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第一章　化学反应的热效应
第一节　反应热
第1课时　反应热　焓变
目
录
知识点二　反应热与焓变
课时作业
知识点一　反应热及其测定
即时演练
1.宏观辨识与微观探析:能从宏观上分析反应物总能量与生成物总能量对反应热的影响,能分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系。2.科学探究与创新意识:能依据中和反应反应热的测定原理,设计方案,独立完成实验,收集实验数据,基于实验事实进行计算并得出结论。
核心素养发展目标
一
知识点一　反应热及其测定
1.体系与环境——以盐酸与NaOH溶液之间的反应为例
2.体系与环境的热量交换——反应热
热量 指因____不同而在体系与环境之间交换或传递的能量
反应热 在____条件下,化学反应体系向环境释放或从环境吸收的____,称为化学反应的热效应,简称反应热
反应热测定 许多反应热可以通过______直接测定
温度
等温
热量
量热计
3.实验探究——中和反应反应热的测定
(1)测定原理:通过实验用温度计测定一定量的盐酸和NaOH溶液在反应前后的温度变化,根据有关物质的比热容等来计算反应热,反应热计算公式:Q=________。其中Q:中和反应放出的热量;m:反应混合液的质量;c:反应后生成的溶液的比热容;Δt:反应前后溶液温度的差值。
保温
mcΔt
(3)实验步骤
①反应前体系的温度:分别测量盐酸与NaOH溶液的温度。
②反应后体系的温度:迅速混合并搅拌,记录____温度。
③重复操作两次,取温度差的______作为计算依据。
最高
平均值
(4)数据处理
某小组用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行实验。
实验 次数 反应物的 温度/℃ 反应前体 系的温度 反应后体 系的温度 温度差
盐酸 NaOH溶液 t1/℃ t2/℃ (t2-t1)/℃
1 25.0 25.2 25.1 28.5 ______
2 24.9 25.1 25.0 28.3 ______
3 25.6 25.4 25.5 29.0 ______
3.4
3.3
3.5
设溶液的密度均为1 g·cm-3,反应后生成的溶液的比热容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)≈______ kJ(保留三位有效数字),那么生成1 mol H2O时放出的热量为________。
(5)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__________ H2O时,放出57.3 kJ的热量。
1.42
56.8 kJ
1 mol
(1)在实验过程中,玻璃搅拌器能否用铜质搅拌器代替 为什么
不能。因为铜传热快,热量损失大,所以不能用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器。
(2)本次实验测得生成1 mol H2O时放出的热量小于57.3 kJ,试分析可能产生误差的原因。
①量取酸或碱溶液时,操作或读数不当,量取体积小于50 mL;②量热计保温效果不好;③溶液混合时速度不够快,或没有及时盖上杯盖;④读取反应后温度时,过早或过晚,读取的不是最高温度。
问题探究
(3)能否用浓硫酸代替盐酸或用NaOH固体代替NaOH溶液 为什么 若用稀硫酸与Ba(OH)2溶液测定中和反应反应热,对结果是否会产生影响 说明原因。
不能,浓硫酸稀释和NaOH固体溶于水都放热,会使所测得的中和反应反应热数值偏大;会,稀硫酸与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀,生成沉淀放热,会使所测得的中和反应反应热数值偏大。
提高中和反应反应热的测定准确度的措施
(1)原理方面
①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(0.1~0.5 mol·L-1)。
②为保证酸(或碱)被完全中和,碱(或酸)的物质的量应稍大。
(2)操作方面
①测量盐酸的温度后,要将温度计冲洗干净后擦干,再测量NaOH溶液的温度,避免酸、碱在温度计的表面反应放热而影响测量结果。
②酸、碱溶液混合要迅速,防止热量散失。
③混合后读取中和反应的最高温度。
归纳提升
(3)仪器方面
①不可将温度计当搅拌器使用;测定温度时要使用同一支温度计,以减少系统误差。
②应使用玻璃搅拌器,不能用金属搅拌器代替;玻璃搅拌器应上下移动,匀速搅拌。
1.某实验小组学生用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放出的热量,计算中和反应的反应热。下列说法正确的是(　 　)
A.烧杯间填满碎纸条的作用是固定小烧杯
B.向盐酸中加入NaOH溶液时沿玻璃棒缓慢倒入
C.改用等浓度的氨水代替NaOH溶液测出的反应热偏小
D.将上述反应液改为50 mL 0.65 mol·L-1 NaOH溶液与
50 mL 0.60 mol·L-1盐酸,测得生成1 mol H2O时放出的热量变多
C
解析:烧杯间填满碎纸条的作用是保温,防止热量散失,A错误;为了防止热量散失,向盐酸中加入NaOH溶液时应迅速地一次性倒入,B错误;NH3·H2O是弱碱,电离吸热,实验中使用相同浓度的氨水代替NaOH溶液时,测得的反应热偏小,C正确;将50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液与50 mL 0.50 mol·L-1盐酸改为50 mL 0.65 mol·L-1 NaOH溶液与50 mL 0.60 mol·L-1盐酸,生成水的物质的量增大,放热增多,但生成1 mol水时放出的热量保持不变,D错误。
2.中和反应反应热的测定实验中,若取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液与50 mL 0.25 mol·L-1 H2SO4溶液置于如图所示的装置中进行反应热的测定。
回答下列问题:
(1)从上图实验装置看,其中尚缺少的一种玻璃用品是__________。
解析:由实验装置图可知,装置中尚缺少的一种玻璃用品是玻璃搅拌器。
玻璃搅拌器
(2)若改用40 mL 0.55 mol·L-1 H2SO4溶液和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量______(填“相等”或“不相等”)。
解析:若改用40 mL 0.55 mol·L-1 H2SO4溶液和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应,与题述实验相比,反应生成水的物质的量不相等,所放出的热量不相等。
