化学人教版（2023）选择性必修1 1.1.1反应热与焓变 课件（共35张ppt）

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第一节

反应热

第1课时

反应热与焓变

学习目标

1.通过对体系和环境的学习,知道内能的定义,进一步掌握吸热反应、放热反应、反应热等概念,能从多角度认识放热反应和吸热反应。

2.通过中和反应实验,掌握中和反应反应热的测定方法。

3.通过对反应热与焓、焓变的学习,能够进行反应热的简单计算,掌握从微观角度利用化学键键能数据来计算反应热的方法。

课前导入

化学反应的过程，既是物质的转化过程，也是化学能与热能、电等其他形式能量的转化过程。

自然界的能量存在形式有很多种，势能、生物能、热能、太阳能、风能等。

光能

风能

热能

热量的释放或吸收是化学反应中能量变化的常见形式。

例如，燃料的燃烧、酸与碱的中和反应等会放出热量，属于放热反应。

而有些反应，如工业上煅烧石灰石的反应等会吸收热量，属于吸热反应。化学反应过程中释放或吸收的热量在生活、生产和科学研究中具有广泛的应用。

课前导入

在实际应用中，人们如何定量地描述化学反应过程中释放或吸收的热量呢

思考：

知识点一

反应热及其测定

1、体系（系统）与环境

以盐酸与NaOH溶液的反应为例：

试管中的盐酸和氢氧化钠溶液及发生的反应等看作一个反应体系，又称系统。

HCl+NaOH==NaCl+H2O

盛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

（1）定义

体系（系统）：热力学研究对象。

环境：与体系（系统）有关的外物。

（2）分类

根据体系（系统）和环境之间的关系，可将体系（系统）分为：

敞开体系（系统）

封闭体系（系统）

孤立体系（系统）

敞开体系（系统）：

系统与环境间既有物质交换，又有能量交换交换

经典热力学不研究敞开体系（系统）

封闭体系（系统）：

系统与环境间没有物质交换，只有能量交换

经典热力学主要研究封闭体系（系统）

孤立体系（系统）：

系统与环境间无物质交换，无能量交换，故又称隔离体系（系统）。

系统为立体箱与烧杯及热源的组合；环境为立体箱与外围线所包围部分。

知识点一

反应热及其测定

2、反应热

在等温条件下①，化学反应体系向环境_______或从环境_______的_______，称为化学反应的热效应，简称反应热。

(1).定义

释放

吸收

热量②

②热量(Q)：因温度不同而在体系与环境之间交换或传递能量。

①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。

测定原理：Q=mCΔt

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

量热计:

用温度计测量反应前后体系的温度变化，根据有关物质的比热容等来计算反应热。

(1).直接测定反应热的方法

知识点一

反应热及其测定

3、反应热的测定

(2).中和反应反应热的测定

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？为了提高测定的准确度，应该采取哪些措施？

实验探究——中和反应反应热的测定

[实验目的]

用简易的量热计测量盐酸与NaOH溶液反应前后的温度

[实验用品]

简易量热计（温度计(0.1℃)、玻璃搅拌器、内筒、外壳、隔热层、杯盖）、量筒(50mL)两个；50mL0.50mol/L盐酸、50mL0.55mol/LNaOH溶液。

玻璃搅拌器(使反应物迅速混合，使反应充分进行，保持体系的温度均匀)

杯盖

反应液

外壳(起保温作用)

温度计(测量反应前后体系的温度)

内筒(反应容器)

隔热层

[实验测量]

①反应物温度的测量

a.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。

b.用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH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(t2)。

③重复步骤①步骤②两次。

减少实验过程中的误差

[数据处理]

①取盐酸温度和NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1)，计算温度差(t2t1)，将数据填入下表。

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NaOHt1/℃t2/℃

1

2

3

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。

为了方便计算，可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水相同，并忽略量热计的比热容，则：

a.50mL0.5mol/L盐酸的质量m1=50g，50mL0.55mol/LNaOH溶液的质量m2=50g。

b.反应后生成的溶液的比热容c=4.18J/(g·℃),50mL0.5mol/L的盐酸与50mL0.55mol/LNaOH溶液发生中和反应时放出的热量为(m1+m2)·c·(t2-t1)。

c.生成1molH2O(l)时放出的热量为kJ。

[数据处理]

