第1節(jié)化學反應(yīng)的熱效應(yīng)一、知識目標1.理解反應(yīng)熱的定義，明確其符號的含義及與反應(yīng)吸放熱、體系能量變化的關(guān)系，掌握反應(yīng)熱在定量描述化學反應(yīng)熱能變化方面的意義。2.了解體系與環(huán)境的概念，能以鹽酸與溶液反應(yīng)為例進行區(qū)分。3.掌握中和反應(yīng)熱測定的實驗原理，熟悉實驗儀器（量熱計等）的作用，學會實驗操作步驟，并能對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，理解中和熱的概念。4.能判斷常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)，掌握反應(yīng)熱相關(guān)計算及誤差分析。二、核心素養(yǎng)目標1.宏觀辨識與微觀探析：從宏觀上認識化學反應(yīng)中能量的釋放或吸收現(xiàn)象，從微觀上理解化學反應(yīng)實質(zhì)與能量變化的關(guān)系，能從內(nèi)能變化角度認識反應(yīng)熱和焓變。2.證據(jù)推理與模型認知：通過中和反應(yīng)熱測定實驗，建立實驗探究的基本模型，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行分析推理，理解反應(yīng)熱的測定原理和方法。3.科學探究與創(chuàng)新意識：通過設(shè)計并完成中和反應(yīng)熱測定實驗，培養(yǎng)科學探究能力和創(chuàng)新思維，能對實驗過程中出現(xiàn)的問題進行分析和解決。4.科學態(tài)度與社會責任：認識化學反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化在生活、生產(chǎn)和科學研究中的廣泛應(yīng)用，培養(yǎng)學生關(guān)注能源問題的意識和社會責任感。一、學習重點1.認識反應(yīng)熱及體系、環(huán)境。2.測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。二、學習難點1.理解反應(yīng)熱的概念。2.掌握中和反應(yīng)熱測定實驗的原理、操作及誤差分析。一、化學反應(yīng)的反應(yīng)熱1．概念：當化學反應(yīng)在一定的溫度下進行時，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)，簡稱反應(yīng)熱。2．符號：用Q表示，反應(yīng)吸熱時，Q為正值；反應(yīng)放熱時，Q為負值。3．單位：J或KJ。4．熱化學：用實驗方法和理論方法研究反應(yīng)熱的化學分支稱為熱化學。[特別提醒](1)物理變化中的能量變化不是反應(yīng)熱。如物質(zhì)的三態(tài)變化、NH4NO3溶于水吸熱、濃H2SO4稀釋放熱等。(2)反應(yīng)放熱或吸熱與反應(yīng)條件無關(guān)。二、中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定1．主要儀器用于測定反應(yīng)熱的儀器稱為量熱計，由內(nèi)、外兩個筒組成，內(nèi)筒是反應(yīng)器，外筒起保溫作用。2．原理反應(yīng)熱的計算公式為Q＝C（T2T1），式中C代表體系的比熱容，T1、T2分別表示反應(yīng)前和反應(yīng)后體系的溫度。3．利用簡易量熱計測定室溫下中和反應(yīng)的反應(yīng)熱(1)實驗藥品1．0mol·L－1鹽酸，1.0mol·L－1NaOH溶液，1.0mol·L－1硝酸，1.0mol·L－1氨水，1.0mol·L－1KOH溶液。(2)實驗步驟①向量熱計內(nèi)筒中加入鹽酸100mL，攪拌后測初始溫度T1。