(共22张PPT)
化学反应的热效应（2）
高二年级 化学
主讲人
在298 K 时，由 1 mol H2(气态)和0.5 mol O2(气态)反应生成1 mol H2O(液态)放出 285.8 kJ 热量
H2 + O2 H2O H＝－285.8 kJ·mol-1
2H2(气) + O2(气) 2H2O(液) H＝－285.8 kJ·mol-1
甲同学
乙同学
如何通过一个式子把化学反应中的物质变化和能量变化同时表示出来呢？
在298 K 时，由 1 mol H2(气态)和0.5 mol O2(气态)反应生成1 mol H2O(液态)放出 285.8 kJ热量
H2 + O2 H2O H＝－285.8 kJ·mol-1
状态需要写吗？
甲同学
H＝U+PV
U
微观粒子动能
微观粒子势能
温度、压强、物质的种类、数量、聚集状态
与距离有关
？
由 1 mol H2(气态)和0.5 mol O2(气态)反应生成1 mol H2O(液态) 放出 285.8 kJ 热量，生成1 mol H2O(气态) 放出 241.8 kJ热量。
H2 + O2 H2O H＝－285.8 kJ·mol-1
甲同学
×
H2(g) + O2(g) H2O(l) H＝－285.8 kJ·mol-1
正确
g、l、s分别表示物质状态为气态、液态、固态，aq表示物质为水溶液中的溶质
H单位中的mol-1什么含义呢？
指每摩尔反应，即反应完成时参加反应的各物质的物质的量的数值与热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数
相同，而不是每摩尔物质
热化学方程式
把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来的方程式。
H2(g) + O2(g) H2O(l) H＝－285.8 kJ·mol-1
物质变化
反应焓变
含义：在298 K时，1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(l)放出的热量为285.8 kJ。
温度、压强、物质的种类、数量、聚集状态
2H2(气) + O2(气) 2H2O(液) H＝－285.8 kJ·mol-1
物质化学计量数扩大
断键数目
成键数目
H相应扩大
？
乙同学
2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) H＝－285.8 kJ·mol-1
？
在298 K 时，由 1 mol H2和0.5 mol O2反应生成1 mol 液态H2O放出 285.8 kJ 热量
H2(g) + O2(g) H2O(l) H＝－285.8 kJ·mol-1
2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) H＝－571.6 kJ·mol-1
热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各物质的物质的量，可为整数或分数。
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，只能为整数，不能为分数。
298 K 时，由 1 mol H2和0.5 mol O2反应生成1 mol 液态H2O放出 285.8 kJ 热量
H2(g)+ I2(g) 2HI(g) H＝－14.9 kJ·mol-1
200 ℃
101 kPa
H2(g)+ O2(g) H2O(g) H＝－241.8 kJ·mol-1
298 K，压强为101 kPa
焓影响因素：温度、压强、物质的种类、数量、聚集状态
交流研讨
1. 已知在298 K时，由氢气和氮气反应生成1 mol NH3(g)放热
46.1 kJ，请将下列化学方程式改写成热化学方程式。
H2(g) + N2(g) NH3(g)
H2(g) + N2(g) 2NH3(g)
NH3(g) H2(g) + N2(g)
交流研讨
H2(g) + N2(g) NH3(g)
3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)
NH3(g) H2(g) + N2(g)
H2(g) + N2(g) NH3(g) H＝－46.1 kJ·mol-1
H2(g) + N2(g) 2NH3(g) H＝－46.1 kJ·mol-1
交流研讨
物质化学计量数扩大
H相应扩大
H＝－92.2 kJ·mol-1
H2(g) + N2(g) NH3(g)
3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)
H2(g) + N2(g) NH3(g) H＝－46.1 kJ·mol-1
H2(g) + N2(g) 2NH3(g) H＝－46.1 kJ·mol-1
NH3(g) H2(g) + N2(g)
1. 已知在298K时，由氢气和氮气反应生成1 mol NH3(g)放热
46.1 kJ，请将下列化学方程式改写成热化学方程式。
