化学人教版（2019）选择性必修1 1.1.1反应热与焓变 课件（共35张ppt）

(共35张PPT)
第一节
反应热
第1课时　
反应热与焓变
学习目标
1.通过对体系和环境的学习,知道内能的定义,进一步掌握吸热反应、放热反应、反应热等概念,能从多角度认识放热反应和吸热反应。
2.通过中和反应实验,掌握中和反应反应热的测定方法。
3.通过对反应热与焓、焓变的学习,能够进行反应热的简单计算,掌握从微观角度利用化学键键能数据来计算反应热的方法。
课前导入
化学反应的过程，既是物质的转化过程，也是化学能与热能、电等其他形式能量的转化过程。
自然界的能量存在形式有很多种，势能、生物能、热能、太阳能、风能等。
光能
风能
热能
热量的释放或吸收是化学反应中能量变化的常见形式。
例如，燃料的燃烧、酸与碱的中和反应等会放出热量，属于放热反应。
而有些反应，如工业上煅烧石灰石的反应等会吸收热量，属于吸热反应。化学反应过程中释放或吸收的热量在生活、生产和科学研究中具有广泛的应用。
课前导入
在实际应用中，人们如何定量地描述化学反应过程中释放或吸收的热量呢
思考：
知识点一
反应热及其测定
1、体系（系统）与环境
以盐酸与NaOH溶液的反应为例：
试管中的盐酸和氢氧化钠溶液及发生的反应等看作一个反应体系，又称系统。
HCl+NaOH==NaCl+H2O
盛溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境
体系与环境之间
存在物质交换或能量交换
（1）定义
体系（系统）：热力学研究对象。
环境：与体系（系统）有关的外物。
（2）分类
根据体系（系统）和环境之间的关系，可将体系（系统）分为：
敞开体系（系统）
封闭体系（系统）
孤立体系（系统）
敞开体系（系统）：
系统与环境间既有物质交换，又有能量交换交换
经典热力学不研究敞开体系（系统）
封闭体系（系统） ：
系统与环境间没有物质交换，只有能量交换
经典热力学主要研究封闭体系（系统）
孤立体系（系统） ：
系统与环境间无物质交换，无能量交换，故又称隔离体系（系统）。
系统为立体箱与烧杯及热源的组合；环境为立体箱与外围线所包围部分。
知识点一
反应热及其测定
2、反应热
在等温条件下①，化学反应体系向环境_______或从环境_______的_______，称为化学反应的热效应，简称反应热。
(1).定义
释放
吸收
热量②
②热量(Q)：因温度不同而在体系与环境之间交换或传递能量。
①等温条件：指化学反应发生后，使反应后体系的温度恢复到反应前体系的温度，即反应前后体系的温度相等。
测定原理：Q = mCΔt
Q：中和反应放出的热量。 m：反应混合液的质量。
C：反应混合液的比热容。 Δt：反应前后溶液温度的差值
量热计:
用温度计测量反应前后体系的温度变化，根据有关物质的比热容等来计算反应热。
(1).直接测定反应热的方法
知识点一
反应热及其测定
3、反应热的测定
(2).中和反应反应热的测定
在测定中和反应的反应热时，应该测量哪些数据？如何根据测得的数据计算反应热？为了提高测定的准确度，应该采取哪些措施？
实验探究——中和反应反应热的测定
[实验目的]
用简易的量热计测量盐酸与NaOH溶液反应前后的温度
[实验用品]
简易量热计（温度计(0.1℃)、玻璃搅拌器、内筒、外壳、隔热层、杯盖）、量筒(50mL)两个； 50mL 0.50mol/L盐酸、50mL 0.55mol/LNaOH溶液。
玻璃搅拌器(使反应物迅速混合，使反应充分进行，保持体系的温度均匀)
杯盖
反应液
外壳(起保温作用)
温度计(测量反应前后体系的温度)
内筒(反应容器)
隔热层
[实验测量]
①反应物温度的测量
a.用量筒量取50 mL 0.50 mol/L盐酸，打开杯盖，倒入量热计的内筒中，盖上杯盖，插入温度计，测量并记录盐酸的温度(数据填入下表)。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。
b.用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，用温度计测量并记录NaOH溶液的温度(数据填入下表)。
②反应后体系温度的测量
打开杯盖，将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒中，立即盖上杯盖，插入温度计，用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化，将最高温度记为反应后体系的温度(t2)。
③重复步骤①步骤②两次。
减少实验过程中的误差
[数据处理]
①取盐酸温度和NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1)，计算温度差(t2 t1)，将数据填入下表。
实验次数 反应物的温度/℃ 反应前体系的温度 反应后体系的温度 温度差
盐酸 NaOH t1/℃ t2/℃
1
2
3
②取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。
③根据温度差和比热容等计算反应热。
为了方便计算，可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水相同，并忽略量热计的比热容，则：