不相等
(3)上述实验结果与理论值相比有偏差,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.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有H2SO4溶液的小烧杯中
abc
解析:实验装置保温、隔热效果差会导致一部分热量的散失,实验测得放出热量的数值偏小,a符合题意;用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度,温度计没有用水冲洗干净并擦干,在测H2SO4溶液的温度时,会发生酸和碱的中和反应导致测得的H2SO4溶液的起始温度偏高,实验测得放出热量的数值偏小,b符合题意;分多次把NaOH溶液倒入盛有H2SO4溶液的小烧杯中会导致一部分热量的散失,实验测得放出热量的数值偏小,C符合题意。
二
知识点二　反应热与焓变
1.宏观角度认识反应热
(1)内能:体系内物质的各种____的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。
(2)焓与焓变
H
能量
kJ· mol-1
(3)ΔH与放热反应和吸热反应
放热
负
＜
放热
减小
吸热
正
＞
吸热
增大
2.微观角度理解反应热
(1)化学反应的实质和特征
(2)示例说明:以H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)反应的能量变化为例说明,如图所示。
ΔH=__________________________________________________(写出计算过程)。
计算结果表明:1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时,____________的能量。
(436+243) kJ· mol-1-(431+431) kJ· mol-1=-183 kJ· mol-1
放出183 kJ
(3)焓变计算公式:ΔH=断键吸收的能量-成键放出的能量。如图所示:
其中:E'1表示断键__________,E'2表示成键__________,E'1与E'2的差值表示______,上述反应过程表示该反应为____反应。
吸收的能量
放出的能量
反应热
放热
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)化学反应产生反应热的原因是反应前后体系的内能发生变化。(　 　)
(2)吸热反应的ΔH<0,放热反应的ΔH>0。(　 　)
(3)NaOH溶液与稀硫酸反应的ΔH>0。(　 　)
(4)石墨转化为金刚石需要吸收能量,所以石墨更稳定。(　 　)
(5)吸热反应中,反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物化学键形成放出的总能量。(　 　)
基础诊断
√
×
×
√
√
1.化学反应中常常伴随着能量的变化。某反应的能量变化如图所示,下列叙述正确的是 (　 　)
A.该反应一定需要加热
B.该反应的反应物一定比生成物稳定
C.ΔH=E2-E1
D.该反应断开所有反应物化学键所吸收的能量大于形成所有生成物化学键所释放的能量
D
解析:反应物的总能量小于生成物的总能量,则该反应是吸热反应,但是不一定需要加热才能发生,A错误;反应物和生成物不一定都为一种物质,可能某种反应物的能量大于某种生成物的能量,所以反应物不一定比生成物稳定,B错误;ΔH=E1-E2,C错误;该反应断开所有反应物化学键所吸收的能量大于形成所有生成物化学键所释放的能量,D正确。
2.已知:键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。
当2 mol H2(g)和1 mol O2(g)化合生成2 mol H2O(g)时,放出______ kJ的能量。
解析:由题表可知,当2 mol H2(g)和1 mol O2(g)化合生成2 mol H2O(g)时,放出(4×463-2×436-498) kJ=482 kJ的能量。
化学键 H—H O O H—O
键能/(kJ·mol-1) 436 498 463
482
3.现代社会生活离不开能量。
(1)冷敷袋在日常生活中有降温、保鲜和镇痛等用途。制作冷敷袋可以利用____(填“放热”或“吸热”)的化学变化或物理变化。
解析:制作冷敷袋可以利用吸热的化学变化或物理变化降低温度,达到降温、保鲜和镇痛的目的。
吸热
(2)“即热饭盒”给人们生活带来方便,它可利用下面__(填字母)反应释放的热量加热食物。
A.生石灰和水
B.Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl
解析: “即热饭盒”应该是利用放热反应放出热量达到升高温度而加热食物的目的。生石灰和水的反应是放热反应,能够达到升高温度的目的;Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应为吸热反应,无法达到升高温度的目的。
A
(3)天然气的主要成分是甲烷,它是一种清洁能源。甲烷燃烧是____(填“放热”或“吸热”)反应,其能量变化可用如图中的__(填字母)表示。
解析:甲烷燃烧是放热反应,放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量,由题图可知,题图A表示的是反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,题图B表示的是反应物总能量小于生成物总能量的吸热反应。
放热
A
(4)请从化学键变化的角度解释天然气燃烧过程中能量变化的原因:_______________________________________________________________________________。
解析:甲烷燃烧是放热反应,燃烧过程中反应物断键吸收的能量小于生成物成键放出的能量,使得燃烧过程放热。
燃烧过程中反应物断键吸收的能量小于生成物成键放出的能量,使得燃烧过程放热
焓变的两种计算方法
(1)根据物质具有的焓计算:ΔH=H(总生成物)-H(总反应物)。
(2)根据化学键键能来计算:ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量。
方法规律
三
即时演练
B
1.下列过程的能量变化与如图所示能量变化相符合的是(　 　)
A.浓硫酸的稀释
B.盐酸与NaHCO3的反应
C.生石灰溶于水
D.金属钠与水的反应
