第1章 第1节 第1课时 化学反应的反应热 化学反应的内能变化与焓变（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（鲁科版2019）

化学反应与能量转化 第1章 第1节　化学反应的热效应 第1课时　化学反应的反应热　 化学反应的内能变化与焓变 课程标准要求 学业质量水平 1．知道内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、物质的聚集状态的影响。 2．认识化学能与热能的相互转化，恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示。 3．能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学变化中能量变化的本质。 1．能运用宏观、微观、符号等方式描述、说明物质转化的本质和规律，能定量分析化学变化的热效应。(水平3) 2．能依据化学变化中能量转化的原理，提出利用化学变化实现能量贮存和释放的有实用价值的建议。(水平4) 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 栏目索引 课前预习案 课堂探究案 冲关演练案 课前预习案 一、化学反应的反应热 1．反应热 (1)定义 化学上规定：当化学反应在一定的________下进行时，反应所________或________的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。 (2)表示方法 通常用符号Q表示。反应吸热时，Q为________；反应放热时，Q为________。 温度　 释放　 吸收　 正值　 负值　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L (3)热化学 反应热的数据可以通过实验测得，也可以通过理论计算求得。用________方法和________方法研究反应热的化学分支称为热化学。 2．反应热的测定 (1)量热计及使用 ①量热计的构造 量热计由内、外两个筒组成，内筒是____________，外筒起________作用。 简易量热计示意图 实验　 理论　 反应容器　 保温　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L ②量热计的使用 将反应物加入内筒并使之迅速混合，测量反应前后溶液________的变化值，根据溶液及量热计的________，利用下式计算此反应过程吸收或放出的热量：Q＝－C(T2－T1)，式中，C表示溶液及量热计的________；T1、T2分别表示__________和__________体系的温度。 温度　 热容　 热容　 反应前　 反应后　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L (2)测定中和反应的反应热 ①测定原理及数据处理 ②实验结论 强酸与强碱在水溶液中发生反应生成可溶性盐的实质是______________________，强酸中n(H＋)和强碱中n(OH－)相同时，中和反应的反应热也是相同的。 H＋＋OH－===H2O　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 二、化学反应中的内能变化与焓变 1．化学反应的内能变化 (1)内能及影响因素 ①内能是体系内物质所含各种____________的能量总和，内能的符号为_____。 ②内能的影响因素：除了与物质的________、数量及____________(即气态、液态或固态等)有关外，还与体系的________、________有关。 (2)化学反应中内能的变化 ΔU＝U(反应产物)－U(反应物)，式中U(反应产物)代表反应体系中反应产物的内能，U(反应物)代表反应物的内能。 微观粒子　 U　 种类　 聚集状态　 温度　 压强　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L (3)反应体系与环境的能量交换 ①若U(反应产物)>U(反应物)，则反应________能量；若U(反应产物)<U(反应物)，则反应________能量。 ②化学反应体系与环境进行能量交换可以以热(Q)和功(W)两种形成呈现，根据能量守恒定律，化学反应中内能的变化等于反应热和功的加和，即____________。 吸收　 释放　 ΔU＝Q＋W　 [注意]　若反应过程中体系没有做功，则ΔU＝Q，即化学反应的反应热等于化学反应前后体系内能的变化。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．化学反应的焓变 (1)等压反应 在反应前后________不变的条件下发生的化学反应称为等压反应。在等压反应中，可能伴随着反应体系________的改变而有__________存在，因此反应热不一定等于反应体系内能的变化。 (2)焓 ①焓的符号为_____，单位为_____或______，用它的变化来描述等压反应的反应热。 ②焓的影响因素：取决于物质的________、数量、____________并受体系的________、________等因素的影响。 压强　 体积　 体积功　 H　 J　 kJ　 种类　 聚集状态　 温度　 压强　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L (3)焓变 ①在等压反应中，若反应中物质的能量变化没有________、________等其他形式的能量发生转化，则该反应的反应热等于反应前后体系的焓变。 ②数学表达式为Qp＝ΔH，Qp代表等压条件下化学反应的反应热，ΔH为____________的焓与__________的焓之差，称为反应的焓变，即ΔH＝H(反应产物)－H(反应物)。 电能　 光能　 反应产物　 反应物　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L ③焓变与反应中热量变化 若ΔH>0，即反应产物的焓________反应物的焓，反应为________反应； 若ΔH<0，即反应产物的焓________反应物的焓，反应为________反应。 大于　 吸热　 小于　 放热　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)燃料的燃烧、酸与碱的中和反应等放出热量，属于放热反应(　　) (2)对于烧杯中锌粉与稀硫酸的反应，烧杯和稀硫酸等可看作环境(　　) (3)测定中和反应的反应热时，测量完酸溶液的温度后，温度计未洗涤，继续用于测定碱溶液的温度(　　) (4)在恒温条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变(ΔH)(　　) (5)在等压反应中，反应热一定等于反应体系内能的变化(　　) √　 × 　 × 　 × 　 √　 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 学习任务一　测定中和反应的反应热 阅读教材P3～4，结合“活动·探究　测定中和反应的反应热”实验，交流讨论。 1．在测定中和反应的反应热时，应该测量哪些数据？如何根据测得的数据计算反应热？ 提示　测量数据：盐酸温度、NaOH溶液温度、反应后体系的温度；根据Q＝－C(T2－T1)计算反应热。 课堂探究案 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．为什么要快速地将烧杯中的碱液倒入量热计中，并匀速搅拌？ 提示　本实验的关键是测反应的反应热，若动作迟缓，会使热量损失而使误差增大。 3．等体积、等浓度的盐酸分别与KOH溶液、NaOH溶液反应，测得的反应热相同吗？你能说出其中的原因吗？ 提示　测得反应热相同；等体积、等浓度的盐酸分别与KOH溶液、NaOH溶液反应，生成水的量相等，故放出热量相等。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 4．什么是热容和比热？二者之间有什么关系？ 提示　在不发生化学反应和物质聚集状态不变的条件下，物质吸收热量，温度每升高1 K时所吸收的热量称为该物质的热容。纯物质的热容与其质量成正比，单位质量的物质的热容称为该物质的比热容，简称比热。 5．处理实验数据时，要进行哪些近似处理？ 提示　将盐酸和NaOH溶液的密度当作1 g/cm3，混合液的比热容按水的比热容4.18 kJ/(K·kg)计算。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 1．中和热及其理解 (1)在25℃和101 kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应，生成1 mol H2O和可溶性盐时放出的热量叫作中和热。 (2)概念理解 ①强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应，生成1 mol H2O和可溶性盐时中和热都是57.3 kJ；若用浓溶液或固体，还有溶解热，放出热量增多。 ②若用弱酸代替强酸(或弱碱代替强碱)，由于弱酸或弱碱电离要吸热，则放出热量减小。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．测定中和反应的反应热 (1)测定原理 中和反应的反应热：Q＝－C(T2－T1)＝－cm(T2－T1)，c代表常温下液态水的比热，为4.18 kJ/(K·kg)，m代表混合液的总质量。 (2)数据处理 ①忽略错误实验数据，取其他实验数据的平均值作为计算依据。 ②计算中和反应的反应热：为了计算简便，近似地认为实验所用酸、碱溶液的密度和比热容都与水相同，并忽略实验装置的比热容；Q＝－C(T2－T1)＝－cm(T2－T1)。 ③计算生成1 mol H2O的反应热：中和反应时，盐酸完全反应，则有ΔH＝－0.418(T2－T1)/n(H2O)。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L (3)注意事项 ①操作要快、隔热效果要好，以确保热量尽可能少散失。 ②玻璃搅拌器不能用易导热的金属制品代替，防止热量通过金属传导而散失。搅拌时，要轻轻搅动，防止碰碎温度计。 ③测量酸、碱、混合溶液的温度时，要使用同一支温度计，且数据稳定后再记录下最高温度。测量酸液的温度后，在测量碱液之前，要洗净温度计上的酸。 ④测量温度时，水银球要处于溶液中间，不能接触烧杯壁或烧杯底部，不能将温度计当玻璃搅拌器使用。 ⑤为保证实验结果的准确性，重复实验2～3次，取其平均值作为计算依据。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 1．向盛有20 mL 2.00 mol·L－1稀盐酸的绝热容器中缓缓加入50 mL 1.00 mol·L－1NaOH溶液，所加NaOH溶液的体积V与所得混合溶液的最高测量温度T的关系图正确的是(　　) 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 答案　A　 解析　盛有稀盐酸的绝热容器中加入NaOH溶液，当酸碱恰好完全中和生成NaCl和H2O时，反应放出的热量最多，体系的温度最高。据n(HCl)＝n(NaOH)可得，20 mL÷1 000×2.00 mol·L－1＝V(NaOH)÷1 000×1.00 mol·L－1，则有V(NaOH)＝40 mL，故答案选A。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．(改编题)中和热是指稀溶液中强酸跟强碱发生中和反应生成l mol H2O和可溶性盐所放出的热量。某学生想通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和热，他将100 mL 1.0 mol/L盐酸与100 mL 1.0 mol/L NaOH溶液在如图所示的简易量热计中进行中和反应。请回答下列问题： (1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种仪器是______________________________。 (2)向量热计内筒中加入100 mL 1.0 mol/L盐酸，盖上杯盖，插入温度计，匀速搅拌，若快速搅拌，测得盐酸的温度(T1)会________。(填“偏高”“偏低”“无影响”) (3)将100 mL 1.0 mol/L NaOH溶液快速倒入量热计中，盖上杯盖，匀速搅拌，记录体系达到的________温度(T2)。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L (4)实验中若不盖杯盖，则测得该中和反应的反应热________。(填“偏大”“偏小”“无影响”) (5)实验中改用100 mL 1.0 mol/L的盐酸与100 mL 1.1 mol/L的NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量________(填“相等”或“不相等”)，所求中和热的数值________(填“相等”或“不相等”)。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 答案　(1)环形玻璃搅拌棒　(2)偏高　(3)最高　(4)偏小　(5)相等　相等 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L [易错警示]　中和热与中和反应反应热的辨析 (1)中和热并不一定等于中和反应的反应热，中和热以生成1 mol H2O为基准，与强酸、强碱的种类无关。 (2)中和反应中放出的热量即为中和反应的反应热，不限制生成H2O的量。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 学习任务二　化学反应中的内能变化与焓变 阅读教材P4～6，结合教材中“化学反应中的内能变化、化学反应的焓变”，交流讨论。 1．内能是体系内物质所含各种微观粒子的能量总和。微观粒子的能量包括哪些？物质的内能受哪些因素影响？ 提示　微观粒子的能量包括分子的平动、转动、振动，电子运动，原子核运动等各种形式运动的动能，以及微观粒子之间相互作用的势能。物质的内能受物质的种类、数量、聚集状态，及体系的温度和压强等因素影响。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．什么是体系和环境？化学反应体系与环境进行能量交换的常见形式有哪些？它们之间存在什么定量关系？ 提示　人为划定的研究对象(物质系统)称为体系，体系以外的其他部分称为环境。化学反应体系与环境进行能量交换的常见形式有热和功，化学反应中内能的变化等于反应热和功的加和，即ΔU＝Q＋W。 