a.50mL0.5mol/L盐酸的质量m1=50g，50mL0.55mol/LNaOH溶液的质量m2=50g。
b.反应后生成的溶液的比热容c=4.18J/(g·℃),50mL0.5mol/L的盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液发生中和反应时放出的热量为(m1+m2)·c·(t2-t1)。
c.生成1molH2O(l)时 放出的热量为 kJ。
[数据处理]
(m1+m2)·c· (t2 t1)
n(H2O)
0.418 (t2 t1)
0.025
=
大量实验测得，在25oC和101kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O(g)时,放出57.3 kJ的热量。
[误差分析]
你所测得的数据是否为57.3kJ/mol， 若不是，分析产生误差的原因。
①量取溶液的体积不准确。
②温度计读数有误(如未读取到混合溶液的最高温度，就记为终止温度)
③实验过程中有液体溅出。
④混合酸、碱溶液时，动作缓慢。
⑤隔热层隔热效果不好，实验过程中有热量损失。
⑥测过酸溶液的温度计未用水清洗便立即去测碱溶液的温度。
⑦溶液浓度不准确。
⑧没有进行重复实验。
思考讨论
①酸、碱混合时,为何要把量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒而不能缓缓倒入
减少热量损失。
②实验中能否用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器 为什么
不能。因为铜丝易导热,使热量损失较大。
③若用同浓度的KOH溶液代替NaOH溶液,会对结果产生影响吗 为什么
无影响。因为强酸、强碱的稀溶液反应生成1molH2O(l)时放出的热量是相同的,与用KOH溶液还是NaOH 溶液以及酸碱的用量无关。
④若用浓硫酸代替盐酸会对结果产生什么影响 用醋酸代替盐酸呢 若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定中和反应反应热,又会对结果产生什么影响
浓硫酸溶于水时放热,所测反应热的数值偏大;
弱酸、弱碱电离吸热,因此用醋酸所测反应热的数值偏小;
若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定反应热,因生成BaSO4沉淀还会多放出一部分热量,使所测反应热的数值偏大。
提高中和反应反应热测定准确度的措施
1.原理方面
(1)为使测得的数据更准确,酸、碱溶液应当使用强酸、强碱的稀溶液(浓度不宜过大或过小)。
①测定实验中若用弱酸或弱碱,因其电离吸热使测定数值偏小;若用浓酸或浓碱,因其稀释放热使测定数值偏大。
②测定实验中若生成不溶性或难电离物质,因其生成放热使测定数值偏大。
(2)为保证盐酸被完全中和,碱的浓度应稍大。
2.操作方面
(1)“快”:实验中酸碱混合要快,尽量减少热量散失。
(2)“准”:准确测量液体温度和液体体积。在测量反应混合液的温度时,温度计不要贴在容器壁上或插入容器底部,要随时读取温度值,记录下最高温度值。
(3)“同”:用同一支温度计可减小实验误差,测量完一种溶液温度后,温度计需水洗并用滤纸擦干。
(1)不可将温度计当搅拌器使用;玻璃搅拌器应上下移动。
(2)应使用玻璃搅拌器,不能用金属搅拌器代替。
(3)隔热层隔热效果要好。
3.仪器方面
提高中和反应反应热测定准确度的措施
练一练：
1.下列有关中和反应反应热测定实验的说法正确的是( )
A.温度计能代替玻璃搅拌器，用于搅拌反应物
B.强酸与强碱反应生成1molH2O(l)释放的热量都约为57.3kJ
C.测定中和反应反应热实验中，读取混合溶液不再变化的温度为终止温度
D.某同学通过实验测得盐酸和NaOH溶液反应生成1molH2O(l)放出的热量为52.3kJ，造成这一结果的原因不可能是所用酸、碱溶液浓度过大
E.为了使反应均匀进行，可以向酸(碱)溶液中分几次加入碱(酸)溶液
D
化学反应为什么会产生反应热？
因为化学反应前后体系的内能发生了变化。
课前导入
知识点二
反应热与焓变
1、内能（U）
(1)定义
内能是体系内物质的各种能量的总和，包括分子的平动、转动、振动、分子间位能，以及分子内各种粒子及其相互的能量。
体系由状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，在这一过程中体系从环境吸热Q，环境对体系做功W，若体系内能改变量用 U表示，则有 U= U2-U1=Q+W。
(2)内能是体系的状态函数，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。
(3)热力学第一定律
在热力学过程中，体系对抗外压改变体积，产生体积功W体：
W体=P外· V =P外·(V2-V1)
环境对体系做功W=-W体=-P外· V
若体系只做体积功，不做其他功(如电功等)，则有:
①如果是恒容变化过程， V=0，则W体=0
U=Qv
Qv为恒容热效应，此时体系吸收的热量全部用来增加内能。
②如果是等压变化过程,P1=P2=P,则Q=QP,为恒压热效应
U= U2-U1=QP-W体=QP-P· V =QP-P·（V2-V1）
