全部化学反应的热效应.ppt

第一单元化学反应中的热效应 化学反应的焓变 一 化学反应的焓变1 反应热在化学反应过程中 当反应物和生成物具有相同时 所或的热量 2 焓变在的条件下 化学反应过程中或的热量 符号 常用单位 温度 吸收 放出 恒温 恒压 吸收 释放 kJ mol 1 H 3 H与吸热反应 放热反应的关系 1 H0时 反应物的总能量生成物的总能量 反应过程热量 为吸热反应 2 H0时 反应物的总能量生成物的总能量 反应过程热量 为放热反应 4 化学键与化学反应中能量变化的关系发生化学反应时 断开反应物中的化学键要能量 形成生成物中的化学键要能量 小于 吸收 大于 放出 吸收 放出 1 影响焓变的因素有哪些 提示 温度 压强 物质的聚集状态和参加反应物质的物质的量 问1 在我们以前所学的化学反应中有哪些是吸热反应 有哪些是放热反应 常见的吸热反应 所有的电离过程所有的水解反应水煤气的生成反应 炭与二氧化碳生成一氧化碳氯化铵与氢氧化钡的反应多数的分解反应 常见的放热反应 所有的燃烧反应所有的中和反应活泼金属与水 酸的反应多数的化合反应 以下特殊的化合反应是吸热反应 二 热化学方程式1 定义能够表示的化学方程式 2 注意点 1 指明反应时的和 若在25 101kPa时进行的反应 可不注明 2 在化学方程式右边注明 H的 和 3 所有反应物和生成物都用括号注明了它们在反应时的 常用s l g分别表示固体 液体和气体 aq表示溶液 反应热 温度 压强 单位 状态 kJ mol或kJ mol 1 4 化学计量数只表示 因此可以为 5 化学计量数和反应热数值可以同时增大或减小倍数 由于 H与反应完成物质的量有关 所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与 H相对应 如果化学计量数加倍 则 H也要加倍 当反应逆向进行时 其反应热与正反应的反应热数值相等 符号相反 3 意义不仅表示化学反应中的变化 而且表示化学反应中的变化 物质的量 分数 相同 物质 能量 2 同一个化学反应 是否只有一种形式的热化学方程式 提示 热化学方程式表示参加反应物质的量和反应热的关系 而 H的值与参加反应的物质的物质的量有关 故热化学方程式中化学计量数不同时 H亦不同 一个化学反应 可有多种形式的热化学方程式 H2 g Cl2 g 2HCl g H 184 6KJ mol H2 g Cl2 g HCl g H 92 3KJ mol 2 计算反应热的公式 H E 生成物 E 反应物 宏观 E 反应物 E 生成物 反应放热 H0 四 焓变与物质能量及键能的关系焓变与反应物和生成物的能量有何关系 一个化学反应是放热还是吸热的本质原因 所有断键吸收的总能量与所有形成新键放出的总能量的相对大小 观察下列示意图 1 从该图你获得什么信息 2 你能计算出该反应过程中能量的变化为多少吗 H 436kJ mol 243kJ mol 431kJ mol 2 183kJ mol 2 由键能求焓变的公式 H 反应物的键能总和 生成物的键能总和反应物的键能总和 生成物的键能总和 反应吸热 H 0 反应物的键能总和 生成物的键能总和 反应放热 H 0 已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121kJ 且氧气中1molO O键完全断裂时吸收热量496kJ 水蒸气中1molH O键形成时放出热量463kJ 则氢气中1molH H键断裂时吸收热量为 A 920kJB 557kJC 436kJD 188kJ 例 答案 C 规律方法 任何一个化学反应在发生物质变化的同时必然存在能量的变化 化学反应中化学键的断裂和形成是反应过程中有能量变化的本质原因 注意 每个H2O分子中存在2个O H键 反应热 H 反应物的键能总和 生成物的键能总和 小结 H 生成物总能量 反应物总能量 H 反应物总键能 生成物总键能 宏观 微观 反应热的测量与计算 在稀溶液中 