1、第一单元 化学反应的热效应第2课时 反应热的测量与计算一、教学目标1.初步学习测量反应热的基本原理和方法，正确分析实验测量误差及原因，并采取适当的措施减少误差。2.了解盖斯定律，并能运用盖斯定律计算化学反应的反应热。二、教学重难点测量反应热的方法，正确分析实验测量误差及原因；运用盖斯定律计算反应热三、教学过程【课程引入】观看实验：中和反应放热不同的化学反应具有不同的反应热，我们可以通过多种方法获得反应热的数据，其中最直接的方法是通过实验进行测定。思考讨论：实验方法如何测定反应的反应热呢？【新知讲解】（一）反应热的测定1实验原理测量反应前后溶液的温度，根据反应体系的温度变化和热容用公式计算出中和
2、反应的反应热。计算公式：H=其中C表示溶液及量热计的热容；T表示反应前后体系的温度变化；n水表示生成水的物质的量。提示：通常情况下，一定量的物质温度升高1 所需吸收的热量称为热容。2实验用品以测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热为例仪器：量热计、量筒(50mL)。介绍简易量热计温度计：测量反应前后溶液的温度环形玻璃搅拌棒：使反应物迅速混合，使反应充分进行，保持体系的温度均匀内筒：反应容器外筒：起保温作用药品：0.50 molL-1的盐酸；0.50 molL-1的NaOH溶液3实验步骤（1）用量筒量取50 mL 0.50 molL-1盐酸，倒入简易量热计中，测量并记录盐酸的温度（T1）；（2）另取
3、一量筒量取50 mL 0.50 molL-1氢氧化钠溶液，测量并记录氢氧化钠溶液的温度（T2）；（3）将量筒中的氢氧化钠溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中，立即盖上盖板，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅拌，观察温度计的温度变化，准确读出反应体系的最高温度（T3）并记录。（4）假设溶液的比热与水的比热相等，溶液的密度与水的密度相等，忽略量热计的比热，根据溶液温度升高的数值，计算该反应的反应热并写出热化学方程式。数据处理盐酸的温度（T1）/氢氧化钠溶液的温度（T2）/反应体系的最高温度（T3）/T1+T22反应体系的温度变化（T=T3- ）/反应体系的热容C=(VHClHCl + VNaOHNaOH)4.1
4、8/(J-1)生成1 mol H2O时的反应热（H=- ）/(kJmol-1)思考讨论：（5）如果用同样的方法测定氢氧化钾溶液与盐酸反应、氢氧化钠溶液与硝酸反应的反应热，请预测其反应热是否相同并说明理由。4实验结论以上三组溶液中发生反应的本质相同，均为H(aq) + OH(aq)=H2O(l)。由于上面三个实验中所用溶液体积、H和OH的浓度也是相同的，即参加反应的n(H)和n(OH)相同，反应又都在同一条件下（室温）进行，因此这三个反应的反应热也相同。注意：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应，生成1 mol水时放出的热量，数值都约为57.3 kJmol-1。思考讨论：本实验引起误差的原因有哪些
5、？减少误差的措施又有哪些呢？5实验误差（1）误差原因分析可能的原因有：量取溶液的体积有误差药品的选用不当引起的误差实验过程中有液体洒在外面混合酸、碱溶液时，动作缓慢，导致实验误差测了酸的温度计未用水清洗便立即去测碱的温度，致使热量损失而引起误差（2）减少误差的措施为使测定的中和反应反应热更准确，酸、碱溶液应当使用强酸、强碱的稀溶液量取溶液的体积要准确温度计读数时要注意读取的是混合反应体系的最高温度实验过程中反应物应一次性加入，不要有液体溅出如果用同一只温度计，测定一种溶液的温度后必须洗涤干净并用滤纸擦干才能用于测另一种溶液的温度数据处理时，相差较大的数据可能是偶然误差引起的，应舍去过渡：在科学
