负值,即ΔH<0。
②吸热反应:反应体系从环境中吸收能量,反应体系的焓增大,ΔH为正值,即ΔH>0。
(4)从微观角度理解反应热的实质
以H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)反应的能量变化为例说明,如图所示:
由图可知:
①图示:化学反应过程中形成化学键、断裂化学键能量变化可用如图表示:
其中,E1表示反应物断裂化学键吸收的总热量,E2表示生成物形成化学键放出的总热量,E1与E2的差值表示反应热。上述反应过程表示该反应为放热反应。
②焓变计算公式:ΔH=E总(断键)-E总(成键)或ΔH=E总(反应物)-E总(生成物)。
1.吸热反应和放热反应均为化学变化。
2.吸热反应和放热反应与反应条件没有必然联系,需要加热的反应也可能是放热反应。
3.一般来说,物质具有的能量越低,物质越稳定;物质内的总键能越大,物质越稳定。
4.加入催化剂可以使反应历程—能量曲线的“山峰”降低,改变了反应历程,但加入催化剂前后反应物和生成物的总能量差不变,即前后的“落差”不变,故加入催化剂不影响反应的ΔH,如图所示(图中b曲线表示加入催化剂后的能量变化)。
5.一般情况下,热化学方程式中不用“↑”、“↓”来表示气体和沉淀。
二、热化学方程式
热化学方程式易错点
1.可逆反应的热效应
可逆反应中的“ΔH”表示的是完全反应时对应的焓变值。若按该反应的化学计量数投料进行反应,由于可逆反应不能进行彻底,那么吸收或放出的热量一定比该值小。
2.热化学方程式中的物质必须指明聚集状态。
3.ΔH的单位为kJ·ml-1。
4.“=”上方不写反应条件,而写发生反应的环境状况如温度和压强。
三、燃烧热
燃烧热:①燃料1 ml;②完全燃烧;③生成指定产物。如:C元素→CO2(g)、H元素→H2O(l)、S元素→SO2(g)、N元素→N2(g);④燃烧热的数值与化学计量数无关。
考点一:放热反应与吸热反应
例1.(2022·湖北襄阳高二阶段练习)下列变化过程,属于放热反应的是
A.浓硫酸稀释B.酸碱中和反应
C.固体氢氧化钠溶于水D.碳在高温条件下还原二氧化碳
【答案】B
【解析】A项,浓硫酸稀释是物理变化,不是化学反应,错误;B项,酸碱中和反应是放热反应,正确;C项,固体氢氧化钠溶于水是物理变化,不是化学反应,错误;D项,碳在高温条件下还原二氧化碳生成一氧化碳是吸热反应,错误。
考点二:内能与焓变
例2.(2022·山西太原月考)下列关于内能和焓变的说法正确的是
A.化学反应过程中内能的变化等于焓变
B.气态水和液态水所具有的内能一定不相同
C.一个化学反应都有且只有一个相对应的焓变
D.可逆反应的正反应和逆反应的焓变:ΔH正=-ΔH逆
【答案】D
【解析】A项,等压条件下,体系只做体积功时,化学反应的反应热等于反应的焓变,错误;B项,等质量的气态水和液态水所具有的内能一定不相同,不限定水的质量则不能比较二者内能的大小,错误;C项,同一化学反应,若反应的温度、压强不同或物质的聚集状态不同,则焓变不同,错误;可逆反应的正反应和逆反应的物质变化相反,所以能量变化相反,即焓变数值相等、符号相反,正确。
考点三:中和反应的反应热测定
例3.(2023·安徽亳州高二上学期期末)取一定浓度的稀硫酸与一定浓度的NaOH溶液各50 mL,利用下图装置测定中和反应的反应热。下列说法正确的是
A.搅拌器可采用玻璃或铝质材料制备
B.酸碱混合后,缓慢搅拌,再迅速盖好杯盖
C.酸碱物质的量浓度之比一定是1∶2
D.用温度计测量酸的温度后直接测量碱的温度,测得反应热的数值偏低
【答案】D
【解析】A项,搅拌器可采用玻璃材料,由于金属导热性良好,易造成热量较大损失,增大实验误差,故不能用铝质材料制备,错误;B项,酸碱混合后,迅速盖好杯盖,快速拉动环形玻璃搅拌棒进行搅拌,使溶液充分反应,防止热量损失,错误;C项,中和热的测量时,为减小误差,一般保持碱的浓度稍大,则酸碱物质的量浓度之比一般大于1∶2,错误;D项,温度计上蘸的酸与NaOH溶液反应,导致硫酸和NaOH溶质损失,中和反应实验时放出的热量减少,使测得的反应热数值偏低,因放热反应的焓变是负值,则焓变偏高,正确。
考点四:热化学方程式书写
例4.(2023·广西桂林市高二上学期期末)根据对应信息书写的热化学方程式,正确的是
A.稀盐酸与NaOH稀溶液反应生成1 ml水放出57.3 kJ热量。醋酸与NaOH溶液反应的热化学方程式:H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1
B.在一定条件下,0.1 ml硫粉与0.1 ml铁粉反应生成0.1 ml硫化亚铁固体时,放出9.56 kJ热量,则:Fe(s)+S(s)=FeS(s) ΔH=-95.6 kJ·ml-1
C.氢气的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·ml-1,则:2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) ΔH=+285.8 kJ·ml-1
