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(共32张PPT)
专题1 化学反应与能量变化
第一单元化学反应的热效应
1.1.1化学反应的焓变
核心素养目标
科学态度与社会责任：
认识化学反应能量变化在生产生活（如能源利用、人体能量供应等）中的重要意义，形成严谨的科学态度，增强合理利用能源、解决能源问题的社会责任感。
证据推理与模型认知：
通过对热化学方程式、反应焓变数据等证据的分析推理，构建化学反应能量变化的模型，能运用该模型解释和预测化学反应的能量变化情况。
宏观辨识与微观探析：
能从宏观角度辨识化学反应中的能量变化（吸热或放热）现象，从微观层面理解化学键的断裂和形成是化学反应能量变化的本质原因，建立宏观现象与微观本质的联系。
教学重难点
重点
深入理解反应焓变与反应物、生成物总能量的关系，以及焓变的微观本质（化学键的断裂与形成）。
准确运用热化学方程式进行相关计算，以及在复杂情境下判断热化学方程式的正误和书写。
难点
深入理解反应焓变与反应物、生成物总能量的关系，以及焓变的微观本质（化学键的断裂与形成）。
准确运用热化学方程式进行相关计算，以及在复杂情境下判断热化学方程式的正误和书写。
课前导入
在生活中我们能感受到很多化学反应与能量变化的现象。比如，冬天我们用的暖宝宝，里面发生的化学反应能持续放出热量，给我们带来温暖；还有汽车燃烧汽油，汽油发生化学反应释放能量，推动汽车前行。这些现象背后都隐藏着化学反应中能量变化的奥秘。那化学反应为什么会有能量变化呢？如何准确地表示和计算化学反应中的能量变化呢？今天，就让我们一起走进化学反应的能量世界，去探索反应焓变和热化学方程式的知识吧！
01
内能和焓
内能与焓变
→内能：
①物质的量确定的体系中，物质的各种能量总和称为内能。
②内能的影响因素：
内能受温度、压强、物质的聚集状态和组成的影响。物质处于一定的状态，就具有一定的内能，状态发生改变时，内能就会发生变化。
③内能的绝对值无法直接测得，内能的变化可以通过变化过程中体系吸收（或放出）的热对内（或外）所做的功的形式表现出来。
→焓：
焓是与内能有关的物理量，用符号H表示
能量守恒定律的应用
化学反应过程中既有物质变化，又有能量变化。能量的转换以发生化学变化的物质为基础，遵循能量守恒定律。释放或吸收热是化学反应中能量变化的主要形式之一，释放或吸收热的多少取决于化学反应中反应物的转化量。人们广泛利用化学反应与能量的关系解释生产和生活现象，如生命体中糖类与氧气的反应为机体提供能量，生产、生活中燃料的燃烧等都是化学反应中能量变化的重要应用。
反应热和焓变
→反应热：
在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热。
→焓变：
①概念：在恒压条件下，化学反应过程中吸收或放出的热称为反应的焓变。
②焓变的符号：ΔH，常用单位：kJ·mol－1。
③化学反应的焓变与温度、压强、反应物及生成物的聚集状态等因素有关。
→焓变和反应热的关系：
在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反应的焓变。
化学反应中的能量变化
一个化学反应是吸收能量还是释放能量，取决于反应物总能量和生成物总能量之间的相对大小。
若反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应过程中吸收能量；
若反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应过程中释放能量。
常见的放热反应
⑴常见的放热反应
①活泼金属与水或酸的反应。
如 2Al+6HCl＝AlCl3+3H2↑
②酸碱中和反应。
如2KOH+H2SO4＝K2SO4+2H2O
③燃烧反应。如C、CO、C2H5OH等的燃烧
④多数化合反应。如
CaO+H2O ＝Ca(OH)2
SO3+H2O=H2SO4
常见的吸热反应
①多数分解反应
②2NH4Cl（s）+Ba(OH)2·8H2O （s）＝ BaCl2+2NH3 ↑+10H2O
③C(s)+H2O(g) = CO+H2
④CO2+ C = 2CO
⑤ 盐类的水解
易错提醒
(1)吸热反应和放热反应均为化学变化。
(2)吸热反应和放热反应与反应条件没有必然联系，需要加热的反应也可能是放热反应。
(3)一般来说，物质具有的能量越低，物质越稳定；物质内的总键能越大，物质越稳定。
(4)物质在发生物理变化时，也会放出或吸收能量。
常见的放热过程有：
①浓硫酸稀释、NaOH溶于水；②物态变化：气态→液态→固态。
常见的吸热过程有：
①NH4NO3溶于水；②弱电解质的电离；③物态变化：固态→液态→气体。
02
热化学方程式
热化学方程式的概念及意义
→概念：
能够表示反应热的化学方程式叫热化学方程式。
