第1章 化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化,第1節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng),聯(lián)想質(zhì)疑,化學(xué)反應(yīng)中常伴隨有能量變化，結(jié)合前面知識(shí)思考:,1、化學(xué)反應(yīng)中為什么有能量變化?,3、例舉生產(chǎn)生活中常見的化學(xué)反應(yīng)能量變化的應(yīng)用.,化學(xué)反應(yīng)中釋放與吸收能量與我們生活息息相關(guān)，這就需要一個(gè)化學(xué)量來(lái)定量描述研究反應(yīng)熱,2、哪些反應(yīng)是放熱反應(yīng)？哪些反應(yīng)是吸熱反應(yīng)？,4、如何定量描述一個(gè)化學(xué)反應(yīng)釋放或吸收的熱量？,5、用什么方法可以準(zhǔn)確地測(cè)量這些熱量？,6、通過理論方法如何計(jì)算這些熱量？,所有的化學(xué)反應(yīng)都有能量的變化，其中大部分都是熱量的變化 化學(xué)反應(yīng)包括兩個(gè)過程：打斷舊鍵和形成新鍵，前者吸收能量，后者放出能量，這兩個(gè)過程的能量不同，所以有能量變化，整個(gè)反應(yīng)放熱還是吸熱取決于兩個(gè)過程能量的相對(duì)大小。,常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng),常見的放熱反應(yīng),活潑金屬與水或酸的反應(yīng)。如2Al+6HCl2AlCl3+3H2 酸堿中和反應(yīng)。如2KOH+H2SO4K2SO4+2H2O 燃燒反應(yīng)。如C、CO、C2H5OH等的燃燒 多數(shù)化合反應(yīng)。如Na2O+H2O 2NaOH，SO3+H2O=H2SO4,常見的吸熱反應(yīng),多數(shù)分解反應(yīng)，如CaCO3 CaO+CO2 2NH4Cl（s）+Ba(OH)2·8H2O （s）BaCl2+2NH3 +10H2O C(s)+H2O(g) CO+H2 CO2+C 2CO,一、化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱,1、什么是反應(yīng)熱?,2、反應(yīng)熱的符號(hào)是什么？ 怎樣表示反應(yīng)吸、放熱？,4、如何獲得一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)熱呢？,3、反應(yīng)熱的單位是什么,為了更準(zhǔn)確的描述反應(yīng)，我們引入了反應(yīng)熱的定義。,一、反應(yīng)熱的涵義 1、化學(xué)上規(guī)定，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)所釋放或吸收的熱量為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng)。 2、符號(hào)：用Q表示 Q0，表示吸熱； 3、單位：J/mol或kJ/mol,如何獲得一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)熱呢？,如何求算一個(gè)體系放出或吸收的熱量呢？ Q= - C(T2 -T1)- C0m(T2-T1) C熱容，當(dāng)物質(zhì)吸收熱量溫度升高時(shí)，溫度每升高1K所吸收的熱量，稱為該物質(zhì)的熱容； C0比熱容，單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容； T熱力學(xué)溫度，也叫開爾文溫度， 單位為k，T(k)=t(0c)+273.15,中和熱,在稀溶液中,強(qiáng)酸和強(qiáng)堿反應(yīng)生成1摩爾水放出的熱量.,簡(jiǎn)易量熱計(jì)示意圖,1、儀器：,2、藥品：,量熱計(jì)、量筒（100ml）、溫度計(jì)、燒杯（250ml）,1.0mol/L的鹽酸 1.0mol/L的NaOH溶液 1.0mol/L的鹽酸 1.0mol/L的KOH溶液 1.0mol/L的硝酸 1.0mol/L的NaOH溶液,活動(dòng)探究,測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱,3、測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱,1、向量熱計(jì)內(nèi)筒中加入1.0mol/L的鹽酸100mL，蓋上杯蓋，插入溫度計(jì)，勻速攪拌后記錄初始溫度T1 2、向250 mL燒杯中加入1.0mol/L的NaOH溶液100mL，調(diào)節(jié)其溫度，使與量熱計(jì)中鹽酸的溫度相同。 3、快速將燒杯中的堿液倒入量熱計(jì)中，蓋好杯蓋，勻速攪拌，記錄體系達(dá)到的最高溫度T2。 