高中化学 1_1《化学反应与能量的变化》课件2 新人教版选修4 26页

第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量的变化 1 、化学反应的特征 物质变化 能量变化 质量守恒 能量守恒 2 、化学反应中能量的变化（吸收和放出），可 以 、 、 及其它形式的能量 表现出来。 光能 热能 电能 当能量变化以 热能 的形式表现时，化学反应可以分为： 3 、放热反应与吸热反应 反 高 生 低 生 高 反 低 放热反应 吸热反应 （熟记常见反应） 反 高 (1) 放热反应 ① 化学反应中放出热量的反应。 ② ③ E ( 反应物 ) E ( 生成物 ) > 生 低 常见的放热反应： a. 物质与 O 2 的氧化反应（燃烧，生锈等）； b. 中和反应（酸碱）； c. 金属与水 or 酸的反应； d. 绝大多数 化合反应（ CaO 与 H 2 O ）。 C + CO 2 === 2CO 吸热反应 放热反应有时也 需要 加热 才能发生！ 高温 生 高 (2) 吸热反应 ① 化学反应中吸收热量的反应。 ② ③ E ( 反应物 ) E ( 生成物 ) < 反 低 常见的吸热反应： a. Ba(OH) 2 ·8 H 2 O 晶体与 NH 4 Cl 晶体反应； b. H 2 与 CuO 等还原反应； c. C 作还原剂的反应； d. 绝大多数 分解反应。 C + CO 2 == 2CO C + H 2 O == CO + H 2 水煤气 e. 水解反应。 一、反应热和焓变 1 、反应热 化学反应中所 吸收 或 放出 的热量。 恒温 恒压 下，反应热称“焓变”。 2 、焓变 1 ）符号： 2 ）单位： Δ H kJ/mol 或 kJ • mol – 1 注：单位中的每 mol 是与整个反应对应的， 即反应热表示每 mol 反应放出或吸收的热量。 3 ）表示方法 放热 反应 ( 体系 能量 降低 ) ： ∆H < 0 ， ∆H 为 “ － ” 吸热 反应 ( 体系 能量 升高 ) ： ∆H > 0 ， ∆H 为 “ + ” 所谓 体系 是指被研究的物质系统；而体系以外的其他部分就称为 环境 4 ）化学反应中能量变化的原因 旧键断裂 — 吸收能量 新键形成 — 放出能量 = = 679kJ/mol 862kJ/mol H = 679kJ/mol － 862kJ/mol = － 183kJ/mol 反应物的键能总和 生成物的键能总和 5 ）焓变与键能的关系（微观） Δ H = 反应物的键能总和 生成物的键能总和 – 例 1 ： 1mol C 与 1mol H 2 O(g) 反应生成 lmol CO(g) 和 1mol H 2 (g) ，需要吸收 131.5kJ 的热量，该反应的反应热为△ H = kJ/mol 。 ＋ 131.5 例 2 ：拆开 1mol H － H 键、 1mol N － H 键、 1mol N≡N 键分别需要的能量是 436kJ 、 391kJ 、 946kJ ， 则 1mol N 2 生成 NH 3 的反应热为 ， 则 1mol H 2 生成 NH 3 的反应热为 。 － 92 kJ/mol － 30.67 kJ/mol 相当于 1/3 mol N 2 6 ）焓变与物质能量的关系（宏观） Δ H = ∑ E 生成物 ∑ E 反应物 – 任何一个化学反应都包括 物质的变化 和 能量的变化 。 那么，有什么表达式能把这两种变化都表示出来？ 思考 H 2 + I 2 == 2HI 只表示 物质变化 【 例 1】 在 200℃ 、 101kPa 时， 1 mol H 2 与碘蒸气作用生成 HI 的反应，科学文献上表示为： Δ H = H 2 (g) + I 2 (g) ==== 2HI(g) 200℃ 101kPa － 14.9 kJ/mol 二、热化学方程式 能表示参加反应 物质的量 和 反应热 的 关系 的化学方程式。 1 、定义 2 、含义 表示 1mol 气态 H 2 与 1mol 气态碘完全反应， 生成 2mol 气态 HI 时，放出 14.9kJ 的热量。 Δ H = H 2 (g) + I 2 (g) ==== 2HI(g) 200℃ 101kPa － 14.9 kJ/mol 3 、书写要点 　① H 2 (g) + O 2 (g) = H 2 O( g ) ； △ H= – 241.8 kJ/mol 　② H 2 (g) + O 2 (g) = H 2 O( l ) ； △ H= – 285.8 kJ/mol 　③ 2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O( l ) ； △ H= – 571.6 kJ/mol 　④ 2H 2 O( l ) = 2H 2 (g) + O 2 (g) ； △ H= + 571.6 kJ/mol ⑴ 一般应注明反应的 温度、压强 ； △ H 与实验的条件、 物质的状态有关！ （ 25 0 C ， 101kPa 时不注明） ⑵ 一定标明各物质的 状态 （ s 、 l 、 g 、 aq ） ； H 2 O( l ) H 2 O( g ) △ H = + 44 kJ/mol ⑶ Δ H 只放右边，以空格与标有物质状态的化学方程式隔开 ( 数值及单位 ) 放热： Δ H < 0 ； 吸热： Δ H > 0 ； ⑷ 系数 仅仅表示 物质的量 ，不表示分子或原子个数； 故系数可以是 整数、分数、小数 ； ⑸ Δ H 的值与系数相匹配。 系数加倍， Δ H 值也加倍。 正逆反应的 Δ H 绝对值相等，符号相反。 ⑹ 反应物 完全 变成生成物，所释放或吸收的热量 。 ⑺ 热化学方程式 一般不要写反应条件 。 例 1 ：当 1mol 气态 H 2 与 1mol 气态 Cl 2 反应生成 2mol 气态 HCl ，放出 184.6kJ 的热量，请写出该反应的热化学方程式。 H 2 ( g ) + Cl 2 ( g ) = 2HCl( g ) ∆ H = － 184.6 kJ/mol 2H 2 ( g ) + 2Cl 2 ( g ) = 4HCl( g ) ∆ H = － 369.2 kJ/mol H 2 ( g ) + Cl 2 ( g ) = HCl( g ) ∆ H = － 92.3 kJ/mol 1 2 1 2 例 2 ： 1mol N 2 (g) 与适量 O 2 (g) 反应生成 NO 2 (g) ， 需吸收 68kJ 的热量；写出热化学方程式。 