第一章-化学反应与能量变化分析课件.ppt

第一节 化学反应与能量变化,能源与人类,能源是人类赖以生存和发展的物质基础，我们每时每刻、分分秒秒都离不开它。,能源、材料，信息被称为现代社会发展的三大支柱,储存在物质中的能源总是通过一系列的物理变化、化学变化等，转化为我们需要的能源形式，比如：热能、电能、光能等。,一飞冲天：“神舟”五号发射实况回放,白磷的燃烧,氨的燃烧,物质发生化学反应时，除了有新物质生成外，同时还伴随着能量的变化,而这种能量变化又通常表现为热能变化。,有气泡放出，温度升高,反应放出热量,烧杯底部很冷，烧杯下面的玻璃片被冻在一起。,反应吸收热量。,思考与讨论,化学反应伴随着能量变化，有的反应放出热量，有的反应却需要不断的加热，吸收热量反应才能进行。,这是为什么呢？,这些能量又是如何变化的呢？能量从哪来又到哪里去了呢？,化学反应与能量的变化,有效碰撞模型,模型理论基本要点：,*反应物之间要发生反应首先分子间要发生碰撞，但发生碰撞的分子间不一定能发生反应。,*能发生反应的碰撞叫有效碰撞,*能够发生有效碰撞的分子叫活化分子,*活化分子高出反应物分子平均能量的部分能量 叫活化能,足够的能量,适当的取向,活化能,合理取向的碰撞,新物质,能量,一个反应要发生一般要经历哪些过程？,普通分子,活化分子,有效碰撞,化学反应体系中 反应物、产物的能量与活化能的关系,E1反应物的活化能,E2活化分子变成生成 物分子放出的能量,活化能的大小虽然意味着一般分子成为活化分子的难易，但是却对这个化学反应前后的能量变化并不产生任何影响。,(正反应活化能),(逆反应活化能),1、化学反应的本质是什么？,一、化学键与化学反应中能量变化的关系,一个化学反应的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。,第一部分 化学能与热能转化的原因,HH,Cl Cl,HCl,吸收能量,断开,断开,吸收能量,形成,放出能量,化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。,2、化学反应中能量变化的主要原因,旧键的断裂 吸收能量,新键的形成 放出能量,第一部分 化学能与热能转化的原因,【例】H-H 键能是436KJ/mol，Cl-Cl 键能是243KJ/mol，H-Cl 键能是431KJ/mol,键能断开或形成1 mol化学键所吸收或放出的能量。,化学反应吸收或放出热量的多少等于断开化学键吸收的能量与形成新化学键所释放出的能量之差。,第一部分 化学能与热能转化的原因,在25和101kPa的条件下，,放出能量：183KJ,第一部分 化学能与热能转化的原因,化学反应可视为旧健断裂和新键形成的过程，化学键的键能是形成（或拆开）1mol化学键时释放（或吸收）出的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如右图所示，现提供以下化学键的键能（kJmol1）PP：198 PO：360 O=O：498则反应 P4（白磷）+3O2P4O6的反应热H为（）A1638kJ/mol B+1638kJ/mol C126kJ/mol D+126kJ/mol,阅读P32(条件为25和101kPa),【思考】断开1molCH4所有的C-H需要吸收 kJ能量,1660,415,436,243,第一部分 化学能与热能转化的原因,【练习1】,化学反应的过程，可以看成是能量的“贮存”或“释放”的过程。,第一部分 化学能与热能转化的原因,二、物质能量与化学反应中能量变化的关系,物质所含能量越低，越稳定。,放出能量,吸收能量,能量,反应过程,反应过程,反应物总能量低,生成物总能量高,能量,E反应物 E生成物，反应放出能量。,反应物的总能量=生成物的总能量+放出的能量,化学反应中：能量守恒,E反应物 E生成物，反应吸收能量。,生成物的总能量=反应物的总能量+放出的能量,第一部分 化学能与热能转化的原因,反应过程中能量变化示意图,反应ABC(H0)，XC(H0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(),第一部分 化学能与热能转化的原因,第一部分 化学能与热能转化的原因,【练习2】判断下列反应是吸热反应还是放热反应,放热反应,放热反应,放热反应,吸热反应,【总结】反应过程中能量变化示意图：以氢气在氯气中燃烧为例,能量,反应过程,1molH2、1molCl2,放出能量,2molCl,2molH,2molHCl,反应物的总能量 生成物的总能量,成键放出的总能量 断键吸收的总能量,反应 能量,大于,大于,放出,第一部分 化学能与热能转化的原因,E1,E2,E,【补充】E1活化能,【练习】类比画出吸热反应的示意图,下列说法正确的是（）A.当Q1Q2，是放热反应。B.当Q1E2，是放热反应。D.当E1E2，是吸热反应。,第一部分 化学能与热能转化的原因,【练习3】,微观判断,宏观判断,Al、Mg与HCl的反应(即活泼金属与酸或水的置换反应)酸碱中和反应 所有燃烧或缓慢氧化 大部分化合反应,1、放热反应,Ba(OH)28H2O与NH4Cl晶体反应大部分分解反应以C、H2、CO为还原剂的热还原反应,2、吸热反应,第一部分 化学能与热能转化的原因,三、常见吸热反应和放热反应,电离过程吸热,4.