資源簡介

第一節 反應熱
第一課時 反應熱 焓變
第一章 化學反應的熱效應
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}實例
原電池
暖寶寶
燃放煙花、燃氣爐
能量轉化
能轉化
成 能
能轉化
成 能
能轉化
成 能、 能
化學
電
化學
光
熱
化學
熱
想一想：
化學反應有哪些特征？
化學反應在生成新物質的同時，還伴隨著能量的變化。
物質變化
能量變化
熱能
電能
光能
……
吸收
釋放
基礎
當能量以熱的形式表現時，
化學反應就分為吸熱反應和放熱反應。
思考：請列舉常見的放熱反應和吸熱反應。
1、常見放熱反應
活潑金屬與水（或酸）的反應
所有的燃燒反應
絕大多數的化合反應
酸堿中和反應
鋁熱反應
物質的緩慢氧化（腐敗）
2、常見吸熱反應
Ba(OH)2.8H2O+2NH4Cl === BaCl2+10H2O+2NH3↑
NaHCO3+HCl === NaCl+H2O+CO2↑
C + CO2 === 2CO（高溫條件）
絕大多數的分解反應
以C、CO、H2為還原劑的氧化還原反應
C和水蒸氣、鐵和水蒸氣
H2O2分解反應以及KClO3分解反應為放熱反應
注意
濃硫酸稀釋、氫氧化鈉固體溶解等。
大多數銨鹽溶于水，固體的升華，液體的蒸發。
吸熱反應和放熱反應的對象都是化學變化，物理變化除外。
×
放出熱量的變化過程一定是放熱反應（ ）
放熱過程：
吸熱過程：
（1）需要加熱的反應一定是吸熱反應（ ）
（2）吸熱反應一定需要加熱才可以進行（ ）
（3）放熱反應不需要加熱即可發生（ ）
明辨是非
×
×
×
一個化學反應是吸熱還是放熱，與反應條件（是否需要加熱）沒有必然聯系。
注意
神七發射
慶典時的煙火
化學反應過程中釋放或吸收的熱量在生活、生產和科學研究中具有廣泛應用。
乙炔與氧氣反應放出的熱量用于切割金屬
在實際應用中，該如何控制發熱包成份的含量？人們如何定量地描述化學反應過程中釋放或吸收的熱量呢?
【思考】目前市面上的“即熱飯盒”，其原理是在飯盒底部有兩層，一層存放水，另一層存放鎂和鐵的混合物（發熱包主要成分）。
使用時打開隔離層，即發生以下反應：Mg+2H2O === Mg(OH)2+H2↑ 。
發熱包中成份的含量是否需要控制，為什么？
發熱包中有效成份含量過少，放熱不足，含量過多占用空間，且有安全隱患。
化學能
熱能
定量描述？
反應熱的概念
01
一、反應熱的概念
在等溫條件下，化學反應體系向環境釋放或從環境吸收的熱量，稱為化學反應的熱效應，簡稱反應熱。
等溫：指化學反應發生后,使反應后體系的溫度恢復到反應前體系的溫度,即反應前后體系的溫度相等。
熱量
以鹽酸與NaOH溶液的反應為例
體系(系統)：被研究的物質系統稱為體系。
環境：與體系相互影響的其它部分
熱量：
是指因溫度不同而在體系與環境之間交換或傳遞的能量。
(如圖中的鹽酸、NaOH溶液、以及發生的中和反應： HCl+NaOH === NaCl+H2O)
體系與環境之間存在______交換或______交換。
物質
能量
(如盛溶液的試管、
溶液之外的空氣等)
1.敞開體系：
環境
體系
拓展了解
2.封閉體系：
3.孤立體系：
體系與環境間即有物質交換，又有能量交換
體系與環境間沒有物質交換，只有能量交換
體系與環境間無物質和能量的交換
許多反應熱可以通過量熱計直接測定。
例如，鹽酸與氫氧化鈉溶液反應的過程中會放出熱量，導致體系與環境之間的溫度產生差異。在反應前后，如果環境的溫度沒有變化，則反應放出的熱量就會使體系的溫度升高，
這時根據測得的體系的溫度變化和有關物質的比熱容來計算反應熱。
比熱容
在中學范圍內，簡單（不嚴格）的定義為：
單位質量的某種物質溫度升高1℃所吸收的熱量
（或降低1℃所釋放的熱量）叫做這種物質的比熱容。
符號：c
常用單位：J/(Kg ? ℃)
中學中用比熱容來計算熱量的基本公式;
讀作：焦(耳)每千克攝氏度
Q = mcΔt
1881年,法國化學家貝特羅(Pieltte Engene Marceiin Berthelot)，在法蘭西學院的實驗室里，利用自己發明彈式量熱計測出了不同反應的反應熱。
法國化學家貝特羅
1827年-1907年
量熱計的結構
現代量熱計
保溫杯式量熱計
中和反應反應熱的測定
02
【探究：中和反應反應熱的測定】
實驗原理：通過一定量的強酸、強堿的稀溶液在反應前后溫度的變化和有關物質的比熱容等來計算放出的熱量，由此求得中和熱。
Q = mc△t
Q：中和反應放出的熱量。
m：反應混合液的質量。
c：反應混合液的比熱容。
△t：反應前后溶液溫度的差值
在測定中和反應的反應熱時，應該測量哪些數據?
