1.1化学反应的热效应课件上学期高二化学选择性必修1

化学反应的热效应(1)概念:当化学反应在一定的温度下进行时,反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温

度下的热效应,简称反应热。(2)符号:用Q表示,反应吸热时,Q为正值;反应放热时,Q为负值。(3)单位:kJ或J。(1)实验装置——简易量热计1

、

化学反应的反应热

①温度计的作用:测量反应前后体系温度。②搅拌器的作用:使反应快速充分进行、体系的温度均匀。③内筒是反应容器,外筒起保温作用。(2)实验原理:Q=-C(T2-T1),式中C表示溶液及量热计的热容(在不发生化学反应和物质聚集状

态不变的条件下,物质吸收热量,温度每升高1K所吸收的热量,称为该物质的热容),T1、T2分

别表示反应前和反应后体系的温度。(3)注意事项①实验时动作要迅速,隔热和保温效果要好,尽量减少热量损失。②要使用同一支温度计。测量酸、碱溶液及混合液的温度时,测量完一种溶液的温度后,温

度计必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。③应当使用强酸、强碱的稀溶液,因为弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离,且弱酸、弱碱

的电离是吸热过程,使所测得的反应热数值偏小。④测量中和反应的反应热时不能使用浓的强酸、强碱,因为浓的强酸、强碱溶于水时一般

放热,使测得的反应热数值偏大。⑤实验时所用的强酸、强碱溶液配好后要充分冷却至室温后才能使用。⑥为了减小误差,重复实验2~3次。(1)内能:体系内物质所含各种微观粒子的能量总和。(2)影响因素:物质的种类、数量及聚集状态,体系的温度、压强等。(3)符号:U。(4)内能变化:ΔU=U(反应产物)-U(反应物)。(5)内能变化与能量变化的关系:U(反应产物)>U(反应物),反应吸收能量;U(反应产物)<U(反

应物),反应释放能量。(6)内能变化与反应热的关系①化学反应体系与环境间能量交换的形式:2、

化学反应的内能变化与焓变

②根据能量守恒定律:ΔU=Q+W;若反应过程中体系没有做功(即W=0),则化学反应的反应热

(Q)等于化学反应前后体系内能的变化(ΔU)。化学反应发生时旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成释放的能量不相等,其关系可用下图表示:

若E反<E生或E1>E2,则反应吸收能量,体系内能增加,为吸热反应。若E反>E生或E1<E2,则反应放

出能量,体系内能降低,为放热反应。(1)焓焓是与内能有关的物理量,符号为H,单位为J或kJ,其大小取决于物质的种类、数量、聚集

状态并受体系的温度、压强等因素的影响。(2)焓变①概念:在恒压条件下,化学反应过程中吸收或释放的热,为反应的焓变。在等压反应中,如

果反应中物质的能量变化没有与电能、光能等其他形式的能量发生转化,则该反应的反应

热等于焓变。②符号:ΔH。③常用单位:kJ·mol-1或J·mol-1。④表示:吸热反应的ΔH>0;放热反应的ΔH<0。(3)焓变的简单计算(4)催化剂对活化能、焓变的影响催化剂能降低反应的活化能,但ΔH保持不变。如图所示:

化学方程式热化学方程式实例2H2+O2

2H2O2H2(g)+O2(g)

2H2O(l)

ΔH=-571.6kJ·mol-1化学计量数只能是整数,既可以表示微粒个数,又可以表示该物质的物质的量既可以是整数,也可以是分数,只表示该物质的物质的量物质的聚集状态不要求注明必须在化学式后注明焓变的数值无必须注明意义表明了化学反应中物质的变化不仅表明了化学反应中物质的变化,也表明了化学反应中能量的变化(1)热化学方程式与一般化学方程式的比较(2)书写热化学方程式的注意事项及正误判断(详见定点2)摩尔燃烧焓指在一定反应温度和压强条件下,1mol纯物质完全氧化为同温下的指定产物时

的焓变,并指定物质中所含有的氮元素氧化为N2(g)、氢元素氧化为H2O(l)、碳元素氧化为

CO2(g)。在压强为101kPa条件下,1mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,叫

作该物质的燃烧热,单位是kJ·mol-1。对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热都是一样的。即化学反应的