D.碳的燃烧热ΔH=-110.5 kJ·ml-1,则:2C(s)+O2(g)=2CO(g) ΔH=-221 kJ·ml-1
【答案】B
【解析】A项,醋酸是弱酸,电离过程会吸收热量,则醋酸与NaOH溶液反应产生1 ml水放出热量小于57.3 kJ,故其反应的热化学方程式中反应热大于-57.3 kJ·ml-1,错误;B项,在一定条件下,0.1 ml硫粉与0.1 ml铁粉反应生成0.1 ml硫化亚铁固体时,放出9.56 kJ热量,则1 ml硫粉与1 ml铁粉反应生成1 ml硫化亚铁固体时,放出95.6 kJ热量,故该反应的热化学方程式为:Fe(s)+S(s)=FeS(s) ΔH=-95.6 kJ·ml-1,正确;C项,氢气的燃烧热是1 ml H2燃烧产生1 ml液态水时放出热量是285.8 kJ,2 ml H2燃烧产生2 ml液态水时放出热量是571.6 kJ,则2 ml液态水分解产生2 ml H2(g)和1 ml O2(g)吸收571.6 kJ的热量,由于气态水含有的能量比等质量的液态水多,所以2 ml气态水分解产生2 ml H2(g)和1 ml O2(g)吸收热量小于571.6 kJ,错误;D项,碳的燃烧热表示1 ml C完全燃烧产生1 ml C的稳定氧化物CO2气体时放出热量为110.5 kJ,CO不是C的稳定氧化物,错误。
书写热化学方程式的注意点
1.需注明环境的温度和压强(25 ℃、101 kPa,可不注明)。
2.应注明反应物和生成物的状态。
3.对于相同的反应,当化学计量数不同时,其ΔH不同。
考点五:依据键能计算反应热
例5.(2023·江苏扬州邗江区高二上学期期中)COS可作为一种粮食熏蒸剂,其制备的原理为:CO(g)+H2S(g)=COS(g)+H2(g),已知:
其中CO的结构为C≡O,则该制备反应的ΔH为
A.82 kJ·ml-1B.54 kJ·ml-1
C.-285 kJ·ml-1D.-110 kJ·ml-1
【答案】B
【解析】由题目给出的化学键键能可计算得该反应得ΔH=Σ反应物总键能-Σ生成物总键能=1 076 kJ·ml-1+2×339 kJ·ml-1-(536 kJ·ml-1+728 kJ·ml-1+436 kJ·ml-1)=54 kJ·ml-1,选B项。
考点六:考查燃烧热
例6.(2023·江苏南通如东县高二上学期月考)下列热化学方程式中ΔH的数值表示可燃物燃烧热的是
A.CO(g)+ EQ \f(1,2)O2(g)=CO2(g) ΔH=-283 kJ·ml-1
B.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-802.3 kJ·ml-1
C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·ml-1
D.H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) ΔH=-184.6 kJ·ml-1
【答案】A
【解析】A项,符合燃烧热的概念,正确;B项,生成物中的水是气体,属于不稳定氧化物,错误;C项,热化学方程式中是2 ml可燃物氢气燃烧放热,不符合燃烧热的概念,错误;D项,HCl不是氧化物,不符合燃烧热的概念要求,错误。
燃烧热的热化学方程式正误判断:
“一看”可燃物的化学计量数是否为1。
“二看”元素完全燃烧生成的物质是否为指定产物。
“三看”ΔH是否为“-”及单位是否正确。
1.(2022·广东梅州下学期期末)根据如图提供的信息,下列所得结论正确的是
A.该反应为吸热反应
B.反应物比生成物稳定
C.只有在加热条件下反应才能进行
D.反应中断开化学键吸收的总能量低于形成化学键释放的总能量
【答案】D
【解析】A项,根据图示可知,反应物总能量大于生成物总能量,故该反应为放热反应,错误;B项,体系能量较低的比较稳定,故生成物比反应物稳定,错误;C项,反应是否放热与反应条件加热无关,错误;D项,该反应是放热反应,反应中断开化学键吸收的总能量低于形成化学键释放的总能量,正确。
2.(2022·广东·新会华侨中学高二期中)某同学设计如图所示实验,探究反应
下列判断正确的是
A.由实验可知,(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应
B.将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量有所增加
C.实验(c)中将环形玻璃搅拌棒改为铁质搅拌器,则测定数值偏低
D.若用NaOH固体代替NaOH溶液与盐酸反应测定中和反应的反应热,测定数值不变
【答案】C
【解析】A项,金属与酸的反应、中和反应为放热反应,氢氧化钡晶体和氯化铵固体的反应为吸热反应,即(a)、(c)所涉及的反应是放热反应,错误;B项,相同质量的铝片和铝粉与酸反应放出的热量相同,错误;C项,铁制搅拌器导热效果好,会损失部分热量,导致测定的放出的热量数值偏小,正确;D项,氢氧化钠固体溶于水放热,测定的数值偏大,错误。