②向燒杯中加入NaOH溶液100mL，調(diào)節(jié)溫度為T1。③快速將燒杯中堿液倒入量熱計中，蓋好杯蓋，勻速攪拌，記錄體系的最高溫度T2。④根據(jù)溶液溫度升高的數(shù)值，計算中和反應(yīng)的反應(yīng)熱，鹽酸、氫氧化鈉溶液為稀溶液，其密度近似地認為都是1g·cm－3，反應(yīng)前后溶液的比熱容為4.18kJ·K－1·kg－1。該實驗中鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)的反應(yīng)熱Q＝－0.836(T2－T1)kJ。換算為強酸與強堿中和反應(yīng)生成1molH2O(l)的反應(yīng)熱：Q＝－8.36(T2－T1)kJ或eq\f(－0.418×2×T2－T1,0.1)kJ。⑤用同樣方法測定KOH溶液與鹽酸反應(yīng)、NaOH溶液與硝酸反應(yīng)、鹽酸與氨水的反應(yīng)熱。一、認識反應(yīng)熱活動一：反應(yīng)熱的定義及意義問題思考1.什么是反應(yīng)熱？其符號如何表示？符號的含義與反應(yīng)吸放熱、體系能量變化有什么關(guān)系？答案：當化學反應(yīng)在一定的溫度下進行時，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量稱為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)，簡稱反應(yīng)熱，用符號?H表示。?H>2.反應(yīng)熱的意義是什么？物質(zhì)三態(tài)變化所吸收或釋放的能量是反應(yīng)熱嗎？答案：反應(yīng)熱的意義是定量地描述化學反應(yīng)釋放或吸收的熱能，其數(shù)值可以通過實驗測得，也可以通過理論計算。物質(zhì)三態(tài)變化所吸收或釋放的能量不是反應(yīng)熱?；顒佣后w系與環(huán)境問題思考1.什么是體系與環(huán)境？請以鹽酸與溶液的反應(yīng)為例說明。答案：人為劃定的研究對象（物質(zhì)系統(tǒng)）稱體系，體系以外的其他部分稱環(huán)境。在鹽酸與溶液的反應(yīng)中，鹽酸、溶液和發(fā)生的反應(yīng)是體系，試管、空氣等是環(huán)境。2.了解體系與環(huán)境的概念對研究化學反應(yīng)中的能量變化有什么幫助？答案：了解體系與環(huán)境的概念，有助于我們更好地研究化學反應(yīng)中的能量變化，因為體系和環(huán)境之間會有物質(zhì)和熱量的交換。二、反應(yīng)熱的測定活動一：量熱計的認識問題思考：1.量熱計各部分的作用是什么？答案：溫度計用于測定反應(yīng)前后溶液的溫度；玻璃攪拌器用于使反應(yīng)物充分混合并充分反應(yīng)，保持體系溫度均勻；外筒和內(nèi)筒起到保溫作用，內(nèi)筒是反應(yīng)容器。2.量熱計的主要作用是什么？答案：量熱計的主要作用就是通過測定反應(yīng)前后溶液溫度的變化值，來計算反應(yīng)熱。問題探究：反應(yīng)熱測定的原理是什么？答案：反應(yīng)熱測定的原理是將反應(yīng)物加入內(nèi)筒并使之迅速混合，測定反應(yīng)前后溶液溫度的變化值，利用公式Q＝C（T2T1）計算出反應(yīng)熱。歸納總結(jié)：測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實驗步驟有哪些？實驗過程中需要注意哪些問題？答案：實驗步驟包括量熱計的準備、反應(yīng)物溫度的測量、反應(yīng)后體系溫度的測量、重復實驗測最高溫度點以提高準確度。實驗過程中要注意動作要快，減少熱量損失；要充分攪拌，使反應(yīng)充分進行；堿要稍過量，保證酸完全反應(yīng)等。