6、研究中，科学家常用量热计来测量反应热。目前，科学家已经用实验的方法精确测定了许多反应的反应热。 现代量热计思考讨论：是不是任一反应的反应热均能直接测出？能用实验测定C(s) + O2(g)=CO(g)的反应热吗？并非所有化学反应的反应热均可用实验直接测定。反应C(s) + O2(g)=CO(g)的反应热无法用实验直接测得，因为碳单质与氧气反应时不可能完全生成CO(g)，在反应中总会有CO2(g)生成，产物不纯。提问：通过理论方法能够计算出反应C(s) + O2(g)=CO(g)的反应热吗？科学史话：1840年，俄国化学家盖斯在分析了许多化学反应的热效应的基础上，总结出盖斯定律，为从理论上计算化
7、学反应焓变提供了思路，因此人们称盖斯为“热化学之父”。（二）盖斯定律1盖斯定律的内容一个化学反应，不论是一步完成，还是分几步完成，其总的热效应是完全相等的。2盖斯定律的理解为了让同学们更好地理解盖斯定律，从反应途径角度，我们可以类比登山的过程：不管我们走什么样的路上山，从山脚到山顶的垂直高度h都是一样的，那么我们物理上学过重力做的功也是相同。在恒压条件下，化学反应的热效应等于焓变H。盖斯定律的本质与登山的过程类似，化学反应的焓变只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。从能量守恒角度理解：化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关，从始态通过不同途径到达终态的焓变：HH1+H2H3+H4+
8、H5。对于有些进行得很慢、不容易直接发生以及反应的产物不纯、有副反应发生的化学反应，很难通过实验直接测量反应的焓变，这时我们就可以通过盖斯定律间接地计算反应热。3盖斯定律的应用计算H【实例分析】已知在298 K时，C(s)、CO(g)燃烧的热化学方程式如下：C(s) + O2(g)=CO2(g) H1=393.5 kJmol-1 CO(g) + O2(g)=CO2(g) H2=283.0 kJmol-1 请运用盖斯定律计算反应C(s) + O2(g)=CO(g)的焓变H3。（说明：在热化学方程式中，如不作特别说明，C(s)均指石墨。）思路讲解：下面我们就学以致用，如何应用盖斯定律根据已知反应计
9、算待求反应的焓变。应用盖斯定律计算反应焓变的解题步骤：“一看”：看待求反应中各物质在已知反应中的位置，寻找中间产物；待求反应中反应物C(s)和O2(g)在方程式中也是反应物，所以方程式就不需要变化了；对比待求反应和已知反应，发现CO2(g)是中间物质。 “二变”：改变已知反应中反应物和反应产物的位置；对方程式进行变形处理，得到CO2(g)=CO(g) + O2(g) H4=+283.0 kJmol-1。“三加”：将方程式进行叠加，反应焓变也要进行叠加。通过和方程式的叠加消掉中间物质，反应焓变也要进行叠加，所以C(s) + O2(g)=CO(g) H3=H1+H4= -110.5 kJmol-1
10、。思维程序：下面我们一起来总结一下应用盖斯定律求反应焓变的思维程序：确定待求反应之后，分三步进行：“一看”，通过对比待求反应和已知反应，找出待求反应中各物质在已知反应中的位置，找出中间物质；“二变”，根据待求反应中各物质的化学计量系数和位置对已知反应进行变形处理，目的是在下一步进行方程式的叠加时可以消掉中间物质；注意反应的焓变也要相应地进行改变，得到新的热化学方程式；“三加”：将新得到的热化学方程式进行叠加，反应焓变也进行相应叠加。这样就可以写出待求的热化学方程式。答案展示：解：此反应分两步进行：C(s)+O2(g)=CO2(g) H1=393.5 kJmol-1CO2(g)=CO(g)+ 1
11、/2O2(g) H4=+283.0 kJmol-1将上述两反应相加，得总反应为： C(s) + O2(g)=CO(g) H3=？根据盖斯定律，总反应的H3为两步反应的H之和，即：H3=H1+H4=393.5 kJmol-1+（+283.0 kJmol-1）=-110.5kJmol-1答：反应C(s) + O2(g)=CO(g)的焓变H3为-110.5 kJmol-1。归纳总结：一个反应的化学方程式可由另外几个反应的化学方程式相加减而得到，则该反应的焓变亦可以由这几个反应的焓变相加减而得到。【典型例题】例1将V1 mL 1.00 molL1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后
