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(共54张PPT)
第一节　反应热
第1课时　反应热　焓变
素养·目标定位
目 标 素 养
1.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质
2.了解反应热的概念,通过教材中的“中和反应反应热的测定”实验,掌握反应热的测定方法
3.了解反应热与焓变的关系,能从微观角度认识化学反应中能量变化的主要原因,能进行ΔH的简单计算
4.认识热化学方程式的意义并能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能利用反应焓变合理选择和利用化学反应
5.理解燃烧热的定义,掌握表示物质燃烧热的热化学方程式的书写
知 识 概 览
课前·基础认知
反应热与焓变
1.体系与环境。
以盐酸与NaOH溶液的反应为例
体系 体系是与周围其他部分区分开的根据需要所研究的对象
环境 环境是与体系相互影响的其他部分
热量 因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量
关联 体系与环境之间存在物质交换或能量交换
微解读 反应体系通常有敞开体系、封闭体系和孤立体系。敞开体系中,体系与环境有物质交换,也有能量交换。如敞口试管中锌粒与稀硫酸的反应。封闭体系中,体系与环境没有物质交换,但有能量交换。如在恒温下密闭容器中进行的反应。孤立体系中,体系与环境既没有物质交换,也没有能量交换。如在绝热密闭容器中进行的反应。
2.反应热。
(1)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。
(2)测定方法:许多反应可以通过量热计直接测定。
3.从宏观角度认识反应热。
(1)内能。
体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强和物质的聚集状态等影响。
(2)焓与焓变。
【注意】等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应的焓变。
(3)ΔH与吸热反应和放热反应。
化学反应中焓的变化示意图
①放热反应:体系向环境释放能量,反应体系的焓减小,ΔH为负值 ,即ΔH < 0。
②吸热反应:体系从环境中吸收能量,反应体系的焓增大,ΔH为 正值 ,即ΔH > 0。
4.从微观角度理解反应热。
以H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)反应的能量变化为例说明,如图所示:
由图可知:
化学键 反应中能量变化
断裂或形成1 mol化学键的能量变化 断裂或形成化学键的总能量变化
H—H 吸收 436 kJ 共吸收 679 kJ
Cl—Cl 吸收 243 kJ
H—Cl 放出 431 kJ 共放出 862 kJ
结论 H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)的反应热　ΔH= -183 kJ·mol-1
微判断(1)化学反应的反应热一定是化学反应的焓变。(　　)
(2)形成1 mol H—Cl放出能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。(　　)
(3)石墨转变成金刚石吸收能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。(　　)
(4)水蒸气变成液态水放出能量,该过程中伴随的能量变化属于反应热。(　　)
(5)焓是一个物理量,与内能有关。(　　)
√
×
×
×
√
课堂·重难突破
一、中和反应反应热的测定
问题探究
某学校化学兴趣小组的同学利用下图装置测定中和反应的反应热,实验步骤如下:
①用量筒量取50 mL 0.25 mol·L-1硫酸溶液,打开杯盖,倒入量热计的内筒中,盖上杯盖,测出硫酸溶液的温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
②用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,用温度计测出其温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
③将NaOH溶液倒入量热计的内筒中,立即盖上杯盖,插入温度计,用玻璃搅拌器匀速搅拌,密切关注温度变化,测出混合液的最高温度。用水把温度计冲洗干净,擦干备用。
请回答下列问题。
