第一節(jié) 化學反應與能量的變化

第一章化學反應與能量引言我們知道：一個化學反應過程中，除了生成了新物質(zhì)外，還有能量變化熱能電能光能當能量變化以熱能的形式表現(xiàn)時：化學反應放熱反應：例如吸熱反應：例如我們知道：一個化學反應同時遵守質(zhì)量守恒定律和能量守恒，那么一個反應中的質(zhì)量與能量有沒有關(guān)系呢？有能量的釋放或吸收是以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎，二者密不可分，但以物質(zhì)為主。能量的多少則以反應物和產(chǎn)物的質(zhì)量為基礎。那么化學反應中能量到底怎樣變化鞏固練習：1.下列物質(zhì)加入水中顯著放熱的是()A.生石灰B.酒精C.固體NaClD.固體NaOH2.下列反應中既屬于氧化還原反應同時又是吸熱反應的是()A.Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應B.鎂與稀鹽酸C.灼熱的炭與CO2D.甲烷與O2反應ADC3.下列反應屬于放熱反應的是()A.NaOH與HCl反應B.C和CO2共熱C.碳酸鈣的分解D.制備水煤氣的反應A4、下列說法正確的是（）A.需加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應；B.任何放熱反應在常溫下一定能發(fā)生反應；C.反應物和生成物所具有的總能量決定了反應結(jié)果是放熱還是吸熱；D.吸熱反應在一定條件下也能發(fā)生反應。CD你從圖中發(fā)現(xiàn)了什么？

1、……2、……3、……觀察下列示意圖：你發(fā)現(xiàn)了嗎？假想中的物質(zhì)實驗測得1molH2與1molCl2反應生成2molHCl時放出184.6kJ的熱量，從微觀角度應如何解釋？化學鍵斷裂時吸收總能量=化學鍵形成時放出總能量=679kJ862kJ反應熱的計算：H=679kJ/mol—862kJ/mol=–183kJ/mol思考能量如何轉(zhuǎn)換的？能量從哪里轉(zhuǎn)移到哪里？體系的能量如何變化？升高還是降低？環(huán)境的能量如何變化？升高還是降低？規(guī)定放熱反應的ΔH

為“－”，是站在誰的角度？體系還是環(huán)境？放熱反應中體系環(huán)境＋－1、定義：化學反應過程中所釋放或吸收的能量，都可以熱量（或換算成相應的熱量）來表述，叫做反應熱，符號Q。焓是與內(nèi)能有關(guān)的物理量，符號H。焓變=H

（生成物）-

H

（反應物）

，符號?H

。2、單位：kJ/mol或kJ·mol-13、規(guī)定：(1)反應體系的能量降低（即放熱反應），則?H為“－”；(2)反應體系的能量升高（即吸熱反應），則?H為“＋”；即：當?H為“－”（?H<0）時，為放熱反應當?H為“＋”（?H>0）時，為吸熱反應通過此圖大家還能發(fā)現(xiàn)這反應熱?H有什么規(guī)律？我們可以發(fā)現(xiàn)：其實?H=∑E（生成物）－∑

E（反應物）=∑E（斷鍵）－∑

E（成鍵）=H（生成物）－H（反應物）反應熱和焓變的區(qū)別與聯(lián)系反應熱焓變含義化學反應中吸收或放出的熱量化學反應中生成物所具有的焓與反應物所具有的焓之差符號Q△H單位kJ·mol-1kJ·mol-1能量變化Q＞0，反應吸收能量Q＜0，反應釋放能量△H＞0，反應吸收能量△H＜0，反應釋放能量兩者關(guān)系化學反應在恒壓下的反應的熱效應（體系只與環(huán)境發(fā)生熱量交換），此時反應熱等于焓變。例1：1molC與1molH2O(g)反應失成lmolCO(g)和1molH2(g)，需要吸收131.5kJ的熱量，該反應的反應熱為△H=

kJ/mol。例2：拆開lmolH—H鍵、lmolN－H鍵、lmolN≡N鍵分別需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，則1molN2生成NH3的反應熱為