(m1+m2)·c·(t2t1)

n(H2O)

0.418(t2t1)

0.025

=

大量实验测得，在25oC和101kPa下,强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O(g)时,放出57.3kJ的热量。

[误差分析]

你所测得的数据是否为57.3kJ/mol，若不是，分析产生误差的原因。

①量取溶液的体积不准确。

②温度计读数有误(如未读取到混合溶液的最高温度，就记为终止温度)

③实验过程中有液体溅出。

④混合酸、碱溶液时，动作缓慢。

⑤隔热层隔热效果不好，实验过程中有热量损失。

⑥测过酸溶液的温度计未用水清洗便立即去测碱溶液的温度。

⑦溶液浓度不准确。

⑧没有进行重复实验。

思考讨论

①酸、碱混合时,为何要把量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒而不能缓缓倒入

减少热量损失。

②实验中能否用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器为什么

不能。因为铜丝易导热,使热量损失较大。

③若用同浓度的KOH溶液代替NaOH溶液,会对结果产生影响吗为什么

无影响。因为强酸、强碱的稀溶液反应生成1molH2O(l)时放出的热量是相同的,与用KOH溶液还是NaOH溶液以及酸碱的用量无关。

④若用浓硫酸代替盐酸会对结果产生什么影响用醋酸代替盐酸呢若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定中和反应反应热,又会对结果产生什么影响

浓硫酸溶于水时放热,所测反应热的数值偏大;

弱酸、弱碱电离吸热,因此用醋酸所测反应热的数值偏小;

若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定反应热,因生成BaSO4沉淀还会多放出一部分热量,使所测反应热的数值偏大。

提高中和反应反应热测定准确度的措施

1.原理方面

(1)为使测得的数据更准确,酸、碱溶液应当使用强酸、强碱的稀溶液(浓度不宜过大或过小)。

①测定实验中若用弱酸或弱碱,因其电离吸热使测定数值偏小;若用浓酸或浓碱,因其稀释放热使测定数值偏大。

②测定实验中若生成不溶性或难电离物质,因其生成放热使测定数值偏大。

(2)为保证盐酸被完全中和,碱的浓度应稍大。

2.操作方面

(1)“快”:实验中酸碱混合要快,尽量减少热量散失。

(2)“准”:准确测量液体温度和液体体积。在测量反应混合液的温度时,温度计不要贴在容器壁上或插入容器底部,要随时读取温度值,记录下最高温度值。

(3)“同”:用同一支温度计可减小实验误差,测量完一种溶液温度后,温度计需水洗并用滤纸擦干。

(1)不可将温度计当搅拌器使用;玻璃搅拌器应上下移动。

(2)应使用玻璃搅拌器,不能用金属搅拌器代替。

(3)隔热层隔热效果要好。

3.仪器方面

提高中和反应反应热测定准确度的措施

练一练：

1.下列有关中和反应反应热测定实验的说法正确的是()

A.温度计能代替玻璃搅拌器，用于搅拌反应物

B.强酸与强碱反应生成1molH2O(l)释放的热量都约为57.3kJ

C.测定中和反应反应热实验中，读取混合溶液不再变化的温度为终止温度

D.某同学通过实验测得盐酸和NaOH溶液反应生成1molH2O(l)放出的热量为52.3kJ，造成这一结果的原因不可能是所用酸、碱溶液浓度过大

E.为了使反应均匀进行，可以向酸(碱)溶液中分几次加入碱(酸)溶液

D

化学反应为什么会产生反应热？

因为化学反应前后体系的内能发生了变化。

课前导入

知识点二

反应热与焓变

1、内能（U）

(1)定义

内能是体系内物质的各种能量的总和，包括分子的平动、转动、振动、分子间位能，以及分子内各种粒子及其相互的能量。

体系由状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，在这一过程中体系从环境吸热Q，环境对体系做功W，若体系内能改变量用U表示，则有U=U2-U1=Q+W。

