化学反应与能量(知识点总结).doc

选修4化学反应原理第一章 化学反应与能量（知识点总结）一、“有效碰撞”模型。从物质结构变化上看，化学反应的过程，其实是怎样的一个过程？旧的 断裂、新的 形成的过程。1、有效碰撞：分子都在不停的运动，反应物分子能够发生碰撞是反应发生的先决条件，如果每次碰撞都是有效的话，任何反应都会在瞬间完成，而事实不是这样，所以并不是所有的碰撞都是有效的。有效碰撞：能够导致化学键断裂，引发化学反应的碰撞。 2、活化分子：要有效碰撞，要求分子必须具有足够高的能量。我们把这样的分子叫做“活化分子”。 活化分子：具有足够高的能量，可能发生有效碰撞的反应物分子。 活化分子发生的碰撞一定是有效碰撞吗？ 。还要求取向正确。发生有效碰撞的条件： 3、活化能： 活化能 。活化能的作用是 ，与课本第3页图中表示的哪部分能量相等？ 参看教材所举的“公司贷款”一例：活化能的大小决定了一般分子变为活化分子的难易，也就是化学反应的难易，它会影响反应热的大小吗？ 结论：某一化学反应的速率大小与单位时间内 有关；有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中 的多少有关；活化分子的多少又与该反应的 大小有关。活化能的大小是由反应物分子的性质决定的，而反应物分子的性质又与分子的内部结构密切相关，可以说反应物分子的内部结构是决定化学反应速率的内因。那么，对于一个特定的反应人们可以通过改变它的外部条件加以控制和利用。活化能是决定化学反应难易的关键。不同的化学反应，活化能差别很大。一个具体的反应，活化能的值只能通过实验方法测得。二用“有效碰撞”模型解释外界条件对化学反应速率的影响1、温度对反应速率的影响：我们知道，温度升高，反应速率加快；温度降低，反应速率减慢。温度升高10 ，有些反应的速率可提高2倍、3倍，甚至4倍以上。这是因为，在浓度一定时，升高温度，反应物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而增加了反应物分子中活化分子的百分数，使有效碰撞次数增多，反应速率增大。温度升高，分子的运动加快，单位时间里反应物分子间碰撞次数增加，反应也相应地加快，前者是反应速率加快的主要原因。 说明：温度对反应速率的影响规律，对吸热、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。而有些反应几乎不受温度变化的影响，比如：H+ 和OH- 的中和反应，Cl- 和Ag+ 的沉淀反应。还有原子间的反应，这些反应的活化能几乎为零。 为什么这些反应的活化能几乎为零？ 2、催化剂对反应速率的影响：本书讲述的是化学反应基本原理，其中还必须涉及“催化剂”。因为正如我们所知，催化剂对化学反应的影响是不容忽视的。这是因为，催化剂能参与反应，改变反应历程，降低化学反应的活化能，也就等于提高了活化分子的百分数，从而提高了有效碰撞频率，加快了反应速率。 另外，浓度、压强的改变也会引起活化分子总数的改变，影响化学反应速率。三、反应热 焓变（一）： 反应能量变化与反应热能量就是推动人类进步的“杠杆”！能量使人类脱离了“茹毛饮血”的野蛮，进入繁华多姿的文明。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一（一般以热和功的形 式与外界环境进行能量交换）。所以，研究化学反应中的能量变化，就显得极为重要。1.化学反应与能量变化的关系任何一个化学反应中，反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量是 等的，在产生新物质的同时总是伴随着 的变化。即在一个化学反应中，同时遵守 守恒和 守恒两个基本定律。2、化学反应中能量变化形式 化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一，一般以热和功的形式与外界环境进行能量交换，通常表现为热量的变化。3、类型 （1）放热反应：即_ 的化学反应，其反应物的总能量_ 生成物的总能量。如：燃料的燃烧、中和反应、生石灰与水化合、金属和酸的反应、铝热反应等都是放热反应。（2）吸热反应：即_ 的化学反应，其反应物的总能量_生成物的总能量。如：H2还原CuO的反应，灼热的碳与二氧化碳反应，CaCO3分解等大多数分解反应，Ba(OH)28H2O与NH4Cl的反应都是吸热反应。