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第一章 化学反应的热效应
第一节 反应热
乙炔与氧气反应放出的热量用于切割金属
常温电化学合成丙酰胺
能量变化
物质变化
化学反应带来了什么
化学反应的能量从何而来
化学反应的能量储存在反应物和生成物的化学键中
原子间成键：总能量降低
原子间断键：总能量升高
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一。
能量守恒定律
体系和环境
体系：盐酸，NaOH溶液及所发
生的化学反应
HCl + NaOH = NaCl + H2O
环境：试管、试管以外的空气等
研究对象
体系和环境
敞开系统
封闭体系
孤立体系
物质交换
能量交换
√
√
√
×
×
×
反应热
热量的释放或吸收是化学反应中能量变化的常见形式
常见的吸热反应和放热反应
吸热反应
Ba(OH)2 10H2O和NH4Cl的反应
大多数分解反应
C + H2O = CO + H2(制备水煤气)
C + CO2 = 2CO
特例：2H2O2 = 2H2O +O2 ↑
放热反应
燃烧反应
大多数化合反应
酸碱中和反应
金属与酸或水的反应
特例：C + CO2 = 2CO
大多数化学反应为放热反应
恒温动物
充电时手机电池发热
反应热
在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量。称为化学反应的热效应，简称反应热。
反应后体系的温度恢复到室温
反应热的测定
HCl + NaOH = NaCl + H2O
中和反应，放热反应。
测量反应放出的热量？
测量反应前后的温度差。
热量和温度之间有什么关系？
Q ＝ c · m ·Δt，c是比热容，m是反应体系的质量，Δt是温度差。
在实验过程中需要注意什么？
防止反应放出的热量散失（保温）
中和反应反应热的测定
① 反应物温度(t1 ℃)的测量
用一量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1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。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。
用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液，用温度计测量并记录NaOH溶液的温度，取两温度平均值为t1 ℃。
为保证盐酸完全被中和，采用稍过量的NaOH。
② 反应后体系温度(t2 ℃)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 ℃。
中和反应反应热的测定
③ 重复上述实验操作3次，记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据，其中如果有数据明显偏离正常值，该数据应舍去。
中和反应反应热的测定
数据处理
盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1 g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃)。盐酸、氢氧化钠溶液的质量均为50g，m=100g；温度差Δt=（t1-t2）。
Q ＝ c · m ·Δt
生成0.025mol H2O时放出的热量
生成1mol H2O时放出的热量
×40
Q
×40
大量实验测得，25 ℃和101 kPa下，强酸与强碱稀溶液发生中和反应生成1 mol水时，放出57.3 kJ的热量。
中和反应反应热的测定
【例题】利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：
①用量筒量取50 mL 0.50 mol/L盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸温度；
②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；
③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。
回答下列问题。
(1) 所用NaOH溶液要稍过量的目的是________________________________。
保证盐酸完全被中和
(2) 倒入NaOH溶液的正确操作是________(填字母，下同)。
A. 沿玻璃棒缓慢倒入 B. 分三次倒入 C. 一次迅速倒入
(3) 使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________。
A. 用温度计小心搅拌
B. 揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C.用金属搅拌棒搅拌
D. 轻轻地振荡烧杯
E.用套在温度计上的玻璃搅拌器轻轻地搅动
中和反应反应热的测定
C
E
(4) 假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是 1 g/cm3，又知反应后溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃)。为了计算反应热，某学生实验记录数据如下：
实验 序号 起始温度T1/ ℃ 终止温度T2/ ℃
盐酸 氢氧化钠溶液 混合溶液
1 20.0 20.1 23.2
2 20.2 20.4 23.4
3 20.5 20.6 23.6
