化学反应与能量整章

1、第一章 化学反应与能量,第一节 化学反应与能量的变化,一、反应热和焓变,1、化学反应的特征,物质变化,能量变化,2、化学反应中能量的变化（吸收和放出），可以 、 、 及其它形式的能量表现出来。,光能,热能,电能,3、当能量变化以热能的形式表现时，化学反应可以分为：,放热反应与吸热反应,反 高,生 低,生 高,反 低,放热反应,吸热反应,(1) 放热反应, 化学反应中放出热量的反应。 ,E (反应物) E (生成物),常见的放热反应：,a.燃烧反应；,b. 中和反应（酸碱）；,c.活泼金属与水或酸的反应；,d. 绝大多数化合反应（如CaO与H2O）。,放热反应有时也需要加热才能发生！,(2) 吸

2、热反应, 化学反应中吸收热量的反应。 ,E (反应物) E (生成物),常见的吸热反应：,a. Ba(OH)28 H2O晶体与NH4Cl晶体反应；,b.绝大多数分解反应。,c.,水煤气,一、反应热和焓变,1、反应热,化学反应中所吸收或放出的热量。,恒压下，反应热称“焓变”。,2、焓变,1）符号： 2）单位：,H,kJ/mol 或 kJ mol1,3）表示方法,放热反应 (体系能量降低)：,H 0，,或H为“”,吸热反应 (体系能量升高)：,H 0，,或H为“ + ”,1molC与1molH2O(g)反应生成lmol CO(g)和1mol H2(g)，需要吸收131.5kJ的热量，该反应的反应热

3、为H= 。,例题1：,+131.5 kJ/mol,4）化学反应中能量变化的原因,旧键断裂 吸收能量,新键形成 放出能量,=,=,679kJ/mol,862kJ/mol,放热反应,679kJ/mol 862kJ/mol = 183kJ/mol,反应物的键能总和,生成物的键能总和,5）焓变与键能的关系（微观）,反应物总键能生成物总键能,H,例题2：,已知键能:NN:946kJ/mol, H-H:436kJ/mol, H-N:391kJ/mol N2（g）+ 3H2(g) 2NH3(g), 从理论上计算H为（ ）,A+1800kJ/mol B. +92kJ/mol C. 92kJ/mol D. 46

4、kJ/mol,C,6）焓变与物质能量的关系（宏观）,H =,生成物的总能量,反应物的总能量,知识梳理总结,2、符号单位：,H,kJ/mol或kJmol-1,当H为“”或H0 时，反应放热反应,当H为“+”或H0 时，反应吸热反应,H=反应物总键能 生成物总键能,H 生成物总能量反应物总能量,反应热的计算,1、反应热：化学反应过程中所释放或吸收的热量,恒压条件下，反应热 焓变,练习1：,已知反应ABCD为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是（ ） A. A的能量一定高于C B. B的能量一定高于D C. A和B的总能量一定高于C和D的总能量 D. 该反应为放热反应，故不必加热就一定能发生,C,

5、练习2：,已知：H + H H2； H = 436KJ/mol， 则下列叙述正确的是（ ）（双项） A. 2个H 原子的能量高于 H2 的能量 B. H 原子的能量低于 H2 的能量 C. H 原子比 H2分子稳定 D. H2分子比 H 原子稳定,A D,练习3：,HH键、NH键、NN键的键能分别是436kJ/mol、391kJ/mol、946kJ/mol， 则1molN2生成NH3的反应热为 ， 1molH2生成NH3的反应热为 。,-92kJ/mol,-30.7kJ/mol,第一章 化学反应与能量,第一节 化学反应与能量的变化,二、热化学方程式,【例1】 在200、101kPa时，1 mo

6、l H2与碘蒸气作用生成HI的反应，科学文献上表示为：,试比较，热化学方程式与化学方程式表示上有何不同？,【例2】 在25、101kPa时，有两个由H2和O2化合成1mol H2O的反应，一个生成气态水，一个生成液态水，其化学方程式可表示为：,H2 (g) + O2(g) H2O(g) H=241.8 kJ/mol,H2 (g) + O2(g) H2O(l) H=285.8 kJ/mol,发现 物质的状态变化会有能量的变化。液态水转变为水蒸气要吸收能量。,H2O(l) H2O(g) H= + 44.0 kJ/mol,因此，热化学方程式中要标明物质的状态。,气体（g）液体（l）固体（s）离子（a

