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第1节 化学反应的热效应
第1课时 化学反应的反应热 内能变化
联想质疑
通常情况下，化学反应中能量的转化主要是化学能与热能之间的转化。化学反应几乎都伴随着热能的释放或吸收，而且在一定条件下，一个反应释放或吸收的热量是一定的。那么，应如何定量地描述一个化学反应释放或吸收的热能呢？用什么方法可以准确地测量一个化学反应释放或吸收的热量？通过理论方法能够计算出化学反应释放或吸收的热量吗？
铝粉与铁的氧化物反应（放热）
氯化铵与氢氧化钙的反应（吸热）
如何定量地描述一个化学反应释放或吸收的热能呢？
问题一：
一、化学反应的反应热
意义：
定量地描述化学反应释放或吸收的热能
定义：
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称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热 。
符号：
Q
规定：
Q＞0 反应吸热
Q＜0 反应放热
用什么方法可以获得一个化学反应的反应热呢？
问题二：
1.反应热的数值可以通过实验测得。
2.反应热的数值也可以通过理论计算求得。
热化学：用实验方法和理论方法研究反应热的化学分支。
中和热的测定
盖斯定律
问题三：
思考：
如果知道体系的热容，如何计算体系吸收或放出的热量？
热容和比热
在不发生化学反应和物质聚集状态变化的条件下,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,用符号C表示。热容的单位是J·K-1。
纯物质的热容与其质量成正比。单位质量的物质的热容称为该物质的比热容,简称比热。比热的单位是KJ·K-1·kg-1 。
常温下,液态水的比热为4.18KJ·K-1·kg-1。
资料在线
用什么方法可以准确地测量一个化学反应释放或吸收的热量呢？
反应热的实验测定仪器和原理
1.仪器
2.原理
量热计
Q=-C（T2-T1）
表示体系的热容（J·K-1）
反应前体系热力学温度（K）
反应后体系热力学温度（K）
内筒反应容器
外筒保温作用
活动探究
测定中和反应的反应热
1.向量热计内筒中加入1.0 mol·L-1的盐酸100 mL，盖上杯盖，插入温度计，匀速搅拌后记录初始温度T1。
2.向250 mL的烧杯中加入1.0 mol·L-1 NaOH溶液100 mL，调节其温度与量热计中盐酸的温度相同。
3.快速将烧杯中的碱液倒入量热计中，盖好杯盖，匀速搅拌，记录体系达到的最高温度T2。
4.近似认为溶液的比热等于水的比热，根据溶液温度升高的数值计算此中和反应的反应热。
2.在实验室中有玻璃搅拌器和金属搅拌器,在进行测定反应热的实验时应选择哪种搅拌器
1.根据实验原理分析，对实验结果造成影响的主要因素是什么？在第三步操作中快速将烧杯总的盐酸倒入量热计的目的是什么？
防止热量散失
交流研讨
应选用玻璃搅拌器。因为金属是热的良导体而玻璃不是,选用金属搅拌器会增大反应过程中热量的散失,造成实验误差。
测定中和反应的反应热
实验 溶液温度 反应热/J
T1 T2 NaOH溶液与盐酸反应
KOH溶液与盐酸反应
NaOH溶液与硝酸反应
T2-T1相同
相同
为什么三个反应的热效应相同
交流研讨
2.所用溶液的体积相同，溶液中H＋和OH－的浓度相同，即H＋和OH－的量相同。
1.反应的实质相同：H+ + OHˉ== H2O
3.反应温度的变化值相同。
三个反应的热效应不完全相同，造成误差的原因是什么
交流研讨
1.量取溶液的体积有误差
2.温度计的读数有误。
3.实验过程中有液体洒在外面。
4.混合酸、碱溶液时，动作缓慢，导致实验误差。
5.隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失而导致误差。
6.测了酸后的温度计未用水清洗便立即去测碱的温度，致使热量损失而引起误差。
知识扩展
中和热：
在稀溶液中,强酸跟强碱发生中和反应生成1 mol液态水时所释放的热量叫做中和热。
有11.2 g KOH的稀溶液与1 L 0.1 mol·L-1的H2SO4溶液反应,放出11.46 kJ的热量,则该反应的中和热为 。
迁移应用
注意：
1.必须是酸和碱的稀溶液，因为浓酸溶液和浓碱溶液在相互稀释时会放热．