1.实验中NaOH溶液的浓度为什么选择0.55 mol·L-1 实验步骤③中倒入NaOH溶液应怎样正确操作
提示:本实验中H2SO4 溶液和NaOH溶液的体积相同,为了保证硫酸充分反应,所以NaOH溶液的浓度略大于硫酸中H+的浓度。实验中为了减少热量的散失,应将NaOH溶液一次性迅速倒入。
2.该实验小组获得的实验数据如下表,请填写下表中的空白,并思考应如何处理实验数据
实验
次数 反应物的温度/℃ 反应前体系的温度
t1/℃ 反应后体系的温度
t2/℃ 温度差
(t2-t1)/℃ 温度差
平均
值/℃
H2SO4
溶液 NaOH
溶液
1 26.2 26.0 26.1 29.5 3.4
2 27.0 27.4 27.2 32.3 5.1
3 25.9 25.9 25.9 29.2 3.3
4 26.4 26.2 26.3 29.8 3.5
提示:温度差平均值为3.4 ℃。本实验应先求终止温度和起始温度的差值,再取温度差的平均值,以便发现差别较大的数据。若某数据与其他数据相差太大,应舍去。
3.近似认为0.55 mol·L-1 NaOH溶液和0.25 mol·L-1 H2SO4溶液的密度都是1 g·cm-3,中和后生成溶液的比热容
c=4.18 J·g-1·℃-1。利用上述数据计算该反应生成1 mol水时的ΔH。
归纳总结
1.实验原理。
通过一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化,计算反应放出的热量,由此求得中和反应的反应热。
2.测量步骤。
3.数据处理。
其中(m1+m2)表示溶液的质量,单位为g;c为比热容,c=4.18 J·(g·℃)-1。
4.注意事项。
项目 内容
实验
关键 ①迅速混合,防止热量散失。②在测量反应混合液的温度时要随时读取温度值,记录下最高温度值
注意
事项 ①温度计不要靠在容器壁上或接触容器底部。②用温度计测量溶液温度后,测另一溶液温度之前要先洗涤。③不可将温度计当作搅拌器使用;要用玻璃搅拌器匀速搅拌。④为保证盐酸被完全中和,碱的浓度应稍大。⑤要迅速将NaOH溶液一次性全部倒入量热计中(不要洒到杯外),并立即盖上杯盖
典型例题
【例1】 利用如图所示装置测定中和反应反应热的实验步骤如下:
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸倒入
内筒中,测出盐酸温度;
②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1
NaOH溶液,并用同一温度计测出其温度;
③将NaOH溶液倒入内筒中,设法使之混合均匀,测得混合液的最高温度。
回答下列问题。
(1)倒入NaOH溶液的正确操作是　　(填字母)。
A.沿玻璃棒缓慢倒入
B.分三次少量倒入
C.一次性迅速倒入
(2)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是　　(填字母)。
A.用温度计小心搅拌
B.揭开杯盖,用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯
D.用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
C
D
(3)现将一定量的稀NaOH溶液、稀Ca(OH)2溶液、稀氨水分别与1 L 1 mol·L-1的稀盐酸恰好完全反应,其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为　　　　　　　　　　　　　　。
(4)假设盐酸和NaOH溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反应后生成溶液的比热容为4.18 kJ·kg-1·℃-1。为了计算中和反应反应热,某学生实验记录数据如下:
ΔH1=ΔH2<ΔH3
实验
序号 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃
盐酸 NaOH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,计算该实验测得的生成1 mol H2O时的反应热ΔH=　　　　　　　(结果保留一位小数)。
-51.8 kJ·mol-1　
(5)若计算生成1 mol H2O时放出的热量小于57.3 kJ,产生偏差的原因可能是　 　(填字母)。
a.实验装置保温、隔热效果差
b.量取盐酸的体积时仰视读数
c.分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的小烧杯中
