量热与焓变:练习题及分步解答

免费的量热与焓变练习题,附图示、提示和完整详细解答。每次数值都不同,分三个难度:用 q = m·c·ΔT 计算加热, 量热计, 生成焓。

免费练习题简单
水m = 500 gT1​ = 25 °C → T2​ = 65 °Cq = ?

把 500 g 水从 25 °C 加热到 65 °C 需要多少热量 q?水的比热容为 4.18 J/(g·°C)。答案以 kJ 表示。

m = 500 gT1 = 25 °CT2 = 65 °Cc = 4.18 J/(g·°C)
kJ
下一题 →
免费练习量热与焓变立即练习量热与焓变每天 5 道免费题目,无需绑定银行卡。

练习内容

  1. 简单用 q = m·c·ΔT 计算加热
  2. 中等量热计
  3. 困难生成焓

关键公式

热量
q = m·c·ΔT
水
c = 4.18 J/(g·°C)
量热计
放出的热量 = 吸收的热量
反应焓变
ΔH° = ΣΔH°f(products) − ΣΔH°f(reactants)

从零开始学习量热与焓变

学习本课之前: 化学计量

1热与温度

热(q)是从较热的物体流向较冷物体的能量。单位是焦耳(J)或千焦(1 kJ = 1000 J)。

温度告诉你某物有多热。热是改变温度的东西。

把 1 kg 水加热 10 °C 比把 1 kg 铁加热 10 °C 需要更多的能量。每种物质都有自己的比热 c:使 1 g 升温 1 °C 所需的热量。

对水,c = 4.18 J/(g·°C)。铝为 0.897 J/(g·°C),铅只有 0.129 J/(g·°C)。水难加热,金属易加热。

温度变化所需的热量为:

q = m · c · ΔT

这里 m 是以克为单位的质量,ΔT = Tfinal − Tinitial。q 为正表示吸热;q 为负表示放热。

自测 把 100 g 水升温 10 °C 需要多少热量?(c = 4.18 J/(g·°C))
  1. 0.418 kJ
  2. 4.18 kJ
  3. 41.8 kJ
  4. 418 J

答案: 4.18 kJ. q = 100 · 4.18 · 10 = 4180 J = 4.18 kJ。418 J 是忘了乘以 ΔT,41.8 kJ 是在 J 换算成 kJ 时错了一个 10 的因子。

2量热计:失去的热量 = 得到的热量

量热计是一个隔热的杯子。热量不会从中流出,所以一个物体放出的全部热量都被另一个物体吸收。

把一块热金属投入冷水中。金属块冷却,水升温,直到两者达到相同的最终温度 Tf。

20 °C110 °CTw​Tm​Tf​+q−q
mm · cm · (Tm − Tf) = mw · cw · (Tf − Tw)

左边是金属失去的热量,右边是水得到的热量。两者都写成正数。

解出 Tf,得到两个起始温度的加权平均,每个权重是 m · c:

Tf = (mmcmTm + mwcwTw) / (mmcm + mwcw)

因为水的 m · c 很大,Tf 通常最终接近水的温度。

自测 一块热金属被投入隔热杯中的冷水里。最终温度必然位于何处?
  1. 低于水的起始温度
  2. 在两个起始温度之间
  3. 恰好在两个起始温度的正中间
  4. 高于金属的起始温度

答案: 在两个起始温度之间. 金属冷却,水升温,直到二者相遇,所以 Tf 位于二者之间。只有当两者的 m · c 相同时,才恰好在中间,这种情况很少见。

3反应焓变

反应也会吸热或放热。在恒压下,这种热量就是焓变 ΔH,单位 kJ。

  • 放热:ΔH 为负。反应放出热量,如燃烧燃料。
  • 吸热:ΔH 为正。反应吸收热量,如冷敷袋。

标准生成焓 ΔH°f 是由元素生成 1 mol 某物质的 ΔH。对于以正常形态存在的元素,如 O₂ 或 C,它为 0。

有了表中的这些值,你就能求出任何反应的 ΔH°:

ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物)

把每个 ΔH°f 乘以该物质在配平方程式中的系数。这是因为盖斯定律:总的 ΔH 与从始态到终态的途径无关。

自测 求 CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l) 的 ΔH°。使用 ΔH°f:CH₄ −74.8,CO₂ −393.5,H₂O(l) −285.8 kJ/mol。
  1. +890.3 kJ
  2. −1039.9 kJ
  3. −604.5 kJ
  4. −890.3 kJ