2.强酸和强碱的稀溶液反应才能保证H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)中和热均57.3kJ·mol－1，而弱酸或弱碱在中和反应中由于电离吸收热量，其中和热小于57.3 kJ·mol－1；
3．以生成1mol液态水为基准。
4. 反应不可以生成沉淀（如Ba(OH)2+H2SO4=BaSO4↓+2H2O)
回顾思考
化学反应能量变化的原因是什么？
1.化学反应的实质：旧化学键断裂和新化学键的形成
2.反应物和生成物所具有的能量不同
旧化学键断裂吸收能量＞新化学键的形成释放能量 反应吸收能量
旧化学键断裂吸收能量＜新化学键的形成释放能量 反应释放能量
反应物总能量＞生成物总能量 反应释放能量
反应物总能量＜生成物总能量 反应吸收能量
内能
二、化学反应的内能变化与焓变
1.化学反应的内能变化
内能：
体系内所含各种微观粒子的能量总和
影响因素：
物质的种类、数量、聚集状态、温度、压强
符号：
U
内能变化：
△U=U(反应产物)-U(反应物)
反应产物的内能
反应物的内能
问题四：
物质内能与哪些因素有关？ 内能变化与能量变化什么关系？
U(反应产物)＞U(反应物) 反应吸收能量
U(反应产物)＜U（反应物） 反应释放能量
内能变化与反应热是否相同？有什么关系？
问题五：
体系与环境之间的能量交换
体系和环境之间能量的交换有两种形式:热和功。由于体系和环境的温度不同而在体系和环境之间交换的能量称为热,用符号Q表示;并且约定,体系吸热时Q取正值,体系放热时Q取负值。除热能外,体系与环境之间交换的其他形式的能(如电能、光能、机械能等)都称为功,用符号W表示;并且约定,环境对体系做功时W取正值,体系对环境做功时W取负值。
在一定的环境压强下,当体系的体积发生变化时,环境对体系(或体系对环境)做的功称为体积功。
知识支持
内能变化与反应热的关系
化学反应体系与环境间
能量交换的形式
热：
功:
因温度不同而传递的能量
符号：Q 单位：KJ或J
除热以外的其他能量形式
符号：W 单位：KJ或J
△U=Q+W
结论：根据能量守恒定律，化学反应中内能的变化等于反应热和功的加和。
体积功、电功等
若反应过程中体系没有做功，既W=0时，化学反应的反应热（Q）等于化学反应前后体系内能变化（△U）
△U=Q
U(反应产物)＞U(反应物) 反应吸热 Q＞0
U(反应产物)＜U(反应物) 反应放热 Q＜0
课堂小结
反应热Q
内能变化△U
体系没有做功
Q＞0 反应吸热
Q＜0 反应放热
U(反应产物)＞U(反应物)
U(反应产物)＜U(反应物)
反应热的测定：量热计 Q=-C（T2-T1）
第1节 化学反应的热效应
第2课时 化学反应的焓变
在实验室里或在生产中,化学反应大多是在压强不变的条件下进行的,如在敞口容器中进行。由于大气压强通常变化很小,此时反应体系的压强可以近似看作不变。
在反应前后压强不变的条件下发生的化学反应称为等压反应。
等压反应
问题一：
在等压反应中,可能伴随着反应体系体积的改变而有体积功存在,因此反应热不一定等于反应体系内能的变化。如何来描述等压反应的反应热？
新的物理量——焓
2.化学反应的焓变
焓的符号：
H
焓的定义：
H=U+PV
影响因素：
物质的种类、数量、聚集状态、体系温度、体系压强
U为内能，P为压强，V为体积
焓是一个与内能有关的物理量
焓变：
反应产物的焓与反应物的焓之差，符号△H
△H=H(反应产物)-H(反应物)
焓的单位：
J或KJ
问题二：
反应热与焓变的关系？
Q p=△H
代表等压条件下化学反应的反应热Q p
在等压反应中，如果反应中物质的能量变化没有与电能、光能等其他形式的能量发生转化，则该反应的反应热等于反应前后体系的焓的变化。
当反应产物的焓大于反应物的焓时，ΔH ＞0，反应为吸热反应。
当反应产物的焓小于反应物的焓时，ΔH ＜0，反应为放热反应。
问题三：
化学反应同时伴随着物质变化和能量变化，如何定量描述化学反应中的物质变化和热效应呢？
热化学方程式
H2(g)+ O2(g)====H2O(l) ΔH(298 K)=-285.8 kJ·mol-1
2H2(g)+O2(g)==== 2H2O(l) ΔH(298 K)=-571.6 kJ·mol-1
下列方程式属于热化学方程式：
与化学方程式相比，热化学方程式有哪些不同？
思考交流
2.既能表明反应中的物质变化，又能表明能量变化。