强酸跟强碱发生中和反应生成1mol水时的反应热叫做中和热 HCl aq NaOH aq NaCl aq H2O l H kJ mol 一 中和热 思考 观察量热计的构造 1 量热计直接测得的数据是什么 是焓变的数值吗 是体系温度的变化 1 用一个量筒量取50mL0 50mol L盐酸 倒入j简易量热计中 测量盐酸的温度 t1 注意要把温度计上的酸用水冲洗干净 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 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 会使总溶液的质量增加 而导致实验结果误差 1 实验步骤 二 反应热的测量 2 用另一个量筒量取50mL0 50mol LNaOH溶液 并测量NaOH溶液的温度 t2 3 将量筒中的NaOH溶液迅速倒入盛有盐酸的简易量热计中 立即盖上盖板 用环形玻璃搅拌棒不断搅拌 观察温度计的温度变化 准确读取并记录反应体系的最高温度 t3 酸 碱混合时 为何要把量筒中的NaOH溶液迅速入小烧杯而不能缓缓倒入 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 实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒 为什么 不能 因为铜丝易导热 使热量损失较大 4 假设溶液的比热容与水的比热容相等 溶液的密度与水的密度相等 忽略量热计的比热 根据溶液温度升高的数值 计算该反应的反应热并写出热化学方程式 可重复实验三次 取测量所得数据的平均值作为计算依据 盐酸温度 t1 氢氧化钠溶液温度 t2 反应体系最高温度 t3 5 如果用同样的方法测定氢氧化钾与盐酸反应 氢氧化钠与硝酸反应的反应热 请预测其反应热是否相同 并设计实验方案加以验证 实验的结果相同 因为三个反应的本质一样 都是H OH H2O 通过实验测得的数据普遍低于标准值 请分析原因 并提出减少实验误差的方案 如充分反应 减少热交换等 可能的原因有 误差分析 1 量取溶液的体积有误差 测量结果是按50mL的酸 碱进行计算 若实际量取时 多于50mL或小于50mL都会造成误差 2 温度计的读数有误 4 实验过程中有液体洒在外面 5 混合酸 碱溶液时 动作缓慢 导致实验误差 6 隔热操作不到位 致使实验过程中热量损失而导致误差 3 测了酸后的温度计未用水清洗而立即去测碱的温度 讨论下列问题 1 若改用100mL0 50mol L的盐酸和100mL0 50mol L的NaOH溶液 所测中和热的数值是否约为本实验结果的二倍 假定各步操作没有失误 答案 否 因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的多少无关 故所测结果应基本和本次实验结果相同 若所有操作都准确无误 且无热量损失 则二者结果相同 与上述实验相比 所放出的热量 填 相等 不相等 所求中和热 填 相等 不相等 不相等 相等 有人建议用50mL0 55mol LNaOH进行上述实验 测得的中和热数值会更加准确 为什么 可以保证盐酸完全反应 使测得的热量更加准确 强酸与弱碱 强碱与弱酸 弱酸与弱碱反应生成1mol水时所放出的热量都小于57 3kJ 由于电离过程是吸热的 而弱酸 弱碱都较难电离 2 本实验中若把50mL0 50mol L的盐酸改为50mL0 50mol L醋酸 所测结果是否会有所变化 为什么 答案 会有所变化 因为醋酸为弱电解质 其电离时要吸热 故将使测得结果偏小 概念辨析 若将1L1mol LNaOH溶液中加入稀醋酸 稀硫酸 稀硝酸 恰好完全反应时的热效应分别为 H1 H2 H3 则三者的大小关系为 H1 H3 H2 过渡 通过实验测定化学反应的反应热是最直接的方法 但是 并不是所有反应的反应热都能通过实验测定 如C s 1 2O2 g CO g 的反应热不能由实验测得 因为在反应中总会有CO2生成 H H1 