實驗探究：探究實驗并記錄實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理(3)數(shù)據(jù)處理實驗溶液溫度/K溫度變化ΔT/K反應(yīng)熱kJ·mol－1T1T2一組NaOH＋HCl二組KOH＋HCl三組NaOH＋HNO3活動二：實驗探究測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱問題思考：1.上述三個實驗所測得中和反應(yīng)的反應(yīng)熱相同嗎？為什么？答案：相同，因為所用溶液體積濃度相同，都在室溫下進行。2.實驗過程中有哪些因素會造成誤差？如何提高實驗的準確度？答案：造成誤差的因素可能有保溫層缺失、操作延時等。提高實驗準確度的方法有保證保溫效果良好、操作迅速準確等。3.能否用濃硫酸代替鹽酸？對結(jié)果會產(chǎn)生什么影響？答案：不能用濃硫酸代替鹽酸。因為濃硫酸稀釋會放出大量的熱，會使所測的熱量偏大。4.實驗過程中可以更換溫度計嗎？能否測完酸后直接測量堿的溫度？如何操作？答案：實驗過程中不可以更換溫度計。不能測完酸后直接測量堿的溫度，應(yīng)該用蒸餾水沖洗溫度計并擦干后再測量堿的溫度。5.能否將氫氧化鈉溶液分多次倒入量熱計中？玻璃攪拌器能否換成金屬攪拌器？答案：不能將氫氧化鈉溶液分多次倒入量熱計中，因為分多次倒入會導致熱量散失，使測量結(jié)果不準確。玻璃攪拌器不能換成金屬攪拌器，因為金屬攪拌器會導熱，會導致熱量散失，影響測量結(jié)果。三、深化概念——中和熱活動一：中和熱的定義問題思考：1.什么是中和熱？在什么條件下中和熱是一個定值？答案：在25°C和101kPa2.發(fā)生中和反應(yīng)時，中和熱是否一定相同？為什么？答案：發(fā)生中和反應(yīng)時，由于所用的酸和堿有強弱、濃稀、狀態(tài)不同，是否生成沉淀等因素，中和熱各不相同?；顒佣褐泻蜔岬挠绊懸蛩貑栴}思考：濃H2SO4、答案：濃H2SO4稀釋會放熱，NaOH固體溶解會放熱，所以如果用濃H2SO4或活動三：例題精講例1、判斷下列屬于放熱反應(yīng)的是（）屬于吸熱反應(yīng)的是（）?鎂條的燃燒 ②高溫下木炭與二氧化碳反應(yīng)生成一氧化碳 ③氧化鈣與水的反應(yīng)④高溫煅燒石灰石(主要成分是CaCO3)制生石灰(CaO) ⑤炸藥爆炸 ⑥Ba(OH)2·8H2NH.CINH.CI的反應(yīng) ⑦濃硫酸溶于水 ⑧冰熔化 ⑨甲烷在氧氣中的燃燒屬于放熱反應(yīng)的是（）屬于吸熱反應(yīng)的是（）【答案】?③⑤⑨②④⑥例2、某同學通過實驗測出稀鹽酸與稀NaOH溶液反應(yīng)生成1mol水放出的熱量為52.3kJ，造成這一結(jié)果的原因不可能是的是()A、實驗裝置保溫、隔熱效果差B、用量筒量取鹽酸時仰視讀數(shù)C、分多次將NaOH溶液倒入量熱計的內(nèi)筒中D、用測量鹽酸的溫度計直接測定NaOH溶液的溫度【答案】B【解析】A選項，實驗裝置保溫、隔熱效果差，會導致熱量散失，使測量結(jié)果偏小，所以該選項可能是造成結(jié)果的原因。B選項，用量筒量取鹽酸時仰視讀數(shù)，會使量取的鹽酸體積偏大，反應(yīng)放出的熱量增多，測量結(jié)果應(yīng)該偏大，而不是偏小，所以該選項不可能是造成結(jié)果的原因。C選項，分多次將NaOH溶液倒入量熱計的內(nèi)筒中，會導致熱量散失，使測量結(jié)果偏小，所以該選項可能是造成結(jié)果的原因。D選項，用測量鹽酸的溫度計直接測定NaOH溶液的溫度，會使溫度計上殘留的鹽酸與NaOH溶液提前反應(yīng)，導致熱量散失，使測量結(jié)果偏小，所以該選項可能是造成結(jié)果的原因。答案選B。1．體系與環(huán)境人為劃定的研究對象(物質(zhì)系統(tǒng))稱為體系，體系以外的其他部分稱為環(huán)境。2.