反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应途径无关。(1)从反应途径角度:反应的焓变指的是反应物与生成物总的“能量差”。它是由状态决定

的量,与反应的具体过程无关,就像从同一起点登山至山顶,历经不同的途径和不同的方式,

山的高度都不变,则登山者上升的高度是一样的。3、盖斯定律的理解及应用

(2)从能量守恒角度:假设反应体系的始态为S,终态为L,它们之间的变化用两段弧线(包含中

间步骤)连接,由S到L,体系放热,ΔH1<0,再由L到S,体系吸热,ΔH2>0,经过一个循环,体系仍处

于S态,所以ΔH1+ΔH2=0。由盖斯定律可知,若一个反应可分几步进行,则各步反应的反应热之和与该反应一步完成时

的反应热是相同的。所以ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。3.盖斯定律的应用——计算焓变(1)依据盖斯定律用“虚拟途径法”计算焓变若反应物A变为生成物D,有两个途径:①由A直接变为D,焓变为ΔH;②由A经B变成C,再由C

变为D,每步的焓变分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3。转化途径如图所示:则有ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3。(2)依据盖斯定律用“加和法”计算焓变利用盖斯定律计算焓变时,一般是由已知热化学方程式的焓变计算另一个热化学方程式的

焓变,计算时可以利用“加和法”,设法消去所求热化学方程式中不需要的物质。通常情况

是将两个或两个以上的热化学方程式“变形”(颠倒、乘或除以某一个数后)进行相加得

到目标方程式,进而计算这个化学反应的焓变。4、焓变的计算1.化学反应中内能的变化就是化学反应的反应热。这种说法正确吗?(✕

)提示：如果反应过程中体系没有做功(反应前后体系体积不变且没有做电功等其他

功),化学反应中内能的变化等于化学反应的反应热;反之,两者不等。2.在室温下,分别测定等浓度等体积的NaOH溶液与盐酸反应、KOH溶液与盐酸反应、

NaOH溶液与稀硝酸反应的反应热,所测得的上述三个中和反应的反应热相同。这种说法

正确吗?(√)提示：参加反应的物质都是强酸、强碱,三个反应的离子方程式都是H++OH-

H2O,反应都在室温下进行,且参加反应的n(H+)和n(OH-)都相同,所以反应热也相同。

知识辨析H的单位是kJ·mol-1,其中mol-1是指每摩尔反应物或生成物。这种说法

正确吗?(✕

)提示：ΔH的单位是kJ·mol-1,其中mol-1不是指每摩尔反应物或生成物,而是指每摩尔反

应,即反应完成时参加反应的各物质的物质的量的数值与热化学方程式中各物质化学式前

的化学计量数相同。例如,反应2H2(g)+O2(g)

2H2O(l)的ΔH=-571.6kJ·mol-1是指2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(l)放出571.6kJ热量,而H2(g)+

O2(g)

H2O(l)的ΔH=-285.8kJ·mol-1是指1molH2(g)与

molO2(g)反应生成1molH2O(l)放出285.8kJ热量。4.同一化学反应在温度、压强、物质的量和物质的聚集状态等因素不同时,ΔH也不相同,

而对于H2(g)+Cl2(g)

2HCl(g)与H2(g)+Cl2(g)

2HCl(g),点燃和光照的条件下进行反应的ΔH相同。这种说法正确吗?(√

)提示：若物质的物质的量、物质的聚集状态、外界条件(温度、压强)等不同,则物质的

焓不相同,物质变化过程中的焓变就不相同,因此,同一化学反应在温度、压强、物质的

量、物质的聚集状态等因素不同时ΔH不相同。同一条件下的同一化学反应,若化学计量

数不同,ΔH肯定不同,即使化学计量数相同,若反应物或生成物的聚集状态不同,ΔH也不相

同,而对于H2(g)+Cl2(g)

2HCl(g)与H2(g)+Cl2(g)

