河北省石家庄市高中化学 第一章 化学反应与能量 1.1 化学反应与能量变化课件 新人教选修4.ppt

第一章第一章 化学反应与能量化学反应与能量2021/8/8 星期日1 化学反应除了化学反应除了有新物质生成有新物质生成（物物质的变化）质的变化），同时还伴随着同时还伴随着能量的变化能量的变化（能能量的变化）。量的变化）。物物质的变化质的变化遵守遵守质量守恒质量守恒定律定律，而，而能量的变能量的变化则化则遵守能量守恒遵守能量守恒定律定律，那么一个化学反应中，那么一个化学反应中反反应物和产物应物和产物的质量与能量的变化有没有关系呢？的质量与能量的变化有没有关系呢？质量和能量虽然属于两个不同的范畴，但它质量和能量虽然属于两个不同的范畴，但它们是密切相关的。在化学反应中，能量的们是密切相关的。在化学反应中，能量的释放和释放和吸收吸收是以发生变化的是以发生变化的物质物质为基础的，二者密不可为基础的，二者密不可分，但以分，但以物质物质为主。能量为主。能量释放和吸收释放和吸收的多少则以的多少则以反应物和产物的质量为基础。反应物和产物的质量为基础。2021/8/8 星期日2 化学反应过程中所释放或吸收的能量，叫做化学反应过程中所释放或吸收的能量，叫做化学反应的热效应化学反应的热效应。热效应热效应 反应热反应热一、一、焓变焓变 反应热反应热 化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以用热量或换算成热量的形式来表示，所以以用热量或换算成热量的形式来表示，所以化学化学反应的热效应反应的热效应一般称为一般称为反应热反应热，用，用Q Q表示。表示。2021/8/8 星期日3焓焓 焓变焓变 焓：焓：与内能与内能（描述物质所具有的能量）（描述物质所具有的能量）有关的物理量，有关的物理量，用符号用符号H表示。表示。不同的物质所具有的能量不同，其焓不同的物质所具有的能量不同，其焓H也不也不相同。焓是物质固有的性质之一，不能测量。相同。焓是物质固有的性质之一，不能测量。影响因素：影响因素：反应物本身的性质反应物本身的性质物质的状态：物质的状态：g g l l s s温度：温度：THTH压强：压强：PHPH2021/8/8 星期日4 定义：定义：生成物与反应物的焓值差生成物与反应物的焓值差:H H H H生成物生成物 H H反应物反应物单位：单位：符号：符号：焓变：焓变：影响因素：影响因素：物质的量物质的量、温度温度、压强、状态压强、状态.反应热与焓变的关系反应热与焓变的关系 一般反应都是在敞口容器中进行的，系统的一般反应都是在敞口容器中进行的，系统的压力等于外界压力，即压力等于外界压力，即反应在恒压条件下进行的，反应在恒压条件下进行的，恒压条件下反应的热效应等于焓变，我们常恒压条件下反应的热效应等于焓变，我们常用用焓变焓变HH来表示来表示反应热反应热。2021/8/8 星期日5H H E E旧键断裂时吸收的总能量旧键断裂时吸收的总能量 E E新键形成时放出的总能量新键形成时放出的总能量H H E E反应物的键能之和反应物的键能之和 E E生成物的键能之和生成物的键能之和实验测得实验测得1molH1molH2 2与与1molCl1molCl2 2反应生成反应生成2molHCl 2molHCl 时放出时放出184.6kJ184.6kJ的热量，从微观角度应如的热量，从微观角度应如 何解释何解释184.6kJ184.6kJ？HH的计算方法的计算方法H H E E生成物的总能量生成物的总能量 E E反应物的总能量反应物的总能量2021/8/8 星期日6 679kJ679kJ/molmol 862kJ862kJ/mol mol 183kJ183kJ/molmolH H E E旧键断裂时吸收的总能量旧键断裂时吸收的总能量 E E新键形成时放出的总能量新键形成时放出的总能量 分析结果（分析结果（183kJ/mol183kJ/mol）与实验测得的数据）与实验测得的数据（184.6kJ/mol184.6kJ/mol）很接近，一般用实验数据来表示）很接近，一般用实验数据来表示反应热。反应热。2021/8/8 星期日7HH的正负值是如何规定的？参照体系是的正负值是如何规定的？参照体系是 什么？什么？体系的能量如何变化？环境的能量如何变化？体系的能量如何变化？环境的能量如何变化？