解析:浓硫酸稀释过程放出大量热,为放热过程,且其为物理变化,与图示不符,A错误;盐酸与NaHCO3反应为吸热反应,反应物的焓低于生成物的焓,ΔH>0,与图示能量变化一致,B正确;生石灰(CaO)溶于水生成Ca(OH)2,反应剧烈放热,ΔH<0,与图示不符,C错误;金属钠与水反应生成NaOH和H2,反应放热,ΔH<0,与图示不符,D错误。
C
2.物质M生成P,反应过程:M→N→P,反应过程中的能量变化曲线如图所示。下列有关叙述正确的是(　 　)
A.两步反应均为放热反应
B.总反应为吸热反应
C.三种物质中N最稳定
D.该反应一定不需要加热就能进行
解析:M→N中反应物M能量高于产物N,为放热反应,N→P中反应物N能量低于产物P,为吸热反应,A错误;总反应M→P中反应物M能量高于产物P,总反应为放热反应,B错误;物质能量越低越稳定,三种物质中N能量最低,最稳定,C正确;反应是否需要加热与反应吸、放热无必然联系,放热反应也可能需要加热引发,D错误。
D
3.已知1 mol乙烯与足量氢气发生加成反应生成乙烷放出热量124.5 kJ,部分化学键键能如表所示。则x-y为 (　 　)
A.268.77 B.560.5
C.533.32 D.266.3
解析:1 mol乙烯与足量氢气发生加成反应生成乙烷的ΔH=-124.5 kJ·mol-1,
ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,则有(x+4×413.4+436.0) kJ·mol-1-(y+6×413.4) kJ·mol-1=-124.5 kJ·mol-1,解得x-y=266.3 kJ·mol-1。
化学键 C—H H—H C C C—C
键能/(kJ·mol-1) 413.4 436.0 x y
4.某化学兴趣小组设计如图所示装置进行中和反应反应热的测定实验。所用试剂为0.50 mol·L-1的盐酸、0.55 mol·L-1的NaOH溶液,每次实验分别取50 mL两种溶液进行混合,平行测定3次。回答下列问题:
(1)玻璃搅拌器的使用方法为____________。
解析:玻璃搅拌器的使用方法为垂直上下搅动。
(2)碎泡沫塑料的作用是__________________________。
解析:碎泡沫塑料的作用是保温、隔热、减少实验过程中的热量散失,保证实验结果更准确。
垂直上下搅动
保温、隔热、减少热量的散失
(3)实验所得数据如表:
实验 次数 反应物的 温度/℃ 反应前体 系的温度 反应后体 系的温度 温度差
盐酸 NaOH溶液 t1/℃ t2/℃ (t2-t1)/℃
1 22.2 22.4 25.6
2 22.4 22.8 26.1
3 22.5 22.7 26.0
根据表中数据计算,该实验测得的中和反应反应热ΔH=_______ kJ·mol-1
[保留三位有效数字,盐酸和NaOH溶液的密度均视为1 g·cm-3,反应后混合溶液的比热容(c)为4.18 J·g-1·℃-1]。
解析:由题表中数据得,实验1:Δt=25.6 ℃-=3.3 ℃;实验2:Δt=26.1 ℃-=3.5 ℃;实验3:Δt=26.0 ℃-=3.4 ℃,因此温度差的平均值为3.4 ℃;Q=cmΔt= (4.18× 100 ×3.4) J=1 421.2 J=1.421 2 kJ;由已知可得,NaOH过量,用盐酸中HCl的量计算生成水的物质的量为n(H2O) = 0.05 L×0.50 mol·L-1=0.025 mol,则ΔH=-≈-56.8 kJ·mol-1。
-56.8
(4)已知稀盐酸和稀NaOH溶液发生中和反应的反应热ΔH1=-57.3 kJ·mol-1,则ΔH1与ΔH的大小关系为ΔH1__(填“<”或“>”)ΔH,实验室测得的ΔH与ΔH1的数值有所不同的原因:____________________。
解析:已知稀盐酸和稀NaOH溶液发生中和反应的反应热ΔH1=-57.3 kJ·mol-1,则ΔH1<ΔH,即实验测得的热量比理论放出的热量更少,原因为实验过程中有能量损失。
测定过程中有能量损失
<
四
课时作业1
A
1.(3分)古代诗词中蕴含着许多科学知识,下列叙述正确的是(　 　)
A.“冰,水为之,而寒于水”说明等质量的水和冰相比,冰的能量更低
B.于谦《石灰吟》“千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲”,描述的石灰石煅烧是放热反应
C.曹植《七步诗》“煮豆燃豆萁,豆在釜中泣”,这里的变化只有化学能转化为热能
D.苏轼《石炭·并引》“投泥泼水愈光明,烁玉流金见精悍”,所指高温时碳与水蒸气的反应为放热反应
解析:冰的温度低于水,相同质量的水和冰,冰的能量更低,水的能量更高,A正确;石灰石煅烧是分解反应,过程中吸收能量,属于吸热反应,B错误;“煮豆燃豆萁”涉及燃烧,燃烧过程中化学能转化为热能同时有部分转化为光能,C错误;碳与水蒸气反应为吸热反应,D错误。
C
2.(3分)某同学设计的探究化学反应吸、放热的装置如图。下列各组物质反应的能量变化不符合该图示的是 (　 　)
A.CaO和H2O
B.铁和稀盐酸
C.NaHCO3与盐酸
D.少量Na和H2O
解析:CaO与H2O、铁和稀盐酸、少量Na和H2O的反应均为放热反应,反应放热使锥形瓶内气体膨胀,压强增大,U形管液面会出现左低右高的现象;NaHCO3与盐酸反应为吸热反应,吸热使瓶内气体温度降低,压强减小,U形管液面会左高右低。
3.(3分)以下关于中和反应反应热的叙述正确的是 (　 　)
A.在稀溶液中所有酸和碱发生中和反应生成1 mol H2O的反应热都相等
B.在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1 mol H2O的反应热都相等
C.在稀溶液中1 mol强酸和1 mol强碱反应放出的热量都相等
D.将浓硫酸滴入NaOH溶液中刚好生成1 mol水时,产生的热量即为中和反应反应热
B
解析:在稀溶液中所有酸和碱发生中和反应生成1 mol H2O的反应热不一定都相等,如弱酸和弱碱,A错误;在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1 mol水时放出的热量都相等,B正确;在稀溶液中1 mol强酸和1 mol强碱反应放出的热量不一定相等,如一元酸和一元碱放出的热量小于二元酸和二元碱放出的热量,C错误;浓硫酸稀释时放热,所以生成1 mol水时放出的热量值大于中和反应反应热的数值,D错误。
B
4. (3分)(2025·天津卷)如图是简易量热计装置示意图,下列反应的反应热不适宜用该装置测定的是 (　 　)
A.BaO和足量的水
B.Al和足量的NaOH溶液
C.ZnO和足量的稀硫酸
D.KOH溶液和足量的稀盐酸