4、假設(shè)溶液的比熱等于水的比熱并忽略量熱計(jì)的熱容，根據(jù)溶液溫度升高的數(shù)值，計(jì)算此中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。,各組按要求實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算各反應(yīng)的反應(yīng)熱,實(shí)驗(yàn)步驟,1.在大燒杯底部墊泡沫塑料（或紙條），使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料（或紙條），大燒杯上用泡沫塑料板（或硬紙板）作蓋板，在板中間開兩個(gè)小孔，正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒通過，如下圖所示。,中和熱的測(cè)定,大、小燒杯放置時(shí)，為何要使兩杯口相平？填碎紙條的作用是什么？對(duì)此裝置，你有何更好的建議？,答案：兩杯口相平，可使蓋板把杯口盡量蓋嚴(yán)，從而減少熱量損失；填碎紙條的作用是為了達(dá)到保溫隔熱、減少實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失的目的。若換用隔熱、密封性能更好的裝置（如保溫杯）會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。,2.用一個(gè)量筒最取50 mL 0.50 mol/L鹽酸，倒入小燒杯中，并用溫度計(jì)測(cè)量鹽酸的溫度，記入下表。然后把溫度計(jì)上的酸用水沖洗干凈。,溫度計(jì)上的酸為何要用水沖洗干凈？沖洗后的溶液能否倒入小燒杯？為什么？,因?yàn)樵摐囟扔?jì)還要用來(lái)測(cè)堿液的溫度，若不沖洗，溫度計(jì)上的酸會(huì)和堿發(fā)生中和反應(yīng)而使熱量散失，故要沖洗干凈；沖洗后的溶液不能倒入小燒杯，若倒入，會(huì)使總?cè)芤旱馁|(zhì)量增加，而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差。,3.用另一個(gè)量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液，并用溫度計(jì)測(cè)量NaOH溶液的溫度，記入下表。,.酸、堿混合時(shí)，為何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯而不能緩緩倒入？,. 因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測(cè)反應(yīng)的反應(yīng)熱，若動(dòng)作遲緩，將會(huì)使熱量損失而使誤差增大。,4.把溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯（注意不要灑到外面）。用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動(dòng)溶液，并準(zhǔn)確讀取混合溶液的最高溫度，記為終止溫度，記入下表。,實(shí)驗(yàn)中所用HCl和NaOH的物質(zhì)的量比為何不是11而是NaOH過量？若用HCl過量行嗎？,在測(cè)定過程中應(yīng)注意什么問題,(1)用保溫性能好的儀器測(cè)量。 (2)混合好后，迅速蓋好裝置蓋子，減少熱量的損失。 (3)所用藥品濃度的配制須準(zhǔn)確,用強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液,而且要是稀溶液。 (4)宜用有0.1分刻度的溫度計(jì)，讀數(shù)盡可能準(zhǔn)確，且估讀至小數(shù)點(diǎn)后二位。同時(shí)應(yīng)注意水銀球部位要完全浸沒在溶液中，而且要穩(wěn)定一段時(shí)間后再讀數(shù)，以提高所測(cè)的精度。 (5)記錄最高溫度。,議一議你所測(cè)得的數(shù)據(jù)是否為57.3 kJ/mol，若不是，分析產(chǎn)生誤差的原因。,可能的原因有： 1.量取溶液的體積有誤差（測(cè)量結(jié)果是按50 mL的酸、堿進(jìn)行計(jì)算，若實(shí)際量取時(shí)，多于50 mL或小于50 mL都會(huì)造成誤差） 2.溫度計(jì)的讀數(shù)有誤。 3.實(shí)驗(yàn)過程中有液體灑在外面。 4.混合酸、堿溶液時(shí)，動(dòng)作緩慢，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。 5.隔熱操作不到位，致使實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失而導(dǎo)致誤差。 6.測(cè)了酸后的溫度計(jì)未用水清洗便立即去測(cè)堿的溫度，致使熱量損失而引起誤差。