N 2 ( g ) + 2O 2 ( g ) = 2NO 2 ( g ) ∆ H = + 68 kJ/mol 例 3 、沼气的主要成分是甲烷。 0.5 mol CH 4 完全燃烧 生成 CO 2 和 H 2 O 时，放出 445 kJ 的热量。则下列热化学方程式中正确的是（ ） A 、 2CH 4 ( g ) ＋ 4O 2 ( g ) ＝ 2CO 2 ( g ) ＋ 4H 2 O ( l ) ΔH = + 890 kJ/mol B 、 CH 4 ＋ 2O 2 ＝ CO 2 ＋ H 2 O ΔH = – 890 kJ/mol C 、 CH 4 ( g ) ＋ 2 O 2 ( g ) ＝ CO 2 ( g ) ＋ 2 H 2 O ( l ) ΔH = – 890 kJ/mol D 、 1/2CH 4 ( g ) ＋ O 2 ( g ) ＝ 1/2CO 2 ( g ) ＋ H 2 O ( l ) ΔH = – 890 kJ/mol C 状态 ΔH = – 445 kJ/mol 化学方程式 热化学方程式 化学计量数 是 整数 ，即 表示微粒个数，又表示物质的量 整数也可以是 分数 ，只 表示物质的物质的量 状态 不要求表明 必须在分子式后表明 正负号及单位 无 必须表明 意义 表示化学反应中的物质变化 不仅表示化学反应中的 物质变化， 还表明化学反应中 能量的 变化 小结：化学方程式与热化学方程式的比较 三、中和反应反应热的测定 测定强酸与强碱反应的反应热， 体验化学反应的热效应。 大烧杯（ 500ml ） 、 小烧杯（ 100ml ） 、 温度计、 量筒（ 50ml) 两个 ﹑ 泡沫塑料或纸条 ﹑ 泡沫塑料板或硬纸板（中心有两个小孔） ﹑ 环形玻璃搅拌棒 实验目的 实验用品 中和热 ：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成 1mol 水所产生的反应热 1. 保温。在大烧杯底部垫泡沫塑料， 使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。 然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料，大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，如图所示。 实验步骤 答案：两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而减少热量损失；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。 思考 1 ： 大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？填碎泡沫塑料（或碎纸条）的作用是什么？对此装置，你有何更好的建议？ 思考 2 ： 为什么不用环形铁搅拌棒？ 铁与盐酸之间会发生反应，另外铁的导热性好，这样 都会造成热量的损失。 2. 用一个量筒最取 50 mL 0.50 mol/L 盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下表。 然后把温度计上的酸用水冲洗干净。 思考 3 ： 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？ 答：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，而导致实验结果误差。 3. 用另一个量筒量取 50 mL 0.55 mol/L NaOH 溶液，并用温度计测量 NaOH 溶液的温度，记入下表。 思考 4 ： 实验中所用 HCl 和 NaOH 的物质的量比为何不是 1∶1 而是 NaOH 过量？ 答：为了保证 0.50 mol/L 的盐酸完全被 NaOH 中和， 采用 0.55 mol/L NaOH 溶液，使碱稍稍过量。 思考 5 ： 酸、碱混合时，为何要把量筒中的 NaOH 溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？ 答：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。 4. 把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中， 并把量筒中的 NaOH 溶液一次倒入小烧杯（注意不要洒到外面）。 用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为终止温度，记入下表。 5. 重复实验两到三次，取测量所得数据的平均值作为计算依据。 温度 实验次数 起始温度 t 1 /℃ 终止温度 t 2 /℃ 温度差 (t 2 -t 1 )/℃ HCl NaOH 平均值 1 2 3 实验数据处理 1 、取三次测量所得数据的平均值作为计算依据 t 1 /℃ t 2 /℃ (t 2 -t 1 )/℃ 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？ 2. 计算反应热 50mL0.50 mol/L 的盐酸的质量 m 1 =50g 50mL0.55 mol/L 的氢氧化钠溶液的质量 m 2 =50g 中和后生成的溶液的比热容 c ＝ 4.18J/(g·℃) Δ H = － 　 0.418 （ t 2 － t 1 ） 0.025 kJ/mol Q ＝（ m 1 ＋ m 2 ） c (t 2 － t 1 ) =0.418 （ t 2 － t 1 ） kJ 反应放出的热量为： 生成 1molH 2 O 时放出的热量为： 参考值： -57.3kJ/mol 思考 若改用 100mL0.50mol/L 的盐酸和 100mL0.55mol/L 的 NaOH 溶液，所测得中和热的数值是否约为本实验结果的两倍 ( 假定各步骤操作没有失误 ) ？ 答：否。因为中和热是指酸与碱发生中和反应生成 1molH 2 O 时放出的热量，其数值与反应物的量无关，故所测结果应基本和本次实验结果相同。