d.用温度计测定盐酸起始温度后直接测定NaOH溶液的温度
e.使用玻璃搅拌器搅拌不均匀
f.实验中用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器
acdef
解析:(1)倒入NaOH溶液时,必须一次性迅速地倒入,目的是减少热量的散失,不能分几次倒入NaOH溶液,否则会导致热量散失,影响测定结果。
(2)使硫酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作方法是用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动。温度计是测量温度的,不能使用温度计搅拌,也不能轻轻地振荡内筒,否则可能导致液体溅出或热量散失,影响测定结果,更不能打开杯盖用玻璃棒搅拌,否则也会造成热量散失。
(5)b.仰视读数时,实际量取的溶液体积多于应该量取的溶液体积,会导致放出的热量变多;d.实验中用温度计先后测量酸溶液、碱溶液及混合溶液的温度时,使用同一支温度计可减小实验误差,且测量完一种溶液后,温度计必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。测完酸溶液的温度计表面附着酸,未冲洗就直接测定碱溶液的温度,导致测定的碱溶液温度偏高,从而使测定的温度差值偏小,测得的中和反应反应热数值偏小;f.铜容易导热,使热量散失,所以测量的中和反应反应热数值偏小。
二、化学反应中能量变化的原因与ΔH的计算
问题探究
N2与O2在放电时发生反应生成NO。下图是在25 ℃和101 kPa下,N2(g)+O2(g)===2NO(g)的反应过程中的能量变化图。
1.在25 ℃和101 kPa下,断裂1 mol N2分子、1 mol O2分子中的化学键吸收的总能量是多少 形成2 mol NO分子中的化学键释放的总能量是多少 由此计算该反应的ΔH是多少
提示:在25 ℃和101 kPa下,断裂1 mol N2分子、1 mol O2分子中的化学键吸收的总能量为1 mol×946 kJ·mol-1+1 mol ×498 kJ·mol-1=1 444 kJ。形成2 mol NO分子中的化学键放出的总能量为2 mol×632 kJ·mol-1=1 264 kJ。则反应N2(g)+O2(g) ===2NO(g)生成2 mol NO吸收的热量为1 444 kJ-1 264 kJ=180 kJ,即反应的ΔH=+180 kJ·mol-1。
2.根据图示中的数据计算25 ℃和101 kPa下2NO(g) ===N2(g)+O2(g)的焓变(ΔH)是多少 与上题1中的ΔH相比,得出的结论是什么
提示:ΔH=断裂化学键吸收的总能量-形成化学键释放的总能量=(2×632 kJ·mol-1)-(946 kJ·mol-1+498 kJ·mol-1)=-180 kJ·mol-1。正、逆反应的焓变(ΔH)数值相等,符号相反。
归纳总结
1.从微观角度认识。
化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。
2.从宏观角度认识。
一个化学反应是吸收能量还是放出能量,由反应物的总焓(∑H反)与生成物的总焓(∑H生)的相对大小来决定。若∑H反>∑H生,则会放出能量;若∑H反<∑H生,则需要吸收能量。化学反应中焓的变化示意图如图所示。
【例2】 已知化学反应2NO(g)+O2(g)===2NO2(g)中焓的变化示意图如图所示。
(1)下列说法正确的是(　　)
(填字母)。
A.化学反应2NO(g)+O2(g) ===
2NO2(g)是吸热反应
B.断裂2 mol NO和 1 mol O2中的化学键可放出x kJ能量
C.形成2 mol NO2中的化学键需要释放y kJ能量
D.2 mol NO2的总焓高于2 mol NO和1 mol O2的总焓
C
典型例题
(2)2NO2(g) ===2NO(g)+O2(g)的ΔH为　　　　　　　。
-(x-y) kJ·mol-1
解析:根据图示,2 mol NO和1 mol O2的总焓高于2 mol NO2的总焓,所以反应2NO+O2═2NO2是放热反应,A项和D项错误。断裂2 mol NO和1 mol O2中的化学键需吸收x kJ能量,形成2 mol NO2中的化学键需要释放y kJ能量,B项错误,C项正确。
【例3】 已知化学反应A2(g)+B2(g) === 2AB(g)的能量变化如图所示,下列叙述正确的是(　　)。
A.反应每生成2分子AB吸收(a-b) kJ能量
B.该反应中反应物的总能量高于生成物
的总能量