3.(2023·浙江杭州市高二上学期期中)合成氨工业中氢气可由天然气和水反应制备,其主要反应为:CH4(g)+2H2O(g)=CO2(g)+4H2(g);ΔH=+162kJ·mL-1,共价键的键能与热化学方程式信息如下表(25℃、101kPa),则CH4分子中C-H键能为:
A.207 kJ·ml-1B.414 kJ·ml-1C.632 kJ·ml-1D.828 kJ·ml-1
【答案】B
【解析】在化学反应中,旧键断开需要吸收能量,新键形成释放能量,反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,设C-H键能为a k·ml-1,则该反应的反应热ΔH=4×a+4×464 kJ·ml-1-2×803 kJ·ml-1-4×436 kJ·ml-1=+162 kJ·ml-1,a=414 kJ·ml-1;选B项。
4.(2022·湖北十堰高二期中)已知:H2(g)+F2(g)=2HF(g)的能量变化如图所示,下列有关叙述正确的是
A.氟化氢气体分解生成氢气和氟气的反应是吸热反应
B.1 ml H2与1 ml F2反应生成2 ml液态HF放出的热量小于270 kJ
C.在相同条件下,1 ml H2与1 ml F2的能量总和小于2 ml HF气体的能量
D.断裂1 ml H-H键和1 ml F-F键吸收的能量大于形成2 ml H-F键放出的能量
【答案】A
【解析】由图可知,该反应为反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,反应的热化学方程式为H2(g)+F2(g)=2HF(g) ΔH=-270 kJ·ml-1。
A项,由分析可知,氢气与氟气化合生成氟化氢的反应为放热反应,则氟化氢分解生成氢气和氟气的反应为吸热反应,正确;B项,液态氟化氢的能量小于气态氟化氢,则1 ml氢气与1 ml氟气反应生成2 ml液态氟化氢放出的热量大于270 kJ,错误;C项,由分析可知,该反应为反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,则在相同条件下,1 ml氢气与1 ml氟气的能量总和大于2 ml氟化氢气体的能量,错误;D项,由分析可知,该反应为反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,则断裂1ml H—H键和1ml F—F键吸收的能量小于形成2 ml H—F键放出的能量,错误。
5.(2022·湖北十堰下学期期末)采用50 mL 0.5 ml·L-1NaOH溶液和50 mL 0.55 ml·L-1稀盐酸进行中和反应反应热的测定实验,装置如图所示,下列说法错误的是
A.仪器M的名称为玻璃搅拌器
B.碎泡沫塑料能减少热量的散失
C.加入试剂时,应缓慢加入,防止液体飞溅
D.可用50 mL 0.26 ml·L-1稀硫酸代替稀盐酸进行实验
【答案】C
【解析】A项,仪器M的名称为玻璃搅拌器或环形玻璃搅拌棒,正确;B项,碎泡沫塑料导热性能差,能减少热量的散失,正确;C项,加入试剂时,为防止热量损失,应一次性快速加入,错误;D项,本实验中采用酸过量,50 mL 0.26 ml·L-1稀硫酸提供氢离子的物质的量大于50 mL 0.50 ml·L-1 NaOH溶液提供的OH-,依然是酸过量,故可代替稀盐酸进行实验,正确。
6.(2023·北京通州区高二上学期期中)在相同温度和压强下,2 ml氢气和1 ml氧气,分别以点燃(反应①)和氢氧燃料电池(反应②)两种不同的方式反应生成2 ml液态水。下列说法正确的是
A.反应的焓变①>②B.体系内能变化①<②
C.放出的热量①>②D.无法比较
【答案】C
【解析】A项,焓变的大小与反应物和生成物总能量的大小有关,反应①和反应②的反应物和生成物相同,反应物总能量和生成物总能量相同,则反应的焓变①=②,错误;B项,反应①和反应②的反应物和生成物相同,反应物总能量和生成物总能量相同,则反应的体系内能变化①=②,错误;C项,反应①的能量转化形式为化学能转化为热能,反应②的能量转化形式为化学能转化为电能,则反应放出的热量①>②,正确;D项,反应①和反应②的反应物和生成物相同,反应物总能量和生成物总能量相同,则反应的焓变和体系内能变化均为①=②;反应①的能量转化形式为化学能转化为热能,反应②的能量转化形式为化学能转化为电能,则反应放出的热量①>②,错误。
7.(2022·江西景德镇下学期期末)室温下,用50 mL 0.50 ml·L-1盐酸和50 mL0.55 ml·L-1 NaOH溶液在如图所示装置中进行中和反应,并通过测定反应过程中放出的热量计算中和反应的反应热。下列说法正确的是
A.若用相同形状的细铜丝代替仪器a进行相应的实验操作,所测中和热ΔH将偏小
B.HCl和NaOH反应的中和热ΔH=-57.3 kJ·ml-1,则H2SO4和Ba(OH)2反应的中和热ΔH=-114.6 kJ·ml-1
C.该实验最少需要测定并记录温度的次数是3次