说明：吸热反应特征是大多数反应过程需要持续加热，但有的不需要加热如： Ba(OH)28H2O和NH4Cl固体反应，放热反应有的开始时需要加热以使反应启动。即反应的吸、放热与反应条件无关。（二）：反应热 焓变 两个概念：环境 体系 1、定义： 叫反应热， 又叫焓变。 2、表示符号： 3、单位： (或 )。4、计算方法：H = 反应物的总键能-生成物的总键能（或H = 生成物的总能量-反应物的总能量）因此，H0时，为 热反应。5、注意：在应用焓变时，应注意H的符号。当H0时，其“+”号不能省略。6、“反应热”与“热量”的区别：反应热有“+”、“-”之分；而热量是标量，但要注明是“吸收”、还是”放出”. 知识拓展：焓是与物质的内能有关的一个物理量，但它又不同于物质的内能。单位为kJ/mol，不可以测量。化学研究表明，对于在等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能（同时可能伴随着反应体系体积的改变），而没有转化为电能、光能等其他形式的能，则该反应的反应热就等于反应前后物质的焓的变化，即焓变。即在此，可用焓变代替反应热。但焓变与反应热是不同含义两个的概念。四、热化学方程式1、概念：表示 和 的关系的化学方程式，叫做热化学方程式。2、表示的意义：热化学方程式不仅表明了化学反应中的 变化，也表明了化学反应中的 变化。如：H2(g)+ 1/2O2(g)=H2O(l) H= 285 . 8 kJmol1, 表示在 ,_ Pa, mol H2与 mol O2完全反应生成 态水时 的热量是2858 kJ。(表示完全反应时的能量变化)3、 热化学方程式各物质前的化学计量数只表示 ，不表示 ，因此，它可以是 _数。对于相同物质的反应，化学计量数和H可以同时扩大或 缩小 _的倍数 。4、书写热化学方程式的注意事项：、所有反应物和产物都用括号注明它们在反应时的状态（aq_s_、l_、g_）；热化学方程式中不用“” 和 ” 。、反应热H的位置只能在热化学方程式的右边，且中间要留一小段空位表示隔开； H：吸热用“ ”，放热用 “ ” 单位：_。、H单位KJ/mol中“每摩尔 ”指的不是每摩尔某物质，而是指化学方程式的计量数以“摩尔”为单位时的反应热；大小与反应物的物质的量成正比、化学计量数表示是“ ”.化学计量数可用分数，但H要相应变化。如：2H2 (g)+O2 (g) = 2H2 O(l) H= 571.6kJ/molH2 (g)+ 1/2O2 (g) = H2O(l) H= kJ/mol、指明反应时的温度和压强（对于25 、101KPa时进行的反应，可以不注明）、对于可逆反应中的H指的是正反应方向完全进行到底时的焓变。、可逆反应中，当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热的数值大小相等，符号相反5、应用 反应热大小的比较：(1) 同一反应生成物状态不同时如：2H2(g)+O2(g) = 2H2O(1) DH1 ； 2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) DH2 因为气体变液体会放热，故: DH1 DH2 (2) 同一反应反应物状态不同时点如：S(g)+O2(g) = SO2(g) DH1 ； S(s)+O2(g) = SO2(g) DH2 因为固体变气体会吸热，故: DH1 DH2 (3) 两个相联系的不同反应比较如: C(s)+O2(g) = CO2(g) DH1 ； C(s)+1/2O2(g) = CO(g) DH2可以设计成：C(s) CO(g)CO2(g) ，故： DH1 DH2 五、中和热1定义：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成 mol H2O，这时的反应热叫中和热。2强酸与强碱的中和反应其实质是H+ 和OH- 反应，其热化学方程式为：H+(aq) +OH-(aq) = H2O(l) H = 57.3kJ/mol3. 注意：. 中和热是以生成1molH2O为基准，因为表示中和热的热化学方程式中，水的化学计量数为1，其酸、碱或盐的化学计量数可以为分数必须以生成1mol水为标准；强酸与强碱中和时生成1mol H2O均放热57.3kJ，弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。