所谓所谓体系体系是指被研究的物质系统；而体是指被研究的物质系统；而体系以外的其他部分就称为系以外的其他部分就称为环境环境2021/8/8 星期日8体系体系环境环境 反应后体系的能量降低，因此规定反应后体系的能量降低，因此规定放热反应放热反应的的 H H为为“”或或HH0 0当当为为“-”“-”或或时，为放热反应；时，为放热反应；2021/8/8 星期日9体系体系环境环境 反应后体系的能量升高，因此规定反应后体系的能量升高，因此规定吸热反应吸热反应的的 H H为为“”或或HH0 0当当为为“+”“+”或或时，为吸热反应。时，为吸热反应。2021/8/8 星期日10二、二、热化学方程式热化学方程式 定义：定义：表示参加反应表示参加反应物质的量物质的量和和反应热反应热的关系的化的关系的化学方程式，叫做学方程式，叫做热化学方程式热化学方程式。H H2 2(g g)+I+I2 2(g g)2HI2HI(g g)H H -14.9kJ/mol-14.9kJ/mol200200101kPa101kPa物质变化物质变化能量变化能量变化热化学方程式包含物质变化和能量变化两个部分。热化学方程式包含物质变化和能量变化两个部分。普通化学方程式只包含物质变化一个部分。普通化学方程式只包含物质变化一个部分。热化学方程式的热化学方程式的意义意义：2021/8/8 星期日11热化学方程式的书写热化学方程式的书写：化学方程式的化学方程式的右边右边必须写上必须写上HH，并用并用“空格空格”隔开隔开.若为放热反应，若为放热反应，HH为为“”；若为吸热反；若为吸热反应，应，HH为为“+”“+”.HH的的单位是单位是kJ/molkJ/mol或或J/molJ/mol.热化学方程式需注明反应时的热化学方程式需注明反应时的温度和压强温度和压强。对对于于 25 25、101kPa101kPa时进行的反应可不注明时进行的反应可不注明。热化学方程式中化学计量数热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各表示参加反应的各物质的物质的物质的量物质的量，可为，可为整数整数或或分数分数。普通化学方程式中化学计量数宏观上表示各普通化学方程式中化学计量数宏观上表示各物质的物质的量，微观上表示原子分子数目，只物质的物质的量，微观上表示原子分子数目，只能为整数，不能为分数。能为整数，不能为分数。2021/8/8 星期日12H H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)H H2 2O(g)HO(g)H241.8kJ/mol241.8kJ/mol1 12 2H H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)H H2 2O(l)HO(l)H285.8kJ/mol285.8kJ/mol1 12 2H H2 2O O(l)(l)H H2 2O O(g)(g)请分析为什么二者的产物同样是水，而释放请分析为什么二者的产物同样是水，而释放出的能量却不同？出的能量却不同？液态水变成气态水时，能量是如何变化的？液态水变成气态水时，能量是如何变化的？液态水变成水蒸气时要吸收热量液态水变成水蒸气时要吸收热量2021/8/8 星期日13结论：结论：物质所具有的能量与它们的聚集状态有关。物质所具有的能量与它们的聚集状态有关。热化学方程式需热化学方程式需注明反应物、生成物注明反应物、生成物各物质的各物质的状态状态（ss固体、固体、l l 液体、液体、g g 气体、气体、aq aq 溶液）溶液）。不打不打、符号及符号及注明注明反应条件反应条件H H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)H H2 2O(g)HO(g)H241.8kJ/mol241.8kJ/mol1 12 22021/8/8 星期日14H H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)H H2 2O(g)HO(g)H241.8kJ/mol241.8kJ/mol1 12 22H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)2 2H H2 2O(g)HO(g)H483.6kJ/mol483.6kJ/molkJ/molkJ/mol的含义：的含义：表示每摩尔反应所吸收或放出表示每摩尔反应所吸收或放出的热量。的热量。它的值它的值与方程式中的化学计量数有关与方程式中的化学计量数有关，即对于相同的反应，当化学计量数不同时，其即对于相同的反应，当化学计量数不同时，其HH不同。不同。具体来说，具体来说，HH与化学计量数成正比。与化学计量数成正比。