2HCl(g),由于两个反应中生成物和反应物的状态及化学计量数都相同,只是反应条件不同,而反应条件对反应物、生成物的焓

值无影响,所以同一反应在不同反应条件下的焓变相等,即焓变与反应条件无关。(1)吸热反应的ΔH肯定比放热反应的大(前者大于0,后者小于0)。(2)物质燃烧时,可燃物物质的量越大,燃烧放出的热量越多;等量的同种可燃物完全燃烧所

放出的热量肯定比不完全燃烧所放出的热量多。(3)生成等量的液态水时,强酸和强碱的稀溶液反应比弱酸和强碱或弱碱和强酸或弱酸和弱

碱的稀溶液反应放出的热量多。(4)因可逆反应不能进行完全,当按热化学方程式中化学计量数投料时反应放出或吸收的热

量小于相应热化学方程式中焓变的数值。如:N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)

ΔH=-92.3kJ·mol-1,当向密闭容器中充入1molN2、3molH2时,反应达到平衡时放出的热量小于92.3kJ。1、

反应热的大小比较方法(1)同一反应的生成物状态不同时:A(g)+B(g)

C(g)

ΔH1<0,A(g)+B(g)

C(l)

ΔH2<0,因C(g)

C(l)的ΔH<0,所以ΔH1>ΔH2。(2)同一反应的反应物状态不同时:S(g)+O2(g)

SO2(g)

ΔH1<0,S(s)+O2(g)

SO2(g)

ΔH2<0,因S(g)

S(s)的ΔH<0,所以ΔH1<ΔH2。(3)两个有联系的不同反应相比较:C(s)+O2(g)

CO2(g)

ΔH1<0,C(s)+

O2(g)

CO(g)

ΔH2<0,设CO(g)+

O2(g)

CO2(g)

ΔH3,根据盖斯定律,可得ΔH2+ΔH3=ΔH1,因为ΔH3<0,所以ΔH1<ΔH2。依据反应物的总能量与生成物的总能量的大小关系可以很方便地比较ΔH的大小。如:关于下列ΔH的判断正确的是(

)C

(aq)+H+(aq)

HC

(aq)

ΔH1C

(aq)+H2O(l)

HC

(aq)+OH-(aq)

ΔH2OH-(aq)+H+(aq)

H2O(l)

ΔH3OH-(aq)+CH3COOH(aq)

CH3COO-(aq)+H2O(l)

ΔH4H1<0

ΔH2<0H1<ΔH2H3<0

ΔH4>0H3>ΔH4

典例1B思路点拨在进行ΔH的大小比较时,需要注意ΔH的“+”“-”,数值和单位属于一个整体,

不能随意分割。解析HC

(aq)

C

(aq)+H+(aq)为HC

的电离,电离吸热,则ΔH1<0,C

(aq)+H2O(l)

HC

(aq)+OH-(aq)的逆反应为放热反应,则ΔH2>0,ΔH1<ΔH2,A项错误,B项正确;H+(aq)+OH-(aq)

H2O(l)、OH-(aq)+CH3COOH(aq)

CH3COO-(aq)+H2O(l)均为放热反应,故ΔH3<0、ΔH4<0,C项错误;CH3COOH电离吸热,故ΔH4>ΔH3,D项错误。下列各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的是

(

)①C(s)+O2(g)

CO2(g)

ΔH1;C(s)+

O2(g)

CO(g)

ΔH2②2H2(g)+O2(g)

2H2O(g)

ΔH3;2H2(g)+O2(g)

2H2O(l)

ΔH4③H2(g)+

O2(g)

H2O(l)

ΔH5;2H2(g)+O2(g)

2H2O(l)

ΔH6④CaCO3(s)

CaO(s)+CO2(g)

ΔH7;CaO(s)+H2O(l)

Ca(OH)2(s)

ΔH8A.①③B.④C.②③④D.①②③典例2C解析

①两个反应都为放热反应,ΔH<0,物质的量相同的C(s)完全燃烧比不完全燃烧放出

的热量多,因此前者放出的热量多,ΔH1<ΔH2;②两个反应都为放热反应,ΔH<0,由于H2O(g)转

化为H2O(l)放热,前者放出的热量少,则ΔH3>ΔH4;③两个反应都为放热反应,ΔH<0,参加反应

的物质物质的量越多,放出的热量越多,则ΔH5>ΔH6;④前者为吸热反应,ΔH7>0,后者为放热

反应,ΔH8<0,则ΔH7>ΔH8;各组热化学方程式中,化学反应的ΔH前者大于后者的有②③④,故

选C。(1)注意反应的ΔH与测定条件(温度、压强)有关,因此书写热化学方程式时应注明ΔH的测

定条件,对于在25℃、101kPa下进行的反应,可不注明温度和压强。(2)注意热化学方程式中各物质的化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量,并不

