化學反應中的熱效應

關于化學反應中的熱效應第1頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【問題1】化學反應中，物質(zhì)能量的轉化四處可見，形式多樣。根據(jù)你的經(jīng)驗和所學過的知識，結合《化學2》第34頁“你知道嗎？”欄目，舉例說明化學反應中伴隨著哪些類型的能量變化。答：（1）化學能與熱能的相互轉化,例如：①石油燃燒：化學能轉化為熱能。②二氧化碳高溫條件與單質(zhì)碳反應：熱能轉化為化學能。（2）化學能與光能的相互轉化，例如：①螢火蟲夜晚能發(fā)出熒光：是由于體內(nèi)某些物質(zhì)的化學反應將化學能轉化為光能。②濃硝酸光照分解：光能轉化為化學能。（3）化學能與電能的相互轉化，例如：①原電池放電：化學能轉化為電能。②飽和食鹽水電解：電能轉化為化學能?！拘〗Y】

化學反應總伴隨有能量的轉化。在某些化學反應中，吸收的熱能、光能、電能等轉化為化學能。在某些化學反應中，化學能有以熱能、光能、電能等形式釋放出來。第2頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【活動與探究】【實驗1】向一支試管中放入用砂紙打磨光亮的鎂條，加入5mL2mol/L鹽酸，用手觸摸試管外壁，有什么感覺？【感覺】試管外壁很燙?！窘Y論】鎂條與鹽酸反應放出了大量的熱?！締栴}】請寫出反應的離子方程式,并指出還會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

答：Mg+2H＋=Mg2++H2↑,鎂條逐漸溶解，有氣泡放出。

【實驗2】在100mL小燒杯中加入約20g經(jīng)研磨的氫氧化鋇晶體〔Ba(OH)2·8H2O〕然后加入約10g氯化銨晶體，用玻璃棒攪拌，使之充分混合。有什么現(xiàn)象？用手觸摸燒杯外壁，反應混合物的溫度有什么變化？【現(xiàn)象和感覺】反應混合物呈糊狀，聞到刺激性氣味，燒杯外壁冰涼，反應混合物溫度降低。【結論】氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體反應吸收了大量的熱?！締栴}2】請寫出反應的化學方程式。答：Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O第3頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【問題2】根據(jù)你掌握的知識請總結出常見哪些過程是放熱過程，哪些過程是吸熱過程呢？【常見的吸熱過程與放熱過程】（1）常見的放熱過程：①所有的燃燒反應；②金屬與酸反應；③中和反應；④大部分化合反應；⑤物質(zhì)的緩慢氧化；⑥化學鍵的形成；⑦濃硫酸、生石灰、燒堿溶于水。第4頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三（2）常見的吸熱過程：①炭與水蒸氣反應；②炭與二氧化碳反應；③氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體反應；④大部分分解反應；⑤硝酸銨溶于水；⑥電離過程；⑦化學鍵的斷裂?！締栴}3】下列反應既屬于氧化還原反應，又屬于吸熱反應的是（）A、鋁片與稀鹽酸反應B、Ba(OH)2·8H2O與氯化銨晶體反應C、灼熱的炭與CO2反應D、甲烷在氧氣中燃燒第5頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【問題4】是否吸熱反應一定要加熱？而放熱反應一定不要加熱？要加熱的反應都是吸熱反應嗎？請舉例說明。答：吸熱反應不一定要加熱，如：氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體反應是吸熱反應，但該反應不需加熱。放熱反應有的也需要在加熱的情況下才能進行，如：燃燒反應是放熱反應，但需要加熱到著火點才能燃燒。要加熱的反應不都是吸熱反應，如燃燒反應。二、化學反應中能量轉化的原因分析（一）從微觀分析（化學反應過程中能量變化的根本原因）1、化學反應的實質(zhì)是：舊化學鍵斷裂，新化學鍵的形成。斷鍵吸熱，成鍵放熱。2、放熱反應：反應物斷鍵吸收的總能量＜生成物成鍵放出的總能量吸熱反應：反應物斷鍵吸收的總能量＜生成物成鍵放出的總能量【閱讀】請同學們閱讀《化學2》第36頁資料卡，了解鍵能定義和應用?！炬I能】（1）定義：拆開1mol氣態(tài)物質(zhì)中某種共價鍵需要吸收的能量。（指出：形成1mol氣態(tài)物質(zhì)中某種共價鍵所放出的能量等于拆開1mol氣態(tài)物質(zhì)中某種共價鍵需要吸收的能量。）（2）共價鍵的鍵能越大，該共價化合物越穩(wěn)定。第6頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【問題5】已知H2的鍵能為436kJ/mol，I2的鍵能為151kJ/mol，HI的鍵能為298kJ/mol，則：2HI(g)=I2(g)+H2(g)是吸熱反應還是放熱反應？