若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则HH的的数值也加倍数值也加倍；2021/8/8 星期日152H2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g)2H2H2 2O(g)HO(g)H483.6kJ/mol483.6kJ/mol2H2H2 2O(g)O(g)2H 2H2 2(g)+O(g)+O2 2(g)H(g)H+483.6kJ/mol+483.6kJ/mol若反应逆向进行，则若反应逆向进行，则HH符号改变符号改变，但数值不变但数值不变。巩固规律：巩固规律：H H2 2(g g)+1/21/2O O2 2(g g)H H2 2O O(g g)；H Ha a kJ kJmolmol1 1 H H2 2(g g)+1/21/2O O2 2(g g)H H2 2O O(1 1)；H Hb b kJ kJmolmol1 1 2H2H2 2(g g)+O O2 2(g g)2H2H2 2O O(l l)；H Hc c kJ kJmolmol1 1 1.1.请问上述三个反应中哪些是放热反应，哪些是请问上述三个反应中哪些是放热反应，哪些是吸热反应？吸热反应？2.2.比较比较a a、b b、c c的大小关系？的大小关系？3.3.找出找出b b、c c之间的关系？之间的关系？你做对了吗？你做对了吗？_例例今有如下三个热化学方程式：今有如下三个热化学方程式：2021/8/8 星期日16HH2 2(g g)+1/2O+1/2O2 2 (g g)H H2 2O O(g g)HH1 1akJ/molakJ/mol2H2H2 2(g g)+O+O2 2 (g g)2H2H2 2O O(g g)HH2 2bkJ/molbkJ/molH H2 2(g g)+1/2O+1/2O2 2 (g g)H H2 2O O(l l)HH3 3ckJ/molckJ/mol2H2H2 2(g g)+O+O2 2 (g g)2H2H2 2O O(l l)HH4 4dkJ/moldkJ/mol则则a a、b b、c c、d d的关系正确的是（的关系正确的是（）。A.acd0 C.2ab0C注意：注意：比较反应热比较反应热 H H的大小要注意前面的的大小要注意前面的+、号，类似于数学上的正负数比较；而比较号，类似于数学上的正负数比较；而比较反应吸收或释放的能量大小则比较其绝对值。反应吸收或释放的能量大小则比较其绝对值。例例今有如下三个热化学方程式：今有如下三个热化学方程式：2021/8/8 星期日17热化学方程式书写正误的判断热化学方程式书写正误的判断:看看物质的物质的聚集聚集状态状态；看看HH的正负号、的正负号、数值、单位；数值、单位；看看HH的数值和化学计量数、状态是否对应；的数值和化学计量数、状态是否对应；看看是否符合燃烧热、中和热等的概念是否符合燃烧热、中和热等的概念等主要方等主要方面入手面入手点拨：点拨：热化学方程式的书写热化学方程式的书写正误正误的的判断判断：2021/8/8 星期日18三、三、中和热及其测定中和热及其测定中和热中和热 在在稀溶液稀溶液中，强中，强酸酸与强与强碱碱发生中和反应生成发生中和反应生成 1 1molHmolH2 2O O(l)(l)时所释放的热量时所释放的热量叫做中和热叫做中和热。H H+(aqaq)+OH+OH-(aqaq)H H2 2O(l)O(l)H H -57.3kJ/mol57.3kJ/mol概念辨析概念辨析.条件：条件：稀溶液稀溶液。稀溶液是指溶于大量水的离子稀溶液是指溶于大量水的离子.反应物：反应物：（强）酸与（强）酸与（强）碱（强）碱。中和热中和热不包括不包括离子在水溶液中的生成热、物质的离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时吸热所伴随的热效应。溶解热、电解质电离时吸热所伴随的热效应。.生成物：生成物：H H2 2O(l)O(l)。若反应过程中有其他物质生若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热之内。成，这部分反应热也不在中和热之内。2021/8/8 星期日19.放出的热量：放出的热量：57.3kJ/mol57.3kJ/mol浓酸和浓碱的中和热数值浓酸和浓碱的中和热数值57.3kJ/mol57.3kJ/mol。