2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH(298 K)=-571.6 kJ·mol-1
1.要标明物质的状态，方程式后注明能量变化。
H2(g)+1/2O2(g)====H2O(l) ΔH (298 K) =-285.8 kJ·mol-1
归纳总结
3.热化学方程式
含义：
把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来的式子
H2(g)+ O2(g)==H2O(l) ΔH (298 K) =-285.8 kJ·mol-1
含义：1 mol氢气和0.5mol氧气充分反应生成1mol液态水，放出285.5KJ热量。
说明：g、l和s分别表示物质的状态为气态、液态或固态
aq表示物质为水溶液中的溶质
注明反应温度
热化学方程式的意义
不仅表明了化学反应中的物质变化,还表明了能量变化,同时还表明了“物质的量”与“能量”之间的关系。
C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1
物质变化
能量变化
标明物质状态
用“+”“—”表明吸热或放热
热化学方程式△H的单位中mol-1的含义
反应焓变单位中的mol-1是指每摩尔反应，即反应完成时参加反应的各物质的物质的量的数值与热化学方程式中各物质化学式前的系数相同。而不是指每摩尔某物质。例如：H2(g)+1/2O2(g)====H2O(l) ΔH (298 K) =-285.8 kJ·mol-1
表示298K时,1molH2(g)与0.5molO2(g)反应生成1molH2O(l),放出285.8kJ热量。
若将化学方程式写成: 2H2(g)+O2(g)====2H2O(l) ΔH(298 K)=-571.6 kJ·mol-1
则表示298K时,2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(l),放出571.6kJ热量。
质疑
H的单位为J或KJ，为什么热化学方程式中△H的单位为kJ·mol-1？
资料在线
交流研讨
1.已知在298K时，由氢气和氮气反应生成1molNH3（g）放热46.1KJ，请将下列化学方程式改写成热化学方程式。
H2(g)+N2(g)=NH3(g)
△H=-46.1KJ·mol-1
△H=-92.2KJ·mol-1
△H=+46.1KJ·mol-1
结论：
1.热化学方程式中ΔH的值与方程式的系数成正比。
2.可逆反应的正反应与逆反应的ΔH数值相同，符号相反。
交流研讨
2.已知在298K时，由1molH2(g)和0.5molO2(g)反应生成1molH2O(l)放出285.8KJ热量，生成1molH2O(g)放出241.8KJ热量。请分析这两种情况下反应热为何不同，并分别写出这两种情况下反应的热化学方程式。
H2(g)+0.5O2(g)==H2O(l) ΔH (298 K) =-285.8 kJ·mol-1
H2(g)+0.5O2(g)==H2O(g) ΔH (298 K) =-241.8 kJ·mol-1
结论：
热化学方程式中ΔH的值与物质状态有关
交流研讨
3.怎样正确书写热化学方程式？应注意哪些问题？
(1)在反应物和反应产物的化学式后面用括号注明各物质的聚集状态，因为反应的焓变与各反应物和反应产物的聚集状态有关。
(2) ΔH的单位是J·mol-1或 kJ·mol-1。
(3)根据焓的性质，若化学方程式中各物质化学式前的系数加倍,则ΔH数值的绝对值也加倍;若反应逆向进行,则ΔH改变符号,但数值的绝对值不变。
(4)指明反应的温度和压强。若不特别说明，反应温度为298K，压强为101KPa。
迁移应用
1.已知1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2mol气态HCl，放出184.6kJ的热量，判断下列关于该反应的热化学方程式是否正确。
H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) H = -184.6 kJ/mol
2H2(g) + 2Cl2(g) = 4HCl(g) H = -369.2 kJ/mol
H2(g) + Cl2(g) = HCl(g) H = -92.3 kJ/mol
1
2
1
2
√
√
√
同一反应，热化学方程式写法可能不同， H数值要与方程式系数对应
