人教版高中化学选修四1-1《化学反应与能量的变化》(57张PPT)

(共57张PPT)
第一节
化学反应与能量的变化
第一章
化学反应与能量
2
化学反应中的能量变化——反应热
微观解释
符号表达
宏观解释
实验测定
键能
焓变
中和热
热化学方程式
定量计算
盖斯定律
实际应用
燃烧热
第一章知识体系
1.
你所知道的化学反应中有哪些是放热反应？
活泼金属与水或酸的反应、酸碱中和反应、燃烧反应、多数化合反应
2.
你所知道的化学反应中有哪些是吸热反应？
多数的分解反应、氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应、以C、H2、
CO为还原剂的氧化还原反应、炭与二氧化碳生成一氧化碳
思考与交流
［特别提醒］
　　①化学反应总体遵循“分吸合放”规律，即大多数分解反应吸热，大多数化合反应放热，且化学反应中吸热反应占少数，所以务必记住常见的吸热反应。
　　②放热反应或吸热反应必须属于化学变化。如醋酸的电离虽然要吸热，但不能称为吸热反应，只能称为吸热过程；同样，水蒸气转变成液态水，也不能称为放热反应。
化学反应中存在能量变化的主要原因是：
1.从化学键的角度加以分析
2.从能量守恒的角度加以分析
从化学键角度（微观）：
Q1>Q2,
Q1反应吸热
反应放热
1.从化学键的角度加以分析
能量
能量
反应物
反应物
生成物
生成物
反应过程（I）
反应过程（II）
E1
E2
E1
E2
2.从能量守恒的角度加以分析
从物质总能量守恒角度（宏观）：
E1>E2
E1反应放热
反应吸热
一、焓变
反应热
1、反应热
恒(等)压过程：反应前后压强不变，体积改变
敞口、针筒、活塞
在化学反应过程中放出或吸收的热量
恒(等)容过程：反应前后体积不变，压强改变
密闭容器、体积不变容器
2、焓变
焓(H)：热力学状态函数，与内能有关的物理量。
焓变：在一定条件下（恒压）的反应热
生成物与反应物的焓值差
①符号：△H
②单位：kJ/mol
③测量条件：恒压下，一般为敞口容器中
④意义：
“+”：吸热，环境对体系做功，体系能量增加
“-”：放热，体系对环境做功，体系能量减少
⑤影响焓变的因素
a.
反应物的用量
b.
反应的条件（温度、压强）
c.
反应体系中物质的聚集状态
⑥焓变的计算
ΔH＝生成物能量－反应物能量（宏观）
ΔH＝反应物总键能－生成物总键能（微观）
放热
反应物
生成物
能量
反应过程Ⅰ
△H＜0
ΔH＝生成物能量－反应物能量（宏观）
吸热
反应物
生成物
能量
反应过程
Ⅱ
△H＞0
反应体系的能量降低
ΔH
<0
反应体系的能量升高
ΔH
>0
H2+Cl2=2HCl
ΔH＝反应物总键能－生成物总键能（微观）
ΔH＝[436
kJ/mol＋243
kJ/mol]－
431
kJ/mol×2
＝－183kJ/mol
小结
?H＝
E（生成物）－
E（反应物）
从能量的角度：
从键能的角度：
＝
H（生成物）－
H（反应物）
焓变：恒压条件下反应过程中所释放或吸收的能量。
?H＝
E（反应物化学键断裂时所吸收的总能量）-
E
（生成物化学键形成时所释放的总能量）
放热反应：△H为“-”或△H＜0
吸热反应：△H为“+”
或△H＞0
1.
下列说法中不正确的是(　　)
A．化学变化过程是原子的重新组合过程
B．化学反应可分为吸热反应和放热反应
C．化学反应中能量变化的多少与其反应物的质量有关
D．化学变化中的能量变化都是以热能形式表现出来的
　　
答案　D
思考题
2.
下列说法中正确的是(　　)
A．焓变是指1
mol物质参加反应时的能量变化
B．当反应放热时ΔH＞0，当反应吸热时ΔH＜0
C．在加热条件下发生的反应均为吸热反应
D．一个化学反应中，当反应物能量大于生成物能量时，反应放热，ΔH为“－”
答案　D
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
△H
=
kJ/mol。
2.
已知键能
H－H、
N－H、
N≡N分别是436kJ/mol、
391kJ/mol、946kJ/mol，
则恒压下1mol
N2生成NH3的反应热
，
则恒压下1mol
H2生成NH3的反应热为
。
＋131.5
－92.0
kJ/mol
－30.67
kJ/mol
练习
3.下表中的数据是破坏1
mol化学键所消耗的能量（kJ）：
根据上述数据回答下列问题：
(1)下列物质本身具有的能量最低的是（　　）
A.