中和热仅指在稀溶液中，酸跟碱发生中和反中和热仅指在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成应生成1mol1mol液态水时的反应热，液态水时的反应热，与强酸、强碱的与强酸、强碱的类别类别、用量用量无关。任何中和反应的中和热都相同。无关。任何中和反应的中和热都相同。但是不同的中和反应，其反应热可能不同。但是不同的中和反应，其反应热可能不同。中和热与中和反应的反应热的比较。中和热与中和反应的反应热的比较。强酸和弱碱、强碱和弱酸、弱碱和弱酸的中和强酸和弱碱、强碱和弱酸、弱碱和弱酸的中和数值数值 57.3kJ/mol 57.3kJ/mol。NaOHNaOH(aqaq)+H H2 2SOSO4 4(aqaq)NaNa2 2SOSO4 4(aqaq)+H+H2 2O O(l)(l)H H -57.3kJ/mol57.3kJ/mol1 12 21 12 22021/8/8 星期日202.2.中和热的中和热的测定测定实验目的实验目的 测定强酸与强碱反应的反应热，体验化学反测定强酸与强碱反应的反应热，体验化学反应的热效应。应的热效应。实验用品实验用品 大烧杯大烧杯（500ml500ml）、小烧杯、小烧杯（100ml100ml）温度计、温度计、量筒量筒（50ml)50ml)两个、泡沫塑料或纸条两个、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板泡沫塑料板或硬纸板或硬纸板（中心有两个小孔）（中心有两个小孔）、环形玻璃搅拌棒环形玻璃搅拌棒 2021/8/8 星期日21实验实验步骤步骤 两杯口相平，可使盖板把杯两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而减少热量损失；口尽量盖严，从而减少热量损失；思考思考1 1：为什么为什么杯口相平杯口相平？碎纸条的作用碎纸条的作用 填碎纸条的作用是为了达到保填碎纸条的作用是为了达到保 温隔热、减少实验过程中热量损失温隔热、减少实验过程中热量损失 的目的。若换用隔热、密封性能更好的装置（如的目的。若换用隔热、密封性能更好的装置（如保温杯）会使实验结果更准确。保温杯）会使实验结果更准确。思考思考2 2：为什么不用环形铁搅拌棒？为什么不用环形铁搅拌棒？铁与盐酸之间会发生反应，另外铁的导热性铁与盐酸之间会发生反应，另外铁的导热性好，这样都会造成热量的损失。好，这样都会造成热量的损失。2021/8/8 星期日22思考思考3 3：在中和热测定实验中能否在中和热测定实验中能否用金属用金属(不与酸反应不与酸反应)质环形搅拌质环形搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒？棒代替环形玻璃搅拌棒？不能，因为金属易导热，会造不能，因为金属易导热，会造成热量损失，增大实验误差。成热量损失，增大实验误差。思考思考4 4：温度计上的酸为何要用水冲温度计上的酸为何要用水冲 洗干净？冲洗后的溶液能否倒入小烧杯？为什么洗干净？冲洗后的溶液能否倒入小烧杯？为什么？因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不冲洗，温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热冲洗，温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散失，故要冲洗干净；冲洗后的溶液不能倒入量散失，故要冲洗干净；冲洗后的溶液不能倒入小烧杯，若倒入，会使溶液的总质量增加，而导小烧杯，若倒入，会使溶液的总质量增加，而导致实验误差。致实验误差。2021/8/8 星期日23思考思考5 5：实验中为何使用实验中为何使用0.55 mol/L NaOH0.55 mol/L NaOH溶液而溶液而不用不用0.50 mol/L0.50 mol/L的的NaOHNaOH溶液？溶液？为了保证为了保证0.50 mol/L0.50 mol/L的盐酸完全被的盐酸完全被NaOHNaOH中和，中和，采用采用0.55 mol/L NaOH0.55 mol/L NaOH溶液，使碱稍稍过量溶液，使碱稍稍过量，提高，提高实验的精确度。实验的精确度。思考思考6 6：酸、碱混合时，为何要把量筒中的酸、碱混合时，为何要把量筒中的NaOHNaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？因为本实验的关键是测反应的反应热，若动因为本实验的关键是测反应的反应热，若动作迟缓，将会使热量损失而使误差增大。