解析:BaO与水反应生成Ba(OH)2,为放热反应,无气体生成,反应在溶液中进行,热量损失少,适宜用简易量热计测定;Al与NaOH溶液反应生成H2,气体逸出时会带走部分热量,导致热量测量不准确,且简易量热计不耐压,会有安全隐患,不适宜用简易量热计测定;ZnO与稀硫酸反应生成ZnSO4和水,为放热反应,无气体生成,反应在溶液中进行,热量损失少,适宜用简易量热计测定;KOH与稀盐酸发生的中和反应为放热反应,无气体生成,反应在溶液中进行,热量损失少,适宜用简易量热计测定。
5.(3分)反应A+B C(放热)分两步进行:①A+B X(吸热),②X
C(放热)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是 (　 　)
A
解析:总反应A+B C为放热反应,排除B、D选项,第一步反应A+B
X为吸热反应,则X的能量大于A+B的总能量,排除C选项,X C(放热),则X的能量大于C的能量,A正确。
B
6.(3分)下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是 (　 　)
A.温度计的水银柱不断上升 B.反应开始后,注射器活塞向右移动
C.反应开始后,甲处液面低于乙处液面 D.反应物总能量大于生成物总能量
解析:温度计水银柱不断上升,说明反应过程中溶液温度升高,该反应是放热反应;注射器活塞向右移动可能是反应生成气体(氢气)导致气体体积增大,无论反应吸热或放热,只要有气体生成,活塞均会移动,不能确定是温度升高引起的气体膨胀;U形管甲处液面低于乙处,说明瓶内气压增大,反应放热,导致液面变化;反应物总能量大于生成物总能量,反应过程中多余能量释放,为放热反应。
7.(3分)化学反应A2(g)+B2(g) 2AB(g)的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是(　 　)
A.该反应需要在加热条件下才能进行
B.断开1 mol A—A和1 mol B—B,放出a kJ能量
C.1 mol A2(g)与1 mol B2(g)生成2 mol AB(g),需要吸收(a-b) kJ热量
D.该反应为吸热反应,且A2分子最稳定
C
解析:能量图仅反映能量变化,不能确定反应条件,A错误;断开化学键需要吸收能量,而非放出,B错误;由能量图可知,1 mol A2(g)和1 mol B2(g)断裂为2 mol A和2 mol B需吸收a kJ能量,2 mol A和2 mol B形成2 mol AB(g)放出b kJ能量,总反应吸收(a-b) kJ热量,C正确;该反应为吸热反应(生成物总能量高于反应物),物质能量越低越稳定,1 mol A2(g)与1 mol B2(g)的总能量低于2 mol AB(g),无法比较A2与B2稳定性,D错误。
8.(3分)已知H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)　ΔH=-183 kJ·mol-1,其他相关数据如下表:
下列说法正确的是 (　 　)
A.a=243
B.H2(g)和Cl2(g)的总能量小于HCl(g)的
C.1 L H2完全反应放出183 kJ热量
D.生成2 mol HCl(l)的能量变化小于183 kJ
物质 H2 Cl2 HCl
1 mol分子中的化学键 断裂时吸收的能量/kJ 436 a 431
A
解析:断键时吸收能量,成键时放出能量,则(436+a)-2×431=-183,解得a=243,A正确;该反应为放热反应,则1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)的总能量大于2 mol HCl(g)的总能量,但选项中并未标明各物质的物质的量,故此处无法比较,B错误;1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)时放出183 kJ热量,C错误;2 mol HCl(g)的能量比2 mol HCl(l)的能量高,则生成2 mol HCl(l)的能量变化大于183 kJ,D错误。
9.(10分)化学变化中均存在物质变化与能量变化。回答下列问题:
(1)下列化学反应中的能量变化关系与图示相符合的是______(填字母)。
A.C(s)+O2(g) CO2(g)
B.C+CO2 2CO
C.Fe+2HCl FeCl2+H2↑
D.CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)
BD
解析:题图中反应物的能量低于生成物的能量,故为吸热反应。C(s)+ O2(g) CO2(g)属于燃烧反应,是放热反应;C+CO2 2CO是化合反应,属于吸热反应;Fe+2HCl FeCl2+H2↑是金属单质与酸的置换反应,属于常见的放热反应;CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)是分解反应,是常见的吸热反应。
(2)通常把拆开1 mol某化学键吸收的能量看作是该化学键的键能。下表是常见的键能数据:
计算反应CH4(g)+2H2O(g) CO2(g)+4H2(g)的ΔH=________________ kJ·mol-1。
化学键 H—O C O H—H C—H
键能/(kJ·mol-1) a b c d
4d+4a-2b-4c
(3)用如图所示的装置测定中和反应反应热。
①从实验装置上看,还缺少的仪器是__________(填名称)。
②将50 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液混合,测得反应热的数值偏低,可能的原因为____(填字母)。
A.NaOH溶液一次性迅速倒入
B.做本实验的当天室温较高
C.在量取盐酸体积时俯视读数
D.实验装置保温隔热效果差
玻璃搅拌器
CD
解析:①从实验装置上看,还缺少玻璃搅拌器,用于加快中和反应速率。
②NaOH溶液一次性迅速倒入,可以让反应迅速进行,减少热量散失,使实验结果更准确;当天室温与实验结果无关;在量取盐酸体积时俯视读数,使量取的盐酸体积偏小,导致测出的温度偏低,测得反应热数值偏低;实验装置保温隔热效果差,导致热量散失,测得反应热的数值偏低。
10.(6分)CO2是一种常见的气体,它不仅是绿色植物光合作用不可缺少的原料,而且在生产、生活中都有重要的用途。近年来,由于人类活动(如化石燃料燃烧)影响,CO2含量逐渐增加,出现温室效应、全球气候变暖、冰川融化等恶劣现象,对CO2的回收利用显得尤为重要。
(1)已知CO2经催化加氢可合成低碳烯烃:2CO2(g)+6H2(g)
CH2 CH2(g)+4H2O(g)。几种物质的能量如表所示(在25 ℃、101 kPa条件下,规定单质的能量为0,测得其他物质生成时的反应热为其具有的能量):
则该反应的ΔH=________ kJ·mol-1。