H2
B.
Cl2
C.
Br2
D.
I2
(2)下列氢化物中，最稳定的是（　　）
A.
HCl
B.
HBr
C.
HI
(3)
相同条件下，X2
（X代表Cl,
Br
,I）分别与氢气反应，若消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收热量最多的是?焓变最大的是?
物质
Cl2
Br2
I2
HCl
HBr
HI
H2
能量（
kJ）
243
193
151
432
366
298
436
A
A
Cl2
I2
［特别提醒］
　比较ΔH的大小时，要连同“＋”、“－”包含在内，类似于数学上的正负数比较。如果只比较反应放出热量的多少，则只须比较数值大小，与“＋”、“－”无关。
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？
H2
+
I2
=
2HI
只表示物质变化
思考
二、热化学方程式：
能表示参加反应物质的量和反应热关系的化学方程式。
定义：
200℃
101kPa
热化学方程式包含物质变化和能量变化两个部分，二者缺一不可。
物质变化
能量变化
H2(g)+I2(g)
2HI(g)
△H=
-14.9kJ/mol
（热化学方程式的意义）
表示:
200℃
,
101kPa下,
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。
H2(g)+I2(g)
2HI(g)
△H=
-14.9kJ/mol
200℃
101kPa
2、书写热化学方程式的注意事项
(2)
热化学方程式需注明反应时的温度和压强。对于
25℃
101kPa时进行的反应可不注明。
(1)化学方程式的右边必须写上△H，并
用“空格”隔开，
△H：吸热用“+”，放热用：“-”，
单位是kJ/mol
200℃
101kPa
H2(g)+
O2(g)
=
H2O(l)
△H=
-285.8kJ/mol
1
2
H2(g)+I2(g)
2HI(g)
△H=
-14.9kJ/mol
(3)反应物和产物的聚集状态不同，反应热数值不同，因此热化学方程式需注明各物质的聚集状态。
（s、l、g、aq）
H2(g)
+
O2(g)
=
H2O(g)
△H=
-241.8kJ/mol
1
2
物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系：
H2(g)
+
O2(g)
=
H2O(l)
△H=
-285.8kJ/mol
1
2
(4)
若热化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则△H的数值也加倍；
若反应逆向进行，则△H改变符号，但数值不变
H2(g)
+
Cl2(g)
=
2HCl(g)
△H=
-183kJ/mol
H2(g)
+
Cl2(g)
=
HCl(g)
△H=
-91.5kJ/mol
1
2
1
2
2HCl(g)
=
H2(g)
+
Cl2(g)
△H=
+183kJ/mol
(5)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。
H2(g)
+
Cl2(g)
=
2HCl(g)
△H=
-183kJ/mol
H2(g)
+
Cl2(g)
=
HCl(g)
△H=
-91.5kJ/mol
1
2
1
2
(6)
热化学方程式还可以表示理论可进行实际难
进行的化学反应，一般不写反应条件
也不用标“
”和
“
”
(7)
若是可逆反应，则△H是完全反应测得的
2SO2(g)
＋O2(g)
2SO3(g)
△H=
-197kJ/mol
2SO3(g)
2SO2(g)
＋O2(g)
△H=
+197kJ/mol
①其反应热是指反应物完全转变成生成物放出或吸收的热量。
②当反应逆向进行时，其反应热与正反应的数值相等，符号相反。
(8)
△H的单位是
kJ/mol，指的是每mol反应的焓变（热效应）
即每mol特定组合完全反应的热效应
H2(g)
+
Cl2(g)
=
2HCl(g)
△H=
-183kJ/mol
H2(g)
+
Cl2(g)
=
HCl(g)
△H=
-91.5kJ/mol
1
2
1
2
【例】
25℃
101kPa下，
1g
辛烷燃烧生成CO2和H2O时,
放出48.4kJ的热量，请写出其热化学方程式。
3.
应用
(1)书写热化学方程式
步骤：
①
写出反应物、生成物及其聚集状态
②找ΔH
2C8H18(l)+25O2(g)=16
CO2(g)
+
18H2O
(l)
△H=
-11036kJ/mol
C8H18(l)+25/2
O2(g)=8CO2(g)
+
9H2O
(l)
△H=
-5518kJ/mol
1.