浓的强酸与强碱中和时，稀释过程放热，所以它们参加中和反应时的中和热大于57.3kJ/mol。弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。. 中和反应对象为稀溶液。这里的稀溶液一般要求酸溶液中的c（H ）1mol/L，碱溶液中的c（OH ）1mol/L。这是因浓酸溶液和浓碱溶液稀释时会放出热量。六、中和热的测定实验1实验用品大烧杯 个(500mL)、小烧杯 个(100mL)、温度计、量筒 个(50mL)、泡沫塑料或硬纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有 个小孔)、 搅拌棒。0.50mol/L盐酸、0.55mol/LNaOH溶液。2实验原理实验原理： 用50 mL（大约50g） 0. 50 mol/L的盐酸与50mL （大约50g） 0. 55 mol/L 氢氧化钠 设t1: 反应前两溶液的平均温度。 t2: 反应后溶液温度 c = 4 .18 J/（g）试求Q 的表达式和中和热表达式 ：Q = mc (t2t1) = 0.418（t2t1）kJ 0.418（t2t1）H = kJ/mol 0.025H+(aq)十OH-(aq) H2O(1)；H 57.3kJ/mol3实验步骤(1)在大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条)，使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口 。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条)，大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和玻璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，该实验也可在保温杯中进行。(2)用一个量筒量取50mL 0.50mol/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下表。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。(3)用另一个量筒量取50mL 0.55mol/LNaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记入下表。(4)把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯(注意不要洒到外面)。用环形玻璃搅拌捧轻轻搅动溶液，并准确读出混合溶液的最高温度，作为终止温度，记入下表。(5)重复实验两次，取测量所得数据的平均值作为计算依据。实验次数起始温度t1/ 终止温度t2/ 温度差（t2-t1）/ HClNaOH平均值 123(6)根据买验数据计算中和热。4数据处理为了使计算简便一些，我们近似地认为：(1) 0. 50mol/L盐酸和0. 55mol/LNaOH溶液的密度都是1g/cm3，所以50mL、0.50mol/L盐酸的质量m150g，50mL 、0.55mol/LNaOH溶液的质量m250g。(2) 中和后生成的溶液的比热容c 4 . 18J/(g)，由此可以计算出，50mL 、0.50mol/L盐酸与50mL 、0.55mol/LNaOH溶液发生中和反应时放出的热量为：(m1十m2)c(t2-t1) 0.4 18 (t2-t1) kJ。又因50mL、0. 50mol/L盐酸中含有0. 025mol的HCl，0.025mol的HCl与0.025molNaOH发生中和反应，生成0.025molH2O，放出的热量是 0. 4 18(t2-t1)k J，所以生成1molH2O时放出的热量即中和热为：5注意事项(1) 为了保证0. 50mol/L的盐酸完全被NaOH中和，采用0. 55mol/LNaOH溶液，使碱稍稍过量。(2) 实验中若用弱酸代替强酸，或用弱碱代替强碱，因中和过程中还有弱酸（碱）电离吸热，会使测得中和热的数值偏低。【思考一】 ： 大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？填碎纸条的作用是什么？对此装置，你有何更好的建议？