QP=(U2+PV2)-(U1+PV1)
U= U2-U1=Q-W体=Q-P外· V
变式得：
知识点二
反应热与焓变
2、焓（H）与焓变（ H）
(1)焓
与内能有关的物理量，用符号H表示。
定义H=U+PV
(2)焓变
H=H2-H1 =(U2+PV2)-(U1+PV1) = QP
生成物与反应物的焓值差,用符号 H表示。单位：______（或________）
因此，在等压条件下进行的化学反应（只做体积功），其反应热等于反应的焓变。
QP=(U2+PV2)-(U1+PV1)
等压条件下：
kJ / mol
kJ·mol-1
(3)反应热和焓变的比较
类别 反应热 焓变
不同点 概念 化学反应释放或吸收的热量 化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差
相同点 “+”“-”的意义 “+”表示反应吸热,“-”表示反应放热 数据来源 可以通过实验直接测得,也可以利用已知数据通过计算求得 联系 ①等值关系:等压条件下反应的反应热等于反应的焓变
②等价关系:符号是ΔH,单位是kJ/mol
注意 ①可通过反应热或焓变来判断一个化学反应是放热反应还是吸热反应
②物质三态变化的焓变不是反应热,反应热是化学反应的焓变。
(4) 焓变的意义
焓（H）
反应物
生成物
ΔH ＜ 0
放热反应
焓（H）
ΔH ＞ 0
吸热反应
生成物
反应物
①ΔH为“ ”，即ΔH＜0，反应体系对环境放热，其焓减小
②ΔH为“+”，即ΔH＞0，反应体系从环境中吸热，其焓增大
知识点二
反应热与焓变
3、反应热的表示方法与 H计算
（1）反应热的表示方法
①例如，在25℃和101KPa下，1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时放出184.6KJ的热量，则该反应的反应热为：
H= -184.6KJ/mol
②在25℃和101KPa下，1molC（无特殊说明均指石墨）与1molH2O(g)反应，生成1molCO和1molH2，需要吸收131.5KJ的热量，则该反应的反应热为：
H= +131.5KJ/mol
已知H2和Cl2在点燃的条件下生成HCl。下面是反应 H2(g)+Cl2(g)＝2HCl(g)的能量变化示意图。
问题1:根据以前的知识可以判断,该反应是吸热反应还是放热反应
提示:放热反应。
常见吸热反应、放热反应类型：
问题2:结合上图说明化学反应中为什么会有能量变化
提示:化学键断裂和形成时有能量变化。
问题3:断裂1 mol H—H、1 mol Cl—Cl吸收的总能量是多少 形成2 mol H—Cl放出的能量是多少 由此判断该反应的ΔH是多少
提示:679 kJ;862 kJ;-183 kJ/mol。
问题4:根据图示中的数据计算并判断2HCl(g)H2(g)+Cl2(g)是放热反应还是吸热反应 与问题3中的ΔH相比,你得出的结论是什么
提示:ΔH=2×431 kJ/mol-(436 kJ/mol+243 kJ/mol)=+183kJ/mol
>0,故该反应为吸热反应。正向、逆向反应的焓变(ΔH)数值相等,符号相反。
（2）化学反应中能量变化的原因
①从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析。
②从反应热的量化参数——键能的角度分析。
键能:气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,单位kJ/mol或kJ·mol-1。
化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因
（3）焓变( H)计算
②ΔH=E（生成物的总能量） E（反应物的总能量）
③ΔH=Q(反应物分子的化学键断裂时吸收的总能量) Q(生成物分子的化学键形成时释放的总能量)
=E(反应物的总键能) E(生成物的总键能)
①ΔH=H总(生成物)-H总(反应物)
说明:焓只有正值,而焓变有正值、负值之分。任何化学反应都有反应热。
1.下列说法正确的是(　　)
A.反应热和焓变的单位都是kJ
B.相同条件下,生成物的总能量大于反应物的总能量时,反应吸热,ΔH>0
C.在任何条件下,化学反应的焓变都等于化学反应的反应热
D.任何化学反应的反应热均可通过实验直接测定
2.下列关于ΔH的说法正确的是(　　)
A.反应过程中,消耗的反应物越多,ΔH越大
B.ΔH>0时反应放热,ΔH<0时反应吸热
C.ΔH越大,说明反应放出的热量越多
D.能量变化如图所示的化学反应为放热反应,ΔH符号为“-”
B
D
3.化学反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的能量变化如图所示。则下列说法中正确的是( )
A.该反应是吸热反应,吸收的热量为(y-x)kJ
B.断裂1molH—H和1molCl—Cl时能放出xkJ的能量
C.断裂2molH—Cl时需要吸收ykJ的能量
D.2molHCl(g)的总能量高于1molH2(g)和1mol
Cl2(g)的总能量
4.下列反应的能量变化与示意图不相符的是(　　)
A.碳酸钙的分解反应
B.灼热的炭与水蒸气的反应
C.生石灰与水的反应
D.氢氧化钡晶体与氯化铵的反应
C
C
本节小结