表示物质的分子数或原子数,因此化学计量数可以是整数也可以是分数。(3)热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数改变,则ΔH

也要按比例改变,即化学计量数与ΔH数值的绝对值成正比。(4)当反应逆向进行时,则ΔH改变符号,但数值的绝对值不变。(5)注意反应物、生成物的聚集状态不同,ΔH数值以及符号都可能不同,因此必须注明物质

的聚集状态(s、l、g、aq)。化学式相同的同素异形体或同分异构体除标明状态外还需标2、

书写热化学方程式的注意事项及正误判断明其名称,如金刚石应表示为“C(s,金刚石)”,葡萄糖应表示为“C6H12O6(s,葡萄糖)”,这是

因为同素异形体或同分异构体的化学式虽然相同,但结构不同,因此具有的能量也不同。(6)热化学方程式一般不写点燃、加热、高温等反应条件。由于已经注明了物质的聚集状

态,所以在热化学方程式中不再用“↑”“↓”来标记气体生成物和难溶生成物。(7)在书写某物质的摩尔燃烧焓的热化学方程式时,一要注意可燃物的化学计量数应为1,且

以燃烧1mol该物质为标准来配平其余物质的化学计量数;二要注意有关元素是否完全燃烧

生成指定产物,如碳元素转化为CO2(g)、氢元素转化为H2O(l)、硫元素转化为SO2(g)。2.热化学方程式正误判断的“六看”(1)看方程式是否配平。(2)看各物质的聚集状态是否正确。(3)看ΔH的“+”“-”是否正确。(4)看反应热的单位是否正确。(5)看ΔH的数值与化学计量数是否对应。(6)看是否符合概念,如表示摩尔燃烧焓的热化学方程式中可燃物的化学计量数必须是1。下列热化学方程式正确的是

(

)典例选项已知条件热化学方程式AH2的摩尔燃烧焓为akJ·mol-1H2+Cl2

2HClΔH=-akJ·mol-1B1molSO2、0.5molO2完全反应,放出热量98.3kJ2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)ΔH=-98.3kJ·mol-1CH+(aq)+OH-(aq)

H2O(l)

ΔH=-57.3kJ·mol-1H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)

BaSO4(s)+2H2O(l)ΔH=-114.6kJ·mol-1D31g白磷比31g红磷能量多bkJP4(白磷,s)

4P(红磷,s)

ΔH=-4bkJ·mol-1D解析H2的摩尔燃烧焓是指一定反应温度和压强条件下,1molH2完全燃烧生成H2O(l)的焓

变,A项错误;ΔH应与化学方程式中各物质的化学计量数相对应,故2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)

ΔH=(-98.3kJ·mol-1)×2=-196.6kJ·mol-1,B项错误;由于H2SO4与Ba(OH)2反应生成了BaSO4

沉淀,故反应中放出的热量大于114.6kJ,C项错误;31g白磷的物质的量为0.25mol,故1mol

白磷转化为红磷时放出热量为4bkJ,D项正确。

根据热化学方程式计算焓变时常用的方法有关系式法、差量法、方程组法等,在列比例式

时,一定要做到两个量的单位“上下一致,左右相当”。例如对于反应:aA(g)+bB(g)

cC(g)+dD(g)

ΔH=-qkJ·mol-1,有:

=

=

=

=

(n为物质的量变化量,Q指反应过程中能量变化的数值)。ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量。ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。计算焓变时一些常考物质中所含化学键的信息如下表:3、

