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《第1节 化学反应的热效应》



第一章 化学反应与能量转化
第1节 化学反应的热效应
第一课时

[思考]几乎所有的化学反应都伴随着 能量的释放或吸收,这是为什么呢?

1、从化学键角度; 2、从物质所具有的能量角度。
2

化学键
吸收能量E1
旧化学键断裂

反应物

>
新化学键形成

生成物

释放能量E2 E1 > E2 E1 < E2 吸热反应

放热反应
3

迁移应用P9

4

物质总能量
能 量 反应物总能量 释放能量 生成物总能量
0

生成物总能量 能 量

吸收能量
反应物总能量

反应过程

0

反应过程

反应物总能量 > 生成物总能量 反应物总能量 < 生成物总能量

是放热反应 是吸热反应
5

[整理] 放 热 反 应 吸 热 反 应

1、所有的燃烧反应 2、酸碱中和反应

3、金属与水或酸发生的置换反应
4、大多数化合反应(C与CO2 反应等除外) 5、铝热反应 1、铵盐与碱的反应 2、大多数分解反应

3、以C、H2、CO为还原剂的氧还原反应
6

1.如何定量描述一个化学反应释放或吸收的 热量? 2.用什么方法可以准确地测量这些热量?

一、化学反应的反应热
1、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,简称为反应热。
2、符号:用Q表示 Q<0,表示放热;Q>0,表示吸热; 3、单位:J/mol或kJ/mol 4、测量工具:许多化学反应的反应热可以直接测量, 其测量仪器叫做量热计
8

如何求算一个体系放出或吸收的热量呢? Q= - C(T2 -T1)=- C0m(T2-T1)
C—热容,当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; C0—比热容,单位质量物质的热容;

T—热力学温度,也叫开尔文温度, 单位为k,T(k)=t(0c)+273.15
9

重要的反应热-中和热
(1)定义:在稀溶液中,(强)酸跟(强)碱发生中 和反应,生成1mol水时的反应热叫做中和热。 (2)要点: Ⅰ、条件:稀溶液 Ⅱ、反应物: (强)酸与(强)碱。 Ⅲ、生成1mol水。中和反应的实质是H+和OH-化合生成 H20,若离子反应过程中有其他物质生成,这部分反 应热也不在中和热之内

10

活动●探究

测定中和反应的反应热
1、仪器:
量热计、量筒(100ml)、温度计、烧杯(250ml)

2、药品:
1.0mol/L的盐酸 1.0mol/L的盐酸 1.0mol/L的硝酸 1.0mol/L的NaOH溶液 1.0mol/L的KOH溶液 1.0mol/L的NaOH溶液
11

简易量热计示意图

12

3、测定中和反应的反应热
a、量取一定体积的稀盐酸加入

量热计

中,记录

初始温度

T 1。

b、量取一定体积的稀碱溶液加入 温度与T1

烧杯

中,使得

相同



c、快速将碱液倒入

搅拌,记录

量热计 最高温度 T2。

中,盖好杯盖,匀速
13

实验结论:
所测得的上述三个中和反应的反应热相同

结论探究:
以上三组溶液中所发生的反应均为: H+(aq) + OH-(aq) = H2O(l), 由于三次实验中所用溶液的体积相同, 溶液中H+和OH-的浓度也是相同的,反 应温度又一样。因此三个反应的反应热 也是相同的。
14

为保证测定结果的准确性,在测定过程中应注意: (1)为了使中和反应进行完全,可以让酸或碱 略稍过量。 (2)为了使测得的中和热更准确,所用酸和碱 的浓度宜小不宜大。 (3)宜使用有0.1℃刻度的温度计。 (4)记录最高温度。 (5)反应热的计算式做了以下处理: a、忽略量热计的热容; b、认为稀溶液与水的比热相同; c、认为热容不随温度的变化而变化。
15

