1.1.1 反应热 焓变 课件 -2024-2025学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第一节 反应热 第1课时　反应热　焓变 第一章 化学反应的热效应 人 教 版 选 择 性 必 修 1 反应热的定义,知道化学反应、热效应与反应焓变之间的关系。 1 2 3 学习 目标 通过微观探析,认识宏观意义上的反应热与化学键的关系,以及反应热与反应物、生成物总能量的关系。 通过实验探究学会测定中和反应的反应热,会分析测定反应热时误差产生的原因,培养学生的创新意识。 2020年7月23日12时41分，长征五号遥四火箭托举着我国首次火星探测任务“天问一号”探测器，在中国海南文昌航天发射场点火升空。 导入 火箭的”油“是液体的或固体的燃料和氧化剂，称为火箭的推进剂，是不需要石油的。推进剂在发动机燃烧室里边燃烧，然后产生大量的高压气体从发动机喷管高速喷出。火箭就会沿气体喷射的反方向前进了。 火箭推进剂 火箭发动机一般选用化学推进剂。它是由燃料(液氢+煤油)和氧化剂(液氧)组成的，反应后产生高温气体用于火箭推进。 液氢-液氧 煤油-液氧 导入 (1)所有燃烧、爆炸 (2)酸碱中和反应 (3)活泼金属与水、酸反应 (4)大多数化合反应 (5)缓慢氧化 (6)铝热反应 2Al + Fe2O3 Al2O3 + 2Fe 高温 放热反应 吸热反应 (1)大多数分解反应 (2)C与CO2/H2O (3)铵盐与碱Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl (4)碳酸氢钠+盐酸/醋酸 C+H2O CO+H2 C+CO2 2CO 定性描述 特例：H2O2的分解、KClO3的分解，属于放热反应。 反应的吸放热与是否需要加热无关 复习巩固 在实际应用中，人们如何定量地准确描述化学反应过程中释放或吸收的热量呢？ 天问一号的燃料主要是氢氧燃料，你知道为什么选取这种燃料吗？结合常见航天燃料热值表思考。 常见燃料 热值 1000千焦/千克 煤气 41.9 柴油 42.7 汽油 46.1 氢气 142.5 偏二甲肼 33 甲烷 32.8 定量描述？ 被研究的物质及发生的反应(又称为系统) 体系： 反应物：盐酸、NaOH溶液 发生的反应：HCl＋NaOH＝NaCl＋H2O 生成物：NaCl、H2O 如试管、空气等 1.体系与环境(以盐酸与NaOH溶液之间的反应为例) 体系与环境 1.1 体系 环境 热量 以盐酸与NaOH溶液的反应为例 与体系相互影响的其他部分称为环境。 环境： 2.热量： 因温度不同在体系与环境之间交换或传递的能量 化学反应 体系与环境 温度不同 能量交换 或传递 1.反应热： 反应热 1.2 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， 称为化学反应的热效应，简称反应热。 如何定量地测定化学反应中释放或者吸收的热量？ 等温条件下，指化学反应发生后，使反应后体系的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。 测量仪器 测定原理 量热计 用温度计测量反应前后体系的温度变化，根据测定体系的温度变化和有关物质的比热容等来计算反应热。 Q:测定的关键是？ 绝热(保温)→防止(或减少)热量的散失。 保温杯式量热计 现代量热计 反应热 1.2 2.直接测定反应热的方法： 弹式量热计：测量物质燃烧热的 1.实验原理： 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? Q = cm△t Q：中和反应放出的热量 m：反应混合液的质量 c：反应混合液的比热容 Δt：反应前后溶液温度的差值 比热容：热力学中常用的一个物理量。它指单位质量的某种物质升高（或下降）单位温度所吸收（或放出）的热量。 中和反应反应热的测定 1.3 比热容：热力学中常用的一个物理量。它指单位质量的某种物质升高（或下降）单位温度所吸收（或放出）的热量。 为了计算简便，可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水的相同，并忽略量热计的比热容，则: ①50 mL0.50 mol/L盐酸的质量m1=50 g, 50 mL0.55 mol/L NaOH溶液的质量m2=50 g ②反应后生成的溶液的比热容c=4.18 J/(g . 0C)。 使反应物迅速混合，使反应充分进行，保持体系的温度均匀。 测量反应前后 体系的温度 反应容器 减少热量散失， 降低实验误差。 减少热量散失，降低实验误差。 2.