2.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 ) ΔH = + 890 kJ/mol
B.CH4 ＋ 2O2 ＝ CO2 ＋ H2O ΔH = – 890 kJ/mol
C.CH4 ( g ) ＋ 2 O2 ( g ) ＝ CO2 ( g ) ＋ 2 H2O ( l ) ΔH = – 890 kJ/mol
D. 1/2CH4 ( g ) ＋ O2 ( g ) ＝ 1/2CO2 ( g ) ＋ H2O ( l ) ΔH = – 890 kJ/mol
C
状态
ΔH = – 445 kJ/mol
判断热化学方程式的正误的思路如下:
(1)看各物质的聚集状态是否正确;
(2)看ΔH的“+”“-”符号是否正确;
(3)看反应热的单位是否为kJ·mol-1;
(4)看反应热的数值与化学计量数是否对应。
归纳总结
课堂小结
2.化学反应的焓变
ΔH = H (反应产物)—H(反应物)=Qp
ΔH ＞0，反应为吸热反应; ΔH ＜0，反应为放热反应。
3.热化学方程式
C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)　ΔH=+131.3 kJ·mol-1
物质变化
能量变化
第1节 化学反应的热效应
第3课时 反应焓变的计算
联想质疑
如何得知碳单质与氧气生成CO这一反应的焓变呢？能否利用一些已知反应的焓变来计算其他反应的焓变呢？
三.反应焓变的计算
1.盖斯定律内容
一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成，反应热都是一样的。
思考交流
所有化学反应的焓变都可以通过实验进行测定吗？例如碳和氧气反应生成一氧化碳气体的焓变，能否通过实验进行测定？若不能进行测定你认为原因是什么？
C燃烧时不可能完全生成CO，总有一部分CO2生成，因此这个反应的ΔH无法直接测得。
存在问题
1.化学反应不计其数，每一个反应在不同温度下的反应焓变又不尽相同，通过实验测定反应焓变工作量大；
2.受反应条件的限制，有些反应的焓变很难直接测定。
登山时上升的高度与登山路径无关
2.盖斯定律的理解
盖斯定律的理解
在给定条件下，一个化学反应的焓变只取决于反应体系的始态和终态，与反应途径无关。
B
ΔH
A
ΔH1
ΔH2
C
ΔH、ΔH1、ΔH2之间有何关系？
ΔH=ΔH1+ΔH2
3.盖斯定律的应用
【例】已知在298K时下列反应焓变的实验数据：
(1)C(s，石墨)+O2(g)==CO2(g) ΔH1=–393.5 kJ·mol-1
(2)CO(g)+1/2O2(g)==CO2(g) ΔH2=–283.0 kJ·mol-1
计算此温度下C(s，石墨)+ 1/2O2(g)==CO(g)的反应焓变。
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。
解：此反应分两步进行：
第一步：C(s，石墨)+O2(g)==CO2(g) ΔH1=–393.5 kJ·mol-1
第二步：CO2(g)==CO(g)+1/2O2(g) ΔH2'=–ΔH2=+283.0 kJ·mol-1
将上述两反应相加，得总反应为：
C(s，石墨)+ 1/2O2(g)==CO(g) ΔH3=？
根据盖斯定律，总反应的ΔH3为两步反应的ΔH之和，即：
ΔH3=+ΔH1+ΔH2'
=–393.5 kJ·mol-1+283.0 kJ·mol-1 =-110.5kJ·mol-1
答：在298K时，反应C(s，石墨)+ 1/2O2(g)==CO(g)的ΔH为-110.5kJ·mol-1。
C(s)+O2(g)
CO2(g)
CO(g)+1/2O2(g)
△H1
△H3
△H2’
归纳总结
若一个化学反应的热化学方程式可由另外几个化学反应的热化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为另外几个化学反应焓变的代数和。
方法： 1.分析给定反应与所求反应的物质关系和焓变关系。
2.将已知方程式进行变换、加和得到总反应的热化学方程式。
3.将焓变的数值根据关系进行加和计算出所求反应的焓变。
已知下列反应的反应热为
⑴CH3COOH(l)+2O2(g)== 2CO2(g)+ 2H2O(l) ΔH1=-870.3 kJ·mol-1
⑵C(s)+O2(g)==CO2(g) ΔH2=-393.5 kJ·mol-1