H2 393 5kJ mol 283 0 kJ mol 110 5kJ mol 已知 C s O2 g CO2 g H1 393 5kJ mol CO g 1 2O2 g CO2 g H2 283 0kJ mol 求 C s 1 2O2 g CO g 的反应热 二 盖斯定律 盖斯定律表明 一个化学反应的焓变仅与反应的起始状态和反应的最终状态有关 而与反应的途径无关 1 概念 一个化学反应 不论是一步完成 还是分几步完成 其总的热效应是完全相同的 如何理解盖斯定律 H H1 H2之间有何关系 H H1 H2 B H 已知下列两个热化学方程式 1 P4 s 白磷 5O2 g P4O10 s H1 2983 2kJ mol 应用盖斯定律计算反应热时应注意哪些事项 提示 1 热化学方程式同乘以某一个数时 反应热数值也必须乘上该数 2 热化学方程式相加减时 同种物质之间可相加减 反应热也随之相加减 3 将一个热化学方程式颠倒时 H的 号必须随之改变 已知下列热化学方程式 Fe2O3 s 3CO g 2Fe s 3CO2 g H 25kJ mol 1 3Fe2O3 s CO g 2Fe3O4 s CO2 g H 47kJ mol 1 则Fe3O4 s 被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式为 A Fe3O4 4CO 3Fe 4CO2 H 14kJ mol 1B Fe3O4 s 4CO g 3Fe s 4CO2 g H 22kJ mol 1C Fe3O4 s 4CO g 3Fe s 4CO2 g H 14kJ mol 1D Fe3O4 s 4CO g 3Fe s 4CO2 g H 14kJ mol 1 某次发射火箭 用N2H4 肼 在NO2中燃烧 生成N2 液态H2O 已知 N2 g 2O2 g 2NO2 g H1 67 2kJ molN2H4 g O2 g N2 g 2H2O l H2 534kJ mol假如都在相同状态下 请写出发射火箭反应的热化学方程式 2N2H4 g 2NO2 g 3N2 g 4H2O l H 1135 2kJ mol 例题 能源的充分利用 标准燃烧热 定义 在101kPa时 lmol物质完全燃烧的反应热 衡量燃料燃烧放出热量大小的物理量 热值 定义 在101kPa时 lg物质完全燃烧的反应热 一 标准燃烧热 1 标准燃烧热与热值的定义 关于燃烧热的理解 研究条件 25 101kPa 反应程度 完全燃烧 燃烧物的物质的量 1mol 研究内容 放出的热量 H 0 单位kJ mol 在未有特别说明的情况下 外界压强一般指25 101kPa 所谓完全燃烧也是完全氧化 它是指物质中的下列元素完全转变成对应的稳定物如 C CO2 g H H2O l S SO2 g Cl HCl g N N2 g 思考 燃烧放出的热量与标准燃烧热有什么不同 答 燃烧放出的热量与物质的多少有关 燃烧的物质越多 放出的热量就越多 而标准燃烧热规定是1mol的可燃物 研究燃烧放出的热量并未限定燃烧产物的形态 而研究标准燃烧热必须是生成稳定的氧化物 所以 不同量的同一物质完全燃烧 放出的热量可能不同 但标准燃烧热是一定的 H2 g O2 g H2O l H 285 8kJ mol 由于计算标准燃烧热时 可燃物是以1mol作为标准来计算的 所以热化学方程式的化学计量系数常出现分数 2 研究物质标准燃烧热的意义了解化学反应完成时产生热量的多少 以便更好地控制反应条件 充分利用能源 概念辨析 1 下列各组物质的标准燃烧热相等的是 A 碳和一氧化碳B 1mol碳和2mol碳C 1mol乙炔和2mol碳D 淀粉和纤维素 B 285 8kJ mol 3 燃烧热的计算及应用 297kJ mol 1 S s O2 g SO2 g H 297kJ mol 1 3 10g硫磺在氧气中完全燃烧生成气态SO2 放出的热量能使500gH2O温度由18 升至62 4 则硫磺的标准燃烧热为 热化学方程式为 