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

第一章 第一章 化学反应的热效应 第一节 反应热 第一课时 反应热 焓变 理解反应热的概念； 掌握中和热及其测定方法； 能从宏观和微观两个角度解释反应热产生的原因 及掌握反应热的计算方法。 学习目标 【案例】利用化学反应中热量的释放或吸收有利于改善我们的生活环境，提高我们的生产效率。 即热饭盒能让我们随时吃到热的饭菜。 【思考】热量的释放或吸收是化学反应中能量变化的常见形式。请列举常见的放热反应和吸热反应。 放热反应： ①金属与酸或水的反应 ②酸碱中和反应 ③所有的燃烧反应 ④缓慢氧化反应 ⑤食物在人体内的消化反应 ⑥大多数化合反应 吸热反应： ①大部分分解反应 ②Ba(OH)2·8H2O 晶体与 NH4Cl晶体反应 ③C与CO2反应生成CO的反应 ④C与H2O(g)反应生成CO和H2 环境∶与体系相互影响的其他部分，如盛有溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境。 体系与环境之间 存在物质交换或能量交换 体系（系统）：在热学中，体系是与周围其他部分区分开来的根据需要所研究的对象。如我们可将盐酸、 NaOH溶液及发生的反应等看作一个反应体系，简称体系（又称系统） 1、认识体系和环境（以HCl溶液和NaOH溶液反应为例） 反应热及其测定 学习任务一 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 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者从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。 （2）测量工具：量热计 全自动等温量热计 简易量热计 等温条件：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。 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? 1. 反应前体系温度 2. 反应后的体系温度 3. 体系的比热容 4. 体系的质量 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 mL 0.50 mol/L盐酸的质量m1=50 g, 50 mL 0.55 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)。 50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液发生中和反应时放出的热量为: Q=cm△t 【探究】中和反应反应热的测定 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。 【实验测量】 （1）反应物温度的测量 ①用量筒量取50mL0.50mol/L盐酸，打开杯盖，倒入量热计的内筒中，盖上杯盖，插入温度计，测量并记录盐酸的温度（数据填入下表）。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。 ②用另一个量简量取50mL0.55mol/L.NaOH溶液，用温度计测量并记录NaOH溶液的温度（数据填入下表）。 （2）反应后体系温度的测量 打开杯盖，将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内简中，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，将最高温度记为反应后体系的温度（t2）。 （3）重复上述步骤（l）至步骤（2）两次。 2.实验中是否可以更换温度计？ 不能，会存在仪器误差 3.能否测完酸后直接测量碱的温度？ 那如何操作？ 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。 4.能否将NaOH分多次倒入热量计中？ 为了保证盐酸完全被中和 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？ 6.玻璃搅拌棒能否用金属搅拌棒代替？ 不能。原因是金属质搅拌器易导热， 造成实验过程中热量损失。 1.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。 9 数据处理： 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。 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 25.0 25.2 _____ 28.5 ____ 2 24.9 25.1 _____ 28.3 ____ 3 25.6 25.4 _____ 29.0 ____ 25.1 3.4 3.3 25.0 25.5 3.5 （2）取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。 （3）根据温度差和比热容等计算反应热。 