中和热和燃烧热

一. 教学内容：中和热和燃烧热
　　
　　二. 教学目标
　　
　　1. 理解中和反应反应热测定的实验原理
　　
　　2. 掌握中和反应反应热测定的操作步骤、注意事项和数据处理
　　
　　3. 使学生理解燃烧热并掌握有关燃烧热的计算。
　　
　　4. 常识性介绍使用化石燃料的利弊及新能源的开发，培养学生综合分析问题的能力，使学生具有经济效益的观念。
　　
　　三. 教学重点、难点
　　
　　重点：中和热的测定实验原理的理解和操作要点的把握燃烧热的概念，有关燃烧热计算
　　
　　难点：中和热的测定，中和热和燃烧热的有关计算
　　
　　［知识分析］
　　
　　一、中和热：
　　
　　强酸和强碱的稀溶液完全中和生成1mol水时所放出的热量称为中和热；常温常压下，酸和碱的稀溶液反应产生的中和热为△H＝－57.4kJ/mol。
　　
　　中和热的测定：在50mL烧杯中加入20mL 2mol/L的盐酸，测其温度。另用量筒量取20mL 2mol/L NaOH溶液，测其温度，并缓缓地倾入烧杯中，边加边用玻璃棒搅拌。观察反应中溶液温度的变化过程，并作好记录。
　　
　　盐酸温度/℃ NaOH溶液温度/℃ 中和反应后温度/℃
　　
　　t(HCl) t(NaOH) t2
　　
　　数据处理：△H＝－Q/n＝－cm△t/n水
　　
　　其中：c＝4.18J/(g?℃)，m为酸碱溶液的质量和，△t＝t2－t1，t1是盐酸温度与NaOH溶液温度的平均值，n水为生成水的物质的量。
　　
　　说明：
　　
　　1. 燃烧不一定要有氧气参与，如氢气在氯气中燃烧，钠在氯气中燃烧等。
　　
　　2. 物质在氧气中燃烧的条件是：要与空气（即氧气）接触；并且温度要达到物质的着火点；而燃料充分燃烧的条件则是：要有适当过量的氧气，可燃物与空气要有足够多的接触面积。以上两者既有相同的地方，也有不同的地方。
　　
　　3. 燃料不完全燃烧时主要存在以下问题：浪费能源的同时可能对环境产生污染。
　　
　　4. 理解燃烧热时，我们要从四个方面入手：①25℃、101kPa；②1mol纯物质；③完全燃烧；④稳定的化合物。
　　
　　5. 一般情况下，物质燃烧生成的稳定的化合物有：C→CO2；H→H2O（液态）；S→SO2。
　　
　　6. 燃烧热表示的意义：C的燃烧热为393.5kJ／mol，表示在25℃、101kPa时，1molC完全燃烧生成CO2时放出393.5kJ的热量。
　　
　　7. 书写热化学方程式时，燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以1mol可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数。
　　
　　8. 计算一定量物质完全燃烧时所放出的热量：Q＝n（可燃物）×△Hc；式中Q为可燃物燃烧反应放出的热量，n（可燃物）为可燃物的物质的量，△Hc为可燃物的燃烧热。
　　
　　三、能源：
　　
　　能源是指提供能量的自然资源，它包括化石能源（煤、石油、天然气）、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。我国目前使用的能源主要是化石燃料。
　　
　　一级能源指在自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源，需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。如化石能源、流水、潮汐等为一级能源，而氢气、电能等则为二级能源。
　　
　　解析：①题中指出，只有自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源，因此，煤、石油、天然气等化石燃料属于一级能源，水煤气、干馏煤气都是煤经一系列处理后，间接制取的，应属于二级能源，而水力则是利用水的动能和势能，一般应属于一级能源。
　　
　　②题中选项A的方向是错误的。众所周知，原子与分子是两种不同层次的微观粒子，水中的氢元素完全不同于单质的氢气。氢气可以燃烧，氢分子可以与氧分子反应。但指出“在水不分解的情况下，使氢成为二级能源”不仅违背科学，也与常识不符。更何况A选项中还称氧是可燃烧的物质。选项B的方向是正确的。水分解成氢气和氧气的反应是吸热反应，在常温常压下几乎不能进行，利用太阳能产生高温，以分解水，是目前正在实际进行并且已经取得初步成果的一项研究。从能量的角度看，这是太阳能的间接利用。选项C是错误的。众所周知，催化剂只能改变反应的速率，而其本身在反应前后质量和性质均保持不变，因而不能改变化学反应的热效应。也就是说，利用催化剂改变水的分解这是一个需要供给能量的事实，是徒劳的，因此这个研究方向也不正确。选项D应是一个可以肯定的研究方向。水分解需要吸收能量。寻找可提供廉价能源的有效方法，当然可以解决由水制氢气的问题。
