人教版高中化学-选修四-第一节：化学反应与能量的变化（共31张PPT）

(共31张PPT)
第一节
化学反应与能量的变化
一、反应热和焓变
二、热化学方程式
三、中和反应反应热的测定
1．化学反应的基本特征：
一是物质发生了变化，
二是能量发生了变化，
即有新物质生成；
即吸收能量或放出能量。
断裂
形成
吸收
放出
有新物质生成
有能量变化
知识回顾
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O2的氧化反应（燃烧，生锈等）；
b.
中和反应（酸碱）；
c.
金属与水或酸的反应；
d.
绝大多数化合反应（CaO与H2O）。
C
+
CO2
===
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
H2O晶体与NH4Cl晶体反应；
b.
H2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
+
CO2
==
2CO
C
+
H2O
==
CO
+
H2
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。
焓是物质所具有的能量，是与内能有关的物理量，符号用“H”表示；
焓变是生成物与反应物的焓值差，恒温恒压下，反应热等于“焓变”。
2、焓与焓变
1）符号：
2）单位：
ΔH
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
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）
ΔH
=
反应物的键能总和
生成物的键能总和
–
例
1：1mol
C与
1mol
H2O(g)
反应生成
lmol
CO(g)
和1mol
H2(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
N2生成NH3的反应热为
，
则1mol
H2生成NH3的反应热为
。
－92
kJ/mol
－30.67
kJ/mol
相当于
1/3
mol
N2
6）焓变与物质能量的关系（宏观）
ΔH
=
∑
E
生成物
∑
E
反应物
–
1、SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。已知：1
mol
S(s)转化为气态硫原子吸收能量280
kJ，断裂1
mol
F—F、S—F键需吸收的能量分别为160
kJ、330
kJ。则S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为
(　
　)
A．－1780
kJ/mol　　　　　
B．－1220
kJ/mol
C．－450
kJ/mol
D．＋430
kJ/mol
练
习：
[解析]　化学反应的实质是旧键的断裂和新键的生成，旧键的断裂吸收热量，新键的生成放出热量，两个热量变化的总体效应即为反应的热效应。
S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反应过程中旧键断裂吸收的热量为280
kJ＋160
kJ×3＝760
kJ，新键生成放出的热量为330
kJ×6＝1980
kJ，反应放出1220
kJ的热量，ΔH＝－1220
kJ/mol。
[答案]　B
2、白磷与氧可发生如下反应：P4+5O2
=
P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：P—P
akJ/mol、P—O
bkJ/mol、P=O
ckJ·mol、O=O
dkJ/mol。根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的△H，其中正确的是：
A、（6a+5d－4c－12b）kJ/mol
B、（4c+12b－6a－5d）kJ/mol
C、（4c+12b－4a－5d）kJ/mol
D、（4a+5d－4c－12b）kJ/mol
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
[答案]　A
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
只表示物质变化
【例1】
在200℃、101kPa时，1
mol
H2与碘蒸气作用生成HI的反应，科学文献上表示为：
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H2与1mol气态碘完全反应，
生成2mol气态HI时，放出14.9kJ的热量。
3、书写要点
　③
2H2
(g)
+
O2(g)
=
2H2O(l)；
△H=
–
571.6
kJ/mol
　④
2H2O(l)
=
2H2
(g)
+
O2(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！
（250C
，101kPa时不注明）
⑵
一定标明各物质的状态（s、l、g、aq）
；
△H=
+
44
kJ/mol
⑶
ΔH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：
ΔH
<
0；
吸热：
ΔH
>
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；
⑸ΔH的值与系数相匹配。
系数加倍，ΔH值也加倍。
正逆反应的ΔH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H2与1mol气态Cl2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。
H2(g)
+
Cl2(g)
=
2HCl(g)
?H
=－184.6
kJ/mol
2H2(g)
+
2Cl2(g)
=
4HCl(g)
?H
=－369.2
kJ/mol
例2：1mol
N2(g)
与适量O2(g)
反应生成NO2
(g)，
需吸收68kJ的热量；写出热化学方程式。
N2(g)
+
2O2(g)
=
2NO2
(g)
?H
=
+
68
kJ/mol
例3、沼气的主要成分是甲烷。0.5
mol
CH4完全燃烧
生成CO2和H2O时，放出445
kJ的热量。则下列热化学方程式中正确的是（
）
A、2CH4(
g
)
＋
4O2(
g
)
＝
2CO2(
g
)
＋
4H2O
(
l
)
ΔH
=
+
890
kJ/mol
B、CH4
＋
2O2
＝
CO2
＋
H2O
ΔH
=
–
890
kJ/mol
C、CH4
(
g
)
＋
2
O2
(
g
)
＝
CO2
(
g
)
＋
2
H2O
(
l
)
ΔH
=
–
890
kJ/mol
D、
1/2CH4
(
g
)
＋
O2
(
g
)
＝
1/2CO2
(
g
)
＋
H2O
(
l
)
ΔH
=
–
890
kJ/mol
C
状态
ΔH
=
–
445
kJ/mol
小结：化学方程式与热化学方程式的比较
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
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。
实验视频
温度
实验次数
起始温度t1/℃
终止温度
t2/℃
温度差
(t2-t1)/℃
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
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？
t1/℃
t2/℃
(t2-t1)/℃
2.计算反应热
50mL0.50
mol/L的盐酸的质量m1=50g
50mL0.55
mol/L的氢氧化钠溶液的质量m2=50g
中和后生成的溶液的比热容c＝4.18J/(g·℃)
Q＝（m1＋
m2
）c
(t2－t1)
=0.418（t2－t1）kJ
反应放出的热量为：
生成1molH2O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1molH2O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。
作业：
课本P6
T3
［课外作业］
1、预习课本下一小节的内容。
2、课外查阅我国能源结构和状况。