資源簡介

(共44張PPT)
第一章 化學反應的熱效應
課時1 反應熱 焓變
人 教 版 選 擇 性 必 修 1
第一節 反應熱
學習目標
知識技能
掌握反應熱、焓變概念，理解中和熱的原理和計算方法
過程方法
結合真實情境中的應用實例，多角度理解概念。
學科素養
培養宏觀和微觀相結合的視角，建立節約資源、保護環境的可持續發展意識。
反應熱
壹
中和反應反應熱的測定
貳
焓變
叁
知識導航
難點
重點
新課導入
自然界的能量存在形式有很多種，勢能、生物能、熱能、太陽能、風能等。
勢能
生物能
熱能
太陽能
風能
能量之間可以相互轉化
新課導入
煤燃燒放熱
煅燒石灰石吸熱
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的應用。
那么，在實際應用中，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
反應熱
壹
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體系與環境
體 系
環 境
試管中的鹽酸、NaOH溶液及發生的反應等看作一個反應體系
盛溶液的試管和溶液之外的空氣等看作環境
T1
T2
熱 量
因溫度不同而在體系與環境之間交換或傳遞的能量
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反應熱
1．定義：在等溫條件下①，化學反應體系向環境_________或從環境_________的__________，稱為化學反應的熱效應，簡稱反應熱。用ΔH 表示。
釋放
吸收
熱量
等溫條件下，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。
如何測定反應放出的熱量？
反應熱的測定
貳
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中和反應反應熱的測定
保溫杯式量熱計
量熱器示意圖
認識本實驗用到的儀器——量熱計
許多反應熱可以通過量熱計直接測定
彈式量熱計
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中和反應反應熱的測定
通過一定量的酸、堿溶液在反應前后溫度的變化，計算反應放出的熱量，由此求得中和熱。
測定原理
c：比熱容
m : 體系的質量
t1、t2：反應前和反應后體系的溫度
Q：放出的熱量
Q ＝ c · m ·(t2－t1)
反應熱的計算公式
② 用另一個量筒量取50mL 0.55mol/L NaOH溶液，用溫度計測量并記錄NaOH溶液的溫度（數據填入下表）。
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中和反應反應熱的測定
實驗操作
① 用量筒量取50mL 0.50mol/L鹽酸，打開杯蓋，倒入量熱計的內筒，蓋上杯蓋，插入溫度計，測量并記錄鹽酸的溫度(數據填入下表)。用水把溫度計上的酸沖洗干凈，擦干備用。
反應物溫度的測量
為了保證HCl被完全中和，
中和反應進行完全。
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中和反應反應熱的測定
實驗操作
打開杯蓋，將量筒中的NaOH溶液迅速倒入量熱計的內筒，立即蓋上杯蓋，插入溫度計，用攪拌器勻速攪拌。密切關注溫度變化，將最高溫度記為反應后體系的溫度（t2）。
反應后體系溫度的測量
重復上述步驟兩次
減小誤差，防止熱量損失
減小誤差
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中和反應反應熱的測定
數據處理
取鹽酸溫度和NaOH溶液溫度的平均值記為反應前體系的溫度（t1）。計算溫度差（t2 - t1），將數據填入下表。
實驗次數 反應物的溫度/℃ 反應前體系的溫度 反應后體系的溫度 溫度差
鹽酸 NaOH溶液 t1 / ℃ t2/ ℃ （t2- t1）/ ℃
1
2
3
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取三次測量所得溫度差的平均值作為計算依據。
根據溫度差和比熱容等計算反應熱。
實驗數據處理
為了計算簡便，鹽酸、氫氧化鈉稀溶液的密度近似地認為都是1 g·cm-3，反應后生成的溶液的比熱容c＝4.18 J/(g·℃)。
該實驗中鹽酸和NaOH溶液反應放出的熱量是0.418（t2 - t1）kJ，生成1mol H2O時放出的熱量為0.418（t2 - t1）/ 0.025 kJ（從單位角度入手引導計算）。
中和反應反應熱的測定
數據處理
多次計算求平均值以減小誤差
!
