化学反应原理课件.ppt

专题一化学反应的热效应 联想 质疑 化学反应中常伴随有能量变化 结合前面知识思考 1 化学反应中为什么有能量变化 3 例举生产生活中常见的化学反应能量变化的应用 化学反应中释放与吸收能量与我们生活息息相关 这就需要一个化学量来定量描述研究反应热 2 哪些反应是放热反应 哪些反应是吸热反应 4 如何定量描述一个化学反应释放或吸收的热量 5 用什么方法可以准确地测量这些热量 6 通过理论方法如何计算这些热量 所有的化学反应都有能量的变化 其中大部分都是热量的变化化学反应包括两个过程 打断旧键和形成新键 前者吸收能量 后者放出能量 这两个过程的能量不同 所以有能量变化 整个反应放热还是吸热取决于两个过程能量的相对大小 常见的放热反应和吸热反应 常见的放热反应 活泼金属与水或酸的反应 如2Al 6HCl 2AlCl3 3H2 酸碱中和反应 如2KOH H2SO4 K2SO4 2H2O 燃烧反应 如C CO C2H5OH等的燃烧 多数化合反应 如Na2O H2O 2NaOH SO3 H2O H2SO4 常见的吸热反应 多数分解反应 如CaCO3CaO CO2 2NH4Cl s Ba OH 2 8H2O s BaCl2 2NH3 10H2O C s H2O g CO H2 CO2 C2CO 为了更准确的描述反应 我们引入了反应热的定义 一 反应热的涵义1 化学上规定 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为该反应在此温度下的热效应 2 符号 用Q表示Q 0 表示放热 Q 0 表示吸热 3 单位 J mol或kJ mol 如何获得一个反应的反应热呢 为了测定反应热 专门设计了测量的仪器 量热计 简易量热计示意图 如何求算一个体系放出或吸收的热量呢 Q C T2 T1 C0m T2 T1 C 热容 当物质吸收热量温度升高时 温度每升高1K所吸收的热量 称为该物质的热容 C0 比热容 单位质量物质的热容 T 热力学温度 也叫开尔文温度 单位为k T k t 0c 273 15 实验目的 实验原理 实验测定的数值 测定中和反应的反应热 Q C T2 T1 或Q cm T2 T1 T2和T1 中和热的测定 在测定过程中应注意什么问题 1 用保温性能好的仪器测量 2 混合好后 迅速盖好装置盖子 减少热量的损失 3 所用药品浓度的配制须准确 用强酸和强碱溶液 而且要是稀溶液 4 宜用有0 1分刻度的温度计 读数尽可能准确 且估读至小数点后二位 同时应注意水银球部位要完全浸没在溶液中 而且要稳定一段时间后再读数 以提高所测的精度 5 记录最高温度 当 H为 H 0 时 为放热反应 当 H为 H 0 时 为吸热反应 基本规律 所有的水解和电离过程都是吸热反应燃烧反应 中和反应都是放热反应大多数分解反应都是吸热反应大多数化合反应都是放热反应 也有例外 H2 I2 2HIN2 O2 2NOC H2O g CO H2N2O4 2NO2氢氧化钡与铵盐的反应 例1 1molC与1molH2O g 反应生成lmolCO g 和1molH2 g 需要吸收131 5kJ的热量 该反应的反应热为 H kJ mol 例2 拆开lmolH H键 lmolN H键 lmolN N键分别需要的能量是436kJ 391kJ 946kJ 则1molN2生成NH3的反应热为1molH2生成NH3的反应热为 131 5 92KJ mol 30 6KJ mol 练习 三 热化学方程式 什么是热化学方程式 表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式 叫做热化学方程式 意义 热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化 也表明了化学反应中的能量变化 热化学方程式与一般的化学方程式不同 