常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)(Q＜0)：①大多數(shù)化合反應(yīng)；②所有的燃燒反應(yīng)；③酸堿中和反應(yīng)；④較活潑金屬與酸的反應(yīng)；⑤活潑金屬與H2O的反應(yīng)；⑥鋁熱反應(yīng)；⑦緩慢氧化反應(yīng)。吸熱反應(yīng)(Q＞0)：①大多數(shù)分解反應(yīng)；②Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)；③C和CO2或H2O(g)的反應(yīng)；④碳酸氫鈉與檸檬酸等的反應(yīng)。3.測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱需注意的幾個問題(1)實驗中要用強酸、強堿的稀溶液(0.1～0.5mol·L－1)。(2)操作時動作要快，盡量減少熱量的損失，使用絕熱裝置，避免熱量散發(fā)到反應(yīng)體系外。(3)測量鹽酸的溫度后，要將溫度計上的酸沖洗干凈后，再測量NaOH溶液的溫度，避免酸、堿在溫度計的表面反應(yīng)放熱而影響測量結(jié)果。(4)讀取中和反應(yīng)的溫度(t2)是反應(yīng)混合液的最高溫度。(5)不能用弱酸或弱堿，因弱酸、弱堿電離時吸收熱量而使測量數(shù)值偏低。(6)中和熱的數(shù)值是57.3kJ·mol－1，測定時與強酸、強堿的用量無關(guān)。4.分析誤差原理1.下列說法正確的是()A.化學反應(yīng)不一定伴隨著能量變化B.伴有能量變化的物質(zhì)變化都是化學變化C.化學反應(yīng)可能發(fā)生顏色變化，有顏色變化的物質(zhì)變化一定是化學變化D.物質(zhì)的化學能在一定條件下可轉(zhuǎn)化為熱能、電能等能量【答案】D【解析】A.化學反應(yīng)的本質(zhì)是舊鍵斷裂和新鍵形成，一定伴隨著能量變化，A選項錯誤；B.伴有能量變化的物質(zhì)變化不一定是化學變化，如物質(zhì)的三態(tài)變化有能量變化，但屬于物理變化，B選項錯誤；C.有顏色變化的物質(zhì)變化不一定是化學變化，如將氧氣加壓降溫變成液氧，顏色由無色變?yōu)榈{色，但屬于物理變化，C選項錯誤；D.物質(zhì)的化學能在一定條件下可轉(zhuǎn)化為熱能、電能等能量，如燃燒是化學能轉(zhuǎn)化為熱能，原電池是化學能轉(zhuǎn)化為電能，D選項正確。答案選D。2.簡易量熱計直接測出的是()A.質(zhì)量的變化B.能量的變化C.溫度的變化D.電流的變化【答案】C【解析】簡易量熱計是通過測定反應(yīng)前后溶液溫度的變化值，進而利用公式計算反應(yīng)熱，所以簡易量熱計直接測出的是溫度的變化，C選項正確。答案選C。3.將V?mL1.0mol·L?1HCl溶液和V?mL未知濃度的NaOH溶液混合均勻后測量并記錄溶液溫度，實驗結(jié)果如圖所示(實驗中始終保持V?+V?=50mL)。下列敘述正確的是()A.做該實驗時環(huán)境溫度為22°CB.該實驗表明化學能可以轉(zhuǎn)化為熱能C.NaOH溶液的濃度約是1.00mol·L?1D.該實驗表明有水生成的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)【答案】B【解析】A.從圖中可知，加入30mL鹽酸和20mLNaOH溶液時溫度最高，說明此時二者恰好完全反應(yīng)，而22°C是未開始反應(yīng)時的混合溶液溫度，不是環(huán)境溫度，A選項錯誤；B.酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，該實驗中溶液溫度升高，表明化學能可以轉(zhuǎn)化為熱能，B選項正確；C.由圖可知，當加入30mL鹽酸和20mLNaOH溶液時恰好完全反應(yīng)，根據(jù)(n(HCl)=n(NaOH))，(c(NaOH)==1.5mol/L)，C選項錯誤；D.