?！締栴}6】已知HCl的鍵能為431kJ/mol，對比HI的鍵能，你認為哪個穩(wěn)定？

?！締栴}7】物質(zhì)之間發(fā)生化學反應時，一定發(fā)生變化的是（）A、顏色B、狀態(tài)C、化學鍵D、原子核【注意】①鍵能越大，共價鍵越不容易破壞，形成的物質(zhì)就越穩(wěn)定，則該物質(zhì)本身所具有的能量就越低。②物質(zhì)的總能量是物質(zhì)本身內(nèi)能的總和，而斷鍵吸收或成鍵放出的能量則是外界供給的，因此兩者是兩個不同的概念。【問題8】根據(jù)能量守恒定律，你認為對于吸熱反應和放熱反應，反應物的總能量和生成物的總能量大小有何關系？（二）從宏觀上分析：取決于反應物的總能量和生成物的總能量的相對大小。即：吸熱反應和放熱反應中反應物總能量與生成物總能量的關系放熱反應中：反應物的總能量＞生成物的總能量吸熱反應中：反應物的總能量＜生成物的總能量【注意】物質(zhì)自身具有的能量越低越穩(wěn)定。第7頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三三、燃料燃燒釋放的熱量熱值：一定條件下，單位質(zhì)量的物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量。單位：kJ·g－1

。【分組討論】自學《化學2》第38頁“資料卡”討論：（1）大量使用化石燃料有哪些缺點？（2）現(xiàn)在已經(jīng)或將來可以采用哪些方法減少弊端？【交流與討論】請完成《化學2》第37頁“交流與討論”。【練習9】下列反應中生成物總能量高于反應物總能量的是（）A、碳酸鈣受熱分解B、乙醇燃燒C、鋁粉與氧化鐵粉末反應D、氧化鈣溶于水第8頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【結論】（1）大量使用化石燃料：①煤和石油燃燒時，常發(fā)生不完全燃燒，排放出大量煙塵和CO。②有些煤中灰粉含量大，水分多，熱效應低。③某些化石燃料燃燒排放出的廢氣中含有二氧化硫和氮的氧化物，直接排放到大氣中會污染空氣并形成酸雨。④能引起溫室效應。⑤化石燃料是不可再生的能源，用一些少一些?！?）方法：①研究化石燃料完全燃燒的條件和減少燃料燃燒產(chǎn)生的熱量損耗技術，研究提高燃料利用率的措施。②怎樣防止燃料燃燒造成環(huán)境污染。③通過化學方法把石油、煤等化石燃料轉化為潔凈燃料。④開發(fā)氫能、核能、太陽能等潔凈、高效的新能源。第9頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【練習11】已知CH4與C3H8完全燃燒的化學方程式為：①C3H8+5O2=3CO2+4H2O（條件：點燃，下同）。②CH4+2O2=CO2+2H2O。某居民家用燃料從液化石油氣（主要成分可用C3H8表示）改為天然氣，該居民家庭的灶具要作相應的調(diào)整，正確的方法應是：增大

的進入量或減小

的進入量。理由是：

。第10頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三四、化學反應的反應熱和焓變1、反應熱：在化學反應過程中，當反應物和生成物具有相同溫度時，所吸收或放出的熱量稱為化學反應的反應熱。2、焓變：在恒溫、恒壓的條件下，化學反應過程中吸收或釋放的熱量稱為反應的焓變，用△H表示，單位常常用kJ·mol－1