重要的反应热-燃烧热
1.概念:
在101kPa时,1mol物质完全燃烧生成 稳定的氧化物时所放出的热量,叫做 该物质的燃烧热

2.单位: kJ/mol
(1)燃烧的物质必须为:1mol

3.注意:(2) 完全燃烧是指物质中下列元素完
全 转 变 成 对 应 的 物 质 : C→CO2 , H→H2O(l),S→SO2等。 (3)燃烧热通常由实验测得
16

讨论:燃烧热与中和热比较
比较项目 涵 义
不 同 反应物的 点 量 生成物 燃烧热 中和热
101kPa时,1mol纯物质 在稀溶液中,强酸与强碱 完全燃烧生成稳定氧化物 反应生成1mol水时放出的 时放出的热量; 不同物质, 热量;不同强酸强碱的中

燃烧热不同

和热大致相同,约为 57.3kJ/mol
不一定是1mol

1mol C→CO2 H→H2O(l) N→N2 S→SO2等。

生成的水为1mol

相 能量变化 同 △Q 点

放热反应
△Q<0 单位:kJ/mol

讲燃烧热或中和热的大小:不带“-”

17

1、下列说法正确的是
A.在101kPa时,1mol物质完全燃烧时所放出

的热量,叫做该物质的燃烧热
B. 酸和碱发生中和反应生成1mol水,这时 的反应热叫中和热 C. 燃烧热或中和热是反应热的种类之一 D. 在稀溶液中,1mol CH3COOH和1mol NaOH 完全中和时放出的热量为57.3kJ
18

第二课时

19

二、化学反应的焓变
物质所具有的能量是物质固有的性质
1、“焓”是用于描述物质所具有的能量的物理量,H 2、反应焓变:反应产物的总焓与反应物的总焓之差。
△H=H(反应产物)-H(反应物)

在恒温、恒压下,如果化学反应中的能量变化全部转化为热 能,则该反应的反应热(QP)称为反应的焓变(△H)。即:Qp= △H
△H

>0,反应为吸热反应;△H<0,反应放热。 单位:kJ/mol 20

【交流与讨论】 化学反应中为什么会有能量的变化?

反应物和生成物所具有的能量不同. 宏观:

微观: 旧的化学键断裂时所吸收的能量 与新的化学键形成时所放出的能 量不同.
21

ΔH=生成物能量-反应物能量
能 量 反应物 能 量 生成物

放热

△H<0
生成物

吸热

△H>0

反应物 反应过程

反应过程

放热反应: ΔH<0或 ΔH为“-” 吸热反应: ΔH>0 或ΔH为“+”
22

反应热的计算: Q= 679kJ — 862kJ = –183kJ
ΔH=反应物化学键断裂吸收的能量总和-生成物化
学键形成放出的能量总和
23

拓展演练
化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键 的键能是形成(或拆开) 1mol 化学键时释放(或吸收 )出的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示,现 提 供 以 下 化 学 键 的 键 能 ( kJ·mol?1 ) : P—P : 198 P—O:360 O=O:498则反应P4(白磷)+3O2= P4O6 的反应热△H 为 ( A ) A.-1638 kJ·mol?1 B.+1638 kJ·mol?1 C.-126 kJ·mol?1 D.+126 kJ·mol?1

☆热化学方程式:
1、概念:能够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化学方程式叫做热化学方程式。
可以用来表示参加反应物质的量和反应热的关系的 化学方程式。 H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g) 物质变化
△H(298K)=

-184.6 kJ/mol

能量变化

25

2、写法:
? (1)注明反应条件:反应热与测定条件(温度、压强等)有关。 绝大多数反应是在25 ℃、101 kPa下进行的,可不注明。 ? (2)注明物质状态:常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、

气体、溶液。
? (3)注意符号单位:ΔH应包括“+”或“-”、数字和单位 (kJ·mol-1)。

?H (g)+1 O (g)=H O(l) 2 2 2 2
2H2(g)+ O2(g)=2H2O(l)