解析:ΔH=E(生成物能量总和)-E(反应物能量总和)=(52-242×4-0+394×2) kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1。
物质 CO2(g) H2(g) CH2 CH2(g) H2O(g)
能量/ (kJ·mol-1) -394 0 52 -242
-128
(2)几种化学键的键能如表所示:
则a=_________。
解析:ΔH=E(反应物键能总和)-E(生成物键能总和)=(803×4+436×6-615-4a-463×8) kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1,解得a=409.25。
化学键 C O H—H C C C—H H—O
能量/ (kJ·mol-1) 803 436 615 a 463
409.25
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本课结束第一章　化学反应的热效应
第一节　反应热
第1课时　反应热　焓变
1.宏观辨识与微观探析:能从宏观上分析反应物总能量与生成物总能量对反应热的影响,能分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系。2.科学探究与创新意识:能依据中和反应反应热的测定原理,设计方案,独立完成实验,收集实验数据,基于实验事实进行计算并得出结论。
知识点一　反应热及其测定
1.体系与环境——以盐酸与NaOH溶液之间的反应为例
2.体系与环境的热量交换——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
反应热 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
反应热测定 许多反应热可以通过量热计直接测定
3.实验探究——中和反应反应热的测定
(1)测定原理:通过实验用温度计测定一定量的盐酸和NaOH溶液在反应前后的温度变化,根据有关物质的比热容等来计算反应热,反应热计算公式:Q=mcΔt。其中Q:中和反应放出的热量;m:反应混合液的质量;c:反应后生成的溶液的比热容;Δt:反应前后溶液温度的差值。
(2)实验装置
(3)实验步骤
①反应前体系的温度:分别测量盐酸与NaOH溶液的温度。
②反应后体系的温度:迅速混合并搅拌,记录最高温度。
③重复操作两次,取温度差的平均值作为计算依据。
(4)数据处理
某小组用50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行实验。
实验 次数 反应物的 温度/℃ 反应前体 系的温度 反应后体 系的温度 温度差
盐酸 NaOH溶液 t1/℃ t2/℃ (t2-t1)/℃
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,反应后生成的溶液的比热容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)≈1.42 kJ(保留三位有效数字),那么生成1 mol H2O时放出的热量为56.8 kJ。
(5)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 mol H2O时,放出57.3 kJ的热量。
(1)在实验过程中,玻璃搅拌器能否用铜质搅拌器代替 为什么
不能。因为铜传热快,热量损失大,所以不能用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器。
(2)本次实验测得生成1 mol H2O时放出的热量小于57.3 kJ,试分析可能产生误差的原因。
①量取酸或碱溶液时,操作或读数不当,量取体积小于50 mL;②量热计保温效果不好;③溶液混合时速度不够快,或没有及时盖上杯盖;④读取反应后温度时,过早或过晚,读取的不是最高温度。
(3)能否用浓硫酸代替盐酸或用NaOH固体代替NaOH溶液 为什么 若用稀硫酸与Ba(OH)2溶液测定中和反应反应热,对结果是否会产生影响 说明原因。
不能,浓硫酸稀释和NaOH固体溶于水都放热,会使所测得的中和反应反应热数值偏大;会,稀硫酸与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀,生成沉淀放热,会使所测得的中和反应反应热数值偏大。
提高中和反应反应热的测定准确度的措施
(1)原理方面
①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(0.1~0.5 mol·L-1)。
②为保证酸(或碱)被完全中和,碱(或酸)的物质的量应稍大。
(2)操作方面
①测量盐酸的温度后,要将温度计冲洗干净后擦干,再测量NaOH溶液的温度,避免酸、碱在温度计的表面反应放热而影响测量结果。
②酸、碱溶液混合要迅速,防止热量散失。
③混合后读取中和反应的最高温度。
(3)仪器方面
①不可将温度计当搅拌器使用;测定温度时要使用同一支温度计,以减少系统误差。
②应使用玻璃搅拌器,不能用金属搅拌器代替;玻璃搅拌器应上下移动,匀速搅拌。
1.某实验小组学生用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放出的热量,计算中和反应的反应热。下列说法正确的是 (　C　)
A.烧杯间填满碎纸条的作用是固定小烧杯
B.向盐酸中加入NaOH溶液时沿玻璃棒缓慢倒入
C.改用等浓度的氨水代替NaOH溶液测出的反应热偏小
D.将上述反应液改为50 mL 0.65 mol·L-1 NaOH溶液与50 mL 0.60 mol·L-1盐酸,测得生成1 mol H2O时放出的热量变多
解析:烧杯间填满碎纸条的作用是保温,防止热量散失,A错误;为了防止热量散失,向盐酸中加入NaOH溶液时应迅速地一次性倒入,B错误;NH3·H2O是弱碱,电离吸热,实验中使用相同浓度的氨水代替NaOH溶液时,测得的反应热偏小,C正确;将50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液与50 mL 0.50 mol·L-1盐酸改为50 mL 0.65 mol·L-1 NaOH溶液与50 mL 0.60 mol·L-1盐酸,生成水的物质的量增大,放热增多,但生成1 mol水时放出的热量保持不变,D错误。
2.中和反应反应热的测定实验中,若取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液与50 mL 0.25 mol·L-1 H2SO4溶液置于如图所示的装置中进行反应热的测定。
回答下列问题:
(1)从上图实验装置看,其中尚缺少的一种玻璃用品是玻璃搅拌器。