7、q）,为什么上述方程式中计量数有为 ，如何理解？反应物和生成物前的系数它代表了什么？计量数与H值什么有关系？,说明热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数，表示对应物质的物质的量。H(kJ/mol)它表示每摩尔反应所放出的热量，H它的值与方程式中的计量系数有关，即对于相同的反应，当化学计量数不同时，其H不同。,H2 (g) + O2(g) H2O(g) H=241.8 kJ/mol,2H2 (g) + O2(g) 2H2O(g) H=483.6 kJ/mol,二、热化学方程式,能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。,1、定义,2、含义,表示1mol气态H2与1mol气态碘完

8、全反应，生成2mol气态HI时，放出14.9kJ的热量。,3、书写要点,（1）一般应注明反应的温度、压强；,（250C ，101kPa时不注明）,（2）必须标明各物质的状态；,气体（g）液体（l）固体（s）离子（aq）,（3）写出了反应热，还注明了“”，“”；,（4）系数仅仅表示物质的量，不表示分子或原子个数；故系数可以是整数、分数；,（5）H的值与系数相匹配。,系数加倍，H值也加倍。,正逆反应的H绝对值相等，符号相反。,（6）热化学方程式一般不要写反应条件。,练习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。,H

9、2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) H =184.6 kJ/mol,练习2：,2molCu(s)与适量O2(g)反应生成CuO(s)，放出314kJ热量，请写出该反应的热化学方程式。,2Cu(s) + O2(g) = 2CuO(s) H =314 kJ/mol,练习3：,沼气的主要成分是甲烷。0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出445 kJ的热量。则下列热化学方程式中正确的是（ ）,A、2CH4( g ) 4O2( g ) 2CO2( g ) 4H2O ( l ) H = + 890 kJ/mol,B、CH4 2O2 CO2 H2O H = 890 kJ/mol

10、,C、CH4 ( g ) 2 O2 ( g ) CO2 ( g ) 2 H2O ( l ) H = 890 kJ/mol,D、 1/2CH4 ( g ) O2 ( g ) 1/2CO2 ( g ) H2O ( l ) H = 890 kJ/mol,C,状态,H = 445 kJ/mol,练习4：,A,已知在1105Pa，298K条件下2mol氢气燃烧生成水蒸气放出484kJ热量，下列热化学方程式正确的是( ),H2O（g）H2（g）1/2O2（g） H242kJ/mol 2H2（g）O2（g）2H2O（l） H484kJ/mol H2（g）1/2O2（g）H2O（g） H242kJ/mol 2

11、H2（g）O2（g）2H2O（g） H484kJ/mol,练习5：写出下列热化学方程式,1g 硫粉在氧气中充分燃烧放出9.36kJ热量,4g CO在氧气中燃烧生成CO2，放出9.6kJ热量,课本6页答案：,(2) N2(g) + 2O2(g) = 2NO2(g) H = + 68 kJ/mol,(3)Cu(s) + O2(g) = CuO(s) H =157kJ/mol,(4) C (s) + H2O (g)=CO(g) +H2(g) H = + 131.5kJ/mol,(5) N2H4 (l) + O2(g) = N2(g) + 2H2O (l) H = 622 kJ/mol,(6) C8H

12、18 (l) + 25/2 O2(g) = 8CO2(g) + 9H2O (l) H = 5518 kJ/mol,4、(1) CO (g) + H2O (g) = CO2(g) + H2 (g) H = 41 kJ/mol,(2) CO2(g) + H2 (g) =CO (g) + H2O (g) H = + 41 kJ/mol,第一章 化学反应与能量,第一节 化学反应与能量的变化,三、中和反应反应热的测定,中和热,1、定义：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成1molH2O(l),所释放的热量称为中和热。,这里的酸与碱一般指的是稀强酸与稀强碱,2、中和反应 反应热的测定,实验名称 实验原理：