3．焓(H)是与物质内能有关的物理量，焓的大小受哪些因素影响？ 提示　焓的大小受物质的种类、数量、聚集状态，及体系的温度和压强等因素影响。 4．如何根据反应物和反应产物的焓判断一个反应是吸热反应还是放热反应？ 提示　若H(反应产物)>H(反应物)，该反应是吸热反应；若H(反应产物)<H(反应物)，该反应是放热反应。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 1．化学反应的内能变化图解 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．化学反应的焓变图解 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 3．从化学键(微观)角度认识化学反应中能量的变化 (1)化学键的变化与能量变化的关系 (2)ΔH与键能的经验关系 ΔH＝ΣE(反应物)－ΣE(生成物)，其中ΔH表示反应焓变，ΣE(反应物)和ΣE(生成物)分别表示反应物的键能总和、生成物的键能总和。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 1．(原创题)对于放热反应H2(g)＋F2(g)===2HF(g)，下列说法中正确的是(　　) A．生成物[2HF(g)]所具有的总焓高于反应物[H2(g)＋F2(g)]所具有的总焓 B．反应物[H2(g)＋F2(g)]所具有的总焓高于生成物[2HF(g)]所具有的总焓 C．反应物[H2(g)]所具有的总焓高于生成物[HF(g)]所具有的总焓 D．反应物[H2(g)]比生成物[HF(g)]更稳定 答案　B　 解析　放热反应H2(g)＋F2(g)===2HF(g)中反应物的总焓高于生成物的总焓，但不能比较单一反应物和生成物的焓值大小及稳定性，故只有B正确。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 2．化学家格哈德·埃特尔证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下： 下列关于合成氨反应的叙述不正确的是(　　) A．该过程表明在化学反应中存在化学键的断裂与形成 B．在催化剂的作用下，反应物的化学键变得容易断裂 C．过程②需吸收能量，过程③则放出能量 D．常温下该反应难以进行是因为常温下生成物的化学键难以形成 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 答案　D　 解析　由图可知，过程②存在化学键的断裂，要吸收能量，过程③存在化学键的形成，则释放能量，故该过程表明在化学反应中存在化学键的断裂与形成，A、C均正确；合成氨时N2和H2中共价键较难断裂，使用催化剂有利于合成氨，说明在催化剂作用下，反应物的化学键变得容易断裂，B正确；化学键的断裂需要吸收能量，化学键形成过程放出能量，故温度较低时有利于化学键的形成，不利于化学键的断裂，D错误。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L [归纳总结]　计算反应焓变(ΔH)的两种方法 (1)根据焓值计算：ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。 (2)根据键能计算：ΔH＝ΣE(反应物的键能)－ΣE(生成物的键能)。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 夏天雷雨过后，人们会感到空气特别清新，一方面雷雨可以把飘浮在空气中的PM2.5等微小颗粒洗刷下来，下雨的过程就相当于给空气洗了个澡，除掉了很多有毒有害的物质；另一方面打雷时空气中氧气发生反应生成微量臭氧：3O2(g)===2O3(g) (放热反应)，臭氧具有强氧化性，可以起到杀菌消毒的作用。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L (1)反应3O2(g)===2O3(g)中，反应物的焓值与生成物的焓值大小有什么关系？ 提示　反应物的焓值大于生成物的焓值。 (2)反应3O2(g)===2O3(g)中，断裂反应物中化学键吸收的能量与形成生成物中化学键释放的能量有什么关系？ 提示　断裂反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键释放的能量。 返回导航 第1章　化学反应与能量转化 化学　选择性必修1　L 谢谢观看！ 解析　(1)为加快酸碱中和反应，要用环形玻璃搅拌器对混合液进行搅拌，缺少环形玻璃搅拌棒。 (2)若快速搅拌，分子的运动加速，产生热量，测得盐酸的温度(T1)会偏高。 (5)实验中改用100 mL 1.0 mol/L的盐酸与100 mL 1.1 mol/L的NaOH溶液进行反应，反应均生成0.1 mol 水，故实验中放出热量相等；由于ΔH＝－eq \f(Q放,nH2O)，故所求中和热的数值相等。 $$