1.1 化学反应与能量变化 第2课时（教学课件）化学沪科版2020选择性必修1

第1章 化学反应的热效应 1.1 化学反应与能量变化 第2课时 化学反应的焓变 沪科版2020选择性必修1 反应焓变与反应热的关系 2 化学反应中的能量转化形式 1 知识导航 1．知道化学反应中的能量转化形式。 2．了解反应焓变与反应热的关系。 明·学习目标 燃放烟花时，能量主要以哪几种形式释放出来?这些能量是从哪里来的呢? 形式：声、光、热、动等能量 来源：储存在物质化学键中的化学能 引·新课导入 01 化学反应中的 能量转化形式 化学反应中的能量转化形式 热力学第一定律 热(Q):因温度不同而传递的能量 表达式：ΔU＝Q＋W 功(W):除热以外其它形式的能量 内能变化量 探·知识奥秘 化学反应实现了化学能与其他能量形式之间的转化，其中化学能与热能之间的转化是最常见的一种形式，广泛应用在日常生活、工农业生产、科学研究与国防建设中。 化学反应中的能量转化形式 化学能与热能的转化 探·知识奥秘 思考：化学反应的热能有什么样的变化规律呢? 探·知识奥秘 在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热。 反应热 概念 符号 用Q表示 系统对环境放热 ( Q<0 ) 系统从环境吸热 ( Q>0 ) 内能(U)减少 内能(U)增加 根据热力学第一定律：____________________________________________ ΔU ＝Q ＋ W Q＝ΔU－W 化学反应中的能量转化形式 探·知识奥秘 Q＝ΔU－W 非体积功：除体积功以外的功 体积功：在一定环境压力下，系统体积变化(ΔV)所做的功 (基于不做非体积功、一定温度、恒压条件下进行研究) 示例分析：如右图，环境压强(P)为a Pa，系统变化前后体积变化(ΔV)增大了b m3，求体积功的大小。 a Pa a Pa (ΔV) (活塞) W＝－PΔV ΔV＝V(反应后)－V(反应前) W＝－ a Pa· b m3 ＝－ a b Pa· m3 (系统对环境做功) ＝－ a b N·m-2 · m3 1 Pa ＝1 N·m-2 ＝－ a b N·m ＝－ a b J 反应热 化学反应中的能量转化形式 探·知识奥秘 取一只 100 mL 烧杯，加入 10 g 碳酸氢钠固体和 10 g 柠檬酸固体(为防止反应过快液体冲出烧杯，所加固体不宜太多)，再向烧杯中注入少量蒸馏水后搅拌，观察现象。待反应稍平缓后，用手小心触摸烧杯壁，感受反应的热效应。 现象记录：____________________________________。 实验结论：____________________________________。 实验探究：碳酸氢钠与柠檬酸反应的热效应 化学反应的热效应 化学反应中的能量转化形式 探·知识奥秘 探·知识奥秘 取一只 100 mL 烧杯，加入 10 g 碳酸氢钠固体和 10 g 柠檬酸固体(为防止反应过快液体冲出烧杯，所加固体不宜太多)，再向烧杯中注入少量蒸馏水后搅拌，观察现象。待反应稍平缓后，用手小心触摸烧杯壁，感受反应的热效应。 现象记录：____________________________________。 实验结论：____________________________________。 实验探究：碳酸氢钠与柠檬酸反应的热效应 该反应为吸热反应(Q>0) 反应产生大量气泡，体系温度由25℃降到1℃ 化学反应的热效应 化学反应中的能量转化形式 探·知识奥秘 问题：若要测定一定量的碳酸氢钠固体和柠檬酸固体加水后系统的温度变化，你会怎么做? 温度计 从图中不仅能看到温度变化的情况，还能读出某时刻反应系统对应的温度。 碳酸氢钠与柠檬酸反应的系统温度变化 温度传感器 化学反应的热效应 化学反应中的能量转化形式 探·知识奥秘 思考：该反应的热效应是否等于系统内能的变化? 探·知识奥秘 【例1】下列过程中，将电能转化为化学能的是 B A．风力发电 B．氯碱工业 C．太阳能发电 D．用天然气烧水 析·典型范例 17 【例2】某化学兴趣小组对生石灰与水反应是显著放热反应进行了实验探究，在除了用手触摸试管壁感觉发热外，还设计了下列几个可行性方案。 甲方案：将温度计与盛放有生石灰的小试管用橡皮筋捆绑在一起，放入有水的小烧杯中，用胶头滴管向小试管中缓缓滴入水，看到的现象是____________，说明反应放热。（下列装置中支撑及捆绑等仪器已略去） 析·典型范例 18 乙方案：将盛放有生石灰的小试管插入带支管的试管中，支管接①或②，用胶头滴管向小试管中缓缓滴入水，看到的现象是(接①) ________，(接②) ________ ，说明反应放热。 丙方案：用胶头滴管向盛放有生石灰且带支管的试管中滴加水，支管接的导管中盛适量无水硫酸铜粉末，看到的现象是________ ，说明反应放热，其原因是________。 温度计温度上升 导管口有气泡产生 左边水柱下降，右边水柱上升 无水硫酸铜粉末变蓝色 水和生石灰反应放出热量，使水蒸发 析·典型范例 19 02 反应焓变与 反应热的关系 在化学热力学中H称之为“焓”，与内能一样，系统状态发生变化时，焓也随之变化，称之为焓变。 Q＝ΔU－W W＝－PΔV ΔV＝V(反应后)－V(反应前) Q＝ΔU＋PΔV ＝Δ(U＋PV) 令U＋PV＝H 则Q＝ΔH 在科学研究与生产实践中，大多数化学反应是在等压或接近等压的条件下进行，此时的反应热称为等压反应热，用符号 Qp 表示。 