13、Q=mct 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。 t：反应前后溶液温度的差值。 Q=（V酸酸V碱碱）c（t2t1） V酸=V碱=50 mL。 c酸=0.50 mol/L c碱=0.55 mol/L 酸=碱=1 g/cm3 c=4.18 J/（g） Q=0.418（t2t1）kJ,三、中和反应反应热的测定,测定强酸与强碱反应的反应热，体验化学反应的热效应。,大烧杯（500ml）、小烧杯（100ml）、温度计、量筒（50ml) 两个 泡沫塑料或纸条泡沫塑料板或硬纸板（中心有两个小孔） 环形玻璃搅拌棒,实验目的,实验仪器和试剂,0.50 mol/L 盐酸、0.5

14、5 mol/L NaOH溶液,1.保温。在大烧杯底部垫泡沫塑料，使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料，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，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，如图所示。,实验步骤,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1：大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？填碎泡沫塑料（或碎纸条）的作用是什么？对此装置，你有何更好的建议？,思考2：为什么不用环形铁搅拌棒？,铁与盐酸之

15、间会发生反应，另外铁的导热性好，这样 都会造成热量的损失。,2.用一个量筒最取50 mL 0.50 mol/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。,思考3：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：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，会使溶液的总质量增加，而导致实验结果误差。,3.用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记入下表。,思考4：实验中所用HC

16、l和NaOH的物质的量比为何不是11而是NaOH过量？,答：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。,思考5：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：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。,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）。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为终止温度，记入下表。,5.重复实验两到三次，取测量所得数据的平均值作为计算依据。,实验数据处理

17、,1、取三次测量所得数据的平均值作为计算依据,如果某一次实验的数据与另外两次实验的数据差异明显，怎么办？,2.计算反应热 50mL0.50 mol/L的盐酸的质量m1=50g 50mL0.55 mol/L的氢氧化钠溶液的质量m2=50g 中和后生成的溶液的比热容c4.18J/(g),Q（m1 m2 ）c (t2t1) =0.418（t2t1）kJ,反应放出的热量为：,生成1molH2O时放出的热量为：,3、(1)强酸、强碱的稀溶液： H+(aq)+OH- (aq)=H2O(l) H=-57.3 kJ/mol,（3）若反应过程中有其他物质生成（沉淀、难电离物质等），这部分反应热不属于中和热,(2

18、)有弱酸（或弱碱）参加中和反应，中和热数值一般低于57.3 kJ/mol，因为电离吸热。,思考,若改用100mL0.50mol/L的盐酸和100mL0.55mol/L的NaOH溶液，所测得中和热的数值是否约为本实验结果的两倍(假定各步骤操作没有失误)？,答：否。因为中和热是指酸与碱发生中和反应生成1molH2O时放出的热量，其数值与反应物的量无关，故所测结果应基本和本次实验结果相同。,练习50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液在图示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。回答下列问题： （1）从实验装置上看，图中缺少的一种

19、玻璃用品是 。 （2）烧杯间填满碎纸条的作用是 _ （3）大烧杯上如不盖硬纸板，求 得的中和热数值 （填 “偏大”“偏小”“无影响”）。,环形玻璃搅拌棒,减少实验过程中的热量损失,偏小,（4）实验中改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量 （填“相等”“不相等”），所求中和热 （填“相等”“不相等”），简述理由：,不相等,相等,因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O所放出的能量，与酸碱的用量无关,（5）用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会 ； 用50 mL

20、0.50mol/L NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会 。（均填“偏大”“偏小”“无影响”）,偏小,偏小,第二节 燃烧热、能源,一、燃烧热 二、能源,一、燃烧热,1、定义,25，101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。,2、单位,kJ/mol,3、注意,指定产物通常规定为：它是指物质中的下列元素完全转变成对应的稳定物,CC02(g)，HH20(l)，SS02(g),研究条件： 25，101 kPa,反应程度：完全燃烧，产物是稳定的氧化物,燃烧物的物质的量：1 mol，故书写表示燃烧热的热化学方程式时应以燃烧1mol物质为标准来配平其