→意义：
热化学方程式不仅表示化学反应中的物质变化，也表示了能量变化。还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。
H2(g)＋O2(g)=H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
表示的意义是在25 ℃、101 kPa下，1 mol 气态H2与 mol 气态O2反应生成1 mol液态水时，放出的热量是285.8 kJ。
热化学方程式的书写
(1)标明反应物和生成物的温度、压强和聚集状态。若不标明温度和压强，则表示在25℃，101kPa条件时的反应热。
(2)标注反应物和生成物的聚集状态，固态、液态、气态和溶液态分别用s、l、g和aq表示。
(3)化学式前面的化学计量数表示物质的量，可以用整数和分数表示。
(4)同一化学反应，物质的化学计量数不同，反应的ΔH 也不同。
(5)在热化学方程式的右边注明ΔH的正负号(正号常省略)、数值和单位。
(6)若一个反应的焓变ΔH =akJ·mol-1，则其逆反应的焓变ΔH =-akJ·mol-1。
发射卫星时可用肼（N2H4）作燃料，已知在298 K、101 kPa时1 g液态肼燃烧生成氮气和液态水，释放19.44 kJ的热量。观察并分析下列肼燃烧反应的热化学方程式，判断这些热化学方程式是否正确。
（1）N2H4＋O2=N2＋2H2O ΔH=－622.08 kJ·mol－1
（2）N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝ 622.08 kJ·mol－1
（3）N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l) ΔH =－622.08 kJ·mol－1
（4）N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g) ΔH=－622.08 kJ·mol－1
（5）1/2 N2H4(l) ＋ 1/2 O2(g) =1/2 N2(g)＋H2O(l) ΔH=－311.04 kJ·mol－1
首先计算1mol肼（N2H4）燃烧放出的热量：液态肼1g燃烧释放的热量19.44kJ，肼（N2H4）的摩尔质量为32g/mol，那么肼燃烧放出的热量为19.44kJx32=622.08kJ。
然后分析各个热化学方程式
（1）未标注物质状态，不正确。
（2）反应放热，应为负值，不正确。
（3）物质状态标注正确，反应热数值及正负号也正确。
（4）生成的水应为液态，该式中生成气态水，不正确
（5）物质状态标注正确，反应热数值及正负号也正确。
综上所述，（3）和（5）正确，（1）、（2）、（4）不正确。
【例1】25 ℃、101 kPa时，1 g甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水，放出55.64 kJ的热，写出该反应的热化学方程式。
解：甲烷燃烧的化学方程式为 CH4＋2O2=CO2＋2H2O
设1 mol甲烷完全燃烧放出的热为x，则有
=
解得x ≈ 890.2 kJ
则该反应的热化学方程式为
CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.2 kJ·mol－1
答：甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.2 kJ·mol－1
请参考例1，写出下列反应的热化学方程式（反应条件均为25 ℃、101 kPa）。
（1）N2(g)与H2(g)反应生成17 g NH3(g)，释放46.2 kJ的热。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
（2）1 mol C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，释放1 366.8 kJ的热。
（3）44.8 L（标准状况）C2H2(g)在O2(g)中完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，释放2 599.2 kJ的热。
（4）12 g C (石墨，s)与适量H2O(g)反应完全转化为CO(g)和H2(g)，吸收131.3 kJ 的热。
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=92.4kJ/mol。
C2H5OH(1)+302(g)=2CO2(g)+3H2O ΔH=-1366.8kJ/mol。
2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O ΔH=-2599.2kJ/mol