?！咀⒁狻繃栏竦刂v，焓變是指恒溫、恒壓的條件下，體系僅作體積功、不做其他功（如電功等）的變化過程的熱效應。如不特別指明，化學反應的反應熱就是該反應的焓變。3、熱化學方程式（1）定義：表明反應放出或吸收的熱量的化學方程式叫熱化學方程式?！緹峄瘜W方程式的含義】熱化學方程式：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=－571.6kJ·mol－1

它表示：2mol氫氣與1mol氧氣完全反應生成2mol水時，會放出571.6kJ的熱量。式中g、l、s表示各反應物或生成物的狀態(tài)。g表示氣體（gas）、l表示液體（liquid）、s表示固體（solid））?！鱄表示反應放出或吸收的熱效應（焓變），當△H＜0時，表示反應放熱，△H＞0時，表示反應吸熱。第11頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【問題12】請根據(jù)以下3個熱化學方程式回答下列問題：①2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=－571.6kJ·mol－1

；②H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H=－285.8kJ·mol－1

；③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H=－241.8kJ·mol－1

。（1）上述3個熱化學方程式與以前學過的化學方程式有什么區(qū)別？答：①熱化學方程式標有熱量的變化；②熱化學方程式中各種反應物和生成物都要標明狀態(tài)；③熱化學方式前的化學計量數(shù)只表示物質(zhì)的量?！咀⒁狻坑捎跓峄瘜W方程式中化學計量數(shù)只表示物質(zhì)的量，所以，可以是整數(shù)，也可以是分數(shù)。（2）①與②的△H有什么關系？為什么？答：反應①的熱效應是反應②的2倍。因為反應①中參加反應的氫氣與氧氣的物質(zhì)的量是反應②中2倍?！咀⒁狻俊鱄的單位是kJ·mol－1

，它并不代表反應物的物質(zhì)的量為1mol。對于反應①它表示：“2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)”這一組合為1mol；對于反應②則表示“H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)”這一組合為1mol。（3）②與③的△H有什么不同？為什么？答：反應②的熱效應比反應③大。因為水蒸氣轉化為液態(tài)水時會放出熱量。第12頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【小結】（2）書寫熱化學方程式的注意事項：①因為同種物質(zhì)在不同狀態(tài)下的熱效應是不同的。所以，在熱化學方程式中一定要標明物質(zhì)的聚集狀態(tài)（g：氣體、l：液體、s：固體、aq：水溶液）。熱化學方程式中不用“↑”或“↓”。此外熱化學方程式無需標明反應條件。