21、余物质的化学计量数,研究内容：放出的热量。（H0，单位kJ/mol）,可燃物质燃烧放出的热量 =可燃物物质的量燃烧热,文字叙述燃烧热时，用“正值”(如甲烷的燃烧热为890 kJ/mol)；而用符号H表示燃烧热时用“负值”(如甲烷的燃烧热H=-890 kJ/mol),4、表示的意义：,如: CH4的燃烧热为 H= 890.3kJ/mol. 含义: 在101KPa时, 1molCH4完全燃烧时,放出890.3 kJ的热量.,练习1：,以下几个热化学方程式，表示25时燃烧热的是 A. C（s）O2（g）=CO(g) H=110.5 kJ/mol B. C（s）O2（g）=CO2(g) H=393.5

22、 kJ/mol C. 2H2(g)O2(g)=2H2O(l) H=571.6 kJ/mol D. H2(g)1/2O2(g)=H2O(g) H=241.8 kJ/mol E. H2(g)1/2O2(g)=H2O(l) H=285.8kJ/mol,BE,练习2：,25，101kPa时，1molCH4完全燃烧放出890.31kJ的热量，即表示甲烷燃烧热的热化学方程式：,CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) H= - 890.31kJ/mol,练习3：,25，101kPa时，2molC8H18完全燃烧放出11036kJ的热量，即表示C8H18燃烧热的热化学方程式：,C8H18 (

23、l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l) H= - 5518kJ/mol,练习4：,已知反应： 2C(s)O2(g)2CO(g) H221 kJmol 稀溶液中，H(aq)OH(aq)H2O(l) H57.3 kJmol 下列结论正确的是（ ）（双项） A碳的燃烧热大于110.5 kJ/mol B的反应热为 221 kJ C稀硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为57.3 kJ/mol D稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水， 放出57.3 kJ 热量,AC,5、燃烧热的计算及应用,在101 kPa时，1 mol CH4 完全燃烧生成CO2和液态H2O，放出890.31 kJ

24、的热量，CH4的燃烧热为多少？112 L CH4（标准状况）燃烧后所产生的热量为多少？,CH4的燃烧热为890.31kJ/mol,Q放 n(可燃物)H 5mol890.31 kJ/mol 4451.55 kJ,练习5：,已知下列两个热化学方程式： 2H2(g)+O2(g) = 2H2O(l) H-571.6 kJ/mol C3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l) H-2220 kJ/mol （1）H2的燃烧热为_，C3H8的燃烧热_ （2）2gH2和2mol C3H8组成的混合气体完全燃烧放出的热量为_ （3）现有H2和C3H8的混合气体5 mol，完全燃烧时放出热量384

25、7 kJ，则混合气体中H2和C3H8的体积比为_,285.8 kJ/mol,2220 kJ/mol,4725.8 kJ,3：1,燃烧热和中和热的比较,相同点,不同点,反应物的量,生成物的量,放热反应,H0；单位为kJ/mol,可燃物为1mol,生成水为1mol,不一定为1mol,不一定为1mol,二、能源,能源就是能提供能量的资源。,概念：,化石燃料(煤、石油、天然气) 、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。,（二）能源分类,可再生 能源,不可再 生能源,风能、水能、,煤炭、石油、天然气等,常规能源,新能源,可再生能源,不可再生 能源,太阳能、海洋能、地热能、波浪能、潮汐能等。,核能,二级能源,

26、电能、氢能、煤气、水煤气、蒸汽、焦炭、汽油、煤油、柴油、液化石油气、沼气能等,一级能源,开源节流,1. 开发新能源 2. 节约现有能源 3. 提高能源的利用率,（三）解决我国燃料短缺的办法：,现在探索开发的新能源有：太阳能、氢能、地热能、海洋(潮汐)能、生物能等，新能源的主要优势是：资源丰富，可以再生，污染少,我国目前使用的主要能源是化石燃料，不可再生，最终将枯竭。,1、下列属于一次能源的是（ ），属于二次能源的是（ ）,ADE,BC,2、为了减少大气污染，许多城市正大力推广汽车清洁燃料。目前使用的清洁燃料主要有两类，一类是压缩天然气(CNG)，另一类是液化石油气(LPG)。这两类燃料的主要成