依据该学生的实验数据计算：该反应生成1molH2O时放出的热量为_________(结果保留一位小数)。
中和反应反应热的测定
52.7kJ
(5)哪些操作可能导致测量结果偏小？
导致热量损失的操作，都有可能使测量结果偏小。
50 mL 0.50 mol/L盐酸
50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液
20.25 ℃
23.4 ℃
中和反应反应热的测定
大量实验测得，25 ℃和101 kPa下，强酸与强碱稀溶液发生中和反应生成1 mol水时，放出57.3 kJ的热量。
由于弱酸和弱碱的电离会吸热，因此，弱酸、弱碱在发生中和反应生成1mol水时，放出的热量小于57.3 kJ。
反应热的表示
等压条件下进行的化学反应，其反应热等于焓变。符号为ΔH，单位是kJ/mol(或kJ mol-1)
大多数化学反应是在等压条件下进行的。
对于反应体系而言：
反应吸热，体系的焓增大，ΔH为正值（ΔH>0）
反应放热，体系的焓减小，ΔH为负值（ΔH<0）
放热反应
吸热反应
H ＜0
H ＞0
H
反应物
生成物
反应物
生成物
H
反应热的表示
25 ℃和101 kPa下，1mol C(石墨) 与1mol H2O(g)反应，生成1mol CO和1mol H2(g)时吸收131.5kJ的热量。
C(s) + H2O(g) = CO(g) +H2 (g)
ΔH= + 131.5 kJ/mol
25 ℃和101 kPa下，1mol H2 与1mol Cl2 反应生成2mol HCl时放出186.4kJ的热量。
H2 (g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
ΔH= - 186.4 kJ/mol
指1mol化学反应
从微观角度理解反应热的实质
H2(g)＋Cl2(g) = 2HCl(g)
化学反应的本质是旧键断裂，新键形成
对反应体系来说：
旧键断裂吸收能量，焓增大；
新键形成释放能量，焓减小；
ΔH= + Q 吸 - Q 放
ΔH= （436kJ/mol +243kJ/mol）- 431kJ/mol ×2 = - 186.4 kJ/mol
从微观角度理解反应热的实质
【例题】已知:
(1)1mol N2(g)中的化学键断裂时需要吸收946 kJ的能量。
(2)1mol O2(g)中的化学键断裂时需要吸收498kJ的能量。
(3)1mol NO(g)中的化学键形成时要释放632kJ的能量。
请计算下列反应的ΔH。
N2(g) + O2(g) = 2NO(g)
ΔH= +180 kJ/mol
H2 (g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
ΔH= - 186.4 kJ/mol
化学反应能量变化的表示
热化学方程式：表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。
体现了化学反应的物质变化和能量变化（主）
1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2mol气态HCl时，放出184.6kJ的能量。
热化学方程式
H2 (g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
ΔH= - 186.4 kJ/mol
书写热化学方程式需要注明物质聚集状态。
固体：s 液体：l 气体：g 溶液：aq
H2(g) + O2(g) = H2O ( g ) H＝ 241.8 kJ/mol
H2(g)+ O2(g) = H2O ( l ) H＝ 285.8 kJ/mol
1
2
1
2
固态水
液态水
吸收热量
气态水
吸收热量
物质聚集状态与物质能量的关系
同一物质，不同聚集状态的能量，有如下关系：
气态 > 液态> 固态
物质聚集状态与物质能量的关系
同一物质，不同聚集状态的能量，有如下关系：
气态 > 液态> 固态
能量
生成液态水时，放出的热量多。
书写热化学方程式时，应注明反应体系所处的温度和压强，若为25℃、101 kPa时可省略。
热化学方程式
H2 (g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
ΔH= - 186.4 kJ/mol
该反应在25℃、101 kPa下进行
H2 (g) + I2(g) 2HI(g)
ΔH= - 14.9 kJ/mol
200℃
101kPa
H2(g) + Cl2(g) = HCl(g) ΔH= -92.3 kJ/mol
1
2
1
2
热化学方程式
H2 (g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
ΔH= - 186.4 kJ/mol
热化学方程式中，各物质的系数可以是整数也可以是分数（系数表示物质的量）。系数扩大（或缩小）相应倍数，ΔH的数值也扩大（或缩小）相应的倍数，但ΔH的符号不变。
热化学方程式
【例题】已知，在298K时，由于氢气和氮气反应生成1mol NH3(g)放热46.1kJ，将下列热化学方程式补充完整。
N2(g) + H2(g) = NH3(g)
3
2
1
2
N2(g) + 3H2(g) = 2NH3(g)
NH3(g)= N2(g) + H2(g)
3
2
1
2
(1)
(2)
(3)
反应逆向进行，ΔH改变符号，但数值不变。
ΔH= - 46.1 kJ/mol
ΔH= - 92.2 kJ/mol
ΔH= + 46.1 kJ/mol
热化学方程式的书写（小结）
需要注明物质聚集状态。
注明反应体系所处的温度和压强，若为25℃、101 kPa时可省略。