化学反应的热效应 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 焓与焓变 人们常用系统的焓的变化，即焓变(ΔH)来表示在等压、只做体积功条件下的反应热(Qp)， 单位常用kJ · mol-1。 (ΔH＝Qp) 体系 内能改变 产生 反应热 等压 反应热 (焓变) 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 科学研究中引入“焓”这个物理量，极大地方便了我们的研究，掌握反应热的变化规律。 在一定条件下，一个化学反应是吸热还是放热，是在等压条件下由生成物和反应物的焓的差值决定的，即： 吸热反应 放热反应 ΔH >0 ΔH <0 ΔH＝∑H(生成物)-∑H(反应物) 焓与焓变 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 化学 反应 向环境 释放能量 放热反应 反应物具有的总能量高 生成物具有的总能量低 ∑H (反应物)＞ ∑H(生成物) ∆H < 0 反应物 生成物 放热反应 焓 (H) 图示 规定：当反应体系放热时其焓减小，Δ H为负值 (Δ H＜0) 从宏观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 ①可燃物的燃烧 ②酸碱中和反应 ③金属与酸的置换反应 ④物质的缓慢氧化 ⑤铝热反应 ⑥大多数化合反应 ⑦原电池反应 过氧化氢分解为放热反应！ 注意 (1)常温下不需要加热就能发生的反应不一定是放热反应 (2)不需加热或加热停止后仍能进行的反应，通常是放热反应 [Ba(OH)2·8H2O与NH4C1的反应] 常见的放热反应 从宏观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 化学 反应 从环境 吸收能量 吸热反应 生成物具有的总能量高 反应物具有的总能量低 ∑H (反应物) ＜ ∑H(生成物) 图示 ∆H > 0 反应物 生成物 吸热反应 焓 (H) 规定：当反应体系吸热时其焓增大，Δ H为正值 (Δ H＞0) 从宏观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 26 (1)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应 注意 ①大多数的分解反应 ②Ba(OH)2·8H2O与NH4C1的反应 ③C和 H2O(g) 、C和和CO2的反应 ④电离、水解反应(选一第三章) (2)需要不停加热的反应，通常是吸热反应 (TNT的爆炸需要雷管引爆) 常见的吸热反应 从宏观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 键断裂，吸收能量 键形成，释放能量 436 kJ/mol 436 kJ/mol 键能：25 ℃和101 kPa下，断开1 mol 气态分子AB(g)中的共价键，使其生成气态原子 A(g)和 B(g)所吸收的能量。 示例：以H2与Cl2反应生成HCl来讨论反应热的实质 从微观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 28 图示 焓(H) ∆H2＝−436 kJ/mol H2(g) 2H(g) ∆H1＝+436 kJ/mol 示例：以H2与Cl2反应生成HCl来讨论反应热的实质 从微观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) ∆H＝? 释放431 kJ/mol×2 mol＝862 kJ ∆H＝−183 kJ/mol 吸收436 kJ + 243 kJ＝679 kJ 示例：以H2与Cl2反应生成HCl来讨论反应热的实质 从微观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 30 图示 吸收能量679 kJ 释放能量862 kJ 反应热 ∆H＝−183 kJ/mol 示例：以H2与Cl2反应生成HCl来讨论反应热的实质 从微观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 31 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。 实验测得与理论分析的数据接近，说明了什么? ∆H＝−183 kJ/mol 键能估算 实验测得 ∆H＝−184.6 kJ/mol H2(g)＋Cl2(g) 2HCl(g) ∆H＝? 实验测得与理论分析的数据 从微观角度认识反应热 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 32 吸收能量 ＞ 释放能量 吸热反应 吸收能量 ＜ 释放能量 放热反应 反应物 生成物 化学反应 键断裂 键生成 原子重新组合 吸收 能量 放出 能量 焓变估算 ∆H(估算)＝∑E (反应物键能)－∑E (生成物键能) 计算公式： 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 33 (1) ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量 (2)ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和 (3)ΔH＝表示正反应的活化能－表示逆反应的活化能 能量 生成物 的总能量 反应物 的总能量 a b c a表示正反应的活化能 b表示逆反应的活化能 c表示该反应的│反应热│ 能量 生成物 的总能量 反应物 的总能量 a c b ΔH＝(a－b) kJ/mol ＝－c kJ/mol ΔH＝(a－b) kJ/mol ＝c kJ/mol 焓变的表达方式 反应焓变与反应热的关系 探·知识奥秘 【例1】画出下列化学反应中的焓变示意图。 CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2O (l) ΔH = -891 kJ·mol-1 放热 ΔH＝-891 kJ · mol-1 焓 反应物 CH4 (g) + 2O2 (g) 生成物 CO2 (g) + 2H2O (l) 析·典型范例 【例2】依据信息估算2 mol H2(g) 和1 mol O2(g) 反应生成2 mol H2O(g) 的反应热∆H＝? ∆H(估算)＝ ∑E (反应物键能）－∑E (生成物键能） ＝2×436 kJ/mol＋498 kJ/mol－4×463.4 kJ/mol ＝−483.6 kJ/mol 2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g) ∆H＝? 2H2 O2 4H 2O 2H2O 1 mol H2(g)中的H－H键 断裂吸收436 kJ能量 1 mol O2(g)中的化学键 断裂吸收498 kJ能量 形成H2O(g)中1 mol H－O 键释放463.4 kJ能量 析·典型范例 36 从化学键的角度分析，原因是什么? ——————————————————————————————— 【例3】在相同条件下，下列两个反应释放的热量几乎相等： 上述两个反应，断键、成键种类数目均相同。 C2H4(g)＋H2(g) ＝ C2H6(g) C3H6(g)＋H2(g) ＝ C3H8(g) 析·典型范例 化学热力学是将热力学的基本理论用于研究化学现象及其相关物理现象的化学分支学科。化学热力学一般处理平衡问题，而不涉及达到该平衡态的途径，即知道系统的始态和终态便可得到结果，不研究过程中的变化机理和反应速率等问题。 化学热力学 热化学是化学热力学的重要领域，主要研究化学变化及物理变化过程的热效应。工业生产中热交换、燃料的利用等都需要使用热化学数据，这些数据也会对化学理论研究、探究分子结构间的变化规律、了解化学键本质等起着重要作用。热化学常用量热法测量热效应，随着微型热量计被用于研究追踪细胞生长和蛋白质分子之间的各种生化反应过程，现代热化学的研究对象已扩展到复杂的化学系统和生物系统。 迁·拓展延伸 1．下列说法正确的是(　　) A．吸热反应使环境的温度升高 B．当反应放热时ΔH＞0，反应吸热时ΔH＜0 C．化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为负值 D．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 C 练·技能实战 2．化学反应A2(g)＋B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是(　　) A．该反应每生成2 mol AB(g)吸收b kJ热量 B．反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1 C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 D．断裂1 mol A—A和1 mol B—B放出a kJ能量 B 练·技能实战 3．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol F—F、S—F需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则反应S(s)＋3F2(g)＝SF6(g)的反应热ΔH为(　　) A．－1 780 kJ·mol－1 B．－1 220 kJ·mol－1 C．－450 kJ·mol－1 D．＋430 kJ·mol－1 B 练·技能实战 4．一定条件下，1 mol 气态 H2 与 1 mol 气态 Br2 断键时分别需要吸收 436 kJ 和 193 kJ 的热量，而 1 mol 气态 HBr 成键时会放出 366 kJ 的热量。据此推算，反应：H2 (g) + Br2 (g)=2HBr (g) 是吸热反应还是放热反应? 根据化学方程式及已知数据： ΔH＝(436+193-2×366)kJ·mol-1＝ -103 kJ·mol-1 是放热反应。 ΔH<0 练·技能实战 5．下表是部分化学键的键能数据： (1)已知1 mol白磷燃烧生成P4O10(s)的反应热ΔH＝－2 982 kJ·mol－1，白磷(P4)、P4O6、P4O10结构如图所示，则上表中x＝________。 (2)0.5 mol白磷(P4)与O2完全反应生成固态P4O6放出的热量为________kJ。 化学键 P—P P—O O==O P==O 键能/(kJ·mol－1) 198 360 498 x 585 819 练·技能实战 课时2 化学反应的焓变 化学反应中的能量转化形式 反应焓变与反应热的关系 焓的概念 单位：kJ/mol 关系：等压条件下反 应热等于反应的焓变 符号：ΔH 从两个角度认识反应热 理·核心要点 感谢 您的聆听 THANKS 沪科版2020选择性必修1 Lavf58.28.100 $$