已知每克水温度每升高1 所需热量为4 18J 小结 标准燃烧热和中和热的区别与联系 1mol反应物完全燃烧时放出的热量 不同反应物 标准燃烧热不同 生成1mol水时放出的热量 强酸与强碱的中和热都约为57 3kJ mol 放热反应 H 0 单位 kJ mol 1mol可燃物 生成1mol水 将煤转化为水煤气是通过化学方法将煤转化为洁净燃料的方法之一 C H2O CO H2已知 C s O2 g CO2 g H1 393 5KJ molH2 g 1 2O2 g H2O g H2 241 8KJ molCO g 1 2O2 g CO2 g H3 283 0KJ mol甲同学认为 煤燃烧时加少量的水 可以使煤炭燃烧放出更多的热量 乙同学认为 将煤转化为水煤气再燃烧放出的热量与直接燃烧煤放出的热量一样 而将煤转化为水煤气会增加消耗 因此 将煤转化为水煤气得不偿失 你认为他们说得有道理吗 交流与讨论 二 能源利用与节能措施 能源就是能提供能量的自然资源 包括化石燃料 煤 石油 天然气 阳光 风力 流水 潮汐以及柴草等 能源的开发和利用可以用来衡量一个国家或地区的经济发展和科学技术水平 煤 石油 天然气是当今世界上重要的化石燃料 但它们的蕴藏有限 且不可再生 解决的办法 开源节流 即开发新能源 节约现有能源 提高能源的利用率 节约能源的重要措施 科学地控制燃烧反应 使燃料充分燃烧 提高能源的利用率 资料卡 通过降低反应温度的节能措施 P10阅读材料 使燃料充分燃烧的措施 1 通入充足且适量的空气 2 固体燃料粉碎 液体燃料喷雾以增大燃料与空气的接触面 再见 按转换状况分类 一次能源 二次能源 水能 生物能 石油 太阳能 风能 地热能 海洋能 核能 电力 焦碳 煤气 蒸汽 热水 汽油 煤油 沼气 思考下列问题 1 世界上最重要的化石燃料有哪些 有何优点 2 广义讲 哪些物质可称为燃料 3 从资源蕴藏 开采 运输 资源综合利用以及环境保护等方面探讨煤作燃料的利弊 4 我国能源利用现状 如何调整和优化能源结构的方向 5 新能源的特点 哪些是认为最有希望的新能源 1 世界上最重要的化石燃料 煤 主要成分C 石油 主要为烃的混合物 其中重要产物汽油的主要成分为辛烷C8H18 天然气 主要成分甲烷 优点 燃烧热都很高 2 广义讲 能够发生燃烧 反应放出热量的物质都可称为燃料 3 煤作燃料的利弊从化学的角度 煤的燃烧热虽高 但燃烧反应速率慢 热量利用率低 且煤是重要的化工原料 把煤作燃料烧掉不仅会产生SO2等有害气体和烟尘 而且浪费资源 从资源 环境的角度 煤是我国储量最多的能源资源 应充分利用 但煤的形成需经数亿年的时间 属于不可再生能源 且大量开采虽成本较低 但存在造成地面塌陷及瓦斯爆炸等隐患 煤的直接燃烧是一种低效的利用 且对环境会造成污染 从综合经济效益角度 通过清洁煤技术 如煤的液化和气化 及实行烟气净化脱硫等 减少燃烧煤的对环境的污染 提高煤燃烧的热利用率 4 我国是少数以煤为主要能源的国家 且煤燃烧的热利用率较低 我国调整和优化能源结构的方向 一方面 要提高煤燃烧的热利用率 另一方面 降低煤在能源结构中的比率 节约油气资源 加快开发水电 核电和新能源 实现可持续发展 5 新能源的特点 资源丰富 可再生 对环境无污染或很少污染 最有希望的新能源 太阳能 燃料电池 风能和氢能等 H2 g 2H g H Q11 2O2 g O g H Q22H g O g H2O g H Q3H2O g H2O l H Q4H2 g 1 2O2 g H2O l H Q5试指出Q5与Q1 Q2 Q3 Q4的关系 1 已知下列反应 2 若在标准状况下 将H2和O2组成的混合气体点燃爆炸后再恢复到标况 气体体积减少了33 6L 则反应放出的热量是 kJ 286 H 484kJ mol H 572kJ mol 2H2 g O2 g 2H2O l 2H2 g O2 g 2H2O g 3 已知热化学方程式现有 克纯炭不完全燃烧 所得气体中CO占3 4体积 与 克纯炭完全燃烧相比较 