該實驗只是鹽酸和NaOH溶液的中和反應(yīng)，不能表明所有有水生成的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，如某些水解反應(yīng)也生成水，但屬于吸熱反應(yīng)，D選項錯誤。答案選B。4.下列有關(guān)中和反應(yīng)反應(yīng)熱測定實驗的說法正確的是()A.溫度計能代替玻璃攪拌器，用于攪拌反應(yīng)物B.強酸與強堿反應(yīng)生成1molH?O(l)釋放的熱量都約為57.3kJC.測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱實驗中，讀取混合溶液不再變化時的溫度為終止溫度D.某同學通過實驗測得鹽酸和NaOH溶液反應(yīng)生成1molH?O(l)放出的熱量為52.3kJ，造成這一結(jié)果的原因不可能是所用酸、堿溶液濃度過大【答案】D【解析】A.溫度計不能代替玻璃攪拌器用于攪拌反應(yīng)物，因為攪拌時可能會損壞溫度計，A選項錯誤；B.只有強酸與強堿的稀溶液反應(yīng)生成1molH?O(l)釋放的熱量才約為57.3kJ，如果是濃溶液或弱酸弱堿反應(yīng)，由于濃溶液稀釋、弱酸弱堿電離等過程會有能量變化，放出的熱量會不同，B選項錯誤；C.測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱實驗中，讀取混合溶液的最高溫度為終止溫度，C選項錯誤；D.所用酸、堿溶液濃度過大，會使反應(yīng)放出的熱量增多，而該同學測得的熱量比57.3kJ小，所以造成這一結(jié)果的原因不可能是所用酸、堿溶液濃度過大，D選項正確。答案選D。5.50mL0.50mol·L?1鹽酸與50mL0.55mol·L?1NaOH溶液在如圖所示的裝置中進行中和反應(yīng)。通過測定反應(yīng)過程中所放出的熱量可計算中和反應(yīng)反應(yīng)熱?；卮鹣铝袉栴}：(1)從實驗裝置上看，圖中尚缺少的一種玻璃儀器是_____________。(2)如果不蓋杯蓋(泡沫塑料板)，所求得的中和反應(yīng)反應(yīng)熱的絕對值將會________(填”偏大””偏小”或“無影響”)。(3)實驗中改用60mL0.50mol·L?1鹽酸跟50mL0.55mol·L?1NaOH溶液進行反應(yīng)，調(diào)整反應(yīng)物用量后所放出的熱量與原實驗_____________(填“相等”或“不相等”，下同)；所求生成1molH?O放出的熱與原實驗____________，簡述理由：_________________________________________________?！敬鸢浮?1)玻璃攪拌器；(2)偏小；(3)不相等；相等；生成1mol水時的放出的熱，與酸堿的用量無關(guān)【解析】(1)中和熱測定實驗中需要用玻璃攪拌器攪拌使反應(yīng)物充分混合并充分反應(yīng)，保持體系溫度均勻，所以圖中尚缺少的一種玻璃儀器是玻璃攪拌器。(2)如果不蓋杯蓋(泡沫塑料板)，會導致熱量散失，使測得的溫度變化值偏小，根據(jù)(Q＝－C（T?－T?）)，所求得的中和反應(yīng)反應(yīng)熱的絕對值將會偏小。(3)實驗中改用60mL0.50mol·L?1鹽酸跟50mL0.55mol·L?1NaOH溶液進行反應(yīng)，由于反應(yīng)物的量增多，反應(yīng)放出的熱量增多，所以調(diào)整反應(yīng)物用量后所放出的熱量與原實驗不相等；但中和熱是指在稀溶液中，酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol液態(tài)水時所釋放的熱量，生成1mol水時的放出的熱，與酸堿的用量無關(guān)，所以所求生成1molH?O放出的熱與原實驗相等?？