D.若实验测得的反应前后温度差平均值Δt=3.2℃,中和后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1(若近似认为0.55 ml·L-1 NaOH溶液和0.50 ml·L-1盐酸的密度都是1.0 g·mL-1)。则生成1 ml H2O(l)时的反应热ΔH=-53.5 kJ·ml-1
【答案】D
【解析】A项,铜是热的良导体,易传热,热量散失较大,ΔH将偏大,错误;B项,H2SO4和Ba(OH)2反应生成硫酸钡放热,反应热ΔH<-114.6 kJ·ml-1,错误;C项,在测定中和热的实验中,每一组要记录3次温度,而我们实验时至少要做2组,所以至少要记录6次温度,错误;D项,50 mL 0.50 ml·L-1盐酸和50 mL 0.55 ml·L-1 NaOH溶液进行中和反应,生成水的物质的量为0.05 L×0.5 ml·L-1=0.025 ml,溶液的质量为100 mL×1.0 g·mL-1=100 g,则生成0.025 ml水放出的热量为:Q=m•c•ΔT=100 g×4.18 J·g-1·℃-1×3.2℃=1337.6 J=1.3376 kJ,所以实验测得的中和热ΔH=- EQ \f(1.3376 kJ,0.025 ml)=-53.5 kJ·ml-1,正确。
8.(2023·安徽亳州高二上学期期末)298K、101kPa下,一组物质的摩尔燃烧焓如下表:
下列说法正确的是
A.1 ml H2(g)和0.5 ml O2(g)的内能之和比1 ml H2O(g)的内能多285.8 kJ
B.16.0 g CH4(g)在足量O2(g)中燃烧生成CO(g)和液态水,放出890.3 kJ热量
C.1 ml CH3OH(l)完全燃烧的热化学方程式为CH3OH(l)+ EQ \f(3,2)O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.5 kJ·ml-1
D.单位质量的三种物质完全燃烧,CH3OH(l)放出的能量最多
【答案】C
【解析】A项,H2O应为液态而不是气态,错误;B项,16.0 g CH4(g)在足量O2(g)中燃烧生成CO2(g)和液态水,放出890.3 kJ热量,错误;C项,甲醇摩尔生成焓为726.5 kJ·ml-1,1 ml CH3OH(l)完全燃烧的热化学方程式为CH3OH(l)+ EQ \f(3,2)O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-726.5 kJ·ml-1,正确;D项,根据H2(g)、CH4(g)、CH3OH(l)的摩尔质量比较,单位质量的三种物质完全燃烧,H2(g)放出的能量最多,错误。
1.(2023·浙江杭州市高二上学期期中)下列变化既是氧化还原反应,又符合下图所示能量变化的是
A.盐酸与碳酸氢钠反应B.锌与稀硫酸反应
C.铝热反应D.灼热的炭与CO2反应
【答案】D
【解析】图示反应反应物的总能量小于生成物的总能量,为吸热反应。
A项,盐酸与碳酸氢钠发生复分解反应生成NaCl、H2O和CO2,该反应不属于氧化还原反应,不符合题意;B项,锌与稀硫酸发生置换反应生成ZnSO4和H2,该反应属于氧化还原反应,为放热反应,不符合题意;C项,铝热反应为铝与某些金属氧化物在高温下的置换反应,属于氧化还原反应,为放热反应,不符合题意;D项,灼热的炭与CO2的反应为C+CO2eq \(====,\s\up7(高温))2CO,该反应反应前后C元素的化合价发生变化,属于氧化还原反应,为吸热反应,符合题意。
2.(2023·江苏南通如东县高二上学期月考)在下列各说法中,正确的是
A.任何化学反应都有热效应,ΔH<0表示吸热反应,ΔH>0表示放热反应
B.热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量,可以用是分数表示,也可以用整数表示
C.1 ml H2SO4与1 ml Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀时放出的热叫做中和热
D.1 ml H2与0.5 ml O2反应放出的热就是H2的燃烧热
【答案】B
【解析】A项,放热ΔH为负,吸热ΔH为正,错误;B项,热化学方程式中化学计量数表示参加反应的物质的的物质的量,因此热化学方程式中的化学计量数只表示物质的量,可以用是分数表示,也可以用整数表示,正确;C项,中和热是强酸和强碱的稀溶液发生中和反应生成1 ml水时放出的热量稀,1 ml H2SO4与1 ml Ba(OH)2反应生成生成2 ml水,且生成BaSO4沉淀时,由于SO42-+Ba2+=BaSO4↓时放出热量,导致反应热增大,错误;D项,燃烧热是指1 ml纯净物完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量,1 ml H2与0.5 ml O2反应生成1 ml液态水时放出的热就是H2的燃烧热,错误。
3.(2023·江苏扬州邗江区高二上学期期中)已知充分燃烧a g 乙烷(C2H6)气体时生成1 ml 二氧化碳气体和液态水,并放出热量b kJ,则表示乙烯标准燃烧热的热化学方程式正确的是