NH3(g) H2(g) + N2(g) H＝＋46.1 kJ·mol-1
NH3(g) H2(g) + N2(g) H＝46.1 kJ·mol-1
哪一种写法正确呢？
NH3(g) H2(g) + N2(g) H＝－46.1 kJ·mol-1
√
2. 怎样才能正确书写热化学方程式呢？
（1）在反应物和反应产物的化学式后面用括号注明各物质的聚集状态，因为反应的焓变与各反应物和反应产物的聚集状态有关。
（2）ΔH 的单位是 J·mol-1 或 kJ·mol-1。
（3）根据焓的性质，若化学方程式中各物质化学式前的化学计量数加倍，则 ΔH 数值的绝对值也加倍；若反应逆向进行，则 ΔH 改变符号，但数值的绝对值不变。
2.怎样才能正确书写热化学方程式呢？
（4）指明反应的温度和压强。若不特别说明，反应温度为 298 K，压强为 101 kPa。
练习
已知在298 K时，1 g甲醇(CH3OH、液态)燃烧生成二氧化碳和液态水时放热22.68 kJ，写出反应的热化学方程式（已知甲醇的摩尔质量M=32 g/mol）
练习
CH3OH(l) + O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H＝－22.68 kJ·mol-1
CH3OH(l) + O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H＝－725.76 kJ·mol-1
CH3OH(l) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) H＝－1451.52 kJ·mol-1
哪种写法正确呢？
练习
已知在298 K时，1 g甲醇(CH3OH、液态)燃烧生成二氧化碳和液态水时放热22.68 kJ。写出反应的热化学方程式（已知甲醇的摩尔质量M=32 g/mol）
CH3OH质量
725.76 kJ
2 mol
1451.52 kJ
热量
1 g
22.68 kJ
32 g
64 g
1 mol
练习
CH3OH(l) + O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H＝－22.68 kJ·mol-1
CH3OH(l) + O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H＝－725.76 kJ·mol-1
CH3OH(l) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) H＝－1451.52 kJ·mol-1
哪种写法正确呢？
√
√
练习
饮用水中的NO3主要来自于NH4。已知在微生物的作用下，NH4经过两步反应被氧化成NO3。两步反应的能量变化示意图如下，第一步反应是吸热还是放热反应？写出第一步反应的热化学方程式。
焓
焓
+
-
-
+
放热反应
练习
NH4 (aq) + O2(g) NO2(aq) + 2H+(aq) + H2O(l) H＝－273kJ·mol-1
化学反应的能量变化
反应体系内能的变化
化学键的断裂与形成
表达
物质变化
能量变化
焓
+
-
练习
1 mol NH4全部被氧化成NO3的热化学方程式如何书写？
焓
焓
在微生物的作用下，NH4经过两步反应被氧化成NO3。
-
-
+
+(共32张PPT)
化学反应的热效应（3） 高二年级 化学
主讲人
焓变（ ΔH ）——定量描述等压反应的热效应
ΔH 为“－”或 ΔH < 0，为放热反应
ΔH 为“＋”或 ΔH > 0，为吸热反应
热化学方程式：表示出一个化学反应中的物质变化和反应的焓变。
H2(g) ＋ O2(g) H2O(l) ΔH ＝－285.8 kJ/mol
1
2
可以利用量热计来测量一个化学反应释放或吸收的热量
【核心问题1】
通过理论方法能够计算出化学反应释放或吸收的热量吗？
观察·发现规律
N2(g) ＋ 2O2 (g)
2 NO2(g)
ΔH1
ΔH2
ΔH3
2NO (g) ＋ O2 (g)
ΔH3＝ ΔH1 ＋ ΔH2
N2 (g) ＋ O2 (g) 2NO (g) ΔH1＝ ＋180.5 kJ/mol
2NO (g) ＋ O2 (g) 2NO2 (g) ΔH2 ＝－112.8 kJ/mol
N2 (g) ＋ 2O2 (g) 2NO2 (g) ΔH3＝ ＋ 67.7 kJ/mol
①
②
③
总结规律：
ΔH1 ＝ ΔH2 ＋ ΔH3
不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热都是相同的。换句话说，化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。—— 盖斯定律 (Hess law)
为了理解盖斯定律，可以类比登山过程。
盖斯定律的本质：反应的焓变只与反应的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