如何根據測得的數據計算反應熱?
應該測量的數據：
①反應物質量（通過體積、濃度和密度可計算）
②反應物的溫度。
③反應后的體系溫度
【提出問題】
【思考】閱讀實驗測量步驟，為了提高測定的準確度，應該采取哪些措施?
【實驗測量】
【探究：中和反應反應熱的測定】
【探究：中和反應反應熱的測定】
【數據處理】
【探究：中和反應反應熱的測定】
【數據處理】
熱量的計算公式：
Q = mcΔt
m：
反應混合液的質量
50mL0.5mol/L鹽酸的質量 m1=50g；
50mL0.55mol/LNaOH溶液的質量 m2=50g
m=m1+m2=100g
c：反應混合液的比熱容c=4.18×10-3kJ/(g·℃)
Δt：三次測量所得溫度差（t2-t1）的平均值
【探究：中和反應反應熱的測定】
【數據處理】
H+(aq) + OH- (aq) H2O(l)
Q(kJ)
0.025mol
0.025mol
0.418× Δt
1mol
????.????????????×??????????????.????????????
?

大量實驗測得，在25℃和101kPa下，強酸的稀溶液與強堿的稀溶液發生中和反應生成1mol水時，放出57.3kJ的熱量。
m = 50g+50g=100g 、 C=4.18 J/(g·℃)
n酸=0.025mol
n堿=0.0275mol
Q =
0.418(t2 - t1)
0.025
kJ/mol
Q =mCΔt=4.18 ×10-3 ×(50+50)(t2 - t1)kJ = 0.418(t2 - t1)kJ
【探究：中和反應反應熱的測定】
【問題和討論】
在上述過程中，提高測定反應熱準確度的措施有哪些?
思考1：實驗中所用HCl和NaOH的物質的量比為何不是1∶1,而是NaOH稍過量？能否酸過量？
為了確保鹽酸被完全中和。
因為在空氣中鹽酸相對堿穩定，堿極易與空氣中的CO2反應。
不宜用鹽酸過量。如果HCl過量則應以NaOH為標準計算生成的水，但溶液吸收空氣中的CO2，消耗了部分NaOH，無法保證NaOH完全與HCl反應。
思考2：上述實驗能否用NaOH固體代替NaOH溶液？對結果會產生什么影響？
不能。NaOH固體溶于水要放熱，會使測得的反應熱數值偏大。
思考3：用濃硫酸代替鹽酸對結果會產生什么影響？
用醋酸代替鹽酸對結果會產生什么影響？若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液測定中和反應反應熱，對結果會產生什么影響？
濃硫酸溶于水時放熱，所測反應熱的數值偏大↑；
注意點1：鹽酸和氫氧化鈉都選用稀溶液，避免稀釋帶來的熱量變化。
弱酸、弱堿電離吸熱，所測反應熱的數值偏小↓；
若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液測定反應熱，生成BaSO4沉淀還會多放出一部分熱量，所測反應熱的數值偏大↑。
思考4：酸、堿混合時，為何要把量筒中的NaOH溶液一次性很快倒入小燒杯而不能緩緩倒入？
因為本實驗的關鍵是測反應的反應熱，
若動作遲緩或多次加入，將會使熱量損失而使誤差增大。
思考5：溫度計上的酸為何要用水沖洗干凈？沖洗后的溶液能否倒入小燒杯？為什么？
溫度計上的酸會和堿發生中和反應而使熱量散失，故要沖洗干凈；沖洗后的溶液不能倒入小燒杯，若倒入，會使總溶液的質量增加，而導致實驗結果誤差。
思考6：中和反應反應熱的測定實驗中的玻璃攪拌器能不能換成銅質攪拌器？
不能，因為銅絲易導熱，使熱量散失較大。
注意點3：玻璃攪拌器（不傳熱）攪拌，
保證反應物混合均勻，溶液溫度均勻。
