高中化學(xué) 1.1 化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)同課異構(gòu)課件 魯科版選修4.ppt

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第1章化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化 第1節(jié)化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng) 聯(lián)想 質(zhì)疑 化學(xué)反應(yīng)中常伴隨有能量變化 結(jié)合前面知識思考 1 化學(xué)反應(yīng)中為什么有能量變化 3 例舉生產(chǎn)生活中常見的化學(xué)反應(yīng)能量變化的應(yīng)用 化學(xué)反應(yīng)中釋放與吸收能量與我們生活息息相關(guān) 這就需要一個(gè)化學(xué)量來定量描述研究反應(yīng)熱 2 哪些反應(yīng)是放熱反應(yīng) 哪些反應(yīng)是吸熱反應(yīng) 4 如何定量描述一個(gè)化學(xué)反應(yīng)釋放或吸收的熱量 5 用什么方法可以準(zhǔn)確地測量這些熱量 6 通過理論方法如何計(jì)算這些熱量 所有的化學(xué)反應(yīng)都有能量的變化 其中大部分都是熱量的變化化學(xué)反應(yīng)包括兩個(gè)過程 打斷舊鍵和形成新鍵 前者吸收能量 后者放出能量 這兩個(gè)過程的能量不同 所以有能量變化 整個(gè)反應(yīng)放熱還是吸熱取決于兩個(gè)過程能量的相對大小 常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng) 常見的放熱反應(yīng) 活潑金屬與水或酸的反應(yīng) 如2Al 6HCl 2AlCl3 3H2 酸堿中和反應(yīng) 如2KOH H2SO4 K2SO4 2H2O 燃燒反應(yīng) 如C CO C2H5OH等的燃燒 多數(shù)化合反應(yīng) 如Na2O H2O 2NaOH SO3 H2O H2SO4 常見的吸熱反應(yīng) 多數(shù)分解反應(yīng) 如CaCO3CaO CO2 2NH4Cl s Ba OH 2 8H2O s BaCl2 2NH3 10H2O C s H2O g CO H2 CO2 C2CO 一 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱 1 什么是反應(yīng)熱 2 反應(yīng)熱的符號是什么 怎樣表示反應(yīng)吸 放熱 4 如何獲得一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)熱呢 3 反應(yīng)熱的單位是什么 為了更準(zhǔn)確的描述反應(yīng) 我們引入了反應(yīng)熱的定義 一 反應(yīng)熱的涵義1 化學(xué)上規(guī)定 當(dāng)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行時(shí) 反應(yīng)所釋放或吸收的熱量為該反應(yīng)在此溫度下的熱效應(yīng) 2 符號 用Q表示Q0 表示吸熱 3 單位 J mol或kJ mol 如何獲得一個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)熱呢 如何求算一個(gè)體系放出或吸收的熱量呢 Q C T2 T1 C0m T2 T1 C 熱容 當(dāng)物質(zhì)吸收熱量溫度升高時(shí) 溫度每升高1K所吸收的熱量 稱為該物質(zhì)的熱容 C0 比熱容 單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容 T 熱力學(xué)溫度 也叫開爾文溫度 單位為k T k t 0c 273 15 中和熱 在稀溶液中 強(qiáng)酸和強(qiáng)堿反應(yīng)生成1摩爾水放出的熱量 簡易量熱計(jì)示意圖 1 儀器 2 藥品 量熱計(jì) 量筒 100ml 溫度計(jì) 燒杯 250ml 1 0mol L的鹽酸1 0mol L的NaOH溶液1 0mol L的鹽酸1 0mol L的KOH溶液1 0mol L的硝酸1 0mol L的NaOH溶液 活動(dòng) 探究 測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱 3 測定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱 1 向量熱計(jì)內(nèi)筒中加入1 0mol L的鹽酸100mL 蓋上杯蓋 插入溫度計(jì) 勻速攪拌后記錄初始溫度T12 向250mL燒杯中加入1 0mol L的NaOH溶液100mL 調(diào)節(jié)其溫度 使與量熱計(jì)中鹽酸的溫度相同 3 快速將燒杯中的堿液倒入量熱計(jì)中 蓋好杯蓋 勻速攪拌 記錄體系達(dá)到的最高溫度T2 4 假設(shè)溶液的比熱等于水的比熱并忽略量熱計(jì)的熱容 根據(jù)溶液溫度升高的數(shù)值 計(jì)算此中和反應(yīng)的反應(yīng)熱 各組按要求實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)計(jì)算各反應(yīng)的反應(yīng)熱 實(shí)驗(yàn)步驟 1 在大燒杯底部墊泡沫塑料 或紙條 