△H1= -285.8 kJ· mol-1 △H2= -571.6 kJ· mol-1
26

△ H2 = 2 × △ H1

4)Δ H的值必须与方程式的化学计量数对应。计量数

加倍时,Δ H也要加倍。当反应逆向进行时,其Δ H
与正反应的数值相等,符号相反。 5)方程式中的化学计量数以“mol”为单位,不表示 分子数,因此可以是整数,也可以是小数或分数。 6) 可逆反应的Δ H表明的是完全反应时的数据。
方法:一看化学方程式是否正确; 二看状态是否标明; 三看反应热的符号是否正确; 四看反应热数值与化学计量数是否对应。
27

4.应用—— 反应热大小的比较
(1) 同一反应生成物状态不同时 如:2H2(g)+O2(g) = 2H2O(1) ?H1 ; 2H2(g)+O2(g) = 2H2O(g) ?H2 因为气体变液体会放热,故: ?H1< ?H2 (2) 同一反应反应物状态不同时 如:S(g)+O2(g) = SO2(g) ?H1 ; S(s)+O2(g) = SO2(g) ?H2 因为固体变气体会吸热,故: ?H1< ?H2 (3) 两个相联系的不同反应比较 如: C(s)+O2(g) = CO2(g) ?H1 ; C(s)+1/2O2(g) = CO(g) ?H2 可以设计成:C(s) —CO(g)—CO2(g) ,故: ?H1<?H2





1、1molN2(g)与适量O2(g)反应生成NO (g),需吸收 68kJ的热量;

N2(g)+O2(g)=2NO (g) ?H =+ 68KJ/mol
2、2molCu(s)与适量O2(g)反应生成CuO(s),放出 314kJ热量;

2Cu(s)+O2(g)=2CuO(s) ?H =-314KJ/mol
3、1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2mol气态 HCl,放出184.6KJ的热量

H2(g) + Cl2(g) =2HCl(g)

?H =-184.6KJ/mol 29

1、下列热化学反应的描述中正确的是 A.HCl和NaOH反应的中和热Δ H=-57.3kJ/mol, 则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热 Δ H=2×(-57.3)kJ/mol

B.CO(g)的燃烧热是283.0kJ/mol,
则2CO2(g) =2CO(g)+O2(g)

反应的Δ H=2×283.0kJ/mol
C.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D.1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳

所放出的热量是甲烷燃烧热
30

2、已知在1×105Pa,298K条件下,2mol氢气 燃烧生成水蒸气放出484kJ热量,下列热化 学方程式正确的是 A、H2O(g)=H2(g)+ O2(g) △H=+242 kJ· mol1

B、2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)
C、H2(g)+
1
1 2

1 2

△H=-484kJ· mol-1
△H=+242 kJ· mol△H=+484 kJ· mol31

O2(g)=H2O(g)

D、2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)
1

3、已知在298K、101kPa下,1gC8H18(辛烷)燃烧生 成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ 热量。表示 上述反应的热化学方程式正确的是( B ) 25 A、C8H18(l)+ 2 O2(g)=8CO2(g) +9H2O(g) △H= - 48.40 kJ· mol -1 B、C8H18(l)+ 25 O2(g)=8CO2 (g) +9H2O(l) 2 △H= - 5518 kJ· mol -1 C、C8H18(l)+ 25 O (g)=8CO (g) + 9H O(l) 2 2 2 2 △H= + 5518 kJ· mol -1 D、C8H18(l)+ 25 O2(g)=8CO2 (g)+ 9H2O(l) 2 △H= - 48.40 kJ· mol -1
32

写出热化学方程式
1、298K时,13克C2H2 (g)完全燃烧生成 CO2和液态H2O时,放出659KJ的热量
2、2.3克某液态有机物和一定量的氧气混合点燃, 恰好完全燃烧,生成2.7克水和2.24升二氧化碳 (标准状况)并放出68.35KJ热量