，1molH2生成NH3的反應熱為

。

＋131.5-92kJ/mol-30.6kJ/mol練習二、學會熱化學方程式的書寫什么是熱化學方程式？表示參加反應物質(zhì)的量和反應熱的關(guān)系的化學方程式，叫做熱化學方程式。請看以下兩個例子，再思考如何書寫！問題：我們認識了反應熱，那么怎樣書寫表示化學反應熱的化學方程式？意義:熱化學方程式不僅表明了化學反應中的物質(zhì)變化，也表明了化學反應中的能量變化。問題：反應物和生成物前的系數(shù)它代表了什么？在方程式中?H它表示了什么意義？?H它的值與什么有關(guān)系？熱化學方程式中各物質(zhì)前的化學計量數(shù)不表示分子個數(shù)，表示對應物質(zhì)的物質(zhì)的量。?H(kJ/mol)它表示每摩爾反應所吸收或放出的熱量，?H它的值與方程式中的計量系數(shù)有關(guān)，即對于相同的反應，當化學計量數(shù)不同時，其?H不同；也與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)。熱化學方程式的書寫(1)熱化學方程式一般不寫反應條件，不標↑、↓和可逆符號。書寫熱化學方程式中間等號上要注明反應的溫度和壓強，(為什么？)而常溫、常壓則不注明。(2)標出了反應物與生成物的狀態(tài)：固體一s，液體一l，氣體一g；溶液—aq(為什么要標出？)(3)方程式右邊寫出反應熱（還注明了“＋”、“－”），中間隔空格。(4)方程式中的計量系數(shù)只表示物質(zhì)的n，可以是整數(shù)也可以是分數(shù)。熱化學方程式化學計量數(shù)加倍，則?H的數(shù)據(jù)也加倍；當反應逆向進行時，則反應熱的絕對值不變而符號相反。例題1、當1mol氣態(tài)H2與1mol氣態(tài)Cl2反應生成2mol氣態(tài)HCl，放出184.6KJ的熱量，請寫出該反應的熱化學方程式。H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)?H=-184.6kJ/mol而這些書寫也是對的寫出下列反應的熱化學方程式課堂練習1、1molN2(g)與適量O2(g)反應生成NO

(g)，需吸收68kJ的熱量；2、2molCu(s)與適量O2(g)反應生成CuO(s)，放出314kJ熱量；3、1g硫粉在氧氣中充分燃燒放出9.36kJ熱量，寫出硫燃燒的熱化學方程式。4、4gCO在氧氣中燃燒生成CO2，放出9.6kJ熱量，寫出CO燃燒的熱化學方程式。5、已知(1)H2(g)＋1/2O2(g)

＝H2O(g)

ΔH1

=akJ/mol(2)2H2(g)＋O2(g)

＝2H2O(g)

ΔH2

=bkJ/mol(3)H2(g)＋1/2O2(g)

＝H2O(l)

ΔH3

=ckJ/mol(4)2H2(g)＋O2(g)

＝2H2O(l)

ΔH4

=dkJ/mol則a、b、c、d的關(guān)系正確的是

。A、a<c<0B、b>d>0C、2a=b<0D、2c=d>0

C注意：比較反應熱?H的大小要注意前面的+、-號，類似于數(shù)學上的正負數(shù)比較；而比較反應吸收或釋放的能量大小則比較其絕對值。6、在一定條件下，氫氣和甲烷燃燒的化學方程式為：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)H=–572kJ/molCH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)H=–890kJ/mol由1mol氫氣和2mol甲烷組成的混合氣體在上述條件下完全燃燒時放出的熱量為多少。2066kJ

7.在一定條件下，氫氣和丙烷燃燒的化學方程式為：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/molC3H8(g)+5O2(g)=3CO2(g)+4H2O(l)ΔH=-2220kJ/mol5mol氫氣和丙烷的混合氣完全燃燒時放熱3847kJ，則氫氣和丙烷的體積比為(A)1:3(B)3:1(C)1:4(D)1:1解

：設H2、C3H8的物質(zhì)的量分別為x，y答：氫氣和丙烷的體積比為3：1

x+y=5

(571.6/2)·x+2220·y=3847

V(H2):V(C3H8)=n(H2):n(C3H8)=3.75:1.25=3:1

x=3.75moly=1.25mol

實踐活動中和反應反應熱的測定●實驗目的

測定強酸與強堿中和反應的反應熱●學習重點中和反應反應熱的測定原理和方法。●實驗用品大燒杯（500mL）、小燒杯（100mL）

0.1℃刻度的溫度計、量筒（50mL）兩個、泡沫塑料或紙條、泡沫塑料板或硬紙板（中心有兩個小孔）、環(huán)形玻璃攪拌棒。0.50mol/L鹽酸、0.55mol/L

NaOH溶液●實驗原理［問題］1.