物质的系数可以是整数也可以是分数（系数表示物质的量）。
系数扩大（或缩小）相应倍数，ΔH的数值也扩大（或缩小）相应的倍数，但ΔH的符号不变。
反应逆向进行，ΔH改变符号，但数值不变。
【例题】依据事实，写出下列反应的热化学方程式。
(1) 1 mol Cu(s)与适量O2(g)反应生成CuO(s)，放出157.3kJ的热量。
(2)1 mol C2H4(g)与适量O2(g)反应生成CO2(g)和H2O(l)，放出1411.0kJ的热量。
(3)1molC(s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131.5kJ的热量。
热化学方程式的书写
Cu(s) + O2(g) = CuO(s) H＝ 157.3 kJ/mol
1
2
C2H4(g) +3O2(g) = 2CO2(g) + 2H2O(l) H＝ 1411.0 kJ/mol
C(s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) H＝+131.5 kJ/mol
燃烧热
C(s) + O2(g) CO2(g) H＝ 393.5 kJ/mol
燃料热：在101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。单位：kJ/mol
C（石墨）燃烧热的热化学方程式
H2(g)燃烧热的热化学方程式
H2(g) + O2(g) = H2O(l) H＝ 285.8 kJ/mol
1
2
燃烧热
燃料热：在101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。单位：kJ/mol
S（硫元素）
SO2(g)
C（碳元素）
CO2(g)
H（氢元素）
H2O(l)
N（氮元素）
N2(g)
【注意】燃烧热对应的 H的符号一定是负值
【例题】适量H2(g)在1 mol O2(g)中完全燃烧，生成2 mol H2O(l)，放出571.6k的热量。请写出表示H2燃烧热的热化学方程式。
燃烧热
H2(g) + O2(g) = H2O(l) H＝ 285.8 kJ/mol
1
2
【例题】煤（C）、石油(C8H8)、天然气是当今世界重要的化石燃料，其储备影响着国际形势。其主要成分分别是碳单质[ C(s) ]、辛烷[C8H8 (l)]、甲烷[CH4(g)]，查阅资料得到在25℃，101kPa时，碳、辛烷、甲烷的燃烧热分别为393.5kJ/mol，5518kJ/mol、890.3kJ/mol。请写出上述三种物质燃烧热的热化学方程式。
燃烧热
C(s) + O2(g) = CO2(g) H＝ 393.5 kJ/mol
C8H8 (l) + O2(g) =8CO2(g) + 9H2O(l) H＝ 5518 kJ/mol
25
2
CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l) H＝ 890.3 kJ/mol
燃料燃烧热对应的热化学方程式（小结）
燃料必须为1 mol。
相应元素必须转化为指定产物。
燃烧热对应的 H一定是负值。
H大小比较
【例题】在相同条件下，质量相等的两份H2(g)与足量的O2(g)充分反应，分别生成液态水(反应①)和水蒸气(反应②)。下列说法正确的是( )
A.反应①放出的热量多
B.反应②放出的热量多
C.反应①、②放出的热量一样多
D.无法比较反应①、②)放出的热量
H大小比较
对于放热反应，因为 H<0（负值），所以放热越多， H越小。
H大小比较
能量
对于吸热反应，因为 H>0（正值），所以吸热越多， H越大。
1．根据下图所示的过程中的能量变化情况，判断下列说法不正确的是
A．转化为氯原子是一个吸热过程
B．和的总能量比的总能量高
C．1个分子中的化学键断裂时需要吸收能量
D．和反应生成的反应热
3．C
【详解】A． 转化为氯原子是化学键断裂的过程，需要吸收热量，是一个吸热过程，A正确；
B． 和 反应生成 的反应热ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能=436kJ/mol+243kJ/mol-2×431kJ/mol=-183kJ/mol，属于放热反应，因此1molH2和1molCl2的总能量比2molHCl的总能量高，B正确；
C．1mol分子中化学键断裂时需要吸收431kJ能量，而不是1个HCl(g)分子中的化学键断裂时需要吸收431kJ能量，C错误；
D．由B分析可知， 和 反应生成的反应热 ，D正确；
故选C。
2．十氢萘( )是具有高储氢密度的氢能载体，一定条件下，在某催化剂作用下，依次经历反应i和反应ii释放氢气：
反应i.
反应ii.
脱氢过程中的能量变化如图所示。
下列叙述错误的是
A．反应i的活化能大于反应ii的活化能
B．萘()的储氢过程是放热反应
C．“低压、高温”条件下，能提高十氢萘的脱氢率
D．十氢萘脱氢反应达平衡时，适当升高温度，反应体系中 增大
2．D
【详解】A．活化能是指化学反应中由反应物分子到达活化分子所需的最小能量，由图可判断，反应i的活化能大于反应ii的活化能，A正确；
B．由图可判断，十氢萘脱氢时的两步反应中反应物的总能量小于生成物的总能量，均为吸热反应，则萘（ ）的储氢过程是放热反应，B正确；
C．反应i、ii均为气体体积增大的吸热反应，“低压、高温”条件下，有利于反应i、ii向正反应方向进行，能提高十氢萘的脱氢率，C正确；
D．反应i、ii均为气体体积增大的吸热反应，衡时，适当升高温度，反应i、ii均向正反应方向移动，则 减小，D错误；故选D。

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