登山的高度与上山的途径无关，只与起点和终点的相对高度有关。重力做功也只取决于始终态。
盖斯定律在科学研究中具有重要意义
（1）有些反应进行得很慢；
（2）有些反应不容易直接发生；
（3）有些反应的产品不纯（有副反应发生）；
这些都给测量反应焓变造成了困难，利用盖斯定律
可以间接地把它们的反应焓变计算出来。
盖斯定律为从理论上计算化学反应焓变提供了思路，因此人们称
盖斯为“热化学之父”。
【核心问题2】如何应用盖斯定律求化学反应的焓变？
C单质与O2反应能生成CO气体，但该反应发生时总是伴随产生CO2气体。那么，如何得知C单质与O2生成CO这一步反应的焓变呢？
C(s，石墨) ＋ O2(g) CO(g) ΔH＝？
1
2
C
CO
ΔH＝？
CO2
O2
分解
C(s，石墨) + O2( g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol
CO(g) + O2(g) CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ/mol
1
2
可以测得下列两个反应焓变：
“一看”：看待求反应中各物质在已知反应中的位置
C(s，石墨) + O2(g) CO(g) ΔH＝？
1
2
①C(s，石墨) + O2( g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol
②CO(g) + O2(g) CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ/mol
1
2
①C(s，石墨) + O2( g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol
②CO(g) + O2(g) CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ/mol
C(s，石墨) + O2(g) CO(g) ΔH＝？
1
2
“一看”：寻找中间物质
1
2
①C(s，石墨) + O2( g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol
②CO(g) + O2(g) CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ/mol
C(s，石墨) + O2(g) CO(g) ΔH＝？
1
2
③CO2(g) CO(g) + O2(g) ΔH3＝＋283.0 kJ/mol
“二变”：改变已知反应中反应物和反应产物的位置
1
2
1
2
“三加”：将方程式①和③进行叠加
①C(s，石墨) + O2( g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol
C(s，石墨) + O2(g) CO(g)
③CO2(g) CO(g) + O2(g) ΔH3＝＋283.0 kJ/mol
＋）
1
2
1
2
①C(s，石墨) + O2( g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ/mol
C(s，石墨) + O2(g) CO(g) ΔH ＝ΔH1＋ ΔH3
③CO2(g) CO(g) + O2(g) ΔH3＝＋283.0 kJ/mol
＋）
＝－110.5 kJ/mol
“三加”：方程式①和③中反应焓变也要进行叠加
1
2
1
2
【思维程序】
确定待求反应
“一看”待求反应和已知反应，找出中间物质
“二变”对已知热化学方程式进行变形，消掉中间物质
“三加”将新得到的热化学方程式进行叠加（反应焓变也进行叠加）
写出待求的
热化学方程式
【实际问题解决】
【交流·研讨】
人们通常会从哪些角度、依据什么标准来合理选择燃料？
燃料的合理选择和综合利用是提高能源利用率的重要途径之一。
【交流·研讨】
请同学们结合下表中的数据，评价煤、天然气、氢气、一氧化碳作为燃料的优缺点。
（注：煤的摩尔燃烧焓可用石墨的摩尔燃烧焓数值粗略进行估算）
物质 化学式 ΔH/(kJ/mol)
石墨 C(s) －393.5
氢气 H2(g) －285.8
一氧化碳 CO(g) －283.0
甲烷 CH4(g) －890.3
表1 几种物质的摩尔燃烧焓（298 K，101 kPa）
摩尔燃烧焓：
某物质的摩尔燃烧焓指在一定反应温度和压强条件下，1 mol纯物质完全氧化为同温下的指定产物时的焓变。
限定燃料的物质的量
生成物不能继续燃烧
①N → N2(g) ② C→CO2(g)
③ S →SO2(g) ④H→H2O(l)
CH4(g)＋2O2(g) CO2(g)＋2H2O(l) ΔH ＝－890.3 kJ/mol
CH4的摩尔燃烧焓
CH3OH(l)＋ O2(g) CO2(g)＋2H2O(l) ΔH ＝－725.8 kJ/mol
CH3OH的摩尔燃烧焓
3
2
【交流·研讨】
请同学们结合下表中的数据，评价煤、天然气、氢气、一氧化碳作为燃料的优缺点。