A.C2H6(g)+ EQ \f(7,2)O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=+2b kJ·ml-1
B.C2H6(g)+ EQ \f(7,2)O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2b kJ·ml-1
C.2C2H6(g)+7O2(g)=4CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-4b kJ·ml-1
D.C2H6(g)+ EQ \f(7,2)O2(g)=2CO2(g)+3H2O(g) ΔH=-2b kJ·ml-1
【答案】B
【解析】A项,燃烧放热,ΔH<0,错误;B项,根据“充分燃烧a g 乙烷(C2H6)气体时生成1 ml 二氧化碳气体和液态水,并放出热量b kJ”,生成2 ml二氧化碳和液态水放出热量为2b kJ,故表示乙烯标准燃烧热的热化学方程式为C2H6(g)+ EQ \f(7,2)O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-2b kJ·ml-1,正确;C项,燃烧热的热化学方程式要求可燃物为1 ml,错误;D项,生成液态水而非气态的水,错误。
4.(2023·四川雅安市高二上学期期末)下列有关中和反应反应热测定实验的说法中正确的是
A.一次实验一般需做多组实验,则一组完整的实验数据需要测温度三次
B.为了使反应充分进行,可以向盐酸中逐滴加入NaOH溶液
C.测定中和反应反应热实验中,读取混合溶液不再变化的温度为终止温度
D.该实验所用的玻璃仪器只有烧杯、量筒
【答案】A
【解析】A项,一次实验一般需做二到三组实验,一组完整实验数据需要测温度三次:酸碱初始温度以及中和反应的最高温度,得到温度差值,进行计算,正确;B项,为了减少热量散失,酸碱要一次加入,逐滴加入,热量散热会较多,实验误差增大,错误;C项,酸碱中和反应是放热反应,恰好反应完全时溶液温度最高,所以应该读取混合溶液的最高温度为终止温度,错误;D项,中和热的测定中,玻璃仪器除了烧杯、量筒,还有温度计、环形玻璃搅拌捧,错误。
5.(2023·江苏扬州邗江区高二上学期期中)某实验小组学生用50 mL 0.50 ml·L-1的盐酸与50 mL 0.55 ml·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放出的热量可计算中和反应的反应热ΔH=-52 kJ·ml-1,下列说法不正确的是
A.图中实验装置缺少环形玻璃搅拌棒
B.烧杯间填满碎纸条的作用是减少实验过程中的热量损失,减小实验误差
C.若用铜丝做成环形搅拌棒,求得的反应热ΔH>-52 kJ·ml-1
D.把盐酸体积改为60 mL,求得中和反应的反应热ΔH<-52 kJ·ml-1
【答案】D
【解析】A项,中和实验需要用环形玻璃搅拌棒搅拌使反应充分,图中实验装置缺少环形玻璃搅拌棒,正确;B项,烧杯间填满碎纸条起保温作用,减少实验过程中的热量损失,减小实验误差,正确;C项,若用铜丝做成环形搅拌棒,因金属导热,实验过程中的热量损失,测得实验结果ΔH>-52 kJ·ml-1,正确;D项,中和热与所有酸和碱的体积无关,把盐酸体积改为60 mL,中和热不变,错误。
6.(2023·四川乐山市高二下学期开学考)根据已知条件判断下列热化学方程式正确的是
【答案】B
【解析】A项,HCl不是氧化物,不符合燃烧热的概念要求,符合已知条件的应是H2和O2反应生成液态水,错误;B项,1 ml CO(g)与0.5ml O2(g)完全反应生成气态CO2放热b kJ,则2 ml CO(g)完全反应,反应放热为2b kJ,正确;C项,反应过程中除了氢离子和氢氧根离子反应放热,硫酸钡沉淀的生成也伴随有热量的变化,错误;D项,12 g金刚石12 g金刚石物质的量为1 ml,比12 g石墨能量高d kJ(d>0),则1 ml金刚石完全生成1 ml石墨,放出a kJ热量,热化学方程式为C(s,金刚石)=C(s,石墨) ΔH=-d kJ·ml-1,错误。
7.(2023·潮南益阳高二上学期期末)2 ml H2(g)与足量的O2(g)充分反应,生成2 ml H2O(l)时放出571.6 kJ的热量,则下列说法正确的是
A.若生成2 ml H2O(g)时放出的热量为Q,Q>571.6 kJ
B.该反应的热化学方程式可写为2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·ml-1
C.2 ml H2(g)与足量的1 ml O2(g)所具有的总能量低于2 ml H2O(l)具有的能量
D.H2的燃烧热为571.6 kJ·ml-1
【答案】B