　　
　　解析：硫无论在空气中还是在纯氧中燃烧都是生成 SO2气体，而由于空气中氧气的浓度远不及在纯氧中，硫等可燃物在纯氧中的燃烧较在空气中的燃烧反应激烈，速率快，放热也集中。但是我们应该知道下述两个基本事实：第一是题设相同条件下（32g，同温同压），这样的反应物和生成物之间的能量差应为定值。化学反应中的能量变化主要是以热能的形式表现出来，但绝不是唯一的形式。化学反应发生时，常伴随有“发光、发热”等现象。硫在纯氧中燃烧发出“明亮的蓝紫色火焰”，在空气中燃烧“产生淡蓝色火焰”。显然，无论是在什么情况下燃烧，都有一部分化学能转化成为光能。而且转化成光能的越多，转变成热能的就越少。不言而喻，前者转化成光能的多。
　　
　　［例3］已知充分燃烧ag乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是
　　
　　A、C2H2(g)＋2.5O2(g)＝2CO2(g)＋H2O(l)；ΔH＝－2bkJ/mol
　　
　　B、C2H2(g)＋5/2O2(g)＝2CO2(g)＋ H2O(l)；ΔH＝2bkJ/mol
　　
　　C、2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(g)；ΔH＝－4bkJ/mol
　　
　　D、2C2H2(g)＋5O2(g)＝4CO2(g)＋2H2O(l)；ΔH＝bkJ/mol
　　
　　答案：A
　　
　　［例4］试回答下列中和热测定的有关问题。
　　
　　（1）实验桌上备有烧杯（大、小两个烧杯）、泡沫塑料、泡沫塑料板、环形玻璃搅拌棒、0.50mol?L－1盐酸、0.55mol?L－1 NaOH溶液，尚缺少的实验用品是__________。
　　
　　（2）实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒__________，其原因是______________________________________________。
　　
　　（3）实验时所用盐酸及NaOH溶液的体积均为50mL，各溶液密度为1g/cm3，生成溶液的比热容c＝4.18J/(g?℃)，实验起始温度为t1℃，终止温度为t2℃。试推断中和热的计算式：△H＝___________________________________。
　　
　　答案：
　　
　　（1）温度计
　　
　　（2）不能，因为铜具有很好的导热性能，易使能量散发出去，使测定结果偏小。
　　
　　（3）△H＝－1. 672（t2－t1）kJ/mol
　　
　　【模拟试题】
　　
　　1. 厄尔尼诺现象产生的原因之一是大气中CO2的含量剧增，要减缓这一现象发生，最理想的燃料是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（　　　）
　　
　　A、天然气　　　B、氢气　　　C、无烟煤　　　D、汽油
　　
　　2. 为了提高煤的热效率，并减少CO等有害物质的污染，可采取的措施是（　　　）
　　
　　A、通入大量的空气　　　　　　　　　　　B、将煤粉碎，使之充分燃烧
　　
　　C、将煤经过处理，使之转化为气体燃料　　D控制煤的生产
　　
　　3. 已知天然气的主要成分甲烷是一种会产生温室效应的气体，相同分子数目的甲烷和CO2产生的温室效应，前者大。下面是有关天然气的几种叙述：①天然气与煤相比是比较清洁的能源；②等质量的甲烷和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一。其中正确的是：　　　　　　　　　　（　　　）
　　
　　A、①②③　　　　B、只有①　　　　C、只有③　　　　D、①和②
　　
　　4. 能源可分为一级能源和二级能源。自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源；需要依靠其它能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量的水来制取：2H2O(l)＝2H2(g)＋O2(g)　ΔH=＋517. 6kJ/mol。根据上面的叙述回答，下列叙述正确的是　（　　　）
　　
　　A、电能是二级能源　　　　B、水力是二级能源
　　
　　C、天然气是一级能源　　　D、焦炉气是一级能源
　　
　　5. 新的替代能源主要包括：①核能；②柴草；③焦炭；④太阳能；⑤氢能；⑥液化石油气；⑦水煤气；⑧天然气　　　　　　　　　　　　　　　　　（　　　）