1 书写热化学方程式要注明反应的温度和压强 为什么 而常温 常压可以不注明 2 热化学方程式要标明物质的状态 固体 s 液体 l 气体 g 溶液中的溶质 aq 为什么要标出 3 方程式后要隔一空格标出反应热 H 吸热为 放热为 反应热数值要与化学式前系数对应 4 方程式中的计量系数表示实际反应的物质的物质的量 可以是整数也可以是分数 例题 1 当1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2mol气态HCl 放出184 6KJ的热量 请写出该反应的热化学方程式 H2 g Cl2 g 2HCl g H 184 6KJ mol 写出下列反应的热化学方程式 课堂练习 1 1molN2 g 与适量O2 g 反应生成NO g 需吸收68kJ的热量 2 2molCu s 与适量O2 g 反应生成CuO s 放出314kJ热量 3 1g硫粉在氧气中充分燃烧放出9 36kJ热量 写出硫燃烧的热化学方程式 4 4gCO在氧气中燃烧生成CO2 放出9 6kJ热量 写出CO燃烧的热化学方程式 5 已知H2 g 1 2O2 g H2O g H1 akJ mol2H2 g O2 g 2H2O g H2 bkJ molH2 g 1 2O2 g H2O l H3 ckJ mol2H2 g O2 g 2H2O l H4 dkJ mol则a b c d的关系正确的是 A ad 0C 2a b0 C 6 在一定条件下 氢气和甲烷燃烧的化学方程式为 2H2 g O2 g 2H2O l H 572kJ molCH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890kJ mol由1mol氢气和2mol甲烷组成的混合气体在上述条件下完全燃烧时放出的热量为多少 2066KJ 四 燃烧热 1 概念 25 101KPa时 1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时放出的热量 叫做该物质的燃烧热 注 A H 0 单位 KJ mol B 燃料的量 1mol纯物质 C 完全燃烧生成稳定的化合物如 C s CO2 g H2 g H2O l S s SO2 g 练习 1 在25 101KPa 1g甲醇完全燃烧生成CO2和液态水 同时放出22 68KJ的热量 写出该条件下甲醇燃烧热的热化学方程式 2 2 3g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃恰好完全燃烧 生成2 7gH2O和2 24LCO2 标准状况 并放出68 35KJ的热量 则该反应的燃烧热为多少 盖斯定律及其应用 在众多的化学反应中 有些反应的反应速度很慢 有些反应同时有副反应 还有些反应不易直接进行 测定这些反应的热效应很困难 如何测定C s 1 2O2 g CO g 的反应热 H 能直接测定吗 如何测 若不能直接测 怎么办 思考 可通过盖斯定律获得它们的反应热数据 盖斯定律 一个化学反应 不论是一步完成 还是分几步完成 其总的热效应是完全相同的 化学反应的焓变 H 只与反应体系的始态和终态有关 而与反应的途径无关 H H1 H2 盖斯定律直观化 盖斯定律是质量守恒定律和能量守恒定律的共同体现的结果 不论一步进行还是分步进行 始态和终态完全一致 盖斯定律才成立 CO g C s CO2 g 实例1 C s 1 2O2 g CO g H1 CO g 1 2O2 g CO2 g H2 283 0kJ mol C s O2 g CO2 g H3 393 5kJ mol 则 H1 H2 H3所以 H1 H3 H2 393 5kJ mol 283 0kJ mol 110 5kJ mol 应用了什么规律 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 