,反應(yīng)熱測(cè)定的誤差分析,討論下列問題,1.本實(shí)驗(yàn)中若把50 mL 0.50 mol/L的鹽酸改為50 mL 0.50 mol/L醋酸，所測(cè)結(jié)果是否會(huì)有所變化？為什么？ 2.若改用100 mL 0.50 mol/L的鹽酸和100 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液，所測(cè)中和熱的數(shù)值是否約為本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的二倍（假定各步操作沒有失誤）？,答案：1.會(huì)有所變化。因?yàn)榇姿釣槿蹼娊赓|(zhì)，其電離時(shí)要吸熱，故將使測(cè)得結(jié)果偏小。 2.否。因中和熱是指酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O時(shí)放出的熱量，其數(shù)值與反應(yīng)物的量的多少無(wú)關(guān)，故所測(cè)結(jié)果應(yīng)基本和本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同（若所有操作都準(zhǔn)確無(wú)誤，且無(wú)熱量損失，則二者結(jié)果相同）。,練習(xí)50 mL 0.50 mol/L鹽酸與50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在圖示的裝置中進(jìn)行中和反應(yīng)。通過測(cè)定反應(yīng)過程中所放出的熱量可計(jì)算中和熱?；卮鹣铝袉栴}： （1）從實(shí)驗(yàn)裝置上看，圖中尚缺少的一種玻璃用品是 。 （2）燒杯間填滿碎紙條的作用是 。 （3）大燒杯上如不蓋硬紙板，求得的中和熱數(shù)值 （填“偏大”“偏小”“無(wú)影響”）。 （4）實(shí)驗(yàn)中改用60 mL 0.50 mol/L鹽酸跟50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液進(jìn)行反應(yīng)，與上述實(shí)驗(yàn)相比，所放出的熱量 （填“相等”“不相等”），所求中和熱 （填“相等”“不相等”），簡(jiǎn)述理由： 。 （5）用相同濃度和體積的氨水代替NaOH溶液進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的中和熱的數(shù)值會(huì) ；用50 mL 0.50mol/L NaOH溶液進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，測(cè)得的中和熱的數(shù)值會(huì) 。（均填“偏大”“偏小”“無(wú)影響”）,環(huán)形玻璃攪拌棒,減少實(shí)驗(yàn)過程中的熱量損失,偏小,不相等,相等,因?yàn)橹泻蜔崾侵杆岣鷫A發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O所放出的能量，與酸堿的用量無(wú)關(guān),偏小,偏小,為保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，在測(cè)定過程中應(yīng)注意什么？,(1)為了使中和反應(yīng)進(jìn)行完全，可以讓酸或堿略 稍過量。 (2)為了使測(cè)得的中和熱更準(zhǔn)確，所用酸和堿的濃度宜小不宜大。 (3)宜使用有0.1刻度的溫度計(jì)。 (4)記錄最高溫度。 (5)進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算式進(jìn)行了以下處理： a、忽略量熱記的熱容； b、認(rèn)為稀溶液與水的比熱相同； c、認(rèn)為熱容不隨溫度的變化而變化。,課堂小結(jié),熱化學(xué),下列說法正確的是 ( ) A、物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)放出的熱量來(lái)源于 對(duì)反應(yīng)的加熱 B、化學(xué)反應(yīng)除了生成新物質(zhì)外，還發(fā) 生能量變化。 C、化學(xué)反應(yīng)中放出的熱才是反應(yīng)熱 D、需要加熱方能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸 熱反應(yīng),B,練習(xí)：,二、化學(xué)反應(yīng)的焓變,1。焓（H）：是與體系的內(nèi)能、壓強(qiáng)、體積有關(guān)的一個(gè)物理量 2。焓變（H） ： H=H生成物-H反應(yīng)物 在等溫等壓條件下的化學(xué)反應(yīng)，如果不做非體積功（即沒有轉(zhuǎn)化為電能、光能等其他形式的能），則該反應(yīng)的反應(yīng)熱等于反應(yīng)前后物質(zhì)的焓變。