（注：煤的摩尔燃烧焓可用石墨的摩尔燃烧焓数值粗略进行估算）
物质 化学式 ΔH/(kJ/mol)
石墨 C(s) －393.5
氢气 H2(g) －285.8
一氧化碳 CO(g) －283.0
甲烷 CH4(g) －890.3
表1 几种物质的摩尔燃烧焓（298 K，101 kPa）
【交流·研讨】
请同学们结合下表中的数据，评价煤、天然气、氢气、一氧化碳作为燃料的优缺点。
A同学：1 mol 甲烷燃烧放出的热量最多；
B同学：1 mol 煤燃烧放出的热量也比较多，且我国煤资源的存储量较丰富；
C同学：但煤燃烧产物会释放SO2、NOx等气体，形成酸雨，污染环境；而
甲烷、CO和H2的燃烧产物无污染。
【方法提升】
评价能源优缺点
物质
变化
产物是否对环境有污染
能量
变化
定量认识：摩尔燃烧焓
其他
角度
能源结构、燃料来源、开发和运输成本等综合考虑
煤炭的综合利用
目前，煤在我国仍然是第一能源。但是，将煤直接用作燃料，不仅利用率低，而且会产生大量固体垃圾和多种有害气体。为了解决这一问题，工业上通过煤的干馏、气化和液化等方法来实现煤的综合利用。煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应为：
C(s) ＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g)
高温
(1) 你认为煤的气化对于提高能源利用效率有哪些价值？
煤气化后增大接触面积，燃烧更充分，提高燃料利用率
【交流·研讨】
C(s) ＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g)
高温
(2) 已知298 K、101 kPa时，1 mol H2O(l) 变为H2O(g)需要吸收44.0 kJ的热量。则上述煤的气化反应的焓变是多少 ？
待求反应：
① C(s)＋O2(g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol-1
已知反应：
② CO(g)＋ O2(g) CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol-1
1
2
③ H2(g)＋ O2(g) H2O(l) ΔH3＝－285.8 kJ·mol-1
1
2
④ H2O(l) H2O(g) ΔH4＝＋44.0 kJ·mol-1
C(s) ＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g) ΔH＝？
高温
“一看”：对比待求反应和已知反应，找出中间产物：
① C(s)＋O2(g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol-1
② CO(g)＋ O2(g) CO2(g) ΔH2＝－283.0 kJ·mol-1
1
2
③ H2(g)＋ O2(g) H2O(l) ΔH3＝－285.8 kJ·mol-1
1
2
④ H2O(l) H2O(g) ΔH4＝＋44.0 kJ·mol-1
C(s) ＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g)
高温
ΔH＝？
“二变”：将热化学方程式变形处理
① C(s)＋O2(g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol-1
② CO2(g) CO(g)＋ O2(g) ΔH2’＝＋283.0 kJ·mol-1
1
2
③ H2O(l) H2(g)＋ O2(g) ΔH3’＝＋285.8 kJ·mol-1
1
2
④ H2O(g) H2O(l) ΔH4’＝－44.0 kJ·mol-1
C(s) ＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g)
高温
ΔH＝？
“三加”：叠加新的热化学方程式，消掉中间物质：
① C(s)＋O2(g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol-1
② CO2(g) CO(g)＋ O2(g) ΔH2’＝＋283.0 kJ·mol-1
1
2
③ H2O(l) H2(g)＋ O2(g) ΔH3’＝＋285.8 kJ·mol-1
1
2
④ H2O(g) H2O(l) ΔH4’＝－44.0 kJ·mol-1
C(s) ＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g)
高温
＋）
“三加”：反应焓变也进行相应叠加
C(s) ＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g)
高温
＋）
ΔH＝ΔH1 ＋ΔH2’＋ ΔH3’ ＋ΔH4’
ΔH＝＋131.3 kJ/mol
① C(s)＋O2(g) CO2(g) ΔH1＝－393.5 kJ·mol-1