答案 ：两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而减少热量损失；填碎纸条的作用是为了达到保温隔热、减少实验过程中热量损失的目的。若换用隔热、密封性能更好的装置（如保温杯）会使实验结果更准确。【思考二】 ： 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？ 答案：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中和反应而使热量散失，故要冲洗干净；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。【思考三】 ：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？答案：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。【思考四】 ：实验中所用HCl和NaOH的物质的量比为何不是11，而是NaOH过量？若用HCl过量行吗？答案：为了保证0 . 50 mol/L的盐酸完全被NaOH中和，采用0. 55 mol/L NaOH溶液，使碱稍稍过量。若使盐酸过量，亦可。七、燃烧热（一）.反应热的分类反应热可根据反应的情况不同，可分为燃烧热、中和热、溶解热等我们知道物质的燃烧可以放出大量的热，那么不同的物质燃烧放出的热量是否相等呢？（二）. 燃烧热1、定义： 2 、注意：如何理解燃烧热的定义 ？.条件： .可燃物的用量： .生成稳定的氧化物：如 C 完全燃烧应生成 (g)， H2 燃烧生成 ，S 燃烧生成 .单位： . 燃烧热指每摩尔可燃物燃烧放出的热量，只有数值，无正 、负；但用H表示时，因是放热，必须带“-”号3、 表示的意义： 如: CH4 的燃烧热为890.3KJ/mol含义: 4. 表示燃烧热的热化学方程式与一般的热化学方程式的区别：书写表示燃烧热的热化学方程式时，可燃物系数必须为 ，其余可出现分数，且H 一定 0 ；书写一般的热化学方程式时，各物质的系数不做要求，H也可能为正数， 也可能为负数。5研究物质燃烧热的意义：了解化学反应完成时产生热量的多少，以便更好地控制反应条件，充分利用能源。6.燃烧热与反应热的区别与联系 . 反应热包括燃烧热，燃烧热是反应热的一种形式 ；. 由于物质的燃烧是放热反应，故其H 0 , 而反应热也可大于0 ，也可小于0 ；. 物质的燃烧热是定值 ，而物质的反应热随化学方程式的写法不同而数值不同；.测量物质的燃烧热时只在25、101kPa的条件下进行，而测量物质的反应热时条件不规定，但除“25、101kPa”的条件外，其他条件时要注明。7. 燃烧热和中和热的区别与联系燃烧热中和热相同点能量变化放热反应HH 0，单位：kJmol不同点反应物的量1mol(O2的量不限)可能是1mol ，也可能是0 5mol等生成物的量不限量H2O是1mol反应热的含义1mol反应物完全燃烧时放出的热量；不同反应物，燃烧热不同。生成1 mol H2O时放出的热量；不同反应物的中和热大致相同，均约为573kJmol。（三）. 有关燃烧热的计算一定量可燃物完全燃烧时放出的热量：Q 放=n(可燃物)H (只取数值，无正负)例1已知充分燃烧a g乙炔(C2H2)气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量b kJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是 A. 2C2H2(g)5O2(g)4CO2(g)2H2O(l) H2b kJ / molB. C2H2(g)5/2O2(g)2CO2(g)H2O(l) H+2b kJ / molC. 2C2H2(g)5O2(g)4CO2(g)2H2O(l) H4b kJ / molD. 2C2H2(g)5O2(g)4CO2(g)2H2O(l) H+b kJ / mol解析：以上各式中化学计量数及物质状态标注都正确；该反应放热，H应为负值；生成1mol二氧化碳气体，放出热量 bkJ，则生成4mol二氧化碳气体，放出热量4bkJ 。 答案：C。我们已经知道利用物质燃烧放出的热量，那么怎样合理的利用这些物质的燃烧，这是世界各国普遍关注的能源问题。八、能源1能源就是能提供 的自然资源，包括 等。