(2)若改用40 mL 0.55 mol·L-1 H2SO4溶液和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量不相等(填“相等”或“不相等”)。
(3)上述实验结果与理论值相比有偏差,产生偏差的原因可能是abc(填字母)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有H2SO4溶液的小烧杯中
解析:(1)由实验装置图可知,装置中尚缺少的一种玻璃用品是玻璃搅拌器。(2)若改用40 mL 0.55 mol·L-1 H2SO4溶液和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应,与题述实验相比,反应生成水的物质的量不相等,所放出的热量不相等。(3)实验装置保温、隔热效果差会导致一部分热量的散失,实验测得放出热量的数值偏小,a符合题意;用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度,温度计没有用水冲洗干净并擦干,在测H2SO4溶液的温度时,会发生酸和碱的中和反应导致测得的H2SO4溶液的起始温度偏高,实验测得放出热量的数值偏小,b符合题意;分多次把NaOH溶液倒入盛有H2SO4溶液的小烧杯中会导致一部分热量的散失,实验测得放出热量的数值偏小,C符合题意。
知识点二　反应热与焓变
1.宏观角度认识反应热
(1)内能:体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。
(2)焓与焓变
(3)ΔH与放热反应和吸热反应
2.微观角度理解反应热
(1)化学反应的实质和特征
(2)示例说明:以H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)反应的能量变化为例说明,如图所示。
ΔH=(436+243) kJ· mol-1-(431+431) kJ· mol-1=-183 kJ· mol-1(写出计算过程)。
计算结果表明:1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时,放出183 kJ的能量。
(3)焓变计算公式:ΔH=断键吸收的能量-成键放出的能量。如图所示:
其中:E'1表示断键吸收的能量,E'2表示成键放出的能量,E'1与E'2的差值表示反应热,上述反应过程表示该反应为放热反应。
正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)化学反应产生反应热的原因是反应前后体系的内能发生变化。(　√　)
(2)吸热反应的ΔH<0,放热反应的ΔH>0。(　×　)
(3)NaOH溶液与稀硫酸反应的ΔH>0。 (　×　)
(4)石墨转化为金刚石需要吸收能量,所以石墨更稳定。(　√　)
(5)吸热反应中,反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物化学键形成放出的总能量。(　√　)
1.化学反应中常常伴随着能量的变化。某反应的能量变化如图所示,下列叙述正确的是 (　D　)
A.该反应一定需要加热
B.该反应的反应物一定比生成物稳定
C.ΔH=E2-E1
D.该反应断开所有反应物化学键所吸收的能量大于形成所有生成物化学键所释放的能量
解析:反应物的总能量小于生成物的总能量,则该反应是吸热反应,但是不一定需要加热才能发生,A错误;反应物和生成物不一定都为一种物质,可能某种反应物的能量大于某种生成物的能量,所以反应物不一定比生成物稳定,B错误;ΔH=E1-E2,C错误;该反应断开所有反应物化学键所吸收的能量大于形成所有生成物化学键所释放的能量,D正确。
2.已知:键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。
化学键 H—H OO H—O
键能/(kJ·mol-1) 436 498 463
当2 mol H2(g)和1 mol O2(g)化合生成2 mol H2O(g)时,放出482 kJ的能量。
解析:由题表可知,当2 mol H2(g)和1 mol O2(g)化合生成2 mol H2O(g)时,放出(4×463-2×436-498) kJ=482 kJ的能量。
3.现代社会生活离不开能量。
(1)冷敷袋在日常生活中有降温、保鲜和镇痛等用途。制作冷敷袋可以利用吸热(填“放热”或“吸热”)的化学变化或物理变化。
(2)“即热饭盒”给人们生活带来方便,它可利用下面A(填字母)反应释放的热量加热食物。
A.生石灰和水
B.Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl
(3)天然气的主要成分是甲烷,它是一种清洁能源。甲烷燃烧是放热(填“放热”或“吸热”)反应,其能量变化可用如图中的A(填字母)表示。
(4)请从化学键变化的角度解释天然气燃烧过程中能量变化的原因:燃烧过程中反应物断键吸收的能量小于生成物成键放出的能量,使得燃烧过程放热。
解析:(1)制作冷敷袋可以利用吸热的化学变化或物理变化降低温度,达到降温、保鲜和镇痛的目的。(2)“即热饭盒”应该是利用放热反应放出热量达到升高温度而加热食物的目的。生石灰和水的反应是放热反应,能够达到升高温度的目的;Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应为吸热反应,无法达到升高温度的目的。(3)甲烷燃烧是放热反应,放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量,由题图可知,题图A表示的是反应物总能量大于生成物总能量的放热反应,题图B表示的是反应物总能量小于生成物总能量的吸热反应。(4)甲烷燃烧是放热反应,燃烧过程中反应物断键吸收的能量小于生成物成键放出的能量,使得燃烧过程放热。
焓变的两种计算方法
(1)根据物质具有的焓计算:ΔH=H(总生成物)-H(总反应物)。
(2)根据化学键键能来计算:ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量。
1.下列过程的能量变化与如图所示能量变化相符合的是 (　B　)
A.浓硫酸的稀释
B.盐酸与NaHCO3的反应
C.生石灰溶于水
D.金属钠与水的反应
解析:浓硫酸稀释过程放出大量热,为放热过程,且其为物理变化,与图示不符,A错误;盐酸与NaHCO3反应为吸热反应,反应物的焓低于生成物的焓,ΔH>0,与图示能量变化一致,B正确;生石灰(CaO)溶于水生成Ca(OH)2,反应剧烈放热,ΔH<0,与图示不符,C错误;金属钠与水反应生成NaOH和H2,反应放热,ΔH<0,与图示不符,D错误。
2.物质M生成P,反应过程:M→N→P,反应过程中的能量变化曲线如图所示。下列有关叙述正确的是(　C　)