【解析】A项,生成2 ml H2O(l)要放出571.6 kJ,生成2 ml H2O(g)时放出热量少些,Q<571.6 kJ,错误;B项,根据信息可知,该反应的热化学方程式可写为2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·ml-1,正确;C项,反应为放热反应,2 ml H2(g)与足量的1ml O2(g)所具有的总能量高于2 ml H2O(l)具有的能量,错误;D项,燃烧热是在25℃、101 kpa时,1 ml物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,H2的燃烧热为285.8 kJ·ml-1,错误。
8.(2023·四川雅安市高二上学期期末)下列说法正确的是
A.S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1,S(s)+O2(g)=SO2(g) △H2;则ΔH1的数值大于ΔH2
B.甲烷的燃烧热为ΔH=-890.3 kJ·ml-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·ml-1
C.C(s,石墨)=C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·ml-1,则金刚石比石墨稳定
D.同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同
【答案】A
【解析】A项,S在O2中燃烧产生SO2的反应是放热反应,由于气态S含有的能量比等质量的固体S多,反应物含有的能量越多,反应放出热量就越多,故ΔH1的数值大于ΔH2,正确;B项,甲烷的燃烧热表示1 ml CH4气体完全燃烧产生CO2气体和液体水放出的热量,故根据甲烷的燃烧热为ΔH=-890.3 kJ·ml-1,可知甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·ml-1,错误;C项,物质含有的能量越低,则物质的稳定性就越强。根据热化学方程式C(s,石墨)=C(s,金刚石) ΔH=+1.9 kJ·ml-1可知:金刚石含有的能量比等质量的石墨多,故金刚石不如石墨更稳定,错误;D项,反应热大小只与反应物及生成物的状态有关,而与反应条件无关。同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同,错误。
9.(2022·河南洛阳高二上学期期中)下列热化学方程式正确的是
A.甲烷的燃烧热为ΔH=-890.3 kJ·ml-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为:CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·ml-1
B.500 ℃、30 MPa下,将0.5 ml N2和1.5 ml H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-38.6 kJ·ml-1
C.已知H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1,则稀H2SO4溶液和稀Ba(OH)2溶液反应的反应热ΔH=2×(-57.3) kJ·ml-1
D.25 ℃、101 KPa下,1 g H2燃烧生成液态水放出142.9 kJ热量,其热化学方程式为H2(g)+ EQ \f(1,2)O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·ml-1
【答案】D
【解析】A项,表示甲烷燃烧的热化学方程式中,水必须呈液态,而CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3 kJ·ml-1中,水呈气态,不正确;B项,合成氨反应为可逆反应,将0.5 ml N2和1.5 ml H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g),放热19.3 kJ,实际参加反应的N2小于0.5 ml,所以其热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<-38.6 kJ·ml-1,不正确;C项,稀H2SO4溶液和稀Ba(OH)2溶液反应,不仅存在反应H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·ml-1,还存在反应Ba2++SO42-=BaSO4↓,此反应也要放出热量,则稀H2SO4溶液和稀Ba(OH)2溶液反应的反应热ΔH<2×(-57.3) kJ·ml-1,不正确;D项,1 g H2燃烧生成液态水放出142.9 kJ热量,则1 ml H2燃烧生成液态水时放热142.9 kJ×2=285.8 kJ,所以热化学方程式为H2(g)+ EQ \f(1,2)O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·ml-1,正确。