键c1反應(yīng)熱【對應(yīng)訓練1】下列關(guān)于反應(yīng)熱的說法正確的是()A.反應(yīng)熱就是反應(yīng)中放出的熱量B.當Q＜0C.一個化學反應(yīng)中，當反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時，反應(yīng)放熱，QD.需要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)【答案】C【解析】反應(yīng)熱是指反應(yīng)所釋放或吸收的熱量，A選項錯誤；Q＜0表示反應(yīng)放熱，B選項錯誤；當反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時，反應(yīng)放熱，Q【對應(yīng)訓練2】已知某反應(yīng)的反應(yīng)熱Q=+120?kJ/A.放熱反應(yīng)B.吸熱反應(yīng)C.既不吸熱也不放熱D.無法判斷【答案】B【解析】因為Q＞0表示反應(yīng)吸熱，已知反應(yīng)熱Q【對應(yīng)訓練3】在研究鋅與稀硫酸反應(yīng)的實驗中，下列屬于體系的是（）A.鋅粒和稀硫酸B.反應(yīng)容器C.周圍的空氣D.溫度計【答案】A【解析】人為劃定的研究對象（物質(zhì)系統(tǒng)）稱體系，在鋅與稀硫酸反應(yīng)的實驗中，鋅粒和稀硫酸是反應(yīng)的物質(zhì)，屬于研究對象，是體系；反應(yīng)容器、周圍的空氣、溫度計等是體系以外的部分，屬于環(huán)境，A選項正確?？键c2反應(yīng)熱的測定【對應(yīng)訓練1】量熱計中溫度計的作用是（）A.攪拌反應(yīng)物B.測定反應(yīng)的時間C.測定反應(yīng)前后溶液的溫度D.控制反應(yīng)的溫度【答案】C【解析】量熱計中溫度計的作用是測定反應(yīng)前后溶液的溫度，C選項正確；攪拌反應(yīng)物是玻璃攪拌器的作用，A選項錯誤；測定反應(yīng)的時間不是溫度計的作用，B選項錯誤；溫度計不能控制反應(yīng)的溫度，D選項錯誤?！緦?yīng)訓練2】下列關(guān)于量熱計的說法錯誤的是（）A.量熱計的外筒和內(nèi)筒都有保溫作用B.玻璃攪拌器可以用金屬攪拌器代替C.量熱計可以測定反應(yīng)前后溶液溫度的變化D.量熱計的內(nèi)筒是反應(yīng)容器【答案】B【解析】量熱計的外筒和內(nèi)筒都有保溫作用，A選項正確；金屬攪拌器易導熱，會造成熱量損失，不能用金屬攪拌器代替玻璃攪拌器，B選項錯誤；量熱計可以測定反應(yīng)前后溶液溫度的變化，C選項正確；量熱計的內(nèi)筒是反應(yīng)容器，D選項正確?！緦?yīng)訓練3】在測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實驗中，下列說法正確的是（）A.用溫度計攪拌溶液B.為了使反應(yīng)充分進行，應(yīng)將NaOH固體直接加入鹽酸中C.實驗中使用的酸和堿的濃度越大越好D.實驗中要記錄反應(yīng)前后溶液的溫度【答案】D【解析】不能用溫度計攪拌溶液，應(yīng)該用玻璃攪拌器，A選項錯誤；NaOH固體溶解會放熱，會影響實驗結(jié)果，應(yīng)將NaOH溶液加入鹽酸中，B選項錯誤；實驗中酸和堿的濃度不是越大越好，濃度過大可能會導致反應(yīng)劇烈，熱量散失多，C選項錯誤；實驗中要記錄反應(yīng)前后溶液的溫度，以便計算反應(yīng)熱，D選項正確?！緦?yīng)訓練4】已知在測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實驗中，溶液及量熱計的熱容C=100?J/K，反應(yīng)前溶液溫度T1=25?A.?B.+C.?