下列物质加入水中显著放热的是：,A.生石灰 B.酒精,C.固体NaCl D.固体NaOH,5.下列反应中既属于氧化还原反应同时又是吸热反应的是：,A.Ba(OH)2 8H2O与NH4Cl反应,C.灼热的炭与CO2,D.甲烷与O2反应,【练习】,第一部分 化学能与热能转化的原因,B.镁与稀盐酸,6.下列反应属于放热反应的是:,A.NaOH与HCl反应 B.C和CO2共热,C.碳酸钙的分解 D.制备水煤气的反应,化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以用热量（或转换成相应的热量）来表述，叫做反应热，又称为“焓变”。,符号：H，单位：kJ/mol 或 kJmol-1,规定：,第二部分 反应热 焓变,计算：H=E生-E反,H=E2-E1,【例】,1、定义：表明反应放出或吸收的热量的化学方程式叫热化学方程式。2、意义：表示1mol H2(g)和1/2mol O2(g)完全反应生成1mol H2O(l)所放出的热量为285.8kJ 3、为何标状态？H2O(l)和H2O(g)4、H单位的含义kJ mol1，表示每摩尔“H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)”这个反应在298K时放出285.8kJ 的热量。,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)H=285.8kJ mol1,第三部分 热化学方程式,【书写注意事项】,1、状态：s、l、g、aq2、H单位：kJ mol13、H数值：与化学计量数成倍数4、H符号：+、-5、不用标气体、沉淀符合,第三部分 热化学方程式,下列热化学方程式书写正确的是,A2SO2+O2=2SO3 H=196.6 kJ/molBH2(g)+O2(g)=H2O(g)H=241.8 kJC2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H=571.6 kJ/molDC(s)+O2(g)=CO2(g)H=+393.5 kJ/mol,C,【练习7】,第三部分 热化学方程式,【练习8】已知每1 mol 碳完全燃烧生成二氧化碳时将放出393.6kJ热量，写出该反应的热化学方程式。,【练习9】已知每1 mol 辛烷（C8H18)完全燃烧生成二氧化碳和液态水时将放出5472kJ热量，写出该反应的热化学方程式。,【练习10】已知每2mol 甲烷完全燃烧生成二氧化碳和液态水时将放出1779.2kJ热量，写出该反应的热化学方程式。,【练习11】1克甲醇燃烧生成二氧化碳和水（液态）时放热22.68kJ，写出该反应的热化学方程式。,CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H=-889.6 kJ/mol,C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)H=-5472 kJ/mol,C(s)+O2(g)=CO2(g)H=-393.6 kJ/mol,CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）H=725.8kJ/mol,第三部分 热化学方程式,250C、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量，叫该物质的 燃烧热,利用热量进行生活、生产和科研。利用热能使很多化学反应得以发生。,如：,第四部分 化学能的应用,科学视野生物体中的能量转化,人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧本质相同，最终产物一样（都是二氧化碳和水），都是放热反应，所放出的能量也相等。只是二者反应条件不同。,【自主学习】,【启示】,生物化学过程在利用“能源”上更为合理、有效。,【科学视野】,人类利用能源的三个阶段,1、柴草时期：以树枝杂草为主要能源,2、化石能源时期：以煤、石油、天然气为主要能源,3、多能源结构时期：可再生能源、清洁能源,第四部分 化学能的应用,第二节 燃烧热 中和热,反应热的两个特例,1.含义：oC、101kPa时，mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。2.单位：kJ/mol,第一部分 燃烧热,【例】常温常压下，mol甲烷完全燃烧放出890.31KJ的热量，就是甲烷的燃烧热,CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H=890.31KJ/mol,【思考】,(1)H2(g)+O2(g)=H2O(g)H=-241.8kJ/mol(2)H2(g)+O2(g)=H2O(l)H=-285.8kJ/mol(3)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H=-571.6kJ/mol哪一个是H2的燃烧热？