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(共59张PPT)
第1课时　反应热　焓变
目 标 素 养
1.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。
2.了解反应热的概念,通过教材中的“中和反应反应热的测定”实验,掌握反应热的测定方法。
3.了解反应热与焓变的关系,能从微观角度认识化学反应中能量变化的主要原因,能进行ΔH的简单计算。
目 标 素 养
4.认识热化学方程式的意义并能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能利用反应焓变合理选择和利用化学反应。
5.理解燃烧热的定义,掌握表示物质燃烧热的热化学方程式的书写。
知 识 概 览
一、反应热与焓变
1.体系与环境。
体系——容器内的反应物及发生的反应等可看作一个反应体系,又称系统。
环境——与体系相互影响的其他部分。
热量是指因温度不同而在　体系　与　环境　之间交换或传递的能量。
微解读 反应体系通常有敞开体系(体系与环境有物质交换,也有能量交换。如敞口试管中锌粒与稀硫酸反应)、封闭体系(体系与环境没有物质交换,但有能量交换。如恒温下密闭容器中进行的反应)、孤立体系(体系与环境既没有物质交换,也没有能量交换。如绝热密闭容器中进行的反应)。
2.反应热。
(1)定义:在等温条件下,化学反应体系向环境　释放　或从环境　吸收　的热量称为反应热。
微解读 反应热概念中“等温条件”是指化学反应发生后,体系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。
(2)产生反应热的原因:化学反应前后体系的　内能　(体系内物质的各种能量的总和)发生了变化;实质是　化学键断裂和形成时的能量变化　。
(3)测量:许多反应热可通过　量热计　直接测定。例如,大量实验测得,在25 ℃和101 kPa下,强酸与强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O时,放出　57.3　 kJ的热量。
3.焓变。
(1)内能:体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。
(2)焓:与内能有关的物理量,符号为 H 。
(3)焓变:化学反应体系中生成物与反应物的焓值差,符号为ΔH ,常用单位为kJ·mol-1。在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于焓变。
微判断 (1)化学反应的反应热一定是化学反应的焓变。(　　)
(2)形成1 mol H—Cl放出能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。(　　)
(3)石墨转变成金刚石吸收能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。(　　)
(4)水蒸气变成液态水放出能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。(　　)
(6)焓是一个物理量,与内能有关。(　　)
×
×
√
×
√
二、吸热反应与放热反应
1.图示。
2.结论。
当反应体系放热时其焓　减小　,ΔH　<　0;当反应体系吸热时其焓　增大　,ΔH　>　0。
3.常见的放热反应、吸热反应。
放热反应 吸热反应
①所有的燃烧反应;
②大多数化合反应;
③酸碱中和反应;
④活泼金属与水或酸的反应;
⑤物质的缓慢氧化;
⑥铝热反应 ①大多数分解反应;
②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应;
③C与CO2或H2O(g)的反应;
④NaHCO3溶液与稀盐酸的反应
微训练1.下列说法正确的是(　　)。
A.化学反应过程中的能量变化就是热能的变化
B.放热反应在常温下一定很容易发生
C.反应是放热还是吸热,可根据反应物和生成物所具有的总能量的相对大小判断
D.吸热反应在常温下一定不能发生
答案:C
解析:A项,化学反应过程中的能量变化除了热能的变化外,也可以是光能和电能的变化;B项,放热反应在常温下不一定容易发生,如C(s)与O2(g)在点燃条件下才能发生;D项,吸热反应在常温下也能发生,如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl的反应。
2.在一定条件下金属单质Na与H2O反应可生成NaOH和H2,其能量变化如下图:
其中E1>E2,反应体系的总能量　　　　　(填“升高”或“降低”),为　　　　　　(填“吸热”或“放热”)反应,其原因是
　 　。
答案:降低　放热　反应物的部分内能通过化学反应转化为热能释放到环境中
解析:对于放热反应,反应物总能量大于生成物总能量,反应过程中部分能量释放到环境中,使反应体系总能量降低。
一、中和反应反应热的测定
问题探究
某学校化学兴趣小组的同学利用下图装置测定中和反应的反应热,实验步骤如下:
①用量筒量取50 mL 0.25 mol·L-1硫酸,打开杯盖,倒入量热计的内筒中,盖上杯盖,测出硫酸的温度;用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
②用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,用温度计测出其温度;用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
③将NaOH溶液倒入量热计的内筒中,立即盖上杯盖,插入温度计,用玻璃搅拌器匀速搅拌,密切关注温度变化,测出混合液的最高温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
请回答下列问题。
1.实验中NaOH溶液的浓度为什么选择0.55 mol·L-1 实验步骤③中倒入NaOH溶液应怎样正确操作
提示:本实验中硫酸和NaOH溶液的体积相同,为了保证硫酸充分反应,所以NaOH溶液的浓度略大于硫酸中H+的浓度。实验中为了减少热量的散失,应将NaOH溶液一次迅速倒入。
2.该实验小组获得的实验数据如下表,请填写下表中的空白,并思考应如何处理实验数据
实验
次数 反应物的温度/℃ 反应前体系的温度
t1/℃ 反应后体系的温度
t2/℃ 温度差
(t2-t1)/℃ 温度差
平均
值/℃
H2SO4
溶液 NaOH
溶液
1 26.2 26.0 26.1 29.5 3.4
2 27.0 27.4 27.2 32.3 5.1
3 25.9 25.9 25.9 29.2 3.3
4 26.4 26.2 26.3 29.8 3.5
提示:温度差平均值为3.4 ℃。本实验应先求反应后体系的温度和反应前体系的温度的温度差,再取温度差的平均值,以便发现误差较大的数据。若某数据与其他数据相差太大,应舍去。
3.近似认为0.55 mol·L-1 NaOH溶液和0.25 mol·L-1 H2SO4溶液的密度都是1 g·cm-3,中和后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1
·℃-1。利用上述数据计算该反应生成1 mol水时的反应热ΔH。
归纳总结
1.实验原理。
通过一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化,计算反应放出的热量,由此求得中和反应的反应热。
2.实验装置。
简易量热计示意图
3.测量步骤。
4.数据处理。
其中(m1+m2)表示溶液的质量,单位为g;
c为比热容,c=4.18 J·(g·℃)-1。
5.注意事项。
项目 内容
实验
关键 ①迅速混合,防止热量散失。②在测量反应混合液的温度时要随时读取温度值,记录下最高温度值
项目 内容
注意
事项 ①温度计不要靠在容器壁上或接触容器底部。②用温度计测量溶液温度后,测另一溶液温度之前要先洗涤。③不可将温度计当作搅拌器使用;要用玻璃搅拌器匀速搅拌。④为保证盐酸被完全中和,碱的浓度应稍大。⑤要迅速将NaOH溶液一次性全部倒入量热计中(不要洒到杯外),并立即盖上杯盖
典例剖析
【例1】 某学生为测定中和反应的反应热,取用50 mL 0.50 mol·L-1的盐酸和50 mL 0.55 mol·L-1的NaOH溶液(密度都是1 g·cm-3)。实验中测得的数据如下表所示:
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
溶液 t1/℃ t2/℃ (t2-t1)/℃
1 25.5 25.0 25.25 28.5 3.25
2 24.5 24.5 24.5 27.5 3.00
3 25.0 24.5 24.75 26.5 1.75
(1)反应后溶液的比热容为4.18 J·(g·℃)-1。请利用该学生测得的数据计算生成1 mol H2O时的反应热:ΔH=　 　。
(2)该学生测得反应热的数值比57.3 kJ·mol-1　　　　(填“高”或“低”)。
(3)从下列因素中选出该学生产生实验误差的可能原因
　　　。
A.溶液混合后未及时盖好量热计杯盖
B.倾倒溶液太快,有少量溶液溅出
C.溶液混合后搅拌不够
D.未等温度升到最高值就记录温度计示数
E.用量筒量取盐酸体积时仰视读数
答案:(1)-52.25 kJ·mol-1　(2)低　(3)ABCD
解析:根据实验数据可知,实验3中的数据是异常的,应舍去,
所以温度差的平均值是3.125 ℃。ΔH=- kJ·mol-1=
kJ·mol-1=-52.25 kJ·mol-1,该学生测得的反应热的数值比57.3 kJ·mol-1低。数值偏低,说明实验过程中有热量损失或者是酸、碱有损失。E中实际量取盐酸的体积大于50 mL,结果应该是偏高,所以正确的答案为ABCD。
学以致用
1.为了测定酸碱中和反应的反应热,计算时至少需要的数据是
(　　)。
①酸溶液的浓度和体积　②碱溶液的浓度和体积
③比热容　④反应后溶液的质量　⑤生成水的物质的量　
⑥反应前后温度的变化　⑦操作所需的时间
A.①②⑥⑦ B.①③④⑤