10.(2022·陕西·宝鸡市金台区教育体育局教研室高二期中)中和热测定实验方法如下:
I:量取50 mL 0.50 ml·L-1 盐酸倒入图量热计的内筒,测量温度,用水把温度计上的盐酸冲洗净,擦干备用。
II:量取50 mL 0.55 ml·L-1 NaOH溶液,测量温度;
III:将NaOH溶液倒入量热计的内筒,立即盖杯盖,插入温度计,用_________________搅拌。测量混合液的最高温度。请回答:
(1)III中横线上应填写______________________。
(2)NaOH溶液稍过量的原因______________________。
(3)加入NaOH溶液的正确操作是______________________。(填字母)。
A.沿玻璃棒缓慢加入B.一次迅速倒入C.分三次加入
(4)如果盐酸,氢氧化钠溶液的初始温度均为23.0 C,最后测得混合溶液的最高温度为26.1C,溶液的密度均为1 g·cm-3,中和后溶液的比热容c=4.18 J·g-1·C-1,根据本实验数据计算出的中和热为___________kJ·ml-1。
(5)若将含1 mL CH3COOH的浓醋酸与含1 ml NaOH的溶液混合,测出的中和热的值会偏_______。(填“小”、“不变”或“大”)。
【答案】(1)环形玻璃搅拌棒(玻璃搅拌器) (2)使盐酸完全反应 (3)B (4)51.8 (5)小
【解析】为提高测定中和热的准确度,仪器保温效果要好,实验操作要快且准确,反应要充分进行。
(1)搅拌用的仪器名称为:玻璃搅拌器(或环形玻璃搅拌棒),故答案为:环形玻璃搅拌棒(玻璃搅拌器);(2)为了保证盐酸完全被中和,采用稍过量的NaOH溶液。故答案为:使盐酸完全反应;(3)为了防止实验过程中热量损失影响反应热的测定,NaOH溶液需要一次迅速倒入。故答案为:B;(4)混合后溶液总质量m=100 g,反应前后温度差Δt=3.1 ℃,实验中反应放出的热量Q=m·c·Δt=100 g×4.18 J·g-1·C-1×3.1 ℃=1 295.8 J=1.2958 kJ,生成1 ml水时放出的热量为 EQ \f(1.2958 kJ,0.5×0.05)≈51.8 kJ。故答案为:51.8;(5)若将含1 mL CH3COOH的浓醋酸与含1 ml NaOH的溶液混合,浓醋酸溶于水电离时会吸收热量,造成反应后测得的温度降低,会导致测出的中和热的值偏小。故答案为:小。
钠与水反应
H2在Cl2中燃烧
氯化铵与氢氧化钡反应
煅烧石灰石
反应放热
反应放热
反应吸热
反应吸热
以盐酸与NaOH溶液的反应为例
体系
体系是与周围其他部分区分开来的根据需要所研究的对象。
如将试管中的盐酸、NaOH溶液及发生的反应等看作一个反应体系,简称体系(又称系统)
环境
环境是与体系相互影响的其他部分。
如盛有溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境。
关联
体系与环境之间存在物质交换或能量交换。
测定原理
环境温度不变时,根据测得的体系的温度变化和有关物质的比热容等来计算反应热。
计算公式:Q=cmΔt
实验装置
各部分仪器的作用
a.玻璃搅拌器的作用是使反应物混合均匀充分接触。
b.隔热层的作用是减少热量的散失。
c.温度计的作用是测定反应前后反应体系的温度。
实验步骤
①反应物温度测量(t1)
测量混合前50 mL 0.50 ml·L-1盐酸、50 mL 0.55 ml·L-1氢氧化钠溶液的温度,取两温度平均值,记录为起始温度t1
②反应后体系温度测量(t2)
将酸碱溶液迅速混合,用玻璃搅拌器轻轻搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度,记录为终止温度t2
③重复实验操作两次
记录每次的实验数据,取其平均值作为计算依据
说明:❶为了保证盐酸完全被中和,采用稍过量的NaOH溶液;❷测量完盐酸的温度后,温度计应冲洗干净并擦干;❸酸碱溶液一次迅速混合。
实验数据处理
实验次数
反应物的温度/℃
反应前体系温度
反应后体系温度
温度差
盐酸
NaOH溶液
t1/℃
t2/℃
(t1-t2)/℃
1
25.0
25.2
25.1
28.5
3.4
2
24.9
25.1
25.0
28.3
3.3
3
25.6
25.4
25.5
29.0
3.5
设溶液的密度均为1 g·cm-3,中和后溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1,则反应放出的热量Q=cmΔt=c·[m(盐酸)+m(NaOH溶液)]·(t2-t1)=4.18 J·g-1·℃-1×(50 g+50 g)× EQ \f(3.4+3.3+3.5,2)℃≈1 421 J≈1.42 kJ。
那么生成1 ml H2O放出的热量为 EQ \f(Q,m(H2O))= EQ \f(1.42 kJ,0.025 ml)=56.8 kJ。
实验结论
