第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量的變化

第一章化學(xué)反應(yīng)與能量引言我們知道：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)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(dāng)能量變化以熱能的形式表現(xiàn)時(shí)：化學(xué)反應(yīng)放熱反應(yīng)：例如吸熱反應(yīng)：例如我們知道：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)同時(shí)遵守質(zhì)量守恒定律和能量守恒，那么一個(gè)反應(yīng)中的質(zhì)量與能量有沒(méi)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(chǔ)，二者密不可分，但以物質(zhì)為主。能量的多少則以反應(yīng)物和產(chǎn)物的質(zhì)量為基礎(chǔ)。那么化學(xué)反應(yīng)中能量到底怎樣變化鞏固練習(xí)：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(yīng)中既屬于氧化還原反應(yīng)同時(shí)又是吸熱反應(yīng)的是()A.Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)B.鎂與稀鹽酸C.灼熱的炭與CO2D.甲烷與O2反應(yīng)ADC3.下列反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)的是()A.NaOH與HCl反應(yīng)B.C和CO2共熱C.碳酸鈣的分解D.制備水煤氣的反應(yīng)A4、下列說(shuō)法正確的是（）A.需加熱才能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)；B.任何放熱反應(yīng)在常溫下一定能發(fā)生反應(yīng)；C.反應(yīng)物和生成物所具有的總能量決定了反應(yīng)結(jié)果是放熱還是吸熱；D.吸熱反應(yīng)在一定條件下也能發(fā)生反應(yīng)。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(shí)驗(yàn)測(cè)得1molH2與1molCl2反應(yīng)生成2molHCl時(shí)放出184.6kJ的熱量，從微觀角度應(yīng)如何解釋？化學(xué)鍵斷裂時(shí)吸收總能量=化學(xué)鍵形成時(shí)放出總能量=679kJ862kJ反應(yīng)熱的計(jì)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(yīng)的ΔH

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

（生成物）-

H

（反應(yīng)物）

，符號(hào)?H

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

E（反應(yīng)物）=∑E（斷鍵）－∑

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

kJ/mol。例2：拆開(kāi)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(yīng)熱為

，1molH2生成NH3的反應(yīng)熱為

。

＋131.5-92kJ/mol-30.6kJ/mol練習(xí)二、學(xué)會(huì)熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)什么是熱化學(xué)方程式？表示參加反應(yīng)物質(zhì)的量和反應(yīng)熱的關(guān)系的化學(xué)方程式，叫做熱化學(xué)方程式。請(qǐng)看以下兩個(gè)例子，再思考如何書(shū)寫(xiě)！問(wèn)題：我們認(rèn)識(shí)了反應(yīng)熱，那么怎樣書(shū)寫(xiě)表示化學(xué)反應(yīng)熱的化學(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。問(wèn)題：反應(yīng)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(xué)方程式中各物質(zhì)前的化學(xué)計(jì)量數(shù)不表示分子個(gè)數(shù)，表示對(duì)應(yīng)物質(zhì)的物質(zhì)的量。?H(kJ/mol)它表示每摩爾反應(yīng)所吸收或放出的熱量，?H它的值與方程式中的計(jì)量系數(shù)有關(guān)，即對(duì)于相同的反應(yīng)，當(dāng)化學(xué)計(jì)量數(shù)不同時(shí)，其?H不同；也與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)。熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)(1)熱化學(xué)方程式一般不寫(xiě)反應(yīng)條件，不標(biāo)↑、↓和可逆符號(hào)。書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式中間等號(hào)上要注明反應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)，(為什么？)而常溫、常壓則不注明。(2)標(biāo)出了反應(yīng)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(biāo)出？)(3)方程式右邊寫(xiě)出反應(yīng)熱（還注明了“＋”、“－”），中間隔空格。(4)方程式中的計(jì)量系數(shù)只表示物質(zhì)的n，可以是整數(shù)也可以是分?jǐn)?shù)。熱化學(xué)方程式化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍，則?H的數(shù)據(jù)也加倍；當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)，則反應(yīng)熱的絕對(duì)值不變而符號(hào)相反。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(qǐng)寫(xiě)出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)?H=-184.6kJ/mol而這些書(shū)寫(xiě)也是對(duì)的寫(xiě)出下列反應(yīng)的熱化學(xué)方程式課堂練習(xí)1、1molN2(g)與適量O2(g)反應(yīng)生成NO