C.该反应的反应热ΔH=+(a-b) kJ·mol-1
D.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,释放a kJ能量
C
解析:依据图像分析,1 mol A2(g)和1 mol B2(g)反应生成2 mol AB(g)吸收(a-b) kJ能量,A项错误。该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量,B项错误。该反应的反应热=断裂化学键吸收的总能量-形成化学键放出的总能量,所以反应热ΔH=+(a-b) kJ·mol-1,C项正确。断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键,吸收a kJ能量,D项错误。
成果验收站　
1.下列说法正确的是(　　)。
A.在稀溶液中,任何酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量均为57.3 kJ
B.生成物的总焓大于反应物的总焓时,ΔH>0
C.焓变和反应热是同一概念
D.在化学反应中,发生物质变化的同时不一定发生能量变化
B
解析:弱酸或弱碱的电离吸热,则在稀溶液中,弱酸或弱碱发生中和反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量小于57.3 kJ,A项错误。ΔH=Q(生成物的能量和)-Q(反应物的能量和),所以ΔH>0时,生成物的总焓大于反应物的总焓,B项正确。在等压条件下进行的化学反应,其反应热等于反应焓变,如果反应体系不是在等压条件下,则两者之间不存在等量关系,所以焓变与反应热不是同一概念,C项错误。化学反应过程就是旧化学键断裂,新化学键形成的过程,断裂化学键需吸收能量,形成化学键会释放能量,所以任何化学反应一定有能量变化,D项错误。
2.下列化学反应过程中的能量变化与下图相符的是(　　)。
A.HCl+NaOH===NaCl+H2O
B.Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
C.2Mg+O2 2MgO
D.C+CO2 2CO
D
解析:根据图像可知该反应为吸热反应。HCl与NaOH的中和反应、Fe与H2SO4的置换反应、Mg在O2中的燃烧反应均是放热反应,与图像不符。C与CO2在高温下反应生成CO是吸热反应,反应物总能量低于生成物总能量,与图像相符,D项正确。
3.已知弱酸电离时吸收能量。在中和反应反应热的测定实验中,下列说法正确的是(　　)。
A.使用玻璃搅拌器匀速搅拌是为了使酸与碱充分反应,提高测定结果的准确度
B.为了准确测定反应混合溶液的温度,实验中要用温度计搅拌混合溶液
C.若用0.5 mol·L-1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L-1的盐酸、醋酸反应,当所取的溶液体积相等时,测得的反应热数值相同
D.在中和反应反应热的测定实验中只测量一次就能准确得到实验结果
A
解析:温度计不能用来搅拌溶液,易破损,B项错误。CH3COOH电离时吸热,测得的反应热数值偏小,C项错误。实验中一般测量3次,若有异常数据,舍弃后再取平均值作为计算依据,以提高准确度,D项错误。
4.科学家获得了极具理论研究意义的N4分子,其结构如图所示。已知断裂1 mol N—N键吸收167 kJ热量,生成1 mol N≡N键放出942 kJ热量。根据以上信息和数据,则由N2气体生成1 mol气态N4的ΔH为(　　)。
A.+882 kJ·mol-1
B.+441 kJ·mol-1
C.-882 kJ·mol-1
D.-441 kJ·mol-1
A
解析:N2生成1 mol气态N4的化学方程式为2N2(g) ===N4(g),根据化学键所具有的能量和ΔH的关系可得ΔH=2×942 kJ· mol-1-6×167 kJ· mol-1=+882 kJ· mol-1。
5.化学反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的能量变化如下图所示:
已知断裂1 mol N≡N、1 mol N—H
分别需要吸收946 kJ、391 kJ的能
量,试回答下列问题。
(1)该反应为　　　　(填“吸热”或
“放热”)反应。
(2)拆开1 mol H2中化学键所需能量为　　　　 kJ。
(3)该反应的反应热ΔH=　 。
放热
436　
-92 kJ·mol-1

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