测量工具(简易量热计)： 1.3 中和反应反应热的测定 1.3 中和反应反应热的测定 如何测量中和反应的反应热（中和热）？以盐酸和氢氧化钠反应为例， 结合计算公式Q = cm△t，思考，需要收集哪些数据？ ①用量简量取50mL 0.50 mol/L盐酸，打开杯盖，倒入量热计的内简中，盖上杯盖。插入温度计，测量并记录盐酸的温度。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。 →反应物温度的测量： 为了保证HCl被完全中和， 中和反应进行完全。 ②用另一个量筒量取50 mL 0.55 moI/L NaOH溶液中，用温度计测量并记录NaOH溶液的温度。 3.实验操作： 打开杯盖，将量简中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒中，立即盖上杯盖，插入温度计，用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化，将最高温度记为反应后体系的温度。 →反应后体系温度的测量： →重复上述步骤2次。 1.3 中和反应反应热的测定 减小误差，防止热量损失 减小误差 4.数据处理： 1.3 中和反应反应热的测定 某小组用50 mL 0.5 mol·L－1的盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1的NaOH溶液进行实验。 取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。 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 29.5 29.5 29.5 32.5 3 2 30 29 29.5 32.5 3 3 29.5 29.5 29.5 32.2 3 设溶液的密度均为1 g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18 J•g-1•℃-1， 则反应放出的热量Q≈ ，那么生成1 mol H2O放出的热量为 ＝ 1.254kJ/0.025=50.16kJ•mol-1 4.18*（50+50）*1*3=1254J=1.254kJ 1.定义： 1.4 中和反应反应热(简称中和热) 25 ℃和101 kPa下，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol H2O(l)的反应热。 H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l) 要点： ①稀溶液 ②强酸与强碱 ③生成1mol液态水 ④放出的热量：57.3kJ ⑤中和反应反应热是反应热的一种!!! 提醒： ①中和热与酸、碱的用量无关； ②不是所有的中和反应放出的热都叫中和热； ③弱酸弱碱电离吸热，中和热偏小； ④浓酸和浓碱溶液稀释会放热，中和热偏大； ⑤若生成BaSO4等沉淀会放热，中和热偏大。 ①量取溶液时，操作或读数不当，量取体积小于50 mL； ②量热计保温效果不好； ③溶液混合时速度不够快，或没有及时盖上杯盖； ④读取反应后温度时，过早或过晚，不是读取的最高温度。 科学事实告诉我们，中和热应为57.3KJ/mol，但上述实验测量得到的中和热却为50.16KJ/mol,结合实验装置与操作尝试分析，产生误差的原因有哪些？ 1.4 中和反应反应热(简称中和热) 2.提高测定中和热准确度的措施： ①反应物： a.准确配制浓度，且NaOH溶液浓度稍大于盐酸； b.一次性迅速混合，不洒出，且匀速搅拌； ②减少热量损失： a.量热计保温隔热(隔热层，杯盖，外壳等的使用)； b.不能用铜制搅拌器代替玻璃搅拌器； c.酸碱混合要迅速，并盖上盖子； 1.4 中和反应反应热(简称中和热) ③仪器： a.温度计测定一种溶液后洗净擦干再测别的溶液； b.不能用同一个量筒量取酸碱； ④重复三次，减小误差。 2.提高测定中和热准确度的措施： 1.4 中和反应反应热(简称中和热) 1.如果某一次实验的数据与另外两次实验的数据差异明显，怎么办？ 将差异明显的数据舍去。 2.能否用浓硫酸代替盐酸？对结果会产生什么影响？ 不能。浓硫酸溶解于水时放热，所测数值会偏大。 3.能否测完酸后直接测量碱的温度？应该如何操作？ 不能，残留的酸与碱反应，造成酸碱消耗，热量损失。 测定一种溶液后必须用水冲洗干净并用滤纸擦干再测别的溶液。 3. 思 考 讨 论 1.4 中和反应反应热(简称中和热) 4.能否将NaOH分多次倒入量热计中？ 不能，操作时动作要快，尽量减少热量的散失。 5.