使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平 然后再在大 小燒杯之間填滿碎泡沫塑料 或紙條 大燒杯上用泡沫塑料板 或硬紙板 作蓋板 在板中間開兩個(gè)小孔 正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒通過 如下圖所示 中和熱的測定 大 小燒杯放置時(shí) 為何要使兩杯口相平 填碎紙條的作用是什么 對此裝置 你有何更好的建議 答案 兩杯口相平 可使蓋板把杯口盡量蓋嚴(yán) 從而減少熱量損失 填碎紙條的作用是為了達(dá)到保溫隔熱 減少實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失的目的 若換用隔熱 密封性能更好的裝置 如保溫杯 會使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確 2 用一個(gè)量筒最取50mL0 50mol L鹽酸 倒入小燒杯中 并用溫度計(jì)測量鹽酸的溫度 記入下表 然后把溫度計(jì)上的酸用水沖洗干凈 溫度計(jì)上的酸為何要用水沖洗干凈 沖洗后的溶液能否倒入小燒杯 為什么 因?yàn)樵摐囟扔?jì)還要用來測堿液的溫度 若不沖洗 溫度計(jì)上的酸會和堿發(fā)生中和反應(yīng)而使熱量散失 故要沖洗干凈 沖洗后的溶液不能倒入小燒杯 若倒入 會使總?cè)芤旱馁|(zhì)量增加 而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差 3 用另一個(gè)量筒量取50mL0 55mol LNaOH溶液 并用溫度計(jì)測量NaOH溶液的溫度 記入下表 酸 堿混合時(shí) 為何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯而不能緩緩倒入 因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是測反應(yīng)的反應(yīng)熱 若動(dòng)作遲緩 將會使熱量損失而使誤差增大 4 把溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中 并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯 注意不要灑到外面 用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動(dòng)溶液 并準(zhǔn)確讀取混合溶液的最高溫度 記為終止溫度 記入下表 實(shí)驗(yàn)中所用HCl和NaOH的物質(zhì)的量比為何不是1 1而是NaOH過量 若用HCl過量行嗎 在測定過程中應(yīng)注意什么問題 1 用保溫性能好的儀器測量 2 混合好后 迅速蓋好裝置蓋子 減少熱量的損失 3 所用藥品濃度的配制須準(zhǔn)確 用強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液 而且要是稀溶液 4 宜用有0 1分刻度的溫度計(jì) 讀數(shù)盡可能準(zhǔn)確 且估讀至小數(shù)點(diǎn)后二位 同時(shí)應(yīng)注意水銀球部位要完全浸沒在溶液中 而且要穩(wěn)定一段時(shí)間后再讀數(shù) 以提高所測的精度 5 記錄最高溫度 議一議 你所測得的數(shù)據(jù)是否為57 3kJ mol 若不是 分析產(chǎn)生誤差的原因 可能的原因有 1 量取溶液的體積有誤差 測量結(jié)果是按50mL的酸 堿進(jìn)行計(jì)算 若實(shí)際量取時(shí) 多于50mL或小于50mL都會造成誤差 2 溫度計(jì)的讀數(shù)有誤 3 實(shí)驗(yàn)過程中有液體灑在外面 4 混合酸 堿溶液時(shí) 動(dòng)作緩慢 導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差 5 隔熱操作不到位 致使實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失而導(dǎo)致誤差 6 測了酸后的溫度計(jì)未用水清洗便立即去測堿的溫度 致使熱量損失而引起誤差 反應(yīng)熱測定的誤差分析 討論下列問題 1 本實(shí)驗(yàn)中若把50mL0 50mol L的鹽酸改為50mL0 50mol L醋酸 所測結(jié)果是否會有所變化 為什么 2 若改用100mL0 50mol L的鹽酸和100mL0 55mol L的NaOH溶液 所測中和熱的數(shù)值是否約為本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的二倍 假定各步操作沒有失誤 答案 1 會有所變化 因?yàn)榇姿釣槿蹼娊赓|(zhì) 其電離時(shí)要吸熱 故將使測得結(jié)果偏小 2 否 因中和熱是指酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時(shí)放出的熱量 其數(shù)值與反應(yīng)物的量的多少無關(guān) 故所測結(jié)果應(yīng)基本和本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同 若所有操作都準(zhǔn)確無誤 且無熱量損失 則二者結(jié)果相同 練習(xí) 50mL0 50mol L鹽酸與50mL0 55mol LNaOH溶液在圖示的裝置中進(jìn)行中和反應(yīng) 