注意點4：使用絕熱裝置，減少熱量向環境傳遞。
注意點2：使用同一個溫度計測量溫度，減少儀器誤差。
措施
作用
實驗藥品用量
采用堿稍過量的方法
實驗裝置、
儀器選擇
內筒和外筒上口對齊，內外筒中間有隔熱層
實驗過程使用同一支溫度計進行溫度測量
實驗操作
用溫度計測量完鹽酸的溫度后，用水將溫度計上的酸沖洗干凈，擦干再測量堿溶液的溫度
將NaOH溶液迅速倒入內筒后，立即蓋上杯蓋
重復實驗2～3次
歸納總結
為了保證酸堿完全中和
可以減少熱量損失
減少儀器本身的誤差，
使測量的溫度更準確
測量的初始溫度更準確
減少熱量的損失
測量的溫度差更準確
思考：如何進一步改進本實驗？
實驗室常見的攪拌方式
玻璃棒
電動攪拌器
磁力攪拌器
√
【探究：中和反應反應熱的測定】
【實驗改進】
【探究：中和反應反應熱的測定】
實驗室常見的溫度測量方式
溫度計
電子溫度計
√
溫度傳感器
√
【實驗改進】
思考：如何進一步改進本實驗？
【探究：中和反應反應熱的測定】
【誤差分析】
大量實驗測得，在25℃和101kPa下強酸稀溶液與強堿稀溶液發生中和反應生成1mol水時，放出57.3kJ的熱量。
為何所測得的數據小于57.3 kJ？
可能的原因有：
2.溫度計的讀數有誤（不是最高點）
3.實驗過程中有液體灑在外面
4.混合酸、堿溶液時，動作緩慢，導致實驗誤差
5.隔熱層隔熱效果不好，致使實驗過程中熱量損失而導致誤差
6.測過鹽酸后的溫度計未用水清洗而便立即去測堿的溫度，致使堿的溫度偏高而引起誤差.
7.實驗中忽略了燒杯和溫度計吸收的熱量
1.量取溶液的體積有誤差（俯視）
...溶液濃度不準確，沒有進行重復實驗.....
二、中和反應反應熱的測定
①必須是稀溶液
②必須是強酸和強堿反應
③標準:生成1mol H2O(l)放出的熱量
濃酸和濃堿溶液稀釋會放熱，
弱酸弱堿電離吸熱，
注意不是所有的中和反應放出的熱都叫中和熱!!!
在___溶液中,強酸跟強堿發生中和反應生成_______液態水時的反應熱叫作中和熱。
稀
1 mol
注意點:
中和熱定義
單位: KJ/mol
導致生成1mol H2O(l)，
放熱<57.3 kJ
導致生成1mol H2O(l)，
放熱>57.3 kJ
數值: 中和熱為57.3KJ/mol
注意是生成1mol H2O(l)，液態水
下列反應，可表示中和熱的方程式有（ ）
HCl(aq) + NH3·H2O(aq) === NH4Cl(aq) + H2O(l)
CH3COOH(aq) + NaOH(aq) === CH3COONa(aq) + H2O(l)
NaOH(aq) + HCl(aq) === NaCl(aq) + H2O(g)
KOH(aq) + HNO3(aq) === KNO3(aq) + H2O(l)
純堿和鹽酸反應生成 1mol H2O 的熱量變化
D
針對訓練：
課堂小結
化學反應過程中釋放或吸收熱量
定性判斷
常見的放熱反應和吸熱反應
定量計算
反應熱
概念
中和反應反應熱的測定
原理
裝置
數據收集與處理
誤差分析
實驗改進
體系與環境
思考：化學反應為什么會產生反應熱？
比如：U（水蒸氣）>U（液體水）>U（冰）
產生反應熱的原因——
化學反應前后體系的內能（符號為U）發生了變化。
u
放熱反應
u
吸熱反應
化學反應不僅遵循質量守恒定律，
也遵循能量守恒定律
內能是體系內物質的各種能量的總和，
受溫度、壓強和物質的聚集狀態等影響。
等壓條件下，反應熱等于焓變。
反應熱分為：
等壓反應熱：等壓條件下進行反應的反應熱
等容反應熱：等容條件下進行反應的反應熱