写出下列反应的热化学方程式
（1）1molC(固态)与适量H2O(气态)
反应,生成CO(气态)和H2(气态),吸收131.3kJ的热量
（2）0.5molCu(固态)
与适量O2(气态)
反应,
生成CuO(固态),
放出78.5
kJ的热量
C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)
△H=
+131.3kJ/mol
2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s)
△H=
-314kJ/mol
练一练
（3）50ml
1mol/L的NaOH和
50ml
0.5mol/L的H2SO4完全反应，放出热量2.865kJ，请写出热化学方程式
2
NaOH(aq)+
H2SO4(aq)
=
Na2SO4(aq)+2
H2O(l)
△H=-114.6kJ/mol
NaOH(aq)+1/2
H2SO4(aq)
=
1/2Na2SO4(aq)+
H2O(l)
△H=-57.3kJ/mol
2.
已知：
H2(g)
+
Cl2(g)
=
2HCl(g)
△H=
–184.6kJ/mol
则反应
HCl(g)
=
1/2
H2(g)
+
1/2
Cl2(g)
的△H为（
）
D
A.
+184.6
kJ/mol
B.
-92.3
kJ/mol
C.
-369.2
kJ/mol
D.
+92.3
kJ/mol
【例】判断下列热化学方程式是否正确，并说明原因。
1.
C
+
H2O
=
CO
+
H2
ΔH=+131.3kJ/mol
2.
3.
4.
C(s)
+
O2
(g)
=
CO2(g)
ΔH
=
+
393.5kJ/mol
归纳：（四看）
①
物质聚集状态
②ΔH的正负号和单位
③
ΔH与化学计量数是否对应
④
化学方程式是否正确
(2)
热化学方程式的正误判断
H2(g)
+
O2(g)
=
H2O(l)
ΔH=
-285.8kJ/mol
2H2(g)
+
O2(g)
=
2H2O(l)
ΔH=
-571.6kJ
1.
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)
＋
2O2
(g)
＝
CO2(g)＋2H2O
(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
试一试
4、比较ΔH的大小
（1）方程式计量数相同，反应物或生成物的聚
集状态不同
物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系：
放热反应：
生成固体放出的热量___生成液体放出的热量____生成气体放出的热量
吸热反应：
生成固体吸收的热量___生成液体吸收的热量___生成气体吸收的热量
>
>
<
<
例:比较Q1
Q2的大小、ΔH1
ΔH2的大小
S(g)+O2(g)=SO2(g)
ΔH1=-
Q1
kJ/mol
S(s)+O2(g)=SO2(g)
ΔH2=-
Q2
kJ/mol
Q1>Q2
ΔH1
<ΔH2
比较ΔH的大小时，要连同“+”、“-”包含在内，类似于数学上的正负数比较。
如果只比较反应放出热量的多少，则只须比较数值大小，与“+”、“-”无关。
(2)反应物或生成物的状态相同，计量数不同
若一反应的化学计量数是另一反应化学计量数的n倍，则其反应热是另一反应的反应热的n倍。
(3)可逆反应中的ΔH是指完全反应时的反应热。因此要考虑反应进行的程度，当反应进行的程度越大，则反应放出或吸热的热量越多。
已知：
①H2
(g)
+
1/2
O2
(g)
=
H2O
(g)
ΔH1=a
kJ/mol
②
2H2
(g)
+
O2
(g)
=
2H2O
(g)
ΔH2=
b
kJ/mol
③
H2
(g)
+
1/2
O2
(g)
=
H2O
(l)
ΔH3=
c
kJ/mol
④
2H2
(g)
+
O2
(g)
=
2H2O
(l)
ΔH4=
d
kJ/mol
下列关系中正确的是（
）
A.a＜c＜0
B.b＞d＞0
C.2a=b＜0
D.
c=2d<0
C
试一试
小结
注意符号
物质聚集状态
化学计量数
反应物和生成物的情况
ΔH比较
Q比较：直接比数值
1.
在同温、同压下，比较下列反应ΔH1
、
ΔH2,
Q1
、Q2的大小
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)
Q2＞Q1
ΔH1
=
-Q1
kJ/mol
ΔH2=
-Q2
kJ/mol
ΔH2
ΔH1
＜
随堂练习
C(s)
+
1/2O2(g)
=
CO(g)
C(s)
+
O2(g)
=
CO2(g)
ΔH1
=
-Q1
kJ/mol
ΔH2
<
ΔH1
ΔH2=
-Q2
kJ/mol
Q2＞Q1
2.
在同温、同压下，比较下列反应ΔH1
、
ΔH2,
Q1
、Q2的大小
H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)
1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=
HCl(g)
ΔH2
>
ΔH1
ΔH1
=
-Q1
kJ/mol
ΔH2=
-Q2
kJ/mol
3.