通過測定反應(yīng)過程中所放出的熱量可計(jì)算中和熱 回答下列問題 1 從實(shí)驗(yàn)裝置上看 圖中尚缺少的一種玻璃用品是 2 燒杯間填滿碎紙條的作用是 3 大燒杯上如不蓋硬紙板 求得的中和熱數(shù)值 填 偏大 偏小 無影響 4 實(shí)驗(yàn)中改用60mL0 50mol L鹽酸跟50mL0 55mol LNaOH溶液進(jìn)行反應(yīng) 與上述實(shí)驗(yàn)相比 所放出的熱量 填 相等 不相等 所求中和熱 填 相等 不相等 簡述理由 5 用相同濃度和體積的氨水代替NaOH溶液進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn) 測得的中和熱的數(shù)值會 用50mL0 50mol LNaOH溶液進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn) 測得的中和熱的數(shù)值會 均填 偏大 偏小 無影響 環(huán)形玻璃攪拌棒 減少實(shí)驗(yàn)過程中的熱量損失 偏小 不相等 相等 因?yàn)橹泻蜔崾侵杆岣鷫A發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O所放出的能量 與酸堿的用量無關(guān) 偏小 偏小 為保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性 在測定過程中應(yīng)注意什么 1 為了使中和反應(yīng)進(jìn)行完全 可以讓酸或堿略稍過量 2 為了使測得的中和熱更準(zhǔn)確 所用酸和堿的濃度宜小不宜大 3 宜使用有0 1 刻度的溫度計(jì) 4 記錄最高溫度 5 進(jìn)行反應(yīng)熱的計(jì)算式進(jìn)行了以下處理 a 忽略量熱記的熱容 b 認(rèn)為稀溶液與水的比熱相同 c 認(rèn)為熱容不隨溫度的變化而變化 課堂小結(jié) 熱化學(xué) 下列說法正確的是 A 物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)時(shí)放出的熱量來源于對反應(yīng)的加熱B 化學(xué)反應(yīng)除了生成新物質(zhì)外 還發(fā)生能量變化 C 化學(xué)反應(yīng)中放出的熱才是反應(yīng)熱D 需要加熱方能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng) B 練習(xí) 二 化學(xué)反應(yīng)的焓變 1 焓 H 是與體系的內(nèi)能 壓強(qiáng) 體積有關(guān)的一個(gè)物理量2 焓變 H H H生成物 H反應(yīng)物在等溫等壓條件下的化學(xué)反應(yīng) 如果不做非體積功 即沒有轉(zhuǎn)化為電能 光能等其他形式的能 則該反應(yīng)的反應(yīng)熱等于反應(yīng)前后物質(zhì)的焓變 即 Qp H Qp 0為吸熱反應(yīng) Qp 0為放熱反應(yīng) 當(dāng) H 0時(shí) 為吸熱反應(yīng) 當(dāng) H 0時(shí) 為放熱反應(yīng) 當(dāng) H為 H 0 時(shí) 為放熱反應(yīng) 當(dāng) H為 H 0 時(shí) 為吸熱反應(yīng) 與化學(xué)方程式相比 熱化學(xué)方程式有哪些不同 正確書寫熱化學(xué)方程式應(yīng)注意哪幾點(diǎn) 交流研討 下列方程式屬于熱化學(xué)方程式 意義 熱化學(xué)方程式不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化 也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化 1 定義 可表示參加反應(yīng)物質(zhì)的量和反應(yīng)熱的關(guān)系的方程式 叫做熱化學(xué)方程式 2 寫法 1 熱化學(xué)方程式要注明反應(yīng)的溫度 壓強(qiáng) 298K 101kPa時(shí)不寫 一般不寫其他反應(yīng)條件 不標(biāo)明生成沉淀或氣體符號 2 要注明反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài) 常用s l g表示固體 液體 氣體 三 熱化學(xué)方程式 3 H后要注明反應(yīng)溫度 H的單位為J mol 1或KJ mol 14 H的值必須與方程式的化學(xué)計(jì)量數(shù)對應(yīng) 計(jì)量數(shù)加倍時(shí) H也要加倍 當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí) 其 H與正反應(yīng)的數(shù)值相等 符號相反 5 方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)以 mol 為單位 不表示分子數(shù) 因此可以是整數(shù) 也可以是小數(shù)或分?jǐn)?shù) 6 可逆反應(yīng)的 H表明的是完全反應(yīng)時(shí)的數(shù)據(jù) 例題 1 當(dāng)1mol氣態(tài)H2與1mol氣態(tài)Cl2反應(yīng)生成2mol氣態(tài)HCl 放出184 6KJ的熱量 請寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 H2 g Cl2 g 2HCl g H 184 6KJ mol