A.两步反应均为放热反应
B.总反应为吸热反应
C.三种物质中N最稳定
D.该反应一定不需要加热就能进行
解析:M→N中反应物M能量高于产物N,为放热反应,N→P中反应物N能量低于产物P,为吸热反应,A错误;总反应M→P中反应物M能量高于产物P,总反应为放热反应,B错误;物质能量越低越稳定,三种物质中N能量最低,最稳定,C正确;反应是否需要加热与反应吸、放热无必然联系,放热反应也可能需要加热引发,D错误。
3.已知1 mol乙烯与足量氢气发生加成反应生成乙烷放出热量124.5 kJ,部分化学键键能如表所示。则x-y为 (　D　)
化学键 C—H H—H CC C—C
键能/(kJ·mol-1) 413.4 436.0 x y
A.268.77 B.560.5
C.533.32 D.266.3
解析:1 mol乙烯与足量氢气发生加成反应生成乙烷的ΔH=-124.5 kJ·mol-1,ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能,则有(x+4×413.4+436.0) kJ·mol-1-(y+6×413.4) kJ·mol-1=-124.5 kJ·mol-1,解得x-y=266.3 kJ·mol-1。
4.某化学兴趣小组设计如图所示装置进行中和反应反应热的测定实验。所用试剂为0.50 mol·L-1的盐酸、0.55 mol·L-1的NaOH溶液,每次实验分别取50 mL两种溶液进行混合,平行测定3次。回答下列问题:
(1)玻璃搅拌器的使用方法为垂直上下搅动。
(2)碎泡沫塑料的作用是保温、隔热、减少热量的散失。
(3)实验所得数据如表:
实验 次数 反应物的 温度/℃ 反应前体 系的温度 反应后体 系的温度 温度差
盐酸 NaOH溶液 t1/℃ t2/℃ (t2-t1)/℃
1 22.2 22.4 25.6
2 22.4 22.8 26.1
3 22.5 22.7 26.0
根据表中数据计算,该实验测得的中和反应反应热ΔH=-56.8 kJ·mol-1[保留三位有效数字,盐酸和NaOH溶液的密度均视为1 g·cm-3,反应后混合溶液的比热容(c)为4.18 J·g-1·℃-1]。
(4)已知稀盐酸和稀NaOH溶液发生中和反应的反应热ΔH1=-57.3 kJ·mol-1,则ΔH1与ΔH的大小关系为ΔH1<(填“<”或“>”)ΔH,实验室测得的ΔH与ΔH1的数值有所不同的原因:测定过程中有能量损失。
解析:(1)玻璃搅拌器的使用方法为垂直上下搅动。(2)碎泡沫塑料的作用是保温、隔热、减少实验过程中的热量散失,保证实验结果更准确。(3)由题表中数据得,实验1:Δt=25.6 ℃-=3.3 ℃;实验2:Δt=26.1 ℃-=3.5 ℃;实验3:Δt=26.0 ℃-=3.4 ℃,因此温度差的平均值为3.4 ℃;Q=cmΔt= (4.18× 100 ×3.4) J=1 421.2 J=1.421 2 kJ;由已知可得,NaOH过量,用盐酸中HCl的量计算生成水的物质的量为n(H2O) = 0.05 L×0.50 mol·L-1=0.025 mol,则ΔH=-≈-56.8 kJ·mol-1。(4)已知稀盐酸和稀NaOH溶液发生中和反应的反应热ΔH1=-57.3 kJ·mol-1,则ΔH1<ΔH,即实验测得的热量比理论放出的热量更少,原因为实验过程中有能量损失。
(总分:40分)
1.(3分)古代诗词中蕴含着许多科学知识,下列叙述正确的是(　A　)
A.“冰,水为之,而寒于水”说明等质量的水和冰相比,冰的能量更低
B.于谦《石灰吟》“千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲”,描述的石灰石煅烧是放热反应
C.曹植《七步诗》“煮豆燃豆萁,豆在釜中泣”,这里的变化只有化学能转化为热能
D.苏轼《石炭·并引》“投泥泼水愈光明,烁玉流金见精悍”,所指高温时碳与水蒸气的反应为放热反应
解析:冰的温度低于水,相同质量的水和冰,冰的能量更低,水的能量更高,A正确;石灰石煅烧是分解反应,过程中吸收能量,属于吸热反应,B错误;“煮豆燃豆萁”涉及燃烧,燃烧过程中化学能转化为热能同时有部分转化为光能,C错误;碳与水蒸气反应为吸热反应,D错误。
2.(3分)某同学设计的探究化学反应吸、放热的装置如图。下列各组物质反应的能量变化不符合该图示的是 (　C　)
A.CaO和H2O B.铁和稀盐酸
C.NaHCO3与盐酸 D.少量Na和H2O
解析:CaO与H2O、铁和稀盐酸、少量Na和H2O的反应均为放热反应,反应放热使锥形瓶内气体膨胀,压强增大,U形管液面会出现左低右高的现象;NaHCO3与盐酸反应为吸热反应,吸热使瓶内气体温度降低,压强减小,U形管液面会左高右低。
3.(3分)以下关于中和反应反应热的叙述正确的是 (　B　)
A.在稀溶液中所有酸和碱发生中和反应生成1 mol H2O的反应热都相等
B.在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1 mol H2O的反应热都相等
C.在稀溶液中1 mol强酸和1 mol强碱反应放出的热量都相等
D.将浓硫酸滴入NaOH溶液中刚好生成1 mol水时,产生的热量即为中和反应反应热
解析:在稀溶液中所有酸和碱发生中和反应生成1 mol H2O的反应热不一定都相等,如弱酸和弱碱,A错误;在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1 mol水时放出的热量都相等,B正确;在稀溶液中1 mol强酸和1 mol强碱反应放出的热量不一定相等,如一元酸和一元碱放出的热量小于二元酸和二元碱放出的热量,C错误;浓硫酸稀释时放热,所以生成1 mol水时放出的热量值大于中和反应反应热的数值,D错误。
4. (3分)(2025·天津卷)如图是简易量热计装置示意图,下列反应的反应热不适宜用该装置测定的是 (　B　)
A.BaO和足量的水
B.Al和足量的NaOH溶液
C.ZnO和足量的稀硫酸
D.KOH溶液和足量的稀盐酸
解析:BaO与水反应生成Ba(OH)2,为放热反应,无气体生成,反应在溶液中进行,热量损失少,适宜用简易量热计测定;Al与NaOH溶液反应生成H2,气体逸出时会带走部分热量,导致热量测量不准确,且简易量热计不耐压,会有安全隐患,不适宜用简易量热计测定;ZnO与稀硫酸反应生成ZnSO4和水,为放热反应,无气体生成,反应在溶液中进行,热量损失少,适宜用简易量热计测定;KOH与稀盐酸发生的中和反应为放热反应,无气体生成,反应在溶液中进行,热量损失少,适宜用简易量热计测定。
5.(3分)反应A+BC(放热)分两步进行:①A+BX(吸热),②XC(放热)。下列示意图中,能正确表示总反应过程中能量变化的是 (　A　)