C(石墨，s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) ΔH=+131.3kJ/mol
化学键与化学反应能量变化的关系
N2(g)＋O2(g)=2NO(g)反应的能量变化如图所示：
由图可知：1 mol N2分子中的化学键断裂吸收的能量是946kJ ；
1 mol O2分子中的化学键断裂吸收的能量是498kJ；
2 mol NO分子中的化学键形成释放的能量是1264kJ；
则N2(g)＋O2(g)=2NO(g)的反应吸收的热量为180kJ。
化学反应能量变化的本质
(1)化学反应中的能量变化，本质上是由于化学变化中旧化学键断裂时吸收的能量和新化学键形成时释放的能量不同造成的。
化学反应
反应物
生成物
旧化学键断裂
新化学键生成
吸收能量
释放能量
热效应
物质变化
能量变化
差值
键能数据计算化学反应的反应热
用键能计算ΔH时，ΔH=反应物的总键能—生成物的总键能，其中：
各物质的键能=该物质的物质的量×化学键数目之和。
【例】已知断裂1 mol H2(g)中的 H—H 键需要吸收436 kJ的能量，断裂1 mol O2(g)中的共价键需要吸收498 kJ的能量，生成 H2O(g)中的1 mol H—O键释放463 kJ的能量。试写出O2(g)与H2(g)反应生成H2O(g)的热化学方程式。
2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)　ΔH＝－482 kJ·mol－1
三大营养物质的供能
人的生命活动需要能量，成年男性平均每天约需要12 000 kJ 能量，成年女性平均每天约需要9 000 kJ 能量。人体所需的能量主要依靠三大营养物质——糖类、脂肪、蛋白质来提供。
三大营养物质的热值 物质 糖类 脂肪 蛋白质
热值(kJ · g-1) 约17 约38 约17
糖类中只有单糖能直接给人体提供能量，淀粉等多糖进入人体之后，首先在酶的作用下发生水解，生成葡萄糖。葡萄糖在人体内与氧气作用，发生如下反应：
C6H12O6(s)＋6O2(g) = 6H2O(l)＋6CO2(g) ΔH=－2 803 kJ·mol－1
光合作用与能量
食物中的化学物质能给人提供能量。这些物质进入人体后，在有氧呼吸过程中被缓慢氧化，生成二氧化碳和水，同时供给人体各项生理活动所需要的能量，保证身体机能的正常运作。尽管我们吃的食物丰富多样，但最主要的是糖类、脂肪、蛋白质三类物质。
食物为什么能够为生命体提供能量？科学家的研究表明，这一切要归功于植物的光合作用。含叶绿体的生物体发生光合作用，将光能转化为化学能以糖类物质的形式储存起来。动物食用这些生物体获得生存所需的能量。从本质上看，太阳能是能量之源，植物的光合作用“固定”了太阳能，并将其储存于分子中，使整个食物链中的所有生物均得以存活。因此，光合作用是地球上最重要的化学反应，为地球上的生命活动提供最原始的能量。
03
课堂小结
04
课堂练习
1.下列关于反应热和焓变的说法正确的是(　　)
A．任何条件下，焓变完全等于反应热
B．放热反应的ΔH＜0，吸热反应的ΔH＞0
C．所有化学反应的反应热都可以通过实验直接测得
D．生成物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＜0
B
2.下列说法错误的是(　　)
A．热化学方程式未注明温度和压强时，ΔH表示标准状况下的数据
B．热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数不表示分子个数，只代表物质的量
C．同一化学反应，化学计量数不同，ΔH不同；化学计量数相同而物质的聚集状态不同，ΔH也不相同
D．化学反应过程所吸收或放出的热量与参加反应的物质的物质的量成正比
A
B
3．在400 ℃和480 ℃下KClO3热分解会发生不同的变化，1 mol KClO3(s)在400 ℃和480 ℃下热分解的能量变化如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A．480 ℃时KClO3热分解的产物是KCl和O2
B．曲线Ⅰ的活化能大于曲线Ⅱ ，所以KClO3比KClO4更稳定
C．若用MnO2作催化剂，KClO3的热分解温度会低于480 ℃
D．2KClO3(s)=2KCl(s)＋3O2(g) ΔH＝－78 kJ·mol－1
4.某反应由两步反应A→B→C构成，它的反应能量曲线如图。下列叙述正确的是(　　)

A．两步反应均为吸热反应
B．A与C的能量差为E4
C．三种化合物中的稳定性B＜A＜C
D．A→B反应，反应条件一定要加热
C
感谢您的聆听

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