答案: −890.3 kJ. 产物:−393.5 + 2 · (−285.8) = −965.1。减去反应物:−965.1 − (−74.8) = −890.3 kJ。−604.5 是忘了水的系数 2,+890.3 是减反了。

4分步方法

加热:

  1. 写出 q = m · c · ΔT 并代入已知量。把 kJ 换算成 J(× 1000),使单位与 c 匹配。
  2. 解出未知量:q、ΔT、m 或 c。

量热计:

  1. 写出热物体失去的热量 = 冷物体得到的热量。
  2. 把 Tf 放进两个温差中:热的起始温度减 Tf,以及 Tf 减冷的起始温度。
  3. 解出 Tf,并检查它位于两个起始温度之间。

生成焓:

  1. 把每个 ΔH°f 乘以其系数。元素按 0 计。
  2. ΔH° = 产物之和 − 反应物之和。
  3. 要求给定质量放出的热量,把质量换算成摩尔,并把 ΔH° 按该量缩放。

5例题讲解

跟着每一步走。打开下一步之前,先试着预测它。

例题讲解

一块 100 g、110 °C 的铝块(c = 0.897 J/(g·°C))被投入隔热杯中 200 g、20 °C 的水(c = 4.18 J/(g·°C))里。求最终温度 Tf。

1

求每部分的 m · c

铝:100 · 0.897 = 89.7 J/°C。水:200 · 4.18 = 836 J/°C。

水每升高一度需要多得多的热量,所以 Tf 会接近 20 °C。

2

写出热量平衡

铝失去的热量 = 水得到的热量。

89.7 · (110 − Tf) = 836 · (Tf − 20)
3

解出 Tf

9867 − 89.7·Tf = 836·Tf − 16 720
Tf = (9867 + 16 720) / (89.7 + 836) = 26 587 / 925.7 = 28.7 °C
4

检验答案

铝失去的热量:89.7 · (110 − 28.7) ≈ 7290 J。水得到的热量:836 · (28.7 − 20) ≈ 7290 J。二者相等。

20 °C110 °CTw​Tm​Tf​+q−q

而且 28.7 °C 位于 20 °C 和 110 °C 之间,接近水的温度,符合预期。

答案

Tf ≈ 28.7 °C

6常见错误

  • 混用 J 和 kJ。比热以 J 为单位,所以先把 kJ 换算成 J。
  • 用错质量,例如用金属的质量配水的比热。
  • 把 ΔT 写成起始减最终。这样 q 的符号就错了。
  • 在量热计中,把两边都写成 Tf 减起始温度。这样一边为负,平衡就不成立。
  • 把生成焓相加时忘了系数。
  • 计算成反应物减产物,使 ΔH° 的符号颠倒。
自测 向 400 g 水(c = 4.18 J/(g·°C))中加入 78 kJ 的热量。温度升高多少?
  1. 0.0214 °C
  2. 0.0467 °C
  3. 195 °C
  4. 46.7 °C

答案: 46.7 °C. ΔT = q / (m · c) = 78 000 / (400 · 4.18) = 46.7 °C。把 q 留在 kJ 会得到 0.0467 °C,忘了 c 会得到 78 000 / 400 = 195 °C,把分数颠倒会得到 0.0214 °C。

7考试题是什么样的

  • 简单:用 q = m·c·ΔT 加热。求水在两个温度之间升温所需的热量,或由给定热量求温升。
  • 中等:量热计。热金属块放入冷水中;用失去的热量 = 得到的热量求最终温度。
  • 困难:生成焓。由表求燃烧反应的 ΔH°,或求给定质量燃烧时放出的热量。

难题示例:乙醇燃烧的 ΔH° = −1366.7 kJ/mol。50 g 乙醇(M = 46.07 g/mol)是 1.085 mol,所以放出 1.085 · 1366.7 ≈ 1483 kJ。

在应用中一步一步地学在应用中一步一步地学

例题详解

例题 1简单
水m = 1000 gT1​ = 30 °C → T2​ = 75 °Cq = ?

把 1000 g 水从 30 °C 加热到 75 °C 需要多少热量 q?水的比热容为 4.18 J/(g·°C)。答案以 kJ 表示。

m = 1000 gT1 = 30 °CT2 = 75 °Cc = 4.18 J/(g·°C)

求: q (kJ)

显示提示
  1. q = m·c·ΔT。
  2. ΔT = 75 − 30 = 45 °C.
  3. 结果的单位是 J;除以 1000 得到 kJ。
显示答案和分步解答

热量与焓:加热一种物质需要 q = m·c·ΔT。在量热计中,热物体放出的热量等于冷物体吸收的热量。反应的焓变可由生成焓求出:ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物),每一项都乘以其化学计量数。