3、298K时,1molC燃烧生成CO2放出热量393.5KJ
4、298K时,1mol碳酸钙受热分解吸收热量178.2KJ
33

4、已知

(1)H2( g )+1/2O2 ( g ) = H2O ( g ) ΔH1 = a kJ/mol (2)2H2( g )+O2 ( g ) =2H2O ( g ) kJ/mol ΔH2 = b

(3)H2( g )+1/2O2 ( g ) = H2O ( l ) ΔH3 = c kJ/mol
(4)2H2( g )+O2 ( g ) =2H2O ( l )

C ΔH4 = d kJ/mol

34

则a、b、c、d的关系正确的是
A、a<c<0 B、b>d>0

第三课时

35

三、反应热的计算
(一)、盖斯定律
? 不管化学反应是一步完成还是分几步完成,其 反应焓变是相同的。
? 化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态 有关,而与反应的途径无关。

36

盖斯定律直观化:
? 某人从山下A到达山顶B, 无论是翻山越岭攀登而上, 还是坐缆车直奔山顶,其所 处的海拔都高了300m ? 即山的高度与A、B点的海 拔有关,而与由A点到达B 点的途径无关 ? 这里的A相当于反应体系的 始态,B相当于反应体系的 终态.山的高度相当于化学 反应的反应热

2、盖斯定律在科学研究中的重要意义 有些反应进行得很慢; 有些反应不容易直接发生; 有些反应的产品不纯(有副反应发生);

这些都给测量反应热造成了困难,利用盖斯定 律可以间接地把它们的反应热计算出来。

3、盖斯定律的应用
常用方法: (1)虚拟路径法:若反应物A变为生成物E,可以 有三个途径: ①由A直接变为生成物E,反应热为ΔH ②由A经过B变成E,反应热分别为ΔH1、ΔH2。 ③由A经过C变成D,再由D变成E,反应热分别为 ΔH3、ΔH4、ΔH5如图所示: 则有ΔH=△H1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。 (2)加合法:即运用所给方程式通过加减的方法得到所求热化 学方程式。 若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到 ,则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的代数和。

【例】试利用298K时下述反应焓变的实验数据 ,计算在此温度下
C(s,石墨) + ? O2(g) = CO(g)的反应焓变。 C(s,石墨) + O2(g) = CO2(g)

△H = -393.5kJ/mol
CO(g) + ? O2(g) = CO2(g)

△H = -283.0kJ/mol

40

① C(s)+1/2O2(g)==CO(g) ② CO(g)+1/2O2(g)== CO2(g)

△H1=? △H2=-283.0kJ/mol △H3=-393.5kJ/mol

③ C(s)+O2(g)==CO2(g)
①+②=③ 则 △H1 + △H2 =△H3

所以, △H1 =△H3- △H2
=-393.5kJ/mol-(- 283.0kJ/mol) =-110.5kJ/mol
41

CO(g)+1/2O2(g) H2 C(s)+O2(g) H1 H2 + H3

CO2(g)
H3

H1 =

若一个化学方程式可由另外几个化学方程式 相加减而得到,则该化学反应的焓变即为这几 个化学反应焓变的代数和。
42

思考·交流

3、盖斯定律的应用
ΔH1=-890.3kJ·mol-1 (1) ΔH2=-393·5kJ·mol-1 (2) ΔH3=-285.8kJ·mol-1 (3) ΔH4 (4)

【例2】 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) C(石墨)+O2(g)=CO2(g) H2(g)+ 1/2O2(g)=H2O(l) C(石墨)+2H2(g)=CH4(g)

-74.8kJ· mol-1

1.关键:设计合理的反应过程,适当加减已知方程式及ΔH;

2.突破口:看好待求方程式的系数,当热化学方程式同乘或同除一个 数时, ΔH也必须同乘或同除这个数;
3.正反应和逆反应的ΔH数值相等,符号相反,书写时“+”不能省。