大量实验测得,在25 ℃和101 kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液,发生中和反应生成1 ml H2O时,放出57.3 kJ的热量。
提高中和反应反应热的测定准确度的措施
原理方面
为使测得的数据更准确,酸、碱溶液应当使用强酸、强碱的稀溶液。
测定实验中若用弱酸或弱碱,因其电离吸热使测定数值偏小;若用浓酸或浓碱,因其溶解放热使测定数值偏大。
为保证盐酸被完全中和,碱的浓度应稍大。
操作方面
酸碱溶液混合要迅速,防止热量散失。
在测量反应混合液的温度时,温度计不要贴在容器壁上或插入容器底部,要随时读取温度值,记录下最高温度值。
仪器方面
不可将温度计当搅拌器使用;玻璃搅拌器应上下移动。
应使用玻璃搅拌器,不能用金属质搅拌器代替。
化学键
反应中能量变化
断裂或形成1 ml化学键的能量变化
断裂或形成化学键的总能量变化
H—H
吸收436 kJ
共吸收679 kJ
Cl—Cl
吸收243 kJ
H—Cl
放出431 kJ
共放出862 kJ
结论
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反应热ΔH=-183 kJ·ml-1
概念
表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式
意义
不仅表示化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化
热化学方程式的书写方法
(1)写出相应的化学方程式。
热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数只表示其物质的量,可以是整数或分数。
(2)标注反应的温度和压强。没有特殊说明是指25 ℃、101 kPa。
不用标明反应条件(如“加热”“高温”“催化剂”等)。
(3)标注各物质聚集状态。
在物质后面用括号标注各物质的聚集状态:气体用“g”,液体用“l”,固体用“s”,溶液用“aq”。
(4)标注ΔH的正负。
化学方程式后面空一格标注ΔH,若为放热反应,ΔH为“-”;若为吸热反应,ΔH为“+”。
(5)计算ΔH的数值。
根据化学方程式中的化学计量数计算写出ΔH的数值。ΔH单位是kJ·ml-1
说明
ΔH的单位中“ml-1”的含义:
对一个化学反应,ΔH的单位中“ml-1”不是指每摩尔具体物质,而是指“每摩尔反应”。因此ΔH必须与化学方程式一一对应。
概念
在101 kPa时,1 ml纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量。
单位
kJ·ml-1或kJ/ml
意义
甲烷的燃烧热为890.3 kJ·ml-1,或ΔH=-890.3 kJ·ml-1,它表示25 ℃、101 kPa时,1 ml甲烷完全燃烧生成1 ml CO2(g)和2 ml H2O(l)时放出890.3 kJ的热量。
书写
书写表示燃烧热的热化学方程式时,以燃烧1 ml可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数,同时可燃物要完全燃烧且生成指定产物。例如:
H2(g)+eq \f(1,2)O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·ml-1
反应热
燃烧热
能量的变化
放热或吸热
放热
ΔH的大小
放热时,ΔH<0;吸热时,ΔH>0
ΔH<0
反应物的量
不限
1 ml纯物质
生成物
无要求
指定产物
热化学方程式
有无数个
唯一
化学键
C≡O
H-S
C=S
C=O
H-H
键能/kJ·ml-1
1 076
339
536
728
436
化学键
H-O
C=O
H-H
键能/kJ·ml-1
464
803
436
物质
H2(g)
CH4(g)
CH3OH(l)
摩尔燃烧焓(ΔH)/kJ·ml-1
-285.8
-890.3
-726.5
选项
已知条件
热化学方程式
A
氢气的燃烧热为a kJ·ml-1
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) ΔH=-a kJ·ml-1
B
1 ml CO和0.5 ml O2 完全反应生成气态CO2放热b kJ
2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) ΔH=-2b kJ·ml-1
C
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) ΔH=-c kJ·ml-1
H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)=BaSO4(s)+2H2O(l) ΔH=-2c kJ·ml-1
D
12 g金刚石比12 g石墨能量高d kJ(d>0)
C(s,金刚石)=C(s,石墨) ΔH=+d kJ·ml-1
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