解析:总反应A+BC为放热反应,排除B、D选项,第一步反应A+BX为吸热反应,则X的能量大于A+B的总能量,排除C选项,XC(放热),则X的能量大于C的能量,A正确。
6.(3分)下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是 (　B　)
A.温度计的水银柱不断上升 B.反应开始后,注射器活塞向右移动
C.反应开始后,甲处液面低于乙处液面 D.反应物总能量大于生成物总能量
解析:温度计水银柱不断上升,说明反应过程中溶液温度升高,该反应是放热反应;注射器活塞向右移动可能是反应生成气体(氢气)导致气体体积增大,无论反应吸热或放热,只要有气体生成,活塞均会移动,不能确定是温度升高引起的气体膨胀;U形管甲处液面低于乙处,说明瓶内气压增大,反应放热,导致液面变化;反应物总能量大于生成物总能量,反应过程中多余能量释放,为放热反应。
7.(3分)化学反应A2(g)+B2(g)2AB(g)的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是(　C　)
A.该反应需要在加热条件下才能进行
B.断开1 mol A—A和1 mol B—B,放出a kJ能量
C.1 mol A2(g)与1 mol B2(g)生成2 mol AB(g),需要吸收(a-b) kJ热量
D.该反应为吸热反应,且A2分子最稳定
解析:能量图仅反映能量变化,不能确定反应条件,A错误;断开化学键需要吸收能量,而非放出,B错误;由能量图可知,1 mol A2(g)和1 mol B2(g)断裂为2 mol A和2 mol B需吸收a kJ能量,2 mol A和2 mol B形成2 mol AB(g)放出b kJ能量,总反应吸收(a-b) kJ热量,C正确;该反应为吸热反应(生成物总能量高于反应物),物质能量越低越稳定,1 mol A2(g)与1 mol B2(g)的总能量低于2 mol AB(g),无法比较A2与B2稳定性,D错误。
8.(3分)已知H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　ΔH=-183 kJ·mol-1,其他相关数据如下表:
物质 H2 Cl2 HCl
1 mol分子中的化学键 断裂时吸收的能量/kJ 436 a 431
下列说法正确的是 (　A　)
A.a=243
B.H2(g)和Cl2(g)的总能量小于HCl(g)的
C.1 L H2完全反应放出183 kJ热量
D.生成2 mol HCl(l)的能量变化小于183 kJ
解析:断键时吸收能量,成键时放出能量,则(436+a)-2×431=-183,解得a=243,A正确;该反应为放热反应,则1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)的总能量大于2 mol HCl(g)的总能量,但选项中并未标明各物质的物质的量,故此处无法比较,B错误;1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)时放出183 kJ热量,C错误;2 mol HCl(g)的能量比2 mol HCl(l)的能量高,则生成2 mol HCl(l)的能量变化大于183 kJ,D错误。
9.(10分)化学变化中均存在物质变化与能量变化。回答下列问题:
(1)下列化学反应中的能量变化关系与图示相符合的是　BD　(填字母)。
A.C(s)+O2(g)CO2(g)
B.C+CO22CO
C.Fe+2HClFeCl2+H2↑
D.CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g)
(2)通常把拆开1 mol某化学键吸收的能量看作是该化学键的键能。下表是常见的键能数据:
化学键 H—O CO H—H C—H
键能/(kJ·mol-1) a b c d
计算反应CH4(g)+2H2O(g)CO2(g)+4H2(g)的ΔH=4d+4a-2b-4c kJ·mol-1。
(3)用如图所示的装置测定中和反应反应热。
①从实验装置上看,还缺少的仪器是玻璃搅拌器(填名称)。
②将50 mL 0.50 mol·L-1盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液混合,测得反应热的数值偏低,可能的原因为CD(填字母)。
A.NaOH溶液一次性迅速倒入
B.做本实验的当天室温较高
C.在量取盐酸体积时俯视读数
D.实验装置保温隔热效果差
解析:(1)题图中反应物的能量低于生成物的能量,故为吸热反应。C(s)+O2(g) CO2(g)属于燃烧反应,是放热反应;C+CO22CO是化合反应,属于吸热反应;Fe+2HCl
FeCl2+H2↑是金属单质与酸的置换反应,属于常见的放热反应;CaCO3(s) CaO(s)+
CO2(g)是分解反应,是常见的吸热反应。(3)①从实验装置上看,还缺少玻璃搅拌器,用于加快中和反应速率。②NaOH溶液一次性迅速倒入,可以让反应迅速进行,减少热量散失,使实验结果更准确;当天室温与实验结果无关;在量取盐酸体积时俯视读数,使量取的盐酸体积偏小,导致测出的温度偏低,测得反应热数值偏低;实验装置保温隔热效果差,导致热量散失,测得反应热的数值偏低。
10.(6分)CO2是一种常见的气体,它不仅是绿色植物光合作用不可缺少的原料,而且在生产、生活中都有重要的用途。近年来,由于人类活动(如化石燃料燃烧)影响,CO2含量逐渐增加,出现温室效应、全球气候变暖、冰川融化等恶劣现象,对CO2的回收利用显得尤为重要。
(1)已知CO2经催化加氢可合成低碳烯烃:2CO2(g)+6H2(g)CH2CH2(g)+4H2O(g)。几种物质的能量如表所示(在25 ℃、101 kPa条件下,规定单质的能量为0,测得其他物质生成时的反应热为其具有的能量):
物质 CO2(g) H2(g) CH2CH2(g) H2O(g)
能量/ (kJ·mol-1) -394 0 52 -242
则该反应的ΔH=-128 kJ·mol-1。
(2)几种化学键的键能如表所示:
化学键 CO H—H CC C—H H—O
能量/ (kJ·mol-1) 803 436 615 a 463
则a=409.25。
解析:(1)ΔH=E(生成物能量总和)-E(反应物能量总和)=(52-242×4-0+394×2) kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1。(2)ΔH=E(反应物键能总和)-E(生成物键能总和)=(803×4+436×6-615-4a-463×8) kJ·mol-1=-128 kJ·mol-1,解得a=409.25。

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