实施叠加并检验上述分析的正确与否 盖斯定律的计算要注意 练习1 已知 CO g 1 2O2 g CO2 g H1 283 0kJ mol H2 g 1 2O2 g H2O l H2 285 8kJ mol C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H3 1370kJ mol试计算 2CO g 4H2 g H2O l C2H5OH l 的 H 解 根据盖斯定律 反应 不论是一步完成还是分几步完成 其反应热效应都是相同的 下面就看看反应 能不能由 三个反应通过加减乘除组合而成 也就是说 看看反应 能不能分成 几步完成 2 4 所以 H H1 2 H2 4 H3 283 2 2 285 8 4 1370 339 2kJ mol 练习2 某次发射火箭 用N2H4 肼 在NO2中燃烧 生成N2 液态H2O 已知 N2 g 2O2 g 2NO2 g H1 67 2kJ molN2H4 g O2 g N2 g 2H2O l H2 534kJ mol假如都在相同状态下 请写出发射火箭反应的热化学方程式 2N2H4 g 2NO2 g 3N2 g 4H2O l H 1135 2kJ mol 你知道神六的火箭燃料是什么吗 练习 同素异形体相互转化但反应热相当小而且转化速率慢 有时还很不完全 测定反应热很困难 现在可根据盖斯提出的观点 不管化学反应是一步完成或分几步完成 这个总过程的热效应是相同的 已知 P4 s 白磷 5O2 g P4O10 s 2983 2kJ mol P s 红磷 5 4O2 g 1 4P4O10 s 738 5kJ mol 试写出白磷转化为红磷的热化学方程式 练习 使18g焦炭发生不完全燃烧 所得气体中CO占1 3体积 CO2占2 3体积 已知 C S O2 g CO g H Q1KJ mol CO g O2 g CO2 g H Q2KJ mol A 1 3Q1KJB 1 3Q2KJC 1 3 Q1 Q2 KJD 1 2Q2KJ 与这些焦炭完全燃烧相比较 损失的热量是 D 专题二电解池的工作原理 通电 通电前 Na Cl 在 运动 通电后 Na 向 极移动 Cl 向 极移动 阴极 电子从电源负极流向 发生的反应 阳极 电子从电解池阳极流向 总反应为 阴 无规则自由 阳 电解池阴极 2NaCl2Na Cl2 氧化反应 还原反应 电源正极 2Na 2e 2Na 2Cl 2e Cl2 电解熔融氯化钠制钠 2 电解池 将电能转化成化学能的装置 1 电解 在直流电作用下 在两极上分别发生氧化反应和还原反应的过程 相关概念 3 电解池形成的条件 a 有与直流电源相连的两电极b 电解质溶液或熔融的电解质c 形成闭合回路 分析电解反应的一般思路 明确溶液中存在哪些离子 根据阳极氧化 阴极还原分析得出产物 离子在电场作用下怎样移动阴阳两极附近有哪些离子 电解饱和食盐水实验 以石墨作电极 电解滴有几滴酚酞的饱和食盐水 并以湿润的淀粉KI试纸检验阳极产物 观察实验现象 为何当一个电极存在多种可能的放电离子时 不是大家共同放电 而是只有一种离子放电 放电能力与什么因素有关 思考 物质在电解池的阴 阳两极发生反应的过程叫放电 阴极 电子 发生 反应 离子 越强 反应越容易 常见阳离子放电顺序 Ag Fe3 Cu2 H Fe2 Zn2 Al3 Mg2 Na 阳极 电子 发生 反应 离子 越强 反应越容易 当阳极为惰性电极 石墨 铂 金 时 常见阴离子放电顺序 S2 I Br Cl OH 含氧酸根 F 得 还原 氧化性 失 氧化 还原性 分析电解反应的一般思路 明确溶液中存在哪些离子 判断放电顺序根据阳极氧化 阴极还原分析得出产物 离子在电场作用下怎样移动阴阳两极附近有哪些离子 活动与探究 向氯化铜溶液中通入直流电 阳极 Cl OH 阴极 Cu H 2Cl 2e Cl2 Cu 2e Cu 