在科學研究和生產實踐中，化學反應通常是在等壓條件下進行的。
如何描述等壓條件下的反應熱？
拓展了解
三、反應熱的表示
在等壓條件下進行的化學反應，其反應熱等于反應的焓變，
為了描述等壓條件下的反應熱，科學上引入了一個與內能有關的物理量
—焓（符號為H）
當反應體系放熱時其焓減小，
△H為“－”,即△H<0。
當反應體系吸熱時其焓增大，
△H為“＋” ，即△H>0。
符號：ΔH
單位：kJ/mol 或 kJ ? mol－1
數學表達式：ΔH＝H生成物－H反應物
注：ΔH單位采用kJ/mol時，
表示 1mol反應的焓變。
①在25℃，101kPa下，1molH2與1molCl2反應生成2molHCl,放出184.6kJ的熱量，該反應的反應熱為 .
②在25℃,101kPa下，1 mol C(如無特別說明，C均指石墨)與1 mol H2O(g)反應生成1 molCO和1mol H2，需要吸收131.5 kJ的熱量，該反應的反應熱為 .
ΔH= + 131.5 kJ·mol-1
注意： △H前的“+”、“-”都不能省略！
③在25℃和101kPa下強酸稀溶液與強堿稀溶液發生中和反應生成1mol液態水時，放出57.3kJ的熱量。該反應的反應熱為 .
ΔH= － 184.6 kJ·mol-1
ΔH= -57.3kJ·mol-1
針對訓練：
都具有化學意義：
+ 表示吸熱反應
- 表示放熱反應
反應物
生成物
化學反應
舊鍵斷裂
新鍵生成
原子重新組合
吸收能量
放出能量
吸收能量 ＞ 釋放能量
化學反應的實質：
吸收能量 ＜ 釋放能量
四、微觀角度認識反應熱的實質
舊的化學鍵斷裂和新的化學鍵形成過程。
放熱反應 ΔH<0
吸熱反應 ΔH>0
能量越低,
物質越穩定
436 kJ/mol
H
H
H
H
鍵斷裂,吸收能量
鍵形成,釋放能量
436 kJ/mol
鍵能：在25 ℃和101 kPa下，斷開1 mol 氣態分子AB(g)中的共價鍵，使其生成氣態原子 A(g)和 B(g)所吸收的能量。
H · +
· H
H H
··
注意：斷開1mol H2吸收的能量等于形成1mol H2放出的能量即鍵能
鍵能越大,
物質越穩定
四、微觀角度認識反應熱的實質
微觀：以H2與Cl2反應生成HCI為例
Q吸
=679kJ
Q放
=862kJ
Q吸 < Q放
ΔH＝(436+243)－(431+431)
＝－183 kJ/mol
與實驗測得的反應放出熱量為184.6kJ/mol 很接近
化學鍵斷裂和形成時的能量變化是化學反應能量變化的主要原因
放熱反應， ΔH<0
焓(H)
反應物
生成物
反應過程（I）
H1
H2
放熱
?H < 0
放熱反應
反應物
生成物
反應過程（II）
H1
H2
吸熱
焓(H)
?H > 0
吸熱反應
(1)ΔH計算公式1——宏觀(從物質總能量角度)
1、從能量守恒的角度加以分析
四、微觀角度認識反應熱的實質
ΔH＝H生成物－H反應物＝E生成物的總能量－E反應物的總能量
從鍵能角度看：舊化學鍵斷裂——吸熱 新化學鍵形成——放熱
反應物
中間狀態原子
或原子團
生成物
化學鍵斷裂
吸收能量Q吸
放出能量Q放
形成新的化學鍵
總能量E1
總能量E2
(2)ΔH計算公式2——微觀(從化學鍵角度)
從化學鍵角度：
（微觀）
Q吸>Q放 反應吸熱
Q吸2、從化學鍵的角度加以分析
四、微觀角度認識反應熱的實質
ΔH＝Q吸－Q放
＝E反應物的鍵能總和－E生成物的鍵能總和
?H＝∑E (反應物鍵能）－∑E (生成物鍵能）
?H=H(生成物）－H (反應物）
?H＝∑E(反應物斷鍵吸收的能量)－∑E (生成物成鍵放出的能量)