中和熱與反應熱是否相同？它們之間有什么區(qū)別和聯(lián)系？不同；任何一個化學反應發(fā)生所吸收或放出的熱量都叫反應熱，但中和熱僅指在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應而生成1mol水時的反應熱。中和熱是反應熱的真子集。本節(jié)課，我們?nèi)∫欢康柠}酸和氫氧化鈉溶液發(fā)生中和反應，哪些數(shù)據(jù)可以幫助我們測出它們的反應熱呢？請大家討論回答。①Q(mào)=mcΔtQ:中和反應放出的熱量。m：反應混合液的質(zhì)量。c：反應混合液的比熱容。Δt：反應前后溶液溫度的差值。我們?nèi)绾蔚玫缴鲜鰯?shù)據(jù)呢？m的質(zhì)量為所用酸、堿的質(zhì)量和，測出參加反應的酸、堿質(zhì)量相加即可；c需要查閱，Δt可用溫度計測出反應前后的溫度相減得到。［問］酸、堿反應時，我們用的是它的稀溶液，它們的質(zhì)量應怎樣得到？量出它們的體積，再乘以它們的密度即可。［問題］2.我們利用什么原理來測定酸、堿反應的反應熱(也稱中和熱)呢？

Q=（V酸ρ酸＋V堿ρ堿）·c·（t2－t1）

②

本實驗中，我們所用一元酸、一元堿的體積均為50mL，它們的濃度分別為0.50mol/L和0.55mol/L。由于是稀溶液，且為了計算簡便，我們近似地認為，所用酸、堿溶液的密度均為1g/cm3，且中和后所得溶液的比熱容為4.18J/（g·℃)已知

V酸=V堿=50mL。

c酸=0.50mol/Lc堿=0.55mol/L。

ρ酸=ρ堿=1g/cm3c=4.18J/（g·℃）請把以上數(shù)據(jù)代入式②,得出Q的表示式。其中熱量的單位用kJ。得出結(jié)果。

Q=0.418（t2－t1）kJ③思考：③式表示的是不是該反應的反應熱？為什么？③式的單位是kJ,而反應熱的單位是kJ/mol，故③式不是該反應的反應熱。［問題］該反應的中和熱應怎樣表示呢？ΔH=

－

0.418（t2－t1）0.025kJ/mol因為中和反應放熱，故其ΔH為“－”。中和熱是稀的酸、堿中和生成1mol水的反應熱，而50mL0.50mol/L的鹽酸與50mL0.55mol/L氫氧化鈉反應后生成的水只有0.025mol，故中和熱應用下式表示：

實驗步驟：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，在板中間開兩個小孔，正好使溫度計和環(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，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，從而減少熱量損失；填碎紙條的作用是為了達到保溫隔熱、減少實驗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）會使實驗結(jié)果更準確。2.用一個量筒最取50mL0.50mol/L鹽酸，倒入小燒杯中，并用溫度計測量鹽酸的溫度，記入下表。然后把溫度計上的酸用水沖洗干凈。溫度計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？

因為該溫度計還要用來測堿液的溫度，若不沖洗，溫度計上的酸會和堿發(fā)生中和反應而使熱量散失，并使所測堿液溫度偏高，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，而導致實驗結(jié)果偏低。3.用另一個量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，并用溫度計測量NaOH溶液的溫度，記入下表。.酸、堿混合時，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？.

因為本實驗的關(guān)鍵是測反應的反應熱，若動作遲緩，將會使熱量損失而使實驗出現(xiàn)誤差，結(jié)果偏低。4.把溫度計和環(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溶液，并準確讀取混合溶液的最高溫度，記為終止溫度，記入下表。

實驗中所用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？為了保證0.50mol/L的鹽酸完全被NaOH中和，采用0.55mol/LNaOH溶液，使堿稍稍過量。若使鹽酸過量，亦可。5.重復實驗兩次，取測量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計算依據(jù)。誤差分析［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、堿進行計算，若實際量取時，多于50mL或小于50mL都會造成誤差）2.溫度計的讀數(shù)有誤。3.實驗過程中有液體灑在外面。4.混合酸、堿溶液時，動作緩慢，導致實驗誤差。5.隔熱操作不到位，致使實驗過程中熱量損失而導致誤差。6.測了酸后的溫度計未用水清洗而便立即去測堿的溫度，致使堿的溫度偏高而引起誤差。討論下列問題1.本實驗中若把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)值是否約為本實驗結(jié)果的二倍（假定各步操作沒有失誤）？答案：1.會有所變化。因為醋酸為弱電解質(zhì)，其電離時要吸熱，故將使測得結(jié)果偏小。2.否。因中和熱是指酸與堿發(fā)生中和反應生成1molH2O時放出的熱量，其數(shù)值與反應物的量的多少無關(guān)，故所測結(jié)果應基本和本次實驗結(jié)果相同（若所有操作都準確無誤，且無熱量損失，則二者結(jié)果相同）。［練習］50mL0.50mol/L鹽酸與50mL0.55mol/LNaOH溶液在圖示的裝置中進行中和反應。通過測定反應過程中所放出的熱量可計算中和熱。回答下列問題：（1）從實驗裝置上看，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