　　
　　A、②③⑥⑦　　　　B、①④⑤　　　　C、③⑥⑦⑧　　　　D、①③④
　　
　　6. 关于用水制取二级能源氢气，以下研究方向正确的是　　　　　　　　（　　　）
　　
　　A、构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此，可研究在水不分解的情况下，使氢成为二级能源
　　
　　B、设法将太阳光聚集，产生高温，使水分解产生氢气
　　
　　C、寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量
　　
　　D、寻找特殊化学物质，并用于开发廉价能源，以分解水制取氢气
　　
　　7. 含NaOH40克的稀溶液与足量稀H2SO4反应放出57.4kJ热量，则下列表示该反应中和热的热化学方程式中正确的是 　　（　　　）
　　
　　A、NaOH（aq）＋1/2 H2SO4（aq）＝1/2Na2SO4（aq）＋H2O（l）；△H　＝＋57.4kJ/mol
　　
　　B、NaOH（aq） ＋1/2H2SO4（aq）＝1/2Na2SO4（aq）＋H2O（l）；△H　＝－57.4kJ/mol
　　
　　C、2NaOH（aq） ＋H2SO4（aq）＝Na2SO4（aq）＋2H2O（l）；△H　＝＋114.8kJ/mol
　　
　　D、2NaOH（aq） ＋H2SO4（aq）＝Na2SO4（aq）＋2H2O（l）；△H　＝－114.8kJ/mol
　　
　　8. 已知盐酸和NaOH的稀溶液的中和热为△H　＝－57.4kJ/mol，则稀醋酸和NaOH的稀溶液的中和热一般情况下约为　　　　　　　　　　　　　　　　　（　　　）
　　
　　A、等于－57.4kJ/mol 　　　　　B、大于－57.4kJ/mol
　　
　　C、小于－57.4kJ/mol 　　　　　D、无法比较
　　
　　9. 对热化学反应方程式2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）；△H　＝－571.6 kJ/mol，下列说法错误的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（　　　）
　　
　　A、2 molH2完全燃烧生成液态水放出571.6 KJ的热量
　　
　　B、1 molH2完全燃烧生成液态水放出285.8 KJ的热量
　　
　　C、二个氢分子完全燃烧生成液态水放出571.6 KJ的热量
　　
　　D、上述热化学反应方程式也可表示为：
　　
　　H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l）；　△H　＝－285.8 kJ/mol
　　
　　10. 1g炭与适量水蒸气反应生成一氧化碳和氢气，需吸收10.94kJ的热量，相应的热化学反应方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（　　　）
　　
　　A、C＋H2O＝CO＋H2；△H　＝＋10.94 kJ/mol
　　
　　B、C（S）＋H2O（g）＝CO（g）＋H2（g）；△H　＝＋10.94 kJ/mol
　　
　　C、C（S）＋H2O（g）＝CO（g）＋H2（g）；△H＝＋131.3kJ/mol
　　
　　D、1/2C（S）＋1/2H2O（g）＝1/2CO（g）＋1/2H2（g）；△H　＝＋65.65kJ/mol
　　
　　11. 含11.2gKOH的稀溶液与1L 0.1mol?L－1的H2SO4溶液反应放出11.46kJ的热量，该反应的热化学方程式正确的是（ ）
　　
　　A、KOH(aq)＋1/2 H2SO4(aq)＝1/2 K2SO4(aq)＋H2O(l) △H＝－11.46kJ/mol
　　
　　B、2KOH(aq)＋H2SO4(aq)＝K2SO4(aq)＋2H2O(l) △H＝－114.6kJ
　　
　　C、2KOH＋H2SO4＝K2SO4＋2H2O △H＝－114.6kJ
　　
　　D、KOH(aq)＋1/2 H2SO4(aq)＝1/2 K2SO4(aq)＋H2O(l) △H＝－57.3kJ/mol
　　
　　12. 下列反应既属于氧化还原反应，又是吸热反应的是　　　　　　　（ ）
　　
　　A、铝片与稀盐酸的反应 B、Ba(OH)2?8H2O与NH4Cl的反应
　　
　　C、灼热的碳与CO2的反应 D、甲烷在氧气中的燃烧反应
　　
　　【试题答案】
　　
　　1. B 2. BC 3. D 4. AC 5. B 6. BD 7. B 8. B
　　
　　9. C 10. CD 11. D 12. C