做題時最容易忽略的
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中和反應反應熱的測定
注意事項
① 操作時動作要快，盡量減少熱量的損失，使用絕熱裝置，避免熱量散發到反應體系外。② 在測量反應混合液的溫度時要隨時讀取溫度值，記錄下最高溫度值。③ 實驗中要用強酸、強堿的稀溶液(0.1～0.5 mol·L－1)。④ 不能用弱酸或弱堿，因弱酸、弱堿電離時吸收熱量而使測量數值偏低。⑤ 測量鹽酸的溫度后，要將溫度計上的酸沖洗干凈后，再測量 NaOH 溶液的溫度，避免酸、堿在溫度計的表面反應放熱而影響測量結果。
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中和反應反應熱的測定
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大量實驗測得，25 ℃和101 kPa下，強酸與強堿稀溶液發生中和反應生成1 mol水時，放出57.3 kJ的熱量。
中和熱的定義
中和反應反應熱
中和反應反應熱是反應熱的一種！！！
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中和熱的定義
為什么要強酸/強堿？
弱酸/弱堿電離需吸熱
為什么要稀溶液？
濃溶液混合放熱，比如濃硫酸
只生成1 mol H2O
若生成BaSO4等沉淀、放熱
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中和反應反應熱的測定
誤差分析
實驗過程中那些因素會造成實驗誤差？
保溫性能差
裝置
本身
動作慢
造成熱量損失
實驗
操作
采用近似值計算
數據
處理
在上述過程中，提高測定反應熱準確度的措施有哪些？
裝置
本身
動作迅速，減少熱量損失，攪拌均勻
實驗
操作
提高裝置保溫效果
精確的溫度計
典例精講
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【例1】關于中和熱的測定實驗，下列說法正確的是A．在實驗中，溫度計只使用2次B．為了使反應進行的更完全，可以使酸或堿適當過量C．向盛裝酸的燒杯中加堿時要小心緩慢以免灑出D．用銅絲代替玻璃棒攪拌，會使測得的中和熱數值偏大
B
隨堂演練
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【變式1】在測定中和熱的實驗中，下列說法正確的是A．在測定中和熱實驗中需要使用的儀器有量筒、燒杯、酒精燈、溫度計等B．為了準確測定反應混合溶液的溫度，實驗中溫度計水銀球應與小燒杯底部接觸C．用 0.5mol·L－1NaOH 溶液分別與 0.5mol·L－1 的鹽酸、醋酸溶液反應，如所取的溶液體積相等，則測得的中和熱數值相同D．使用環形玻璃攪拌器是為了加快反應速率，減小實驗誤差
D
焓變
叁
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① 所有燃燒反應；
② 大多數化合反應；
③ 酸堿中和反應；
④ 金屬與酸或水的置換；
⑤ 物質的緩慢氧化；
⑥ 鋁熱反應。
常見的放熱反應
燃燒
化合
中和
金屬與水
氧化
鋁熱反應
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① 大多數分解反應；
② Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應；
③ 高溫條件下C、H2、CO作還原劑的反應。
常見的吸熱反應
KMnO4
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所有分解反應都是吸熱反應嗎？
不是。如：H2O2的分解、KClO3的分解，屬于放熱反應。
需要加熱才能發生的反應一定是吸熱反應嗎？
需要加熱才能發生的反應不一定是吸熱反應，比如鋁熱反應為放熱反應。（反應的吸放熱與是否需要加熱無關）
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化學反應為什么會產生反應熱？
體系
內能改變
產生
反應熱
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
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焓（符號為H）：與內能有關的物理量。
焓變：在_________條件下進行的化學反應（嚴格地說，對反應體系做功有限定，中學階段一般不考慮），其反應熱等于反應的焓變，符號：________，單位：____________ （或____________）。
等壓
ΔH
kJ / mol
kJ·mol-1
體系
內能改變
產生
反應熱
反應熱
（焓變）
等壓
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化學反應中焓的變化
宏觀分析
根據規定，當反應體系放熱時其焓減小，ΔH 為負值，即ΔH＜0
放熱反應
∑H (反應物) > ∑H(生成物)
反應物具有的總能量高
生成物具有的總能量低
化學
反應
向環境
釋放能量
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化學反應中焓的變化
宏觀分析
當反應體系吸熱時其焓增大，ΔH 為正值，即ΔH > 0
吸熱反應
∑H (反應物) < ∑H(生成物)
生成物具有的總能量高
反應物具有的總能量低
化學
反應
從環境
吸收能量
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化學反應中焓的變化
宏觀分析
計算公式：ΔH =
生成物的總焓（能量）－反應物的總焓（能量）
H生成物－ H反應物