,【练习1】,书写乙炔燃烧热的化学方程式。C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)H=1299.6kJ/mol书写乙炔燃烧的热化学方程式。,C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l)H=1299.6kJ/mol2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l)H=2599.2kJ/mol,第一部分 燃烧热,恒压条件下的反应热。放热，H0。燃烧热为正值。在O2中燃烧，生成稳定氧化物。以1mol可燃物为标准配平，其余可用分数。,【燃烧热注意事项】,【说明】反应热：数值与化学计量数成正比 燃烧热：可燃物系数为1,2.1mol碳完全燃烧放出393.5KJ的热量；3.1克甲醇燃烧生成二氧化碳和水（液态）时放热22.68KJ；,C（s）+O2（g）=CO2（g）H=393.5KJ/mol,CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）H=725.8KJ/mol,【练习】写出下列表示燃烧热的方程式,第一部分 燃烧热,思考与交流,应根据什么标准来选择燃料?,物质的燃烧热,燃料的储量,燃料的开采、运输,燃料储存的条件、价格,燃料对生态环境的影响,【例】丙烷,燃烧热值高,石油储量丰富,开采容易,燃烧时污染小,储存、运输不方便,第一部分 燃烧热,1概念：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应而生成1mol H2O，这时的反应热叫做中和热。2单位：KJ/mol,第二部分 中和热,强酸、强碱。稀溶液。生成1molH2O。中和反应放热，H0。中和热为正值。,【中和热注意事项】,【判断】1molBa(OH)2 和1mol H2SO4反应放出的热量为Q，则Q为它们的中和热？,错！,其中和热为1/2 Q,1.00 L 1.00 mol/L H2SO4溶液与2.00 L 1.00 mol/L NaOH溶液完全反应，放出114.6 kJ 的热量，该反应的中和热为，表示其中和热的热化学方程式为。,【练习4】,57.3 kJ/mol H2SO4(aq)+NaOH(aq)=Na2SO4(aq)+H2O(l)H=-57.3 kJ/mol,第二部分 中和热,反应放出的热量1、Q=cmtQ：反应放出的热量，kJ或JC:溶液的比热容；cc水=4.18J/(g)m:溶液的质量；m酸+m碱2、50mL 0.5mol/L盐酸和50mL 0.55mol/L氢氧化钠溶液 Q=c（m酸+m碱）（t2-t1）=4.18J/(g)（50g+50g）（t2-t1）3、中和热=?,一、实验原理,第三部分 中和热的测定,二、实验步骤,组装绝热装置。在大烧杯底部垫上泡沫塑料(或纸条)，使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平；然后在大、小烧杯之间填满泡沫塑料(或纸条)；再在大烧杯上用泡沫塑料板或硬纸板作盖板(如右图所示)。,第三部分 中和热的测定,向小烧杯中加入50mL 0.50mol/L的盐酸，并用温度计测量盐酸的温度，然后把温度计上的酸用水冲洗干净。在另一小烧杯中加入50mL 0.55mol/L的NaOH溶液，并用温度计测量 NaOH溶液的温度。把温度计和环形玻璃搅拌棒放入盛有盐酸的小烧杯中，并把NaOH溶液一次倒入盛有盐酸的小烧杯中，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重复：重复实验两次(取测量所得数据的平均值作为计算依据)。,作为量热的仪器装置，要尽量减少热量散失；盐酸和NaOH溶液浓度的配制必须准确；盐酸和NaOH溶液的体积必须量取准确。1、小烧杯杯口与大烧杯杯口相平，为什么？2、测量盐酸的温度后，要将温度计上的酸冲洗干净后再测量NaOH溶液的温度。否则，结果？3、实验操作要快，若缓慢倒入？4、为何NaOH溶液过量？,三、注意事项,第三部分 中和热的测定,第三部分 中和热的测定,四、数据处理,第三部分 中和热的测定,四、数据处理,常温常压下：中和热H=-57.3kJ/mol,【思考】若把盐酸换成同体积、同浓度的醋酸溶液，反应放出的热量如何改变？所得中和热的值会如何改变？,若改为浓硫酸呢？,【练习5】实验室用50 mL 1.0 molL1盐酸跟50 mL 1.1 molL1氢氧化钠溶液在下图装置中进行中和反应，并通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和热。试回答下列问题：（1）大小烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是。（2）（填“能”或“不能”）将环形玻璃搅拌棒改为环形金属（如铜）棒。其原因是。（3）大烧杯上如不盖硬纸板，对求得中和热数值的影响是（填“偏高”或“偏低”或“无影响”）。