A 1 已知在1 105Pa 298K條件下 2mol氫氣燃燒生成水蒸氣放出484kJ熱量 下列熱化學(xué)方程式正確的是 A H2O g H2 g 1 2O2 g H 242kJ mol 1B 2H2 g O2 g 2H2O l H 484kJ mol 1C H2 g 1 2O2 g H2O g H 242kJ mol 1D 2H2 g O2 g 2H2O g H 484kJ mol 1 課堂練習(xí) 2 已知在25 101kPa下 1gC8H18 辛烷 燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水時(shí)放出48 40kJ熱量 表示上述反應(yīng)的熱化學(xué)方程式正確的是 A C8H18 l 25 2O2 g 8CO2 g 9H2O g H 48 40kJ mol 1B C8H18 l 25 2O2 g 8CO2 g 9H2O l H 5518kJ mol 1C C8H18 l 25 2O2 g 8CO2 g 9H2O l H 5518kJ mol 1D C8H18 l 25 2O2 g 8CO2 g 9H2O l H 48 40kJ mol 1 B 四 反應(yīng)焓變的計(jì)算 一 蓋斯定律 不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成還是分幾步完成 其反應(yīng)焓變是相同的 化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān) 而與反應(yīng)的途徑無關(guān) C s O2 g CO g 因?yàn)镃燃燒時(shí)不可能完全生成CO 總有一部分CO2生成 因此這個(gè)反應(yīng)的 H無法直接測得 請同學(xué)們自己根據(jù)蓋斯定律設(shè)計(jì)一個(gè)方案計(jì)算該反應(yīng)的 H 提示 1 C s O2 g CO2 g H1 393 5kJ mol 2 CO g O2 g CO2 g H3 283 0kJ mol H1 H2 H3 H2 H1 H3 393 5kJ mol 283 0kJ mol 110 5kJ molC s O2 g CO g H 110 5kJ mol 二 反應(yīng)熱的計(jì)算 有關(guān)熱化學(xué)方程式的計(jì)算 例1 25 101kPa時(shí) 使1 0g鈉與足量的氯氣反應(yīng) 生成氯鈉晶體并放出17 87kJ的熱量 求生成1mol氯化鈉的反應(yīng)熱 解 Na g Cl2 g NaCl s Q 17 87kJ 1g 23g mol 411kJ mol答 生成1molNaCl時(shí)放出熱量411kJ 應(yīng)用蓋斯定律的計(jì)算 例2 已知下列反應(yīng)的反應(yīng)熱為 CH3COOH l 2O2 g 2CO2 g 2H2O l H1 870 3kJ mol C s O2 g CO2 g H2 393 5kJ mol H2 g O2 g H2O l H3 285 8kJ mol試計(jì)算下述反應(yīng)的反應(yīng)熱 2C s 2H2 g O2 g CH3COOH l 解 分析各方程式的關(guān)系 知將方程式按2 組合得上述反應(yīng)方程式即 H 2 H2 H3 H1 H 2 393 5kJ mol 285 8kJ mol 870 3kJ mol 488 3kJ mol答 反應(yīng)2C s 2H2 g O2 g CH3COOH l 反應(yīng)熱為 488 3kJ mol 已知 N2 g 2O2 g 2NO2 g H 68kJ molN2H4 l O2 g N2 g 2H2O l H 622kJ mol火箭發(fā)射時(shí)用肼N2H4 l 作燃料 NO2作氧化劑 反應(yīng)生成N2和H2O l 寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 練習(xí)1 N2H4 l NO2 g 3 2N2 g 2H2O l H 622kJ mol 68kJ mol 2 656kJ mol 將焦炭轉(zhuǎn)化為水煤氣的主要反應(yīng)為 C s H2O g CO g H2 g 已知 C s O2 g CO2 g H1 393 5kJ molH2 g O2 g H2O g H2 242 0kJ molCO g O2 g CO2 g H2 283 0kJ mol 寫出制取水煤氣的熱化學(xué)方程式 練習(xí)2 C s H2O g CO g H2 g H 131 5kJ mol 比較反應(yīng)熱數(shù)據(jù)可知 1molH2和1molCO完全燃燒放出的熱量之和比1molC s 完全燃燒放出的熱量 多 甲同學(xué)據(jù)此認(rèn)為 煤炭燃燒時(shí)加少量水可以使煤炭燃燒時(shí)放出更多的熱量 乙同學(xué)根據(jù)蓋斯定律通過計(jì)算 認(rèn)為 將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣再燃燒放出的熱量與直接燃燒煤放出的熱量一樣多 你的觀點(diǎn)呢 乙同學(xué)是怎樣計(jì)算的 你能重現(xiàn)乙的計(jì)算過程嗎 乙同學(xué)的計(jì)算過程 C s H2O g O2 g CO2 g H2O g H1C s H2O g CO g H2 g H2 131 5kJ molH2 g O2 g H2O g H3 242 0kJ molCO g O2 g CO2 g H4 283 0kJ mol則有 H1 H2 H3 H4