C.③④⑤⑥ D.①②③④⑤⑥⑦
答案:C
解析:根据计算公式 ×10-3 kJ·mol-1可知, C项正确。
2.某小组用25.00 mL 0.50 mol·L-1 NaOH溶液和25.00 mL 0.50 mol·L-1H2SO4溶液进行反应热的测定,实验测得生成1 mol水的ΔH=-53.5 kJ·mol-1。该值与理论值产生偏差的原因不可能是(　　)。
A.实验装置保温、隔热效果差
B.量取NaOH溶液的体积时仰视读数
C.分多次把NaOH溶液倒入盛有H2SO4溶液的量热计内筒中
D.用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度
B
解析:由题给信息可知,实验测得的生成1 mol水放出的热量偏少。装置保温、隔热效果差,则测得放出的热量偏少,A项不符合题意;量取NaOH溶液的体积时仰视读数,量取的NaOH溶液偏多,而H2SO4过量,则实验放出的热量偏多,B项符合题意;分多次把NaOH溶液倒入盛有H2SO4溶液的量热计内筒中,热量散失较多,测得反应后体系温度偏低,则测得生成1 mol水放出的热量偏少,C项不符合题意;
用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度,会导致H2SO4溶液的起始温度偏高,则测得生成1 mol水放出的热量偏少,D项不符合题意。
二、化学反应中能量变化的原因与ΔH的计算
问题探究
N2与O2在放电时发生反应生成NO,下面是25 ℃和101 kPa下,反应N2(g)+O2(g)══2NO(g)的能量变化图。
1.在25 ℃和101 kPa下,断裂1 mol N2分子、1 mol O2分子中的化学键吸收的总能量是多少 形成2 mol NO分子中的化学键释放的总能量是多少 由此计算该反应的ΔH是多少
提示:在25 ℃和101 kPa下,断裂1 mol N2分子、1 mol O2分子中的化学键吸收的总能量为1 mol×946 kJ·mol-1+1 mol ×498 kJ·mol-1=1 444 kJ。形成2 mol NO分子中的化学键放出的总能量为2 mol×632 kJ·mol-1=1 264 kJ。则反应N2(g)+O2(g)══2NO(g)生成2 mol NO吸收的热量为1 444 kJ-1 264 kJ=180 kJ,即反应的ΔH=+180 kJ·mol-1。
2.根据图示中的数据计算25 ℃和101 kPa下2NO(g)══N2(g)+O2(g)的焓变(ΔH)是多少 与上题1中的ΔH相比,得出的结论是什么
提示:ΔH=断裂化学键吸收的总能量-形成化学键释放的总能量=(2×632 kJ·mol-1)-(946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1)=-180 kJ·mol-1。正、逆反应的焓变(ΔH)数值相等,符号相反。
归纳总结
1.微观角度认识。
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。
2.宏观角度认识。
一个化学反应是吸收能量还是放出能量,由反应物的总焓(∑H反)与生成物的总焓(∑H生)的相对大小来决定。若∑H反>∑H生,则会放出能量;若∑H反<∑H生,则需要吸收能量,如图所示。
典例剖析
【例2】 已知化学反应2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)中焓的变化示意图如图所示。
(1)下列说法正确的是(　　)。
A.化学反应2NO(g)+O2(g)══2NO2(g)是吸热反应
B.断裂2 mol NO和 1 mol O2中的化学键可放出x kJ能量
C.形成2 mol NO2中的化学键需要释放y kJ能量
D.2 mol NO2的总焓高于2 mol NO和1 mol O2的总焓
(2)2NO2(g)══2NO(g)+O2(g)的ΔH为　　　　　　　。
答案:(1)C　(2)-(x-y) kJ·mol-1
解析:根据图示,2 mol NO和1 mol O2的总焓高于2 mol NO2的总焓,所以反应2NO+O2══2NO2是放热反应,选项A和选项D都错误;断裂2 mol NO和1 mol O2中的化学键需吸收x kJ能量,形成2 mol NO2中的化学键需要释放y kJ能量,选项B错误,选项C正确。
学以致用
3.关于如图的说法不正确的是(　　)。
A.1 mol固态碘与1 mol H2化合生成
2 mol HI气体时,需要吸收5 kJ的能量
B.2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气和1 mol H2时需要吸收12 kJ的能量
C.1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量
D.碘蒸气与H2生成HI气体的反应是吸热反应
D