(2)内能是体系的状态函数，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。

(3)热力学第一定律

在热力学过程中，体系对抗外压改变体积，产生体积功W体：

W体=P外·V=P外·(V2-V1)

环境对体系做功W=-W体=-P外·V

若体系只做体积功，不做其他功(如电功等)，则有:

①如果是恒容变化过程，V=0，则W体=0

U=Qv

Qv为恒容热效应，此时体系吸收的热量全部用来增加内能。

②如果是等压变化过程,P1=P2=P,则Q=QP,为恒压热效应

U=U2-U1=QP-W体=QP-P·V=QP-P·（V2-V1）

QP=(U2+PV2)-(U1+PV1)

U=U2-U1=Q-W体=Q-P外·V

变式得：

知识点二

反应热与焓变

2、焓（H）与焓变（H）

(1)焓

与内能有关的物理量，用符号H表示。

定义H=U+PV

(2)焓变

H=H2-H1=(U2+PV2)-(U1+PV1)=QP

生成物与反应物的焓值差,用符号H表示。单位：______（或________）

因此，在等压条件下进行的化学反应（只做体积功），其反应热等于反应的焓变。

QP=(U2+PV2)-(U1+PV1)

等压条件下：

kJ/mol

kJ·mol-1

(3)反应热和焓变的比较

类别反应热焓变

不同点概念化学反应释放或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

相同点“+”“-”的意义“+”表示反应吸热,“-”表示反应放热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①等值关系:等压条件下反应的反应热等于反应的焓变

②等价关系:符号是ΔH,单位是kJ/mol

注意①可通过反应热或焓变来判断一个化学反应是放热反应还是吸热反应

②物质三态变化的焓变不是反应热,反应热是化学反应的焓变。

(4)焓变的意义

焓（H）

反应物

生成物

ΔH＜0

放热反应

焓（H）

ΔH＞0

吸热反应

生成物

反应物

①ΔH为“”，即ΔH＜0，反应体系对环境放热，其焓减小

②ΔH为“+”，即ΔH＞0，反应体系从环境中吸热，其焓增大

知识点二

反应热与焓变

3、反应热的表示方法与H计算

（1）反应热的表示方法

①例如，在25℃和101KPa下，1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时放出184.6KJ的热量，则该反应的反应热为：

H=-184.6KJ/mol

②在25℃和101KPa下，1molC（无特殊说明均指石墨）与1molH2O(g)反应，生成1molCO和1molH2，需要吸收131.5KJ的热量，则该反应的反应热为：

H=+131.5KJ/mol

已知H2和Cl2在点燃的条件下生成HCl。下面是反应H2(g)+Cl2(g)＝2HCl(g)的能量变化示意图。

问题1:根据以前的知识可以判断,该反应是吸热反应还是放热反应

提示:放热反应。

常见吸热反应、放热反应类型：

问题2:结合上图说明化学反应中为什么会有能量变化

提示:化学键断裂和形成时有能量变化。

问题3:断裂1molH—H、1molCl—Cl吸收的总能量是多少形成2molH—Cl放出的能量是多少由此判断该反应的ΔH是多少

提示:679kJ;862kJ;-183kJ/mol。

问题4:根据图示中的数据计算并判断2HCl(g)H2(g)+Cl2(g)是放热反应还是吸热反应与问题3中的ΔH相比,你得出的结论是什么

提示:ΔH=2×431kJ/mol-(436kJ/mol+243kJ/mol)=+183kJ/mol

>0,故该反应为吸热反应。正向、逆向反应的焓变(ΔH)数值相等,符号相反。

（2）化学反应中能量变化的原因

①从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析。

②从反应热的量化参数——键能的角度分析。

键能:气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量,单位kJ/mol或kJ·mol-1。

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

（3）焓变(H)计算

②ΔH=E（生成物的总能量）E（反应物的总能量）

③ΔH=Q(反应物分子的