作迟缓，将会使热量损失而使误差增大。2021/8/8 星期日24温度温度实验次数实验次数起始温度起始温度t t1 1/终止温度终止温度t t2 2/温度差温度差(t t2 2t t1 1)/)/HClHClNaOHNaOH平均值平均值1 12 23 320.420.420.320.320.3520.3523.523.520.220.220.420.420.320.33.153.1520.220.220.520.520.3520.3523.623.623.523.53.33.33.153.15 重复实验步骤重复实验步骤2 24 4三次，取测量所得数据的三次，取测量所得数据的平均值作为计算依据。平均值作为计算依据。减少实验过程中的误差减少实验过程中的误差 2021/8/8 星期日25实验数据处理实验数据处理 t t1 1/t t2 2/(t(t2 2-t-t1 1)/取三次测量所得数据的平均值作为计算依据取三次测量所得数据的平均值作为计算依据.如果某一次实验的数据与另外两次实验的数如果某一次实验的数据与另外两次实验的数据差异明显，怎么办？据差异明显，怎么办？计算反应热计算反应热.为了计算简便，近似地认为为了计算简便，近似地认为盐酸和盐酸和NaOHNaOH溶液溶液的密度和的密度和比热容与水相同，并忽略实验装置的比比热容与水相同，并忽略实验装置的比热容。热容。50ml0.50 mol/L50ml0.50 mol/L盐酸的质量盐酸的质量m m1 150g,50g,50ml0.55 50ml0.55 mol/LNaOHmol/LNaOH溶液的溶液的质量质量m m2 250g50g。2021/8/8 星期日26生成生成1 mol H1 mol H2 2O O时的时的中和热中和热：则实验中反应放出的热量为：则实验中反应放出的热量为：Q Q(m(m1 1+m m2 2)c(t)c(t2 2t t1 1)0.418(t0.418(t2 2t t1 1)kJ)kJ H H+(aqaq)+OH +OH-(aqaq)H H2 2O O(l l)0.025mol 0.025mol 0.025mol 0.025mol 0.025mol 0.025mol 测定值测定值Q Q中和后生成的溶液的比热容中和后生成的溶液的比热容c c4.18 J/(g4.18 J/(g)2021/8/8 星期日27保温效果一定要好保温效果一定要好,小烧杯和大烧杯的杯口要相小烧杯和大烧杯的杯口要相平平.作为量热器的仪器装置，要尽量减少热量散失。作为量热器的仪器装置，要尽量减少热量散失。盐酸和氢氧化钠溶液的浓度要准确，盐酸和氢氧化钠溶液的浓度要准确，体积必须体积必须量取准确。量取准确。所用所用NaOHNaOH溶液稍过量。溶液稍过量。宜用有宜用有0.10.1刻度刻度的温度计的温度计,读数要读数要尽可能尽可能准确，准确，且估读至小数点后二位。且估读至小数点后二位。水银球应浸没在溶液中，水银球应浸没在溶液中，稳定一段时间后再读数稳定一段时间后再读数，以提高所测的精度，以提高所测的精度。测量完盐酸的温度后测量完盐酸的温度后,应将温度计用蒸馏水洗后应将温度计用蒸馏水洗后,再去测再去测NaOHNaOH溶液的温度溶液的温度.每次实验仅可能测得反应混合液的最高温度；每次实验仅可能测得反应混合液的最高温度；平行做平行做2 2次实验，温度采用平均值进行计算；次实验，温度采用平均值进行计算；实验操作要快。实验操作要快。2021/8/8 星期日281.1.量取溶液的体积有误差量取溶液的体积有误差2.2.温度计的读数有误。温度计的读数有误。3.3.实验过程中有液体洒在外面。实验过程中有液体洒在外面。4.4.混合酸、碱溶液时，动作缓慢，导致实验误差。混合酸、碱溶液时，动作缓慢，导致实验误差。5.5.隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失而隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失而导致误差。导致误差。6.6.测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温度，致使碱的温度偏高而引起误差。的温度，致使碱的温度偏高而引起误差。实验中忽略了烧杯和温度计吸收的热量实验中忽略了烧杯和温度计吸收的热量.课堂探讨课堂探讨 你所测得的数据是否为你所测得的数据是否为57.3 kJ/mol57.3 kJ/mol，若不是，若不是，分析产生误差的原因。分析产生误差的原因。2021/8/8 星期日29