ΔH =
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化學反應中焓的變化
微觀分析
1．化學反應的本質是 。2．斷鍵需要 能量，成鍵需要 能量。 3．鍵能：斷開（形成）1 mol某鍵所吸收（放出）的能量叫鍵能。單位：kJ/mol。
舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成
吸收
放出
例如，H-H鍵的鍵能是436.0 kJ/mol，那么斷開（形成）1 mol H-H鍵吸收（放出）的能量為436.0 kJ。
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化學反應中焓的變化
微觀分析
以H2與Cl2反應生成HCl為例，從微觀角度來討論反應熱的實質
H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) H＝？
釋放431 kJ/mol×2 mol＝862 kJ
H＝ 183 kJ/mol
吸收436 kJ + 243 kJ＝679 kJ
計算公式：ΔH = ________________________________
∑E (反應物鍵能）－∑E (生成物鍵能）
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化學反應中焓的變化
微觀分析
以H2與Cl2反應生成HCl為例，從微觀角度來討論反應熱的實質
吸收能量679 kJ
釋放能量862 kJ
反應熱
H＝ 183 kJ/mol
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物質的穩定性
1. 能量越低越穩定。
2. 鍵能越大越穩定。
宏觀角度
微觀角度
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基元反應、過渡態理論及活化能
基元反應
大多數化學反應并不是經過簡單碰撞就能完成的，往往要經過多個反應步驟才能實現。
每一步反應都稱為基元反應。
過渡態理論
反應物分子并不只是通過簡單碰撞直接形成產物，而是必須要經過一個過渡狀態，并且達到這個過渡狀態需要一定的活化能。
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研究反應熱的意義
(1)熱能綜合利用
(2)工藝條件優化
(3)理論分析
…………
典例精講
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【例1】下列物質間的反應是吸熱反應的是A．乙醇在空氣中燃燒
B．稀鹽酸與金屬鎂反應C．稀硫酸與氨水反應
D．氯化銨晶體與氫氧化鋇晶體混合研磨
D
隨堂演練
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【變式1】下列反應既是非氧化還原反應，又是吸熱反應的是A．碘單質升華
B．氫氧化鈉和鹽酸反應C．甲烷在O2中的燃燒
D．Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應
D
典例精講
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【例2】下列圖象分別表示有關反應的反應過程與能量變化的關系。
據此判斷下列說法中正確的是A．由圖1知，石墨轉變為金剛石是吸熱反應B．由圖2知，S(g)+O2(g)=SO2(g) ΔH1， S(s)+O2(g)=SO2(g)ΔH2 ，則ΔH1＞ΔH2C．由圖3知，白磷比紅磷穩定D．由圖4知，CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) ΔH＞0
A
隨堂演練
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【變式2】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圖：
下列說法正確的是A．該能量圖也可以表示碳酸氫鈉與鹽酸的反應過程B．CO2所具有的能量比CO和O要高C．狀態Ⅰ→Ⅱ的過程可以說明，形成化學鍵會向環境放出能量D．狀態Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ的過程中，反應體系經歷了向環境吸收和放出能量的過程
D
典例精講
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【例3】如圖所示N2(g)和O2(g)反應生成NO(g)過程中能量變化，判斷下列說法錯誤的是
A．直觀看，該反應中反應物斷鍵吸收的總能量高于生成物形成鍵放出的總能量B．2mol氣態氧原子結合生成O2(g)時，能放出498kJ能量C．斷裂1mol NO分子中的化學鍵，需要吸收632kJ能量D．1mol N2和1mol O2的反應熱ΔH=-180kJ·mol-1
D
隨堂演練
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【變式3】已知 2O(g)=O2(g) H = - 496 kJ mol -1，結合能量變化示意圖。下列說法正確的是
A．拆開 1 mol H2(g) 中的化學鍵需要吸收 932 kJ能量B．拆開 1 mol H2O(g) 中所有化學鍵需要吸收 926 kJ能量C．1 mol H2O(l) 轉變為 1mol H2O(g)需要吸收 88 kJ能量D．2 mol H2(g) 和 1mol O2(g) 反應生成 2 mol H2O(l)，共放熱 1940 kJ
B
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