解析:由图可知,1 mol I2(s)+1 mol H2(g)吸收5 kJ能量生成2 mol HI(g),A项正确;1 mol I2(g)+1 mol H2(g)放出12 kJ能量生成2 mol HI(g),则2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气和1 mol H2时需要吸收12 kJ的能量,B项正确;1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)放出17 kJ的能量,则1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量,C项正确;1 mol I2(g)+1 mol H2(g)放出12 kJ能量生成2 mol HI(g),反应为放热反应,D项错误。
4.键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子时所吸收的能量。已知下列化学键的键能:
化学键 H—H N≡N N—H
键能/(kJ·mol-1) 436 946 391
则反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH=　　　　　　　　。
答案:-92 kJ·mol-1
解析:ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键释放的总能量=946 kJ·mol-1+3×436 kJ·mol-1-6×391 kJ·mol-1=2 254 kJ·mol-1-2 346 kJ·mol-1=-92 kJ·mol-1。
1.下列有关能源与能量的说法正确的是(　　)。
A.风能、太阳能、潮汐能等清洁能源的使用,有利于碳达峰的实现
B.化学反应在物质变化的同时,伴随着能量变化,其表现形式只有吸热和放热两种
C.已知C(石墨,s)══C(金刚石,s)的ΔH>0,则金刚石比石墨稳定
D.所有反应的反应热都可以通过量热计直接测量
答案:A
解析:风能、太阳能、潮汐能等清洁能源的使用,可减少CO2的排放,有利于碳达峰的实现,A正确;化学反应中的能量变化不仅体现为热能,还可体现为电能、光能等,B错误;ΔH>0的反应吸热,所以石墨的能量较低,能量越低物质越稳定,故石墨更稳定,C错误;部分反应的反应热可以通过量热计直接测量,而有些反应的反应热无法通过量热计直接测量,D错误。
2.下列变化一定为放热的化学反应的是(　　)。
A.H2O(g)══H2O(l)放出44 kJ热量
B.ΔH>0的化学反应
C.形成化学键时共放出能量862 kJ的
化学反应
D.能量变化如下图所示的化学反应
答案:D
解析:化学反应放热还是吸热,取决于H(生成物)与H(反应物)的相对大小。若H(生成物)>H(反应物),则反应吸热,反之放热。A项,H2O(g)══H2O(l)为物理变化;B项,ΔH>0,即H(生成物)>H(反应物),反应吸收热量;C项,无法确定反应放热还是吸热;D项,由图可知H(生成物) 3.已知弱酸电离时吸收能量。在中和反应反应热的测定实验中,下列说法正确的是(　　)。
A.使用玻璃搅拌器匀速搅拌是为了使酸与碱充分反应,提高测定结果的准确度
B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中要用温度计搅拌混合溶液
C.若用0.5 mol·L-1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L-1的盐酸、醋酸反应,当所取的溶液体积相等时,测得的反应热数值相同
D.在中和反应反应热的测定实验中只测量一次就能准确得到实验结果
答案:A
解析:温度计不能用来搅拌溶液,易破损,B项错误;CH3COOH电离时吸热,测得的反应热数值偏小,C项错误;实验中一般测量3次,若有异常数据,舍弃后再取平均值作为计算依据,以提高准确度,D项错误。
4.已知在25 ℃和101 kPa下,反应H2(g)+Br2(l)══2HBr(g)的ΔH=-72 kJ·mol-1,蒸发1 mol Br2(l)需要吸收30 kJ的能量,其他相关数据如下表:
物质 H2(g) Br2(g) HBr(g)
1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ 436 a 369
则表中a为(　　)。
A.404 B.260 C.230 D.200
答案:D
解析:化学反应中,断裂反应物的化学键吸收能量,形成生成物的化学键释放能量,吸收的能量与释放的能量之差即反应热,所以ΔH=(436+30+a-369×2) kJ·mol-1=-72 kJ·mol-1,解得a=200。
5.化学反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的能量变化如下图所示:
已知断裂1 mol N≡N、1 mol N—H分别需要吸收946 kJ、391 kJ的能量,试回答下列问题。
(1)该反应为　　　　(填“吸热”
或“放热”)反应。
(2)断裂1 mol H2中化学键所需
能量为　　　　 kJ。
(3)该反应的反应热ΔH=　 。
答案:(1)放热　(2)436　(3)-92 kJ·mol-1