在同温、同压下，比较下列反应ΔH1
、
ΔH2,
Q1
、Q2的大小
Q2化学方程式
热化学方程式
化学
计量数
是整数，既可表示粒子个数，又可表示该物质的物质的量
既可以是整数，也可以是分数，只表示该物质的物质的量
物质聚集状态
不要求注明
必须在化学式后注明
正负号
及单位
无
必须注明
意义
表明了化学反应中的物质变化
不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化
※※热化学方程式与普通化学方程式的区别※※
三、中和热
　(1)
反应条件：稀溶液
　
(3)
生成物必须为1mol
H2O
在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1mol
H2O，这时的反应热叫做中和热。
1、定义：
(2)反应物：中学阶段只研究强酸和强碱。
注意
(4)中和热不包括物质溶解、电离等热效应
下列四个方程式，反应热就是中和热的是哪个？
NaOH(aq)+
HCl(aq)
=
NaCl(aq)
+
H2O
(l)
ΔH=
-57.3
kJ/mol
2NaOH(aq)+
H2SO4
(aq)
=
Na2SO4(aq)+
2H2O
(l)
ΔH
=
-114.6
kJ/mol
NaOH(aq)+1/2
H2SO4
(aq)=1/2
Na2SO4(aq)+
H2O
(l)
ΔH
=
-57.3
kJ/mol
OH-(aq)+
H+(aq)=
H2O
(l)
ΔH
=
-57.3
kJ/mol
(1)原理：
Q=cm△t
2.中和热的测定
(2)实验用品
(3)实验步骤
2.利用已知酸碱的物质的量计算出生成水的量，然后写出放出的热量的表达式；
如：50mL盐酸，0.55mol/L；50mLNaOH溶液,0.5mol/L；那么生成水0.025mol.
若反应热为△H，则
Q放=-0.025△H
3.Q吸＝Q放，注意单位换算！！
实验用品：
仪器：大烧杯（500ml）、小烧杯（100ml）、
量筒、环形玻璃搅拌棒、温度计、碎泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板；
药品：盐酸（0.50mol/L）NaOH(aq)(0.55mol/L)
实验步骤
1.制作简易量热器
2.以量筒准确量取反应溶液，测定初始温度（精确到0.1oC）
3.混合溶液，记录最高温度。
4.重复步骤2、3三次。
5.计算。
1.
整个实验过程中应把好两关：
①隔热关:
如量热计保温层内隔热填充材料要填满；盖板上的两孔只需要正好使温度计和环形玻璃棒通过即可；倒入NaOH溶液要迅速，尽可能减少实验过程中的热量损失。
②准确关:
如配制溶液的浓度要准确；NaOH溶液要新制；量取溶液体积时读数要准确；对温度计的读数要读到最高点；不断搅动，使热量分散均匀。
实验的注意事项
2.
中和热的测量中碱稍过量的原因是保证酸能完全反应，计算时应以不足的酸作为计算标准。
3.
实验中使用的酸和碱不能是浓酸或浓碱，若用浓酸或浓碱，由于稀释过程中放出热量，会使测得的中和热数值偏高。也不能是弱酸或弱碱，由于电离过程吸收热量，会使测得的中和热数值偏低。
实验的注意事项
求算出的中和热是否接近57.3
kJ·mol－1，取决于溶液的浓度、溶液的体积及温度的变化。
引起中和热测定有较大误差的因素主要有：
①溶液浓度不准确；②溶液量取不准确；
③隔热较差；④室温太低；
⑤温度未读取到最高点等。
误差分析
1.
导致测定误差的因素
(1)未盖泡沫塑料板
热量损失
(2)盐酸溶液与氢氧化钠溶液等物质的量混合
反应不充分放热少
(3)用醋酸代替盐酸
醋酸电离吸热
(4)用浓硫酸代替盐酸
浓硫酸溶于水放热
2.
常见误差分析
偏低
偏低
偏低
偏高
50ml0.5mol/L的盐酸50ml0.55mol/LNaOH溶液在如右图的装置中进行反应，回答下列各题：
(1)a仪器的名称：
a
(2)烧杯间的塑料泡沫的作用：
(3)若改成50ml0.55mol/L的盐酸50ml0.55mol/LNaOH溶液进行反应，与上述实验相比放出的热量是否相等？中和热是否相等？
(4)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，则测出的中和热会如何？
环形玻璃搅拌棒
减少实验中的热量散失
放出的热量不相等，变大
中和热相等
变大
试一试
强酸和强碱的稀溶液发生中和反应的热效应：
H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)
△H
=
-57.3kJ/mol
向1L
0.5mol/L的NaOH溶液中分别加入稀醋酸、浓硫酸、稀硝酸，则都恰好完全反应时的热效应，
△H1
、△H2、
△H3
的关系
?
△H1
>
△H3
>
△H2