为什么NaOH的浓度稍稍比酸大？ 为了保证盐酸完全被中和。 6.能不能是盐酸过量？ 不能，氢氧化钠溶液吸收空气中的二氧化碳，消耗了一部分氢氧化钠，无法保证氢氧化钠完全与盐酸反应。 3. 思 考 讨 论 1.4 中和反应反应热(简称中和热) 7.玻璃搅拌棒能否用金属搅拌棒代替？ 不能用弱酸或弱碱，因弱酸、弱碱电离时吸收热量而使测量数值偏低。 8.能否用醋酸代替盐酸？ 不能，原因是金属质搅拌器易导热，造成热量损失。 9.测量盐酸和NaOH溶液的温度时能否选用不同的温度计？ 不能，会存在仪器误差 3. 思 考 讨 论 1.4 中和反应反应热(简称中和热) 10.若改用100 mL 0.50 mol·L－1的盐酸与100 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液混合，所测中和反应反应热的数值是否为本实验结果的2倍？ 否；中和反应反应热是指在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1 mol H2O时的反应热，其数值与反应物的量的多少无关，故所测结果应与本次实验结果基本相同。 1.4 中和反应反应热(简称中和热) 3. 思 考 讨 论 1.在测定中和热的实验中,下列说法正确的是(　　) A.使用环形玻璃搅拌棒是为了加快反应速率,减小实验误差 B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触 C.用0.5 mol·L-1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L-1的盐酸、醋酸溶液反应,如所取的溶液体积相等,则测得的中和热数值相同 D.在测定中和热实验中需要使用的仪器有量筒、烧杯、滴定管、温度计等 跟踪强化 解析 实验中温度计水银球不能接触烧杯底部,B不正确;醋酸是弱酸,电离时吸收热量,C不正确;测定中和热时不需要滴定管,D项不正确。 答案 A √ 跟踪强化 2、50 mL 0.50 mol·L-1盐酸与50 mL 0.55 mol·L-1NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和反应反应热。 (1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃仪器是_____________。 (2)如果不盖杯盖，所求得的中和反应反应热的绝对值将会__________ (3)实验中改用60 mL 0.50 mol·L-1盐酸跟50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液进行反应，调整反应物用量后所放出的热量与原实验_________(填“相等”或“不相等”，下同)；所求中和反应反应热与原实验_____，简述理由：_________。 【答案】 （1）玻璃搅拌器 （2）偏小 （3） 不相等 相等 中和反应反应热是指强酸与强碱的稀溶液发生中和反应 生成1 mol水时的反应热，与酸碱的用量无关 2.1 反应热与焓变 化学反应中为什么会有反应热？ 产生 反应热 体系内能改变 焓(H) 与之有关的物理量 焓变(ΔH) 等压条件下 U 内能： 体系内物质的各种能量的总和，内能受温度、压强和物质的聚集状态等影响， 符号U。 焓(H)： 与内能有关的物理量， 用符号H表示。 反应热：中学阶段认为，等压条件下化学反应的反应热等于反应的焓变（严格来说，对反应体系做功还有限定，中学阶段一般不考虑） 焓变： ΔH＝H生成物－H反应物 单位：kJ/mol或kJ·mol－1。 反应热：在等温T条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。 焓H = U + PV 焓—决定因素：反应物本身的性质 物质的状态：g > l> s 温度：T↑→H↑ 压强：P↑→H↑ 一般反应都是在敞口容器中进行的，系统的压力等于外界压力，是在恒压条件下进行的反应，化学反应的反应热等于焓变。 以放热反应为例：为什么△H的符号是“正吸负放”，既然向外界放出热量，那么自身体系的能量肯定减少，所以为“-”号。比如你花出去了5元钱，对你自身而言，你的钱的变化应该是-5元。 2.2 化学反应中焓的变化 1.宏观分析 焓(H) 反应物 生成物 反应进程 焓(H) 生成物 反应物 反应进程 ΔH＝生成物的总焓(能量) -反应物的总焓(能量) ΔH＝H生成物-H反应物 放热反应，△H为“-”，即△H < 0， 反应体系对环境放热，其焓减小 吸热反应，△H为“+”，即△H > 0， 反应体系从环境吸热，其焓增大 反应热：在等温T条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。 