此反应损失了多少热量 1 你所了解的传统能源有哪些 新能源又有哪些 2 能源又可以分为一级能源和二级能源 一级能源是指直接取自自然界 没有加工转换的各种能量和资源 二级能源是指由一级能源经过加工转换后得到的能源 根据这种分类法 请将上面提到的能源重新分类 思考 在许多场合将煤块直接燃烧 这种燃烧方式存在什么缺陷 采用这种方式燃烧煤 煤与空气的接触面积不够 内部煤的燃烧效率偏低 浪费了能源 另外 直接燃烧煤会使其中的硫转化为二氧化硫 引起大气的污染 有哪些可以提高煤的燃烧效率的方法吗 目前常用的方法主要有三种 1 将煤制成蜂窝状 以增加与空气的接触面积 2 通过一定的方法将煤转化为液体燃料 如甲醇 3 通过一定的方法将煤转化为气体燃料 如煤气 完成第9页的 交流与讨论 提出你的观点 70 2 标准燃烧热 在101KPa时 1mol物质完全燃烧的反应热 3 1g物质完全燃烧的反应热叫做该物质的热值 4 物质完全燃烧是指物质中含有的氮元素转化为N2 g 氢元素转化为H2O l 碳元素转化CO2 g 硫元素转化SO2 g 练习 AC 2 已知下列热化学方程式 2H2 g O2 g 2H2O g H 483 6kJ molH2O l H2O g H 44kJ mol则氢气的标准燃烧热氢气热值 285 8kJ mol H 285 8kJ mol 142 9kJ g 2008年高考海南卷 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根据如图所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 1B 4c 12b 6a 5d kJ mol 1C 4c 12b 4a 5d kJ mol 1D 4a 5d 4c 12b kJ mol 1 解析 选A 化学键断裂吸收的能量为 6a 5d kJ 化学键生成放出的能量为 12b 4c kJ 1 小结 2 点拨 任何一个化学反应不仅存在物质的变化 同时也伴随着能量的变化 热化学方程式要注意以下三要素 1 把握一个定义表示反应所放出或吸收的热量的化学方程式叫做热化学方程式 它是反映了参加反应的物质的物质的量和反应热关系的化学方程式 能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的 二者密不可分 但以物质为主 能量的多少则以反应物和生成物的量及状态为基础 2 明确几个问题 H是焓变 它表示反应物与生成物能量的变化 若反应物的能量大于生成物的能量 那么 H0 根据能量守恒原理 反应吸热 则 H 0 表示该反应为吸热反应 反应热 H与测定条件 温度 压强等 有关 因此书写热化学反应式时应注明 H的测定条件 绝大多数 H是在25 101kPa下测定的 可不注明温度和压强 反应物 生成物的聚集状态不同 其具有的能量就不同 因此反应热数值以及符号都可能不同 所以在书写热化学方程式时 一定要注明物质的聚集状态 s l g 溶液用 aq 不需要注明气体或沉淀符号 热化学方程式是表示反应已完成的热效应 H应该与方程式中化学式前的化学计量数相对应 如果化学计量数加倍 则 H也加倍 3 弄清热化学方程式的意义 既表示化学方程式中的物质变化 也表示化学反应中的能量变化 放热的化学反应的发生 表明物质由高能态走向低能态 而吸热的化学反应的发生 则表明物质由低能态走向高能态 在化学反应中 由于有化学键的断裂和形成 所以化学反应的热效应来源于反应过程中断裂旧化学键并形成新化学键时的能量变化 我们可以通过化学键键能的大小粗略计算化学反应的热效应 即化学反应的热效应 H 反应物的键能总和 生成物的键能总和 1 下列说法正确的是 A 焓变是指1mol物质参加反应时的能量变化B 当反应放热时 H 0 反应吸热时 H 0C 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 当反应物总能量大于生成物总能量时 反应放热 H 0 