随 堂 演 练

①②③④ 285.8kJ/mol; 393.5kJ/mol 1429kJ 283kJ/mol △H=-283kJ/mol

随堂演练

课堂小结
一、盖斯定律 1、 盖斯定律:化学反应的反应热只与反应的始态(各 反应物)和终态(各生成物)有关,而与具体反应进行

的途径无关。
3、盖斯定律的应用:

2、盖斯定律的重要意义:间接地计算某些反应的反应热。

(二)、反应热的计算
? 有关热化学方程式的计算 【例1】25℃、101kPa时,使1.0 g钠与足量的氯气 反应,生成氯钠晶体并放出17.87 kJ的热量,求 生成1 mol氯化钠的反应热。

【解】Na(g) + ? Cl2(g) == NaCl(s) Q=17.87 kJ / 1g × 23 g / mol = 411 kJ / mol 答:生成1 mol NaCl时放出热量411 kJ 。

47

3、 1g 硫粉在氧气中充分燃烧放出 9.36kJ热量,写出硫燃烧的热化学 方程式。
S(s)+O2(g)=SO2(g ) ?H =-299.52kJ/mol

4、 4g CO在氧气中燃烧生成CO2, 放出 9. 6kJ热量,写出CO燃烧的热 化学方程式。
2CO (g)+O2(g)=2CO(g) ?H =-134.4kJ/mol
48

? 应用盖斯定律的计算

【例3】已知下列反应的反应热为
⑴ CH3COOH (l) + 2O2(g) == 2CO2(g) + 2H2O(l)

△H1= -870.3 kJ/mol
⑵ C(s) + O2 (g) == CO2(g) △H2= -393.5 kJ/mol ⑶ H2(g) + ? O2(g) == H2O(l) △H3= -285.8 kJ/mol 试计算下述反应的反应热: 2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) == CH3COOH (l)
49

? 【解】分析各方程式的关系,知 将方程式按2[⑵ + ⑶] - ⑴组合得上述反应方程式 即:△H = 2[△H 2 + △H3] - △H1
△H =2[(-393.5kJ/mol) + (-285.8kJ/mol)] -(-870.3kJ/mol) = - 488.3kJ/mol 答:反应2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) == CH3COOH (l) 反应热为- 488.3kJ/mol

50

思考:参考书中数据,用盖斯定律,写出石墨转化 为金刚石的热化学方程式。
已知: ①C(石墨,s)+O2(g)=CO2(g) ΔH1=-393.5kJ/mol ②C(金刚石,s)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-395.0kJ/mol 所以, ①- ②得: C(石墨,s)= C(金刚石,s) ΔH=+1.5 kJ/mol 或者 ③ CO2(g)=C(金刚石,s)+O2(g) ΔH3=+395.0kJ/mol

所以, ①+ ③得: C(石墨,s)= C(金刚石,s)

ΔH=+1.5 kJ/mol
51

练习1
已知:N2 (g) + 2O2 (g) = 2NO2 (g) △H = 68 kJ/mol N2H4(l) + O2 (g) = N2(g) +2 H2O(l) △H = - 622kJ/mol 火箭发射时用肼N2H4(l)作燃料,NO2作氧化剂,反应生 成N2和H2O(l),写出该反应的热化学方程式。

N2H4(l) + NO2 (g) = 3/2 N2(g) +2 H2O(l) △H =-622kJ/mol –( 68kJ/mol )/2 =-656kJ/mol
52

练习2
将焦炭转化为水煤气的主要反应为: C (s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) 已知: C (s) + O2(g) = CO2(g) △H1=-393.5kJ/mol

H2(g) + ? O2(g) = H2O(g)
CO(g) + ? O2(g) = CO2(g)

△H2=-242.0kJ/mol
△H2=-283.0kJ/mol

⑴写出制取水煤气的热化学方程式.

C (s) + H2O(g) = CO(g) + H2(g) △H=131.5kJ/mol
53



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