电解总反应 专题三原电池的工作原理 实验一 将锌片插入稀硫酸中 现象 锌片上有气泡产生 氧化还原反应 实验二 将铜片插入稀硫酸中 现象 无明显现象 实验三 锌片和铜片一起插入稀硫酸中 现象 锌片上有气泡产生 铜片上无明显现象 实验四 1 在锌片和铜片之间连接上导线 现象 铜片上有气泡产生 2 用导线在锌片和铜片之间连一电流计 现象 电流计指针发生偏转 3 记录指针偏转方向 问题探索 1 铜片上的气泡是什么 H2 有电流产生 因为在锌片和铜片之间发生了电子的定向移动 3 电流计的指针为什么会发生偏转 2 气体是怎么产生的 2H 得到2e 生成H2 原电池微观原理图 思考 在此装置中发生了什么能量转化呢 化学能 电能 红球 e 橙球 Zn2 绿球 H 蓝球 H2 原电池的定义 将化学能转化为电能的装置 知识探索 如何用反应式分别表示锌片和铜片上的变化呢 锌片 Zn 2e Zn2 氧化 还原 原电池的总反应式 发生了 反应 发生了 反应 属于 氧化还原 反应 将一干电池与电流计相连 使指针偏转方向与实验四的偏转方向一致 由此可判断出铜 锌原电池的正极是 负极是 电子从较活泼的 流向较不活泼的 铜 锌 实验五 锌 铜 在原电池中 电子从负极流到正极 问题探索 1 在原电池中 电子流动方向是怎样的 2 能否通过两极物质的活泼性强弱判断出原电池的正负两极呢 能 较活泼的作负极 较不活泼的作正极 活泼性不同 原电池的正负极 结论 H 1 Zn是 极 Cu是 极 2 活泼性Zn 负 正 3 硫酸在溶液中能电离出 和 这样可使整个装置形成闭合回路 SO42 Cu 铜 锌原电池的结构 实验设计 原料 铁片 锌片 碳棒 导线 稀硫酸 电流计 要求 1 设计出一套原电池装置 2 画出简单装置图 标出正负极 3 写出电极反应式 负极 Zn 2e Zn2 负极 Fe 2e Fe2 负极 Zn 2e Zn2 分析下图各装置能否形成原电池 C 考虑 形成原电池需要哪些条件 原电池的形成条件 1 有两种活泼性不同的金属 或碳棒 作电极 2 电极材料均插入电解质溶液中 3 形成闭合回路 小结 原电池 定义 原理 形成条件 化学能 负极 发生氧化反应 电能 正极 发生还原反应 两个电极 电解质溶液 闭合回路 一 二 给你任意一个氧化还原反应 从原理上你能否设计出一套对应的原电池装置 能 问题思考 利用氧化还原反应Fe 2FeCl3 3FeCl2 选择合适的电极材料 设计一套原电池装置 并写出电极反应式 负极 FeFe 2e Fe2 正极 C 或Cu等 2Fe3 2e 2Fe2 实验探索 1 往盛有锌粒的试管内加入稀硫酸现象 2 再加入少量硫酸铜溶液现象 产生气泡 气泡产生速度加快 稀硫酸 Zn 示意图 CuSO4溶液 Cu Zn 原因 锌置换出铜 形成铜 锌原电池 加快了反应速度 思考 气泡产生速度为何加快 实验探索 将铁片和碳棒一起插入自来水中 并用导线与电流计相连接 现象 电流计指针发生偏转 问题探索 1 该装置是否是原电池 2 负极是 正极是 铁片 碳棒 3 长时间放置 铁片质量会 是 减少 这就是下一节我们将要学习的钢铁腐蚀的主要原理 稀硫酸 Zn Zn 示意图 CuSO4溶液 Cu 练习 C X Y Z均为金属 X与Z组成原电池时 Z是原电池的正极 X与Y组成原电池时 Y为电池的负极 则X Y Z三种金属的活泼性顺序为 A X Y ZB X Z YC Y X ZD Y Z X Cu Zn 稀硫酸 e H e H H H H2 Zn2 化学电源 我们所学的原电池的缺点 实用电池的特点 反应一段时间后 铜极上聚集了许多氢气泡 把铜极与硫酸隔开就不再产生电流 且携带不方便 能产生稳定且具有较高电压的电流 安全且携带方便 能适用特殊用途 便于回收处理 不污染环境或对环境产生影响小 3 燃料电池又称为连续电池 一般以天然燃料或其它可燃物质如氢气 甲醇 天然气 煤气等作为负极的