焓H = U + PV 焓—决定因素：反应物本身的性质 物质的状态：g > l> s 温度：T↑→H↑ 压强：P↑→H↑ 一般反应都是在敞口容器中进行的，系统的压力等于外界压力，是在恒压条件下进行的反应，化学反应的反应热等于焓变。 以放热反应为例：为什么△H的符号是“正吸负放”，既然向外界放出热量，那么自身体系的能量肯定减少，所以为“-”号。比如你花出去了5元钱，对你自身而言，你的钱的变化应该是-5元。 用△H如何表示反应热呢？ 1.在25℃和101kPa下，1molH2与1molCl2反应生成2molHCl放出184.6kJ的热量，该反应的反应热表示为? 2.在25℃和101kPa下，1molC(如无特别说明，C均指石墨)与1molH2O(g)反应，生成1molCO和1mol H2，需要吸收131.5kJ的热量，该反应的反应热表示为? △H＝－184.6kJ/mol △H＝＋131.5kJ/mol 注意：ΔH 右端的+或-不可省略，单位kJ/mol必须标出。 课本P10 2.2 化学反应中焓的变化 2.微观分析(键能变化) ①化学反应的本质是 。 ②断键需要 能量，成键需要 能量。 ③键能：在25 ℃和101 kPa下，1mol气态分子离解成气态原子所吸收的能量。→理解：断开1mol化学键所吸收的能量或是生成1mol化学键所放出的能量。 单位：kJ/mol。 旧化学键的断裂和新化学键的形成 吸收 放出 436 kJ/mol H H H H 键断裂,吸收能量 键形成,释放能量 436 kJ/mol H-H键的键能为436kJ/mol 反应热：在等温T条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。 焓H = U + PV 焓—决定因素：反应物本身的性质 物质的状态：g > l> s 温度：T↑→H↑ 压强：P↑→H↑ 一般反应都是在敞口容器中进行的，系统的压力等于外界压力，是在恒压条件下进行的反应，化学反应的反应热等于焓变。 以放热反应为例：为什么△H的符号是“正吸负放”，既然向外界放出热量，那么自身体系的能量肯定减少，所以为“-”号。比如你花出去了5元钱，对你自身而言，你的钱的变化应该是-5元。 以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)(25 ℃，101 kPa下)的能量变化为例。 ∆H＝反应物的总键能(E吸) - 生成物的总键能(E放)=679-862=-183kJ/mol 吸收能量679 kJ 释放能量862 kJ 吸收 放出 H ＝−183 kJ/mol 2.2 化学反应中焓的变化 2.微观分析(键能变化) 实验测得：ΔH＝−184.6 kJ/mol 29 能量 反应进程 反应物 生成物 E吸 E放 能量 反应进程 生成物 反应物 E放 E吸 放热反应（ ΔH<0 ） 吸热反应 （ ΔH>0 ） ∆H＝反应物的总键能(E吸) - 生成物的总键能(E放) 2.2 化学反应中焓的变化 2.微观分析(键能变化) 键能是指断开1mol共价键吸收的能量或形成1mol共价键放出的能量 键能：气态原子形成1mol化学键所释放的能量；拆开1mol化学键形成气态原子所吸收的能量。 1 mol物质 CO2 (  ) P4 (P—P) SiO2 (Si—O) 石墨 (C—C) 金刚石 (C—C) Si (Si—Si) 化学键数 2NA 6NA 4NA 1.5NA 2NA 2NA 相关链接 常见物质的化学键数目 断开 1mol H－H键、1mol N－H键、1mol N≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ， 则1mol N2生成NH3的反应热为 则1mol H2生成NH3的反应热为 －92.0 kJ/mol －30.67 kJ/mol 32 (1)ΔH>0 →吸热反应，ΔH<0 → 放热反应 (2)ΔH＝H生成物-H反应物 (3)∆H＝反应物的总键能(E吸) - 生成物的总键能(E放) 2.3 ΔH 的计算 2.4 物质的稳定性 能量越低越稳定 键能越大越稳定 宏观角度 微观角度 键能越大，破坏该化学键需要的能量越高，该化学键越难断裂，所以物质越稳定。 能量 反应进程 石墨 金刚石 E吸 E放 ∆H > 0，吸热反应， 石墨键能大，总能量低，更稳定 C (石墨，s) = C (金刚石，s) ΔH = +1.9 kJ/mol，石墨、金刚石哪个更稳定？ 