（4）如果改用60 mL 1.0 molL1盐酸跟50 mL 1.1 molL1氢氧化钠溶液进行反应，则与上述实验相比，所放热量（“增加”、“减少”或“不变”），理由是；所求中和热数值（“增加”、“减少”或“不变”），理由是。,减少实验过程中的热量损失,不能,因金属易导热,偏低,增加,不变,中和热是酸跟碱发生中和反应而生成1mol H2O时的反应热,第三部分 中和热的测定,生成水的量增加,燃烧热、中和热、反应热三者之间的关系 弄清燃烧热的含义：在101 kPa时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫该物质的燃烧热，例如：C(s)+O2(g)CO2(g)H=-393.5 kJ/mol，碳的燃烧热是393.5 kJ/mol。有H时，液态水 弄清中和热的含义：中和热是在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成1 mol水时放出的热量，中和热为57.3 kJ/mol,反应热为H=-57.3 kJ/mol。反应热随反应物的物质的量的变化而变化，一个“可逆的”化学反应，它的正反应和逆反应的焓变大小相等、符号相反。三者既有联系又有区别，燃烧热和中和热都是正值，并且都是定值，反应热既有正值（正号不能省略）又有负值，符号不表示大小而表示吸热或放热，反应热随反应物的物质的量的变化而变化。,【对比归纳】,1.一定要标出聚集状态、H的数值以及符号。聚集状态（气g、液l、固s、稀溶液aq)。热化学方程式中不用“”和“”。2.燃烧热是1 mol物质完全燃烧；生成稳定化合物，如C(s)CO2（g）,H2(g)H2O(l),S(s)SO2(g)等。,【失分警示】,3.中和热是稀溶液中强酸与强碱生成1 mol H2O均放热57.3 kJ。弱酸或弱碱电离要吸收热量，故其中和热小于57.3 kJ/mol。4.比较H的大小要注意反应热的数值和符号。有“-”时，值越大，H越小；审题要特别注意，若题中说“放出”或“吸收”热量，则不用再写“+”、“-”号，热量多少只看数值。5.H的单位kJ/mol中的“/mol”是指该化学反应整个体系（即指“每摩化学反应”），如2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H=-571.6 kJ/mol。而不是指某种物质。6.不论化学反应是否可逆，热化学方程式中的反应热H 表示反应进行到底（完全转化）时的能量变化。但可逆反应按某量加入是不能完全反应的。,第三节 化学反应热的计算 盖斯定律,如何测定如下反应:C(s)+1/2O2(g)=CO(g)的反应热H1,能直接测定吗？如何测？,【思考】,计算,若不能直接测，怎么办？,只能测出C和CO的燃烧热，不能直接测。,C(s)+O2(g)=CO2(g)；,H=-393.5KJ/mol,H=-283.0KJ/mol,？,反应焓变的计算,许多化学反应的反应热可以直接测得,1、根据盖斯定律计算反应的焓变,盖斯定律反应的焓变只与物质的起始和终止状态有关，与过程无关,H、H1、H2之间有何关系？,H=H1+H2,H,反应焓变的计算,如何测定如下反应:C(s)+1/2O2(g)=CO(g)的反应热H1,【思考】,C(s)+O2(g)=CO2(g)；,H1=-393.5KJ/mol,H2=-283.0KJ/mol,反应焓变的计算,=-,H=-110.5KJ/mol,H1,热化学方程式及反应热具有可加合性,HH1-H2,方法一：分析反应路径,方法二：找目标方程式,【练习1】已知：,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)H1241.8kJ/mol,H2O(g)=H2O(l)H244 kJ/mol,H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)H,求H2的燃烧热H？,HH1 H2285.8kJ/mol,=+,反应焓变的计算,方法：结合盖斯定律，通过加减得到目标方程式，反应热对应加减。,【练习2】1840年，瑞士化学家盖斯指出：化学反应的热效应仅与反应物的最初状态和生成物的最终状态有关，而与中间步骤无关。按此规律，结合下列热化学方程式：C(固、金刚石)+O2(气)=CO2(气)H=-395.41KJC(固、石墨)+O2(气)=CO2(气)H=-393.51KJ回答有关问题：（1）石墨转化为金刚石的热化学方程式是：（2）石墨和金刚石相比较，的稳定性更大。