所需热量

q = 1000·4.18·45 = 188100 J = 188.1 kJ

答案

q = 188.1 kJ
例题 2中等
Tf​ = ?铝m = 50 gT = 120 °Cc = 0.897 J/(g·°C)水m = 400 gT = 15 °Cc = 4.18 J/(g·°C)

将一块 50 g、温度为 120 °C 的铝块(c = 0.897 J/(g·°C))投入隔热杯中 400 g、温度为 15 °C 的水(c = 4.18 J/(g·°C))中。求末温 Tf。

mmetal = 50 gcmetal = 0.897 J/(g·°C)Tmetal = 120 °Cmwater = 400 gTwater = 15 °Ccwater = 4.18 J/(g·°C)

求: Tf (°C)

显示提示
  1. 金属放出的热量 = 水吸收的热量。
  2. m₁·c₁·(T₁ − Tf) = m₂·c₂·(Tf − T₂)。解出 Tf。
  3. m·c (金属) = 44.85 J/°C, m·c (水) = 1672 J/°C.
显示答案和分步解答

热量与焓:加热一种物质需要 q = m·c·ΔT。在量热计中,热物体放出的热量等于冷物体吸收的热量。反应的焓变可由生成焓求出:ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物),每一项都乘以其化学计量数。

热量平衡

50·0.897·(120 − Tf) = 400·4.18·(Tf − 15)

求末温

Tf = (44.85·120 + 1672·15)/(44.85 + 1672) = 17.74 °C

答案

Tf = 17.74 °C
例题 3困难
H25 g C6​H12​O6​C6​H12​O6​ + 6O₂反应物6CO₂ + 6H₂O(l)生成物q = ?

利用标准生成焓,求 25 g C6H12O6(M = 180.16 g/mol)完全燃烧时放出的热量 q:C6H12O6 + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O(l)。q 以正数表示。

ΔH°f(C6H12O6) = −1274 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

求: q (kJ)

显示提示
  1. ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物),每一项乘以其化学计量数。O₂ 是单质,其值为 0。
  2. 生成物: 6·(−393.5) + 6·(−285.8) = −4076 kJ.
  3. 先用 ΔH 除以方程式中燃料的物质的量,再乘以实际燃烧的物质的量。
显示答案和分步解答

热量与焓:加热一种物质需要 q = m·c·ΔT。在量热计中,热物体放出的热量等于冷物体吸收的热量。反应的焓变可由生成焓求出:ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物),每一项都乘以其化学计量数。

反应焓变

ΔH° = [6·(−393.5) + 6·(−285.8)] − [1·(−1274) + 6·0] = −2802 kJ

给定质量放出的热量

n = 25/180.16 = 0.1388 mol
q = n·|ΔH°/1| = 0.1388·2802 = 388.8 kJ

答案

q = 388.8 kJ

问与答

什么是量热与焓变?

把 1 kg 水加热 10 °C 比把 1 kg 铁加热 10 °C 需要更多的能量。每种物质都有自己的比热 c:使 1 g 升温 1 °C 所需的热量。

对水,c = 4.18 J/(g·°C)。铝为 0.897 J/(g·°C),铅只有 0.129 J/(g·°C)。水难加热,金属易加热。

量热与焓变题目如何一步步求解?

热量与焓:加热一种物质需要 q = m·c·ΔT。在量热计中,热物体放出的热量等于冷物体吸收的热量。反应的焓变可由生成焓求出:ΔH° = ΣΔH°f(生成物) − ΣΔH°f(反应物),每一项都乘以其化学计量数。

量热与焓变有哪些常见错误?
  • 用温度变化量 ΔT = T₂ − T₁,而不是末温。
  • 末温不是两个温度的平均值:每一侧都要按其质量乘以比热容(m·c)来计。
  • 要考虑比热容:每克水储存的热量远多于金属。
量热与焓变练习包括哪些内容?
  • 简单: 用 q = m·c·ΔT 计算加热
  • 中等: 量热计
  • 困难: 生成焓

每道题的数值都不同,让你掌握方法,而不是记住答案。 卡住了?先打开一个小提示,需要时再查看完整解析。

练习方式

  • 每道题的数值都不同,让你掌握方法,而不是记住答案。
  • 卡住了?先打开一个小提示,需要时再查看完整解析。
  • 你的进度、错题和收藏的题目都会保留,方便考前复习。

本主题的前后主题

先学习

计算器

包含此主题的课程

自然科学中的更多主题

可打印练习卷

免费练习量热与焓变立即练习量热与焓变每天 5 道免费题目,无需绑定银行卡。