27、分均为 ( ),A,A碳氢化合物 B碳水化合物 C氢气 D醇类,A 风能 B 电能 C 氢能 D 阳光 E 天然气,练习6：,第一章 化学反应与能量,第三节 化学反应热的计算,一、盖斯定律 二、反应热的计算,H2O(g)=H2O(l) H3=44kJ/mol,H2H1H3,这三条热化学方程式有什么联系吗？,分步完成： C(s)1/2O2(g)CO(g) H1110.5kJ/mol CO(g)1/2O2(g)CO2(g) H2283.0kJ/mol,一步完成： C(s)O2(g)CO2(g) H3393.5kJ/mol,碳的燃烧通过分步完成和一步完成放出的热量一样吗？,H1H2 （110.5kJ

28、/mol）（283.0kJ/mol） 393.5kJ/mol H3, C(s)+1/2O2(g)CO(g), CO(g)+1/2O2(g)CO2(g), C(s)+O2(g)CO2(g),+,同时将反应1和反应2合并可以得到反应3,我们发现：不管化学反应是分一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。,化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。,盖斯定律,有些化学反应进行很慢或不易直接发生，很难直接测得这些反应的反应热，可通过盖斯定律获得它们的反应热数据。,盖斯定律的应用,H3H1H2 H1H3H2,C(s)+1/2O2(g)= CO(g) H1=? CO(g)+1/2O2

29、(g)= CO2(g)H2=-283.0kJ/mol C(s)+O2(g)= CO2(g) H3=-393.5kJ/mol,H1 H2 H3 故，H1 H3H2 393.5kJ/mol 283.0kJ/mol 110.5kJ/mol,自主归纳： 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； 实施叠加并检验上述分析的正确与否。,写出石墨变成金刚石的热化学方程式：,查燃烧热表知： C(石墨，s)+O2(g)CO2(g) H1=-393.5kJ/mol C(金刚石，s

30、)+O2(g)CO2(g)H2=-395.0kJ/mol,解： - 得： C(石墨，s)= C(金刚石，s) H=1.5kJ/mol,例题1,练习1：,已知: Zn(s)+1/2O2(g)ZnO(s) H1= -351.1kJ/mol Hg(l)1/2O2(g)HgO(s) H2 = -90.7kJ/mol 则 Zn(s) HgO(s) = ZnO(s)Hg(l) H3 = ？,H3 H1H2 260.4kJ/mol,例题2：,已知： 2C(s)O2(g) =2CO(g) H1= -221kJ/mol 2H2(g)O2(g)2H2O(g) H2 = -483.6kJ/mol 则C(s) H2O

31、(g) = CO(g)H2(g)的H3为多少?,H3 1/2（H1H2）131.3kJ/mol,例题3：,已知下列反应的反应热为： CH3COOH(l)2O2(g)2CO2(g)2H2O(l) H1870.3kJ/mol C(s)O2(g)CO2(g) H2393.5kJ/mol H2(g)1/2O2(g)H2O(l) H3285.8kJ/mol 试计算下列反应的反应热： 2C(s)2H2(g)O2(g)CH3COOH(l),HH22 H32H1488.3kJ/mol,练习2：,已知： CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) H1=283.0 kJ/mol H2(g)+1/2O2(g)=H

32、2O(l) H2= 285.8 kJ/mol C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l) H3=-1370 kJ/mol试计算: 2CO(g)4H2(g)= H2O(l)C2H5OH (l) 的H,HH12 H24 H3339.2 kJ/mol,练习3：,N2(g)O2(g)2NO(g) H1180.5kJ/mol 2C(s)O2(g)2CO(g) H2221.0kJ/mol C(s)O2(g)CO2(g) H3393.5 kJ/mol 2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)H 。,746.5 kJ/mol,练习4：,2H2(g)CO(g)CH3OH(g) H190.8kJmol 2CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H223.5kJ