12、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+V250)。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CNaOH溶液的浓度约为1.00 molL1D该实验表明有水生成的反应都是放热反应解析：实验所测量的温度不是环境温度，而是反应后溶液的温度，故A错误；根据图像，当V1=30时，反应混合液温度最高，说明此时二者恰好完全反应，V2=20，1.00 molL130 mL=c(NaOH)20 mL，c(NaOH)1.50 molL1，故C错误；NH4Cl(s)与Ba(OH)28H2O(s)的反应也有水生成，但该反应是吸热反应，故D错误。故选B。答案：B
13、例2在进行中和反应反应热的测定中，下列操作错误的是（ ）A测量完HCl溶液温度的温度计用水洗晾干后，测NaOH溶液的温度B环形玻璃棒搅拌能加快反应速率，减少实验误差C为了使反应均匀进行，可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)D为了使反应更完全，可以使酸或碱适当过量解析：A为了避免残留的酸和碱反应，所以测量完HCl溶液温度的温度计用水洗晾干后，测NaOH溶液的温度，故A正确；B环形玻璃棒搅拌能加快反应速率，减少实验误差，故B正确；C向酸(碱)中分次加入碱(酸)，会导致产生的热量散失，测得的中和反应反应热误差较大，故C错误；D为了使反应更完全，可以使酸或碱适当过量，故D正确。故选C。答案：C例3已知：2
14、CO(g) + O2(g)=2CO2(g)H=-566 kJmol-1N2(g) + O2(g)=2NO(g) H=+180 kJmol-1则2CO(g) + 2NO(g)=N2(g) + 2CO2(g)的H是（ ）A-746 kJmol-1 B+386 kJmol-1C-386 kJmol-1 D+746 kJmol-1解析：2CO(g) + O2(g)=2CO2(g)H=-566 kJmol-1N2(g) + O2(g)=2NO(g) H=+180 kJmol-1依据盖斯定律计算-得到2CO(g) + 2NO(g)=N2(g) + 2CO2(g) H=-746 kJmol-1。答案：A例4
15、已知：CH4在一定条件下可发生一系列反应，如图所示：下列说法不正确的是（）AH1H5BH3H2H5CH1H2H3H4DH40解析：A甲烷和氧气反应生成液态水和气态水过程中，反应放出的热量生成液态水放热多，焓变为负值，则反应的焓变H1H5，故A正确；B分析变化过程可知，盖斯定律得到H2H3H5，故B错误；C由转化关系可知，焓变和起始物质和终了物质的能量有关，与变化过程无关，H1H2H3H4，故C正确；D液态水转为气态水的过程是吸热过程H40，故D正确。故选B。答案：B例5氨基甲酸铵（H2NCOONH4）为尿素生产过程的中间产物，易分解。某小组对氨基甲酸铵的分解实验进行探究。已知：N2(g) +
16、3H2(g)2NH3(g) H1=-92.4 kJmol-1C(s) + O2(g)CO2(g) H2=-393.8 kJmol-1N2(g) + 3H2(g) + C(s) + O2(g)H2NCOONH4(s) H3=-645.7 kJmol-1写出H2NCOONH4分解生成NH3与CO2气体的热化学方程式： 。解析：已知：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) H1=-92.4 kJmol-1C(s) + O2(g)CO2(g) H2=-393.8 kJmol-1N2(g) + 3H2(g) + C(s) + O2(g)H2NCOONH4(s)H3=-645.7 kJmol-1，利用盖斯定律将反应+-得H2NCOONH4(s)2NH3(g) + CO2(g)H=+159.5 kJmol1。答案：H2NCOONH4(s)2NH3(g) + CO2(g) H=+159.5 kJmol1四、课堂小结五、板书设计（一）反应热的测定1实验原理2实验用品3实验步骤4实验结论5实验误差（二）盖斯定律1盖斯定律的内容2盖斯定律的理解3盖斯定律的应用计算H 11 / 11