焓变的计算常考物质化学键化学键数目H2OO—H2NH3N—H3CH4C—H4N2H4N—H、N—N4个N—H、1个N—NN2

1H2H—H1O2O

O1P4(白磷)P—P6利用已知热化学方程式的焓变求未知反应焓变的方法:(1)确定待求反应的化学方程式。(2)找出待求热化学方程式中各物质出现在已知热化学方程式中的位置(是同侧还是异侧)。(3)利用同侧相加、异侧相减进行处理。(4)根据待求热化学方程式中各物质的化学计量数通过乘除来调整已知热化学方程式中的

化学计量数。(5)确定反应热。请回答下列问题:(1)甲醇是人们开发和利用的一种新能源。已知:反应Ⅰ:2H2(g)+O2(g)

2H2O(l)

ΔH1=-571.8kJ/mol;反应Ⅱ:CH3OH(l)+

O2(g)

CO2(g)+2H2(g)

ΔH2=-192.9kJ/mol①表示甲醇摩尔燃烧焓的热化学方程式为

;②反应Ⅱ的能量变化如图所示,则ΔH2=

。(用含E1、E2的相关式子表示)典例

(2)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2

CO3已经被用作工业捕碳剂,它们与CO2可发生如下反应:反应Ⅰ:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)

(NH4)2CO3(aq)

ΔH1反应Ⅱ:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)

NH4HCO3(aq)

ΔH2反应Ⅲ:(NH4)2CO3(aq)+H2O(l)+CO2(g)

2NH4HCO3(aq)

ΔH3则ΔH3与ΔH1、ΔH2之间的关系为ΔH3=

。(3)已知反应N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)

ΔH=akJ/mol,试根据表中所列键能数据估算a的值为

。(注明“+”或“-”)化学键H—HN—H

键能(kJ/mol)436391945(4)1molH2和1molCH4完全燃烧放出的热量分别为286kJ、890kJ,等质量的H2和CH4完全

燃烧,

(填化学式)放出的热量多。解析

(1)①1molCH3OH(l)完全燃烧生成液态水和二氧化碳气体的化学方程式为CH3OH

(l)+

O2(g)

CO2(g)+2H2O(l),已知反应Ⅰ:2H2(g)+O2(g)

2H2O(l)

ΔH1=-571.8kJ/mol,反应Ⅱ:CH3OH(l)+

O2(g)

CO2(g)+2H2(g)

ΔH2=-192.9kJ/mol,根据盖斯定律,反应Ⅰ+反应Ⅱ可得CH3OH(l)+

O2(g)

CO2(g)+2H2O(l)

ΔH=-764.7kJ/mol,则表示甲醇摩尔燃烧焓的热化学方程式为CH3OH(l)+

O2(g)

CO2(g)+2H2O(l)

ΔH=-764.7kJ/mol。②ΔH2=生成物的总能量-反应物的总能量=E1-E2。(2)已知反应Ⅰ:2NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)

(NH4)2CO3(aq)

ΔH1,反应Ⅱ:NH3(l)+H2O(l)+CO2(g)

NH4HCO3(aq)

ΔH2,根据盖斯定律,反应Ⅱ×2-反应Ⅰ可得反应Ⅲ,则ΔH3=2ΔH2-ΔH1。(3)反应N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)

ΔH=

+3EH—H-6EN—H=(945+436×3)kJ/mol-391kJ/mol×6=-93kJ/mol,即a=-93。(4)1molH2和1molCH4完全燃烧放出的热量分别为286kJ、890kJ,则1gH2和1gCH4完全

燃烧放出的热量分别为286kJ×

=143kJ、890kJ×

=55.625kJ,即等质量的H2和CH4完全燃烧,H2放出的热量多。答案

(1)①CH3OH(l)+

O2(g)

CO2(g)+2H2O(l)

ΔH=-764.7kJ/mol②E1-E2

(2)2ΔH2-ΔH1

(3)-93

(4)H2

1、

宏观辨识与微观探析——反应机理与化学反应中的能量变化情境探究2021年1月20日中国科学院和中国工程院评选出2020年世界十大科技进展,排在第四位的

是一种可借助光将二氧化碳转化为甲烷的新型催化转化方法:CO2+4H2

CH4+2H2O,这是迄今最接近人造光合作用的方法。CO2加氢制CH4的一种催化机理如图所示。问题