② CO2(g) CO(g)＋ O2(g) ΔH2’＝＋283.0 kJ·mol-1
1
2
③ H2O(l) H2(g)＋ O2(g) ΔH3’＝＋285.8 kJ·mol-1
1
2
④ H2O(g) H2O(l) ΔH4’＝－44.0 kJ·mol-1
C(s) ＋ H2O(g) CO(g)＋ H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ/mol
高温
煤气化的热化学方程式：
思考：利用煤燃烧释放的热量，为什么要通过吸热反应、消耗能量将煤转化为水煤气（CO和H2）呢？转化的意义何在？
能量角度
① 煤气化将增加与空气接触面积，提高能量利用效率；
② 将煤变为水煤气获得了高能燃料，实现了能量的转移
和存储；
物质角度
③ 通过集中处理尾气，避免了污染性气体
SO2、NOx等的产生，减少环境污染；(共23张PPT)
化学反应的热效应（1）
高二年级 化学
主讲人
铝粉和铁的氧化物反应
氯化铵与氢氧化钙的反应
一、化学反应的反应热
当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。用Q表示
Q为正值：反应吸热，体系能量升高
Q为负值：反应放热，体系能量降低
体系：研究对象（物质系统）
环境：体系以外的其他部分
化学反应为什么会伴随着能量变化？
微观：化学键的断裂和形成
宏观：反应物总能量与生成物总能量的相对大小
微观角度：旧化学键断裂和新化学键生成
氧氧键键能
436 kJ/mol
氢氢键键能
498 kJ/mol
氢氧键键能 463 kJ/mol
计算1 mol H2(g)和 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)的反应热
H2(g)+O2(g) H2O(g)
反应物断键
吸收能量
体系能量升高(+)
1 mol H2的共价键
mol O2的共价键
吸收1 mol×436 kJ/mol
吸收 mol×498 kJ/mol
+436 kJ
+249 kJ
释放(2 mol×463 kJ/mol)
-926 kJ
生成物成键
释放能量
体系能量降低(-)
1 mol H2O
H2(g)+O2(g) H2O(g)
反应热＝ [（+436 kJ）+（ + 249 kJ）] +[-（926 kJ）]
＝ 436 kJ+249 kJ - 926 kJ
＝ -241 kJ
反应热＝∑反应物键能- ∑反应产物键能
关注物质前化学计量数
关注化学键数目
能量指什么呢？
宏观角度：反应物总能量与生成物总能量的相对大小
二、化学反应的内能变化与焓变
平动、转动、振动，电子运动，原子核运动等各种形式运动
内能：体系内各种微观粒子的能量总和，
包括动能和势能，符号U
微观粒子动能
微观粒子势能
二、化学反应的内能变化与焓变
微观粒子动能
微观粒子势能
分子内部H、O原子间
水分子之间
微观粒子之间由于相互作用产生的能量，与距离有关。
U＝U(反应产物)-U(反应物)
U(反应产物)>U(反应物)，吸收能量
U(反应产物)二、化学反应的内能变化与焓变
U
Q：反应热
W：功（如电能、光能、机械能等）
体积功指的是当体系的体积发生变化时环境对体系（或体系对环境）做的功。
恒容反应热Q和 U什么关系呢？
Qv＝ U
U(反应产物)>U(反应物)，Q>0，吸热
U(反应产物)反应热和内能什么关系呢？
U＝Q+W
恒容：V1＝V2
体积功为0
恒压：2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)，此时V1≠V2，体积功≠0
U＝Q+W
Q＝ U-W
恒压反应热Qp
U
W(P V)
H：焓
H＝U+pV
H
单位J或kJ
用焓变描述等压反应的反应热
Qp＝ H
焓变
H＝H(反应产物)-H(反应物)
必修
化学反应原理模块
能量
焓
恒压
如何测定反应的反应热呢？
外筒：保温作用
量热计
内筒：反应容器
测量反应前后温度的变化值
现代量热计
【练习】
已知氮气与氢气反应生成2 mol氨气放热92.4 kJ。且H－H键键能（化学键断裂时吸收或形成时释放的能量）为436 kJ/mol，N－H键键能为391 kJ/mol，试计算N≡N键的键能是多少。
【练习】
N2 + 3H2 2NH3
吸收（1 mol×a kJ/mol）
吸收（3 mol×436 kJ/mol）
反应物键能
1 mol N≡N
3 mol H－H
反应热＝∑反应物键能 - ∑反应产物键能
关注物质前化学计量数
关注化学键数目
【练习】
N2 + 3H2 2NH3
生成物键能
N
H
H
H
2 mol
释放（6 mol×391 kJ/mol）
反应热＝∑反应物键能- ∑反应产物键能
关注物质前化学计量数
关注化学键数目
【练习】
N2 + 3H2 2NH3
解得a＝945.6 kJ/mol
反应热＝∑反应物键能 - ∑反应产物键能
-92.4 kJ＝1 mol×a kJ/mol + 3 mol×436 kJ/mol - 6 mol×391 kJ/mol
