化学反应原理
第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
引言
化学反应不仅有物质的变化,还存在能量变化。化学反应还存在反应快慢问题和反应进行的程度问题。在本书中将学习化学反应中化学能与热能的转化、化学能与电能的转化,讨论化学反应速率、化学平衡及化学反应的方向。
工业生产中很多化学反应都是在溶液中进行,这与电解质在水溶液中的电离、溶解、水解等有关。
在学习中从宏观到微观、从定性到定量、从静态到动态地理解和分析化学反应。
学习中还要注意与其它学科,如物理、生物,联系起来,学会多学科综合分析应用化学知识。
第一章 化学反应的热效应
化学反应中除了物质的变化外,还存在化学能与热能、电能等的转化过程,既遵循质量守恒,也遵守能量守恒。
第一节 反应热
依据化学反应中能量的释放和吸收,可将化学变化分为放热反应和吸热反应。
放热反应:如燃料的燃烧、酸碱中和反应等。
吸热反应:如煅烧石灰石、CO还原铁矿石、Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应等。
一、反应热 焓变
将盐酸与NaOH溶液加入试管中进行反应。
体系(系统):试管中的盐酸、NaOH溶液及发生的反应。
环境:盛溶液的试管、溶液外的空气。
(2)反应热
在等温条件下,化学反应体系向环境释放或从环境中吸收的能量,称为化学反应的热效应,即反应热。
通常可理解为化学变化中吸收或放出的热量。
注意:化学变化中还存在其它形式能量的转化,如光能、机械能等。
许多反应热可以通过量热计直接测定。酸与碱发生中和反应的反应热,简称中和热。
实验目的:中和反应反应热的测定
实验原理:在恒温条件下,测得体系的温度变化和溶液的比热容计算反应热,Q=cmΔt。
实验装置:
内外筒之间的隔热层及杯盖,均可以减少实验过程中热量的损失;使用玻璃材质的搅拌棒,不能使用金属材料的,可减少热量散失。
实验步骤:
用量筒量取50mL 0.5mol/L的盐酸,倒入量热计内筒,测量并记录温度。将温度计冲洗干净,擦干;
另外量取50mL 0.55mol/L的NaOH溶液,用同一温度计测量并记录温度;
将NaOH溶液迅速倒入量热计内筒中,立即盖上杯盖,插入温度计,搅拌。记录最高温度(此时酸、碱恰好中和,放出的热量最多);
重复前面操作2次。
注意:
NaOH溶液略过量,保证盐酸完全反应;操作迅速,NaOH溶液一次性加入,减少热量损失;读取温度计,记录最高温度;实验中只使用同一支温度计。
数据处理:
取3次测量所得温度差的平均值作为温度差 Δt (注意误差太大的数据要舍去);溶液的密度近似作为1 g / cm3,溶液的比热容c=4.18 J / (g·℃)。
反应放出的热量Q=cmΔt=c·100Δt,将其单位换算kJ,生成1 mol H2O放出的热量为Q/0.025 kJ。
结论:
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。
思考:
(1)增大酸、碱的用量,中和反应的反应热是否增大。
中和反应的反应热是指每生成1 mol H2O放出的热量,与酸碱的用量无关。
(2)用浓硫酸代替盐酸实验,或用醋酸代替盐酸实验对实验结果有什么影响。
浓硫酸溶于水时放热,使测得反应热的数值偏大;醋酸是弱酸,溶于水电离时吸热,使测得反应热的数值偏小。
(3)用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液实验,测得结果有什么影响。
生成BaSO4沉淀,也会放出热量,使测得反应热的数值偏大。
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