{ED083AE6-46FA-4A59-8FB0-9F97EB10719F}
放熱反應
吸熱反應
反應熱（ΔH）
ΔH<0
ΔH>0
總能量
反應物>生成物
反應物<生成物
鍵能之和
反應物<生成物
反應物>生成物
斷鍵成鍵
斷鍵吸熱<成鍵放熱
斷鍵吸熱>成鍵放熱
焓變的計算
課堂練習、拆開 1 mol H?H鍵、1 mol N?H鍵、1 mol N?N鍵所需能量分別是436 kJ、391 kJ、946 kJ，則1 mol N2(g)轉化為NH3(g)時的反應熱是多少？
＝ 946 kJ/mol + 3×436 kJ/mol ? 6×391 kJ/mol
＝ ?92 kJ/mol
?H(估算) ＝∑E (反應物鍵能）－∑E (生成物鍵能）
N2(g) + 3H2(g) 2NH3 (g) ?H＝?
例：比較熱量的大小、 △H1和△H2的大小
針對訓練：
S(g) + O2(g) == SO2(g) △H1= - Q1 kJ/mol
S(s) + O2(g) == SO2(g) △H2= - Q2 kJ/mol
Q1>Q2
△H1 <△H2
能量：g氣體 > l液態 > s固態
反應熱估算
鍵能估算
能耗
……
給吸熱反應加熱；
給放熱反應及時轉移熱量；
熱能循環利用。
熱能綜
合利用
工藝條
件優化
理論
分析
五、研究反應熱的意義
課堂小結
本質原因：
反應前后內能的變化
主要原因：
化學鍵的斷裂與形成
ΔH＝∑E(反應物鍵能)－∑E(生成物鍵能)
?
計 算：
焓變
表 征：
恒壓反應熱
單位：kJ·mol-1
ΔH＞0 反應吸熱；ΔH＜0反應放熱
熱能綜合應用
工藝條件優化；理論研究
ΔH＝∑H(生成物)－∑????(反應物)
?
反應熱
宏觀認識
微觀理解
研究意義
課堂達標
1.下列變化為放熱的化學反應的是(　　)
A．H2O(g)=H2O(l)　ΔH＝－44.0 kJ/mol
B．2HI(g)=H2(g)＋I2(g)　ΔH＝＋14.9 kJ/mol
C．形成化學鍵時共放出能量862 kJ的化學反應
D．能量變化如圖所示的化學反應
D
2、反應 A+B= C(ΔH<0)分兩步進行:
①A+B→ X(ΔH>0) ②X→C(ΔH<0)。
下列圖中能正確表示總反應過程中能量變化的是（ ）
B
3、最新報道：科學家首次用X射線激光技術觀察到CO與O在催化劑表面形成化學鍵的過程。反應過程的示意圖如下：下列說法正確的是（　　）
A．CO和O生成CO2是吸熱反應
B．在該過程中，CO斷鍵形成C和O
C．CO和O生成了具有極性共價鍵的CO2
D．狀態Ⅰ→狀態Ⅲ表示CO與O2反應的過程
C
4、N4 分子結構為正四面體（如圖所示）。已知：斷裂 N4 (g) 中 1mol N－N 鍵吸收 193 kJ 能量，形成 N2 (g) 中1mol N ?N鍵放出 941 kJ 能量。下列說法正確的是（ ）
A. N4 (g) 比 N2 (g) 更穩定
B. N4 (g) = 2 N2 (g) ΔH = + 724 kJ·mol-1
C. 形成 1 mol N4 (g) 中的化學鍵放出 193 kJ 的能量
D. 1 mol N2 (g) 完全轉化為 N4 (g)，體系的能量增加 362 kJ
N4
D
練習：乙苯催化脫氫制苯乙烯反應:
(g)
(g)＋H2(g)
化學鍵
C—H
C—C
C = C
H—H
鍵能/kJ·mol－1
412
348
612
436
計算上述反應的ΔH=　　　　kJ·mol－1。
+124

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