2. 能源是国民经济和社会发展的重要 基础，它的开发和利用情况，可用来衡量一个国家或地区的 发展和 水平。3.能源的分类：分类依据种 类举 例来 源来自太阳辐射的能量太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能来自地球内部的能量地热能、核能、水能来自天体引力的能量潮汐能转换过程一 次 能 源太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能等二 次 能 源石油制品、煤气、电能、酒精等利用历史常 规 能 源煤、石油、天然气、水能等新 能 源太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能性 质可再生能源太阳能、风能、水能、生物质能等不可再生能源煤、石油、天然气、核能4、分析教材中资料卡片并阅读教材讨论我国能源的现状 ：（1）目前使用的主要能源是何种能源？ （2）我国的能源储量： （3）我国的人均能源拥有量: （4）近年来我国能源的总消费量与人均消费量情况: 5、 如何解决我国的能源危机问题？（1）调整和优化能源结构。（2）加强科技投入，提高管理水平，科学的控制燃烧反应，使燃料充分燃烧，提高能源的使用效率。（3）节约利用现有能源。（4）研究开发新能源。6.解决能源的办法是 ，即开发 和节约 ，提高能源的 。7.现在探索开发的新能源有 等，新能源的主要优势是 。九、盖斯定律1、概念： 。或者说化学反应的反应热只与 有关，而与 无关，这就是盖斯定律。2、对盖斯定律的图示理解如由A到B可以设计如下两个途径：，途径一：A-B(H) 途径二：A-CB(Hl+H2) 则焓变H 、H1 、H2的关系可以表示为 即两个热化学方程式相加减时，H也可同时相加减。3、盖斯定律是哪些自然规律的必然结果？是质量守恒定律和能量守恒定律的共同体现，反应是一步完成还是分步完成，最初的反应物和最终的生成物都是一样的，只要物质没有区别，能量也不会有区别。4、盖斯定律的应用如：图1和图2中，H1、H1、H3三者之间的关系分别如何？找出能量守恒的等量的关系（填写表中空白）步 骤图1图2（1） 找起点A（2） 找终点C（3） 过程ABC AC（4） 列式H1+H2=H35、盖斯定律的应用实例盖斯定律在生产和科学研究中有很重要的意义。有些反应的反应热虽然无法直接测得，但可通过间接的方法测定。 例题1、试利用298K时下列反应焓变的实验数据， C(s)+ O2 (g)=CO2(g) H1= 393.5 KJmol-1 反应1 CO(g)+ 1/2O2 (g)=CO2(g) H2= 283.0 KJmol-1反应2计算在此温度下C(s)+1/2 O2 (g)=CO(g)的反应焓变H3. 反应3方法1：以盖斯定律原理求解， 以要求的反应为基准（1）找起点C(s),（2）终点是CO2(g),（3）总共经历了两个反应 CCO2；CCOCO2。（4）也就说CCO2的焓变为CCO；COCO2之和。 则H1=H3+H2（5）求解：CCO H3=H1 H2= 110.5 KJmol-1方法2：利用方程组求解, 即两个热化学方程式相加减时，H可同时相加减。（1） 找出头、尾 ，同上。（2） 找出中间产物 CO2 ，（3） 利用方程组消去中间产物，反应1反应2反应3（4） 列式： H1H2=H3(5) 求解可得H3=H1 H2= 110.5 KJmol-1利用方程组求解 , 是常用的解题方法。归纳：利用方程组求解的解题步骤 .确定待求的反应方程式；.找出待求方程式中各物质出现在已知方程式的什么位置；.根据未知方程式中各物质计量数和位置的需要对已知方程式进行处理，或调整计量数，或调整反应方向（此时H要改变符号）；.实施叠加并检验上述分析的正确与否。 二、反应热的计算在计算反应热时， 注意计算格式，书写规范性，计算过程带入单位 。 例1 .在 101 kPa时，1 .6gCH4 完全燃烧生成CO2和液态H2O，放出 89.0 kJ的热量，CH4的燃烧热为多少？写出CH4 的燃烧的热化学方程式，1000 L CH4（标准状况）完全燃烧后所产生的热量为多少？ 解：CH4(g)2O2(g)= CO2(g) 2H2O(l)；H= 890 kJmol 即CH4 的燃烧热为 890 kJmol。 1000 L CH4 (标准状况)的物质的量为：n(CH4)=V (CH4) / V