,C(固、石墨)=C(固、金刚石)H=+1.90KJ/mol,石墨,反应焓变的计算,由-可得：,【练习4】已知下列热化学方程式CH3COOH(l)+2O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)H1=-870.3KJ/mol C(s)+O2(g)=CO2(g)H2=-393.5KJ/molH2(g)+1/2 O2(g)=H2O(l)H3=-285.5KJ/mol计算2C(s)+2H2(g)+O2(g)=CH3COOH(l)H4?,H4 H2 2 H3 2-H1(-393.5KJ/mol)2(-285.5KJ/mol)2-(-870.3KJ/mol)-487.7KJ/mol,反应焓变的计算,由=2+2-可得：,2、由生成反应的焓变计算化学反应的焓变,【练习5】已知下列热化学方程式Zn(s)+1/2 O2(g)=ZnO(s)H1=-351.1KJ/molHg(l)+1/2 O2(g)=HgO(s)H2=-90.7KJ/mol计算Zn(s)+HgO(s)=Hg(l)+ZnO(s)H3?,反应焓变的计算,由=-可得：,H3 H1-H2(-351.1KJ/mol)-(-90.7KJ/mol)-260.4KJ/mol,【练习7】在一定条件下，氢气和甲烷燃烧的化学方程式为：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l);H=572 kJ/mol CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l);H=890 kJ/mol 由1mol 氢气和2mol甲烷组成的混合气体在上述条件下完全燃烧时放出的热量为多少？,2066KJ,反应焓变的计算,【练习6】已知：C(s)+O2(g)=CO2(g);H=-393.5KJ/mol要获得1000千焦热量，需燃烧多少克碳？,30.5克,【练习8】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/mol N2H4(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。,2 N2H4(g)+2NO2(g)=3N2(g)+4H2O(l)H=-1135.2kJ/mol,反应焓变的计算,【练习9】已知:CH(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H=-Q1 KJ/mol2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）H=-Q2 KJ/mol2H2（g）+O2（g）=2H2O（l）H=-Q3 KJ/mol,常温下,取体积比4:1的甲烷和氢气的混合气体11.2L(标况),经完全燃烧恢复常温,放出的热为:,0.4Q1+0.05Q3,【练习11】已知反应：101kPa时，C(s)O2(g)CO2(g)H1393.5kJmol1稀溶液中，H(aq)OH(aq)H2O(l)H257.3kJmol1下列结论错误的是A.C的燃烧热为393.5 kJmol1B.浓硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为 57.3 kJmol1C.稀醋酸与稀NaOH溶液反应，此时的H为中和热.D.C的燃烧热H为-393.5 kJmol1,BC,反应焓变的计算,【练习10】0.3mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧,生成固态三氧化二硼和液态水,放出649.5KJ的热量,其热化学方程式为:已知H2O(l)=H2O(g)H=+44kJ/mol,则11.2L(标况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量为多少?,B2H6(g)+3O2(g)=B2O3(s)+3H2O(l)H=-2165 KJ/mol,1016.5KJ/mol,【练习12】化学反应N2+3H2 2NH3的能量变化 如图所示，该反应的热化学方程式是（）,反应过程,A.N2(g)+3H2(g)2NH3(l)H=2(a-b-c)kJ/molB.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=2(b-a)kJ/molC.N2(g)+H2(g)NH3(l)H=(b+c-a)kJ/molD.N2(g)+H2(g)NH3(g)H=(a+b)kJ/mol,反应焓变的计算,【练习13】已知25、101kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为：据此判断，下列说法正确的是（）A.由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低 B.由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高;C.由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低 D.由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高,A,C(石墨，s)+O2(g)=CO2(g)H1=-393.5kJ/molC(金刚石，s)+O2(g)=CO2(g)H2=-395.0kJ/mol,反应焓变的计算,【反应热的计算方法总结】,1、盖斯定律2、根据键能（断键成键的能量差），H反应物的的总键能生成物的总键能3、根据物质所具有的总能量计算 HE生成物E反应物4、根据比热公式进行计算：Qcmt5、据热化学方程式计算根据化学计量数，H 的数值扩大或缩小相同的倍数。6、可燃物完全燃烧产生的热量可燃物的物质的量 其燃烧热,反应焓变的计算,