解析 焓变是指恒温 恒压条件下 反应过程中吸收或放出的热量 A不正确 在加热条件下发生的反应不一定是吸热反应 C不正确 在反应中物质所具有的总能量减少 反应就放热 反之就吸热 因此D正确 H 0时 物质总能量增加 反应吸热 H 0时 物质总能量减少 反应放热 B错误 答案 D 2 下列反应中 反应产物的总焓大于反应物总焓的是 A 氢气在氧气中燃烧B 铁丝在氧气中燃烧C 硫在氧气中燃烧D 焦炭在高温下与水蒸气反应 解析 A B C均为放热反应 说明它们的反应物的总焓大于反应产物的总焓 多余的能量以热量的形式放出 而D为吸热反应正好相反 故D正确 答案 D 3 下列图象分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系 据此判断下列说法中正确的是 A 石墨转变为金刚石是吸热反应B 白磷比红磷稳定C S g O2 g SO2 g H1 S s O2 g SO2 g H2 则 H1 H2D CO g H2O g CO2 g H2 g H 0 解析 A项 石墨的能量比金刚石的能量低 故石墨转化为金刚石是吸热反应 正确 B项 白磷比红磷的能量高 故白磷比红磷活泼 不稳定 C项 S g 的能量高于S s 的能量 而且燃烧放热 S g 比S s 放出的热量多 故 H1 H2 D项 CO g H2O g 的能量高于CO2 g H2 g 的能量 故反应CO g H2O g CO2 g H2 g H 0 B C D项均不正确 答案 A 4 化学反应N2 3H2 2NH3的能量变化如下图所示 该反应的热化学方程式是 解析 本题考查了热化学方程式及对图象的观察和分析能力 从图象可分析出N2与H2转变为N H时会吸收能量 N H结合成NH3时会放出能量 合成氨为放热反应 每生成1molNH3 l 放出热量 b c a kJ 则生成2molNH3 l 放出热量2 b c a kJ 放热反应 H取负值 故A项正确 答案 A 2 18g水蒸气变成18g液态水时放热为2 494kJ 18 45kJ 所以1molH2燃烧生成1molH2O l 时 H 241 8kJ mol 1 45kJ mol 1 286 8kJ mol 1 6 下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量 kJ 根据上述数据回答 1 6 题 1 下列物质本身具有的能量最低的是 A H2B Cl2C Br2D I2 2 下列氢化物中 最稳定的是 A HClB HBrC HI 3 X2 H2 2HX X代表Cl Br I 的反应是 反应 填 吸热 或 放热 4 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 5 若无上表中的数据 你能正确回答出问题 4 吗 你的根据是 6 写出H2和Cl2反应的热化学方程式 解析 破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量与相同条件下由形成该物质的两原子形成1mol该物质放出的能量相等 放出的能量越多 物质本身具有的能量越低 分子越稳定 1 生成1molH2时放出的能量最多 为436kJ 2 生成1molHCl时放出的能量最多 为432kJ 3 分别计算出三个反应放出的热量依次为 185kJ 103kJ和9kJ 答案 1 A 2 A 3 放热 4 Cl2 5 能生成物稳定 放出的热量越多 在HX中 HCl最稳定 6 H2 g Cl2 g 2HCl g H 185kJ mol 1 某次发射火箭 用N2H4 肼 在NO2中燃烧 生成N2 液态H2O 已知 N2 g 2O2 g 2NO2 g H1 67 2kJ molN2H4 g O2 g N2 g 2H2O l H2 534kJ mol假如都在相同状态下 请写出发射火箭反应的热化学方程式 2N2H4 g 2NO2 g 3N2 g 4H2O l H 1135 2kJ mol 例题