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＝cmΔt＝c·[m(盐酸)＋m(NaOH溶液)]·(t2－t1)≈ kJ，那么生成1 mol H2O放出的热量为 ＝ ＝ 。 1.42 56.8 kJ 12 中和热 定义：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应，生成1mol水时的反应热叫 做中和热。 要点： Ⅰ、条件：稀溶液。稀溶液是指溶于大量水的离子 Ⅱ、反应物： （强）酸与（强）碱。 Ⅲ、生成1mol水。中和反应的实质是H+和OH-化合生成H2O，若反应过 程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热之内 Ⅳ、放出的热量：57.3kJ 注：1、必须是稀溶液，浓酸和浓碱溶液稀释会放热 3、必须是反应生成1mol液态水时放出的热量 不是所有的中和反应放出的热都叫中和热 2、必须是强酸强碱，弱酸弱碱电离吸热 中和热 定义：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应，生成1mol 水时的反应热叫做中和热。 4、放出的热量：57.3kJ 5、中和反应的实质是H+和OH-化合生成H2O，若反应过程中有其他物质生成，这部分反应热也不在中和热之内 【思考讨论】 中和反应热测定实验中产生实验误差的原因有哪些？ 上述过程中，提高测定反应热准确度的措施有哪些？ 【注意事项】 使用同一支温度计，测定一种溶液温度后温度计必须用水冲洗干净并用滤纸擦干 减少热量损失：量热过程中操作要快(将NaOH溶液迅速倒入量热计内筒，立即盖上杯盖)；量热计杯盖上的孔不要太大，能正好使温度计和玻璃搅拌器通过即可； 操作规范、读数准确。 温度计的水银球部分必须完全浸在溶液中 注意事项 ①防止热量散失的方法: a.两个烧杯口要相平;b.在两个烧杯之间填充碎泡沫塑料或碎纸 片;c.用玻璃搅拌器搅拌,而不能用金属棒(丝)搅拌; ②加过量碱液使酸完全反应,碱过量对中和热测定没有影响; ③数据处理时,相差较大的数据可能是偶然误差引起的,应舍去。 【思考】1.能不能是盐酸过量？ 盐酸过量则应以氢氧化钠为标准计算生成的水，但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。 2.上述实验能否用NaOH固体代替NaOH溶液？对结果会产生什么影响？ (1)装置中的环形玻璃搅拌棒能否用金属(不与酸、碱反应)质环形搅拌棒代替？为什么？ (2)实验中所用HCl和NaOH的物质的量比为何不是1∶1而是NaOH过量？ (3)能否用浓硫酸代替盐酸？对结果会产生什么影响？ (4)能否用醋酸代替盐酸或用氨水代替KOH溶液？对结果会产生什么影响？ 实验讨论 不能。原因是金属质环形搅拌棒易导热，造成实验过程中热量损失 碱过量的目的是保证盐酸完全反应。 不能。浓硫酸溶解于水时放热，故放出热量大于57.3kJ 不能。弱酸、弱碱电离吸热，故放出热量小于57.3kJ (5)温度计上的酸为何要用水冲洗干净？冲洗后的溶液能否倒入小烧杯？为什么？ (6)酸、碱混合时，为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？ (7)若改用100 mL 0.50 mol/L的盐酸和100 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液，所测中和热的数值是否约为本实验结果的二倍(假定各步操作没有失误)？ (8)怎样用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液，不能用铜丝搅拌棒代替的理由是什么？ 环形玻璃搅拌棒应上下移动；铜传热快，热量损失大，因此不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒 因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不冲洗，温度计上的酸会和碱发生，导致实验误差； 冲洗后的溶液不能倒入小烧杯，若倒入，会使总溶液的质量增加，而导致实验结果误差 因为本实验的关键是测反应的反应热，若动作迟缓，将会使热量损失而使误差增大 否。因中和热是指酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时放出的热量，其数值与反应物的量的多少无关，故所测结果应基本和本次实验结果相同 【思考与交流】 化学反应过程中为什么会产生反应热？为什么有的化学反应释放热量，有的化学反应吸收热量？ 化学反应之所以会产生反应热是因为化学反应前后体系的内能（符号为U）发生了变化。内能是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。 【思考】在科学研究和生产实践中，化学反应通常是在等压条件下进行的。如何描述等压条件下的反应热？ （1）内能（符号为 U）： 体系内物质的各种能量的总和，受温度和物质的聚集状态 等影响。能量越低,物质越稳定。 1.内能、焓、焓变 （2）焓（符号为 H）：是物质所具有的能量， 与内能有关的物理量。单位：kJ·mol－1 二.　反应热 焓变 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↑ （3）焓变： 对于一个化学反应，生成物的总焓与反应物的总焓之差称为焓变，符号是△H。 ①数学表达式：△H=H（生成物）-H（反应物）。 ②常用单位：kJ/mol（或kJ·mol-1）。 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。 （4）反应热和焓变的关系 （从生成物和反应物的总能量角度分析） 反应热 焓变 恒压条件 放热反应 ΔH＜0 吸热反应 ΔH＞0 ΔH=生成物的总焓-反应物的总焓 【例1】 在25 °C和101 kPa下，1 molH2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时放出184.6 kJ的热量，则该反应的反应热为: △H= -184.6 kJ/mol 【例2】 在25 ° C和101 kPa下，1 mol C(如无特别说明，C均指石墨)与1 mol H20(g)反应，生成1 mol CO和1 mol H2,需要吸收131.5 kJ的热量，则该反应的反应热为: △H= +131.5 kJ/mol 注：右端的+或-不要省略，单位KJ/mol必须标出。 在相同条件下，由原子形成1 mol化学键时所 ，与断开1 mol相同化学键所 是相等的。 放出的能量 吸收的能量 2.反应热的实质 H2 + Cl2 = 2HCl Q吸收=436+243=679 kJ/mol Q放出=431×2=862 kJ/mol H（kJ/mol） 反应历程 H2 + Cl2 2H+2Cl 2HCl -183 kJ/mol 436 kJ/mol (H2) 243 kJ/mol (Cl2) 2×(-431 kJ) = 862 kJ/mol 反应热 △H=679-862= -183 kJ/mol 化学反应过程中形成化学键、断裂化学键能量变化可用如图表示： 其中，E1可看作反应物断裂化学键吸收的总能量，E2可看作生成物形成化学键放出的总能量，E1与E2的差值表示 。 反应热（焓变） △H 的计算方法 (1)ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。 (2)ΔH＝E(反应物的总键能)－E(生成物的总键能)。 (3)ΔH>0为吸热反应，ΔH<0为放热反应。 【思考】化学反应为什么产生反应热？请分别从宏观和微观的角度思考。 宏观： 这是因为化学反应前后体系的内能(符号为U)发生了变化（如图）。 内能是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。 △H △H 归纳与整理： ΔH＝生成物的总焓－反应物的总焓 ΔH＝生成物总能量－反应物总能量 ΔH＝反应物总键能－生成物总键能 从焓变角度看： 从物质能量角度看： 从键能角度看： 金刚石 石墨 石墨更稳定 物质能量、键能与稳定性的关系： 1.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 2.物质能量越低，物质越稳定 金刚石 石墨 已知 C（石墨，s）= C（金刚石，s）ΔH = +1.9kJ/mol 判断石墨、金刚石哪个更稳定？ 例题 反应热和焓变的比较 类别项目 反应热 焓变 不同点 概念 相同点 “＋”“－”的意义 数据来源 可以通过实验直接测得，也可以利用已知数据通过计算求得 联系 等温条件下，化学反应体系向环境释放或者从环境吸收的热量 化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差 “＋”表示反应吸热，“－”表示反应放热 等值关系：恒压条件下反应的反应热等于焓变 ③∆H不仅应用在化学反应中，它还应用于任何有能量变化的过程，如：H2O(l)→H2O(g) ∆H＞0；共价键的断裂，吸收能量，∆H＞0；原子间通过共用电子对形成共价键，放出能量，∆H＜0 放热反应和吸热反应的判断 (1)ΔH为“－”或ΔH＜0是放热反应，ΔH为“＋”或ΔH＞0是吸热反应 (2)若生成物的总能量大于反应物的总能量，则为吸热反应 (3)由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应 (4)加热引发的反应，停止加热后反应能继续进行的，则为放热反应，停止加热后反应随之停止，则为吸热反应 【微点拨】 ①放热反应和吸热反应是针对化学反应而言，物质三态之间的变化有能量的变化，但属物理变化，故不属于放热反应或吸热反应 ②放热反应和吸热反应取决于反应物和生成物总能量的相对大小，与反应条件并无必然的关系 CH4 H2S CH4 Fe2S3, H2O CO，H2 CH4（10%） H2O(g) CO，H2 N2 H2O(g) CO2，H2 N2 N2，H2 KHCO3 N2，H2 NH3 NH3 CO2 S(硫) 空气 二次转化 一次转化 合成 K2CO3(aq) Fe(OH)3 O2 脱硫 接下行左端 利用天然气合成氨的工艺流程示意图 思考: 研究反应热的意义 CH4(g) + H2O(g) CO(g)+ 3H2(g) ∆H ＞0 反应吸收大量热，如果不及时供应所需要的热量，反应就不能顺利进行，甚至停止。 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。 ∆H ＜ 0 选择适宜的反应条件 研究化学反应的可行性 反应热 焓变 课堂小结 $$