⑶H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1
试计算下述反应的反应热：2C(s)+2H2(g)+O2(g)==CH3COOH(l)
【解析】由题意可知2[(2)+(3)]－(1)即得目标方程式。
即：ΔH=2[ΔH 2+ΔH3] －ΔH1
ΔH =2×[(-393.5 kJ·mol-1)+(-285.8 kJ·mol-1)]-(-870.3 kJ·mol-1)
=-488.3 kJ·mol-1
迁移应用
联想质疑
人类的生活离不开能源，什么是能源？能源的利用存在哪些问题？如何合理利用能源？
我国能源现状
1.能源总量丰富，人均能源可采储量低
2.能源结构不平衡、资源分布不均衡
3.能源消费快速增长，能源利用率低，能源危机趋势严重
4.使用的主要能源煤为主，石油、天然气为辅。
思考：
如何实现能源的可持续发展？
实现能源的可持续发展措施
开源：开发核能、风能、太阳能、氢能等新能源
节流：加大节能减排的力度
提高能源利用效率
交流研讨
1.燃料的合理利用和综合利用是提高能源利用效率的重要途径之一。人们通常会从哪些角度、依据什么标准来合理选择燃料？
燃烧释放热量的多少
燃料的储量
燃料的开采、运输
燃料储存的条件、价格
燃料对生态环境的影响
合理选择燃料
摩尔燃烧焓
摩尔燃烧焓
在一定反应温度和压强条件下，1mol纯物质完全氧化为同温下的指定产物时的焓变。并指定物质中所含有的氮元素氧化为N2(g)、氢元素氧化为H2O(l)、碳元素氧化为CO2 (g)。
物质 化学式 ΔH/（kJ·mol-1）
石墨 C(s) -393.5
氢气 H2(g) -285.5
一氧化碳 CO(g) -283.0
甲烷 CH4(g) -893.0
几种物质的摩尔燃烧焓
交流研讨
2.请结合表中几种物质的摩尔燃烧焓数据，评价煤、天然气、氢气、一氧化碳作为燃料的优缺点。（煤的燃烧焓可用石墨的燃烧焓粗略估计）
燃料 缺点 优点
煤 不可再生，污染严重， 直接燃烧能量利用率低 热值稳定，存储量大
价格便宜
氢气 不易获得 热值高，无污染
一氧化碳 不易获得，摩尔燃烧焓低
天然气 不可再生 热值高，污染少
交流研讨
3.目前，煤在我国仍然是第一能源，但是，将煤直接用作燃料，不仅利用效率低，而且会产生大量固体垃圾和多种有害气体，为解决这一问题，工业上通过煤的干馏、气化和液化等方法来实现煤的综合利用，其中，煤的气化试讲煤转化为可燃气体的过程，主要反应为
C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)
(1)你认为煤的气化对于提高能源利用效率有哪些价值？
高温
1.燃烧更充分，节约资源，减少成本。
2.减少燃料中N和S的含量，减少其氧化物对环境的污染
3.更有利于运输，气体通过管道运输，减少损耗，降低成本
交流研讨
(2)已知298K、101kPa时，1molH2O(l)变为H2O(g)需要吸收44.0KJ的热量，则上述煤的气化反应的焓变是多少？
C(s)+O2(g)==CO2(g) ΔH1=-393.5 kJ·mol-1
CO(g)+1/2O2(g)==CO2(g) ΔH2=–283.0 kJ·mol-1
H2(g)+1/2O2(g)==H2O(l) ΔH3=-285.8 kJ·mol-1
H2O(l)==H2O(g) ΔH4=+44.0 kJ·mol-1
C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g) ΔH=
ΔH=ΔH1-ΔH2-ΔH3-ΔH4
=-393.5 kJ·mol-1 -(-283.0kJ·mol-1 )-(-285.8kJ·mol-1 )-44.0kJ·mol-1
=+131.3kJ·mol-1
课堂小结
盖斯
定律
内容
理解
应用
一个化学反应无论是一步完成还是分几步完成，反应热都是一样的。
在给定条件下，一个化学反应的焓变只取决于反应体系的始态和终态，与反应途径无关
获得很难直接测得反应热的反应焓变
若一个化学反应的热化学方程式可由另外几个化学反应的热化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为另外几个化学反应焓变的代数和。

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