即：Qp= H Qp0為吸熱反應(yīng)，Qp0為放熱反應(yīng) 當(dāng)H 0時(shí)，為吸熱反應(yīng)。 當(dāng)H 0時(shí)，為放熱反應(yīng)。,當(dāng)H為“”（ H0）時(shí)，為放熱反應(yīng),當(dāng)H為“”（ H0）時(shí)，為吸熱反應(yīng),與化學(xué)方程式相比，熱化學(xué)方程式有哪些不同？ 正確書寫熱化學(xué)方程式應(yīng)注意哪幾點(diǎn)？,交流研討,下列方程式屬于熱化學(xué)方程式：,意義:熱化學(xué)方程式不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化， 也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。,1.定義：可表示參加反應(yīng)物質(zhì)的量和反應(yīng)熱的關(guān)系的方程式，叫做熱化學(xué)方程式。 2.寫法： 1)熱化學(xué)方程式要注明反應(yīng)的溫度、壓強(qiáng)（298 K,101 kPa時(shí)不寫）一般不寫其他反應(yīng)條件；不標(biāo)明生成沉淀或氣體符號(hào)。 2)要注明反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)，常用s、l、g表示固體、液體、氣體。,三、熱化學(xué)方程式,3) H后要注明反應(yīng)溫度，H的單位為J·mol-1或KJ·mol-1 4)H的值必須與方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)對(duì)應(yīng)。計(jì)量數(shù)加倍時(shí)， H也要加倍。當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)， 其H與正反應(yīng)的數(shù)值相等，符號(hào)相反。 5)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)以“mol”為單位，不表示分子數(shù)，因此可以是整數(shù)，也可以是小數(shù)或分?jǐn)?shù)。 6) 可逆反應(yīng)的H表明的是完全反應(yīng)時(shí)的數(shù)據(jù)。,例 題,1、當(dāng)1mol氣態(tài)H2與1mol氣態(tài)Cl2反應(yīng) 生成2mol氣態(tài)HCl，放出184.6KJ的熱 量，請(qǐng)寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。,H2(g) + Cl2(g) =2HCl(g) H =-184.6KJ/mol,A,1、已知在1×105Pa，298K條件下，2mol氫氣燃燒生成水蒸氣放出484kJ熱量，下列熱化學(xué)方程式正確的是 ( ),A. H2O（g）H2（g）1/2O2（g）；H242kJ·mol1 B. 2H2（g）O2（g）2H2O（l）；H484kJ·mol1 C. H2（g）1/2O2（g）H2O（g）；H242kJ·mol1 D. 2H2（g）O2（g）2H2O（g）；H484kJ·mol1,課堂練習(xí),2、已知在25、101kPa下，1g C8H18(辛烷)燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時(shí)放 出48.40kJ 熱量。表示上述反應(yīng)的熱化學(xué)方程 式正確的是 ( ) A、C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g) +9H2O(g) H= - 48.40kJ·mol -1 B、C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2 (g) +9H2O(l) H= - 5518kJ·mol -1 C、C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g) + 9H2O(l) H= + 5518kJ·mol -1 D、C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2 (g)+ 9H2O(l) H= - 48.40kJ·mol -1,B,四、反應(yīng)焓變的計(jì)算,（一）、蓋斯定律,不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成，其反應(yīng)焓變是相同的。 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無(wú)關(guān)。,C（s）+ ½ O2（g）=CO（g）因?yàn)镃燃燒時(shí)不可能完全生成CO，總有一部分CO2生成，因此這個(gè)反應(yīng)的H無(wú)法直接測(cè)得，請(qǐng)同學(xué)們自己根據(jù)蓋斯定律設(shè)計(jì)一個(gè)方案計(jì)算該反應(yīng)的H。