2.5 基元反应、过渡态理论及活化能 基元反应 大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，往往要经过多个反应步骤才能实现。每一步反应都称为基元反应。 过渡态理论 反应物分子并不只是通过简单碰撞直接形成产物，而是必须要经过一个过渡状态，并且达到这个过渡状态需要一定的活化能。 CH4(g)+H2O(g) = CO(g)+3H2(g) ΔH>0 反应吸收大量的热 如果不及时供应所需的热量，反应就不能顺利进行，甚至停止。 2.6 反应热的综合利用 反应放热。如果不设法将这些热量移走，反应器内的温度就会过高，不仅会烧毁催化剂，使产量降低，还可能发生爆炸事故。 ΔH<0 选择工艺操作条件 保证生产的正常进行 2.6 反应热的综合利用 37 反应热： 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，称为化学反应的热效应，简称反应热。 中和热： 25 ℃和101 kPa下，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol H2O(l)的反应热。 小 结 小 结 反应热 与焓变 内能，反应热 恒压反应热 = 焓变 ΔH 宏观 微观 体系内能的变化 放热反应 ΔH <0 吸热反应 ΔH >0 断键吸热，成键放热 ΔH = ∑E(反应物键能) -∑E(生成物键能) 区分 原因 反应热的综合应用 ΔH＝H生成物-H反应物 物质的稳定性 能量越低越稳定，键能越大越稳定 基元反应、过渡态理论及活化能 1.下列说法正确的是( ) A.反应热是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<0 C.任何条件下，化学反应的焓变都等于化学反应的反应热 D.在一定条件下，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差决定 D 跟踪强化 40 2.反应 A+B= C(ΔH<0)分两步进行: ①A+B→ X(ΔH>0) ②X→C(ΔH<0)。下列图中能正确表示总反应过程中能量变化的是（ ） B 跟踪强化 化学键的断裂和形成是物质在化学反应中能量变化的主要原因 3.单斜硫和正交硫是硫的两种同素异形体，下列说法正确的是(　　) A．S(s,单斜)===S(s,正交)　ΔH3＝－0.33 kJ·mol－1B．单斜硫比正交硫稳定C．相同物质的量的正交硫比单斜硫 所含有的能量高D．①式表示断裂1 mol O2 中的共价键 所吸收的能量比形成1 mol SO2中的共价键 所放出的能量多297.16 kJ A 跟踪强化 42 A　 [根据图知，单斜硫能量大于正交硫，所以单斜硫转化为正交硫放出热量，焓变＝(296.83－297.16)kJ·mol－1＝－0.33 kJ·mol－1，所以S(s，单斜)===S(s，正交)　ΔH3＝－0.33 kJ·mol－1, A正确；能量越低越稳定，相同质量的单斜硫所含能量大于正交硫所含能量，所以正交硫较稳定， B错误；根据图知，相同物质的量的正交硫比单斜硫所含有的能量低， C错误；①式反应需断裂单斜硫中S—S键和氧气中的O===O键，不仅仅是断裂1 mol O2中的共价键所吸收的能量， D错误。] 跟踪强化 43 4.已知断裂1 mol H—H需吸收的能量为436 kJ,形成1 mol N—H放出的能量为391 kJ,根据化学方程式N2+3H2 2NH3,1 mol N2完全反应放出92.4 kJ能量。则断裂1 mol N≡N所需吸收的能量为(　　) A.431 kJ B.945.6 kJ C.649 kJ D.896 kJ 答案 B 解析 根据ΔH=E总(断键)-E总(成键),设断裂1 mol N≡N所需吸收的能量为E,则有E+3×436 kJ-6×391 kJ=-92.4 kJ,E=945.6 kJ。 B 跟踪强化 (1)a、b、c分别代表的意义是 ________________________、 ________________________、 ________________________。(2)该反应是______(填“吸热”或“放热”)反应，ΔH____(填“<”或“>”)0。 旧化学键断裂所吸收的能量　 新化学键形成所放出的能量 　反应热 放热 < 5.(长春高二期中)已知H2(g)＋1/2O2(g) =H2O(g)反应过程中的能量变化如图所示。 跟踪强化 45 人 教 版 选 择 性 必 修 1 本课结束，谢谢！ Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.79 $$