(g)，需吸收68kJ的熱量；2、2molCu(s)與適量O2(g)反應(yīng)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(xiě)出硫燃燒的熱化學(xué)方程式。4、4gCO在氧氣中燃燒生成CO2，放出9.6kJ熱量，寫(xiě)出CO燃燒的熱化學(xué)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(yīng)熱?H的大小要注意前面的+、-號(hào)，類似于數(shù)學(xué)上的正負(fù)數(shù)比較；而比較反應(yīng)吸收或釋放的能量大小則比較其絕對(duì)值。6、在一定條件下，氫氣和甲烷燃燒的化學(xué)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(shí)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(xué)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(shí)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(shè)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(shí)踐活動(dòng)中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測(cè)定●實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

測(cè)定強(qiáng)酸與強(qiáng)堿中和反應(yīng)的反應(yīng)熱●學(xué)習(xí)重點(diǎn)中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測(cè)定原理和方法?！駥?shí)驗(yàn)用品大燒杯（500mL）、小燒杯（100mL）

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

NaOH溶液●實(shí)驗(yàn)原理［問(wèn)題］1.

中和熱與反應(yīng)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(gè)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生所吸收或放出的熱量都叫反應(yīng)熱，但中和熱僅指在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1mol水時(shí)的反應(yīng)熱。中和熱是反應(yīng)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(yīng)，哪些數(shù)據(jù)可以幫助我們測(cè)出它們的反應(yīng)熱呢？請(qǐng)大家討論回答。①Q(mào)=mcΔtQ:中和反應(yīng)放出的熱量。m：反應(yīng)混合液的質(zhì)量。c：反應(yīng)混合液的比熱容。Δt：反應(yīng)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(cè)出參加反應(yīng)的酸、堿質(zhì)量相加即可；c需要查閱，Δt可用溫度計(jì)測(cè)出反應(yīng)前后的溫度相減得到。［問(wèn)］酸、堿反應(yīng)時(shí)，我們用的是它的稀溶液，它們的質(zhì)量應(yīng)怎樣得到？量出它們的體積，再乘以它們的密度即可。［問(wèn)題］2.我們利用什么原理來(lái)測(cè)定酸、堿反應(yīng)的反應(yīng)熱(也稱中和熱)呢？

Q=（V酸ρ酸＋V堿ρ堿）·c·（t2－t1）

②

本實(shí)驗(yàn)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(jì)算簡(jiǎn)便，我們近似地認(rèn)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(qǐng)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(yīng)的反應(yīng)熱？為什么？③式的單位是kJ,而反應(yīng)熱的單位是kJ/mol，故③式不是該反應(yīng)的反應(yīng)熱。［問(wèn)題］該反應(yīng)的中和熱應(yīng)怎樣表示呢？ΔH=

－

0.418（t2－t1）0.025kJ/mol因?yàn)橹泻头磻?yīng)放熱，故其ΔH為“－”。中和熱是稀的酸、堿中和生成1mol水的反應(yīng)熱，而50mL0.50mol/L的鹽酸與50mL0.55mol/L氫氧化鈉反應(yīng)后生成的水只有0.025mol，故中和熱應(yīng)用下式表示：

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(kāi)兩個(gè)小孔，正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒通過(guò)，如下圖所示。中和熱的測(cè)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(duì)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(guò)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(huì)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(cè)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(lái)測(cè)堿液的溫度，若不沖洗，溫度計(jì)上的酸會(huì)和堿發(fā)生中和反應(yīng)而使熱量散失，并使所測(cè)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(huì)使總?cè)芤旱馁|(zhì)量增加，而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏低。3.用另一個(gè)量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，并用溫度計(jì)測(cè)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(cè)反應(yīng)的反應(yīng)熱，若動(dòng)作遲緩，將會(huì)使熱量損失而使實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)誤差，結(jié)果偏低。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(guò)量？若用HCl過(guò)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(guò)量。若使鹽酸過(guò)量，亦可。5.重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次，取測(cè)量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計(jì)算依據(jù)。誤差分析［議一議］你所測(cè)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?？赡艿脑蛴校?.量取溶液的體積有誤差（測(cè)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(huì)造成誤差）2.溫度計(jì)的讀數(shù)有誤。3.實(shí)驗(yàn)過(guò)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(guò)程中熱量損失而導(dǎo)致誤差。6.測(cè)了酸后的溫度計(jì)未用水清洗而便立即去測(cè)堿的溫度，致使堿的溫度偏高而引起誤差。討論下列問(wèn)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(cè)結(jié)果是否會(huì)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(cè)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(méi)有失誤）？答案：1.會(huì)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(cè)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(wú)關(guān)，故所測(cè)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(wú)誤，且無(wú)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(guò)測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中所放出的熱量可計(jì)算中和熱?；卮鹣铝袉?wèn)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(wú)影響”）。（4