,提示（1) C(s) + O2(g) = CO2(g) H1=-393.5 kJ/mol (2) CO(g) + ½O2(g) = CO2(g) H3=-283.0 kJ/mol,H1= H2+ H3 H2 = H1- H3 = -393.5 kJ/mol -(-283.0 kJ/mol) = -110.5 kJ/mol C (s) + ½ O2 (g) = CO(g) H=-110.5 kJ/mol,（二）、反應(yīng)熱的計(jì)算,有關(guān)熱化學(xué)方程式的計(jì)算 【例1】25、101kPa時(shí)，使1.0 g鈉與足量的氯氣反應(yīng)，生成氯鈉晶體并放出17.87 kJ的熱量，求生成1 mol氯化鈉的反應(yīng)熱。,【解】Na(g) + ½ Cl2(g) = NaCl(s) Q=17.87 kJ / 1g × 23 g / mol = 411 kJ / mol 答：生成1 mol NaCl時(shí)放出熱量411 kJ。,應(yīng)用蓋斯定律的計(jì)算 【例2】已知下列反應(yīng)的反應(yīng)熱為 CH3COOH (l) + 2O2(g) = 2CO2(g) + 2H2O(l) H1= -870.3 kJ/mol C(s) + O2 (g) = CO2(g) H2= -393.5 kJ/mol H2(g) + ½ O2(g) = H2O(l) H3= -285.8 kJ/mol 試計(jì)算下述反應(yīng)的反應(yīng)熱： 2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l),【解】分析各方程式的關(guān)系，知 將方程式按2 + - 組合得上述反應(yīng)方程式 即：H = 2H 2 + H3 - H1 H =2(-393.5kJ/mol) + (-285.8kJ/mol) -(-870.3kJ/mol) = - 488.3kJ/mol 答：反應(yīng)2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l) 反應(yīng)熱為- 488.3kJ/mol,已知：N2 (g) + 2O2 (g) = 2NO2 (g) H = 68 kJ/mol N2H4(l) + O2 (g) = N2(g) +2 H2O(l) H = - 622kJ/mol 火箭發(fā)射時(shí)用肼N2H4(l)作燃料，NO2作氧化劑，反應(yīng)生成N2和H2O(l)，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。,練習(xí)1,N2H4(l) + NO2 (g) = 3/2 N2(g) +2 H2O(l) H =-622kJ/mol ( 68kJ/mol )/2 =-656kJ/mol,將焦炭轉(zhuǎn)化為水煤氣的主要反應(yīng)為: C (s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) 已知: C (s) + O2(g) = CO2(g) H1=-393.5kJ/mol H2(g) + ½ O2(g) = H2O(g) H2=-242.0kJ/mol CO(g) + ½ O2(g) = CO2(g) H2=-283.0kJ/mol 寫出制取水煤氣的熱化學(xué)方程式.,練習(xí)2,C (s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) H=131.5kJ/mol,比較反應(yīng)熱數(shù)據(jù)可知,1mol H2和1mol CO完全燃燒放出的熱量之和比1mol C (s)完全燃燒放出的熱量（ ）。,多,甲同學(xué)據(jù)此認(rèn)為“煤炭燃燒時(shí)加少量水可以使煤炭燃燒時(shí)放出更多的熱量”。 乙同學(xué)根據(jù)蓋斯定律通過計(jì)算，認(rèn)為“將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣再燃燒放出的熱量與直接燃燒煤放出的熱量一樣多”。 你的觀點(diǎn)呢？ 乙同學(xué)是怎樣計(jì)算的？你能重現(xiàn)乙的計(jì)算過程嗎？,乙同學(xué)的計(jì)算過程： C (s) + H2O(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) H1 C (s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) H2=131.5kJ/mol H2(g) + ½ O2(g) = H2O(g) H3=-242.0kJ/mol CO(g) + ½ O2(g) = CO2(g) H4=-283.0kJ/mol 則有： H1 = H2+H3+ H4,