②注意△H的“＋”與“－”，放熱反應為“－”。吸熱反應為“＋”，△H的單位是kJ·mol－1

。③化學計量數(shù)只表示物質(zhì)的量，不表示物質(zhì)的分子數(shù)或原子數(shù)，單位是“mol”，可用分數(shù)或整數(shù)。④反應的熱效應（△H）與化學計量數(shù)之間存在正比關系。如化學計量數(shù)增加加倍，△H也要加倍。當反應逆向進行時，其熱效應與正反應的熱效應數(shù)值相等，符號相反。⑤反應的溫度和壓強不同時，其△H也不同。由于中學階段所用△H一般是指298K（即：25℃）和101kPa時的數(shù)據(jù)，故大多不特別標明。⑥對于可逆反應，例如：對于反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△＝－92.2kJ/mol表示1molN2(g)與3molH2(g)完全反應生成2molNH3(g)放出熱量92.2kJ。第13頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【問題】1molN2與3molH2相混合，在一定條件下反應，放出的熱量是92.2KJ嗎？為什么？答：不是！因為該反應是可逆反應，1molN2與3molH2相混合，在一定條件下反應生成的氨小于2mol，所以放出的熱量也小于92.2kJ。（3）熱化學方程式的意義：它不僅標明了化學反應的物質(zhì)變化，也標明了化學反應中的能量變化?！纠}1】（見《化學反應原理》第4頁?！窘涣髋c討論】完成《化學反應原理》第3頁“交流與討論”?！締栴}解決】完成《化學反應原理》第4~5頁“問題解決”。第14頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三2、步驟及儀器（見《化學反應原理》第6頁“活動與探究”）五、反應熱的測量與計算第15頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三☆中和熱：在稀溶液中，酸堿發(fā)生中和反應，生成1mol水所放出的熱量，叫做中和熱?！咀⒁狻竣購娝岷蛷妷A在稀溶液中發(fā)生中和反應，中和熱△H＝－57.3kJ·mol－1。②弱酸代替強酸（或弱堿代替強堿），因電離吸熱，反應熱減小。③若用濃硫酸（或NaOH固體），因比中和熱多了一個溶解熱，所以放熱增多。④放熱越多，△H越小，這是很容易混淆的。第16頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【問題22】請回答下列問題（50mL0.50mol/L的鹽酸中加入50mL0.50mol/L的氫氧化鈉溶液）：（1）酸堿混合時為何要把量筒中的氫氧化鈉溶液一次性倒入小燒杯中，而不是緩緩倒入？【答】因為本實驗的關鍵是測反應的反應熱，若動作遲緩，將使能量損失而使實驗誤差增大→偏高（△H）。（2）實驗中若把50mL0.5mol/L的鹽酸改為50mL0.50mol的醋酸溶液，所測結果是否會有所變化？為什么？【答】會有變化。因為醋酸為弱電解質(zhì)，其電離時要吸熱，故將使得測得結果偏高（△H）。（3）本實驗試劑常為50mL0.50mol/L的鹽酸和50mL0.55mol/L的氫氧化鈉溶液，即反應物的物質(zhì)的量之比不是1∶1，而是氫氧化鈉略為過量，這是為什么？是否會影響實驗結果？為什么？【答】為了保證0.5mol/L的鹽酸完全被氫氧化鈉中和。不會，因中和熱是指酸與堿發(fā)生中和反應生成1mol水時放出的熱量，其數(shù)值與反應物的量多少無關。故所測得結果基本和本實驗實驗結果相同。（4）若改用100mL0.50mol/L的鹽酸和100mL0.55mol/L的氫氧化鈉溶液，所測得中和熱的數(shù)值是否約為本實驗結果的兩倍（假定各步驟操作均無誤差）？為什么？【答】否。因中和熱是指酸與堿發(fā)生中和反應生成1mol水時放出的熱量，其數(shù)值與反應物的量多少無關。故所測得結果基本和本實驗實驗結果相同（若所有操作都準確無誤，且無熱量損失，則兩者相同）。（5）做一次完整的反應熱的測定，溫度計需要用

次。3第17頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三偏低偏低偏高偏高偏高（7）右邊是自制的簡易量熱計，請回答下列問題：①燒杯間填滿碎泡沫塑料的作用是

。②環(huán)形玻璃攪拌棒能否改用鐵質(zhì)攪拌棒代替

（填：能或不能）？

。其原因是：

。保溫隔熱，防止熱量的損失，減小實驗誤差不能鐵會與鹽酸反應，同時鐵導熱性好，熱量損失大，可能會引起實驗誤差。第18頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三（8）請設計一張?zhí)幚矸磻獰岬臏y定實驗數(shù)據(jù)的表格。第19頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三（二）蓋斯定律：一個化學反應，不論是一步完成，還是分幾步完成，其總的熱效應是完全相同的。蓋斯定律表明：一個化學反應的焓變僅與反應的起始狀態(tài)和反應的最終狀態(tài)有關，而與反應的途徑無關。這就好比登泰山，可以經(jīng)歷不同的途徑和不同的方式，無論你是拾級而上，還是乘坐索道纜車，當你站在泰山之顛時，與你站在山腳下相比，兩種方式所發(fā)生的勢能變化是相同的?！揪毩?】完成《化學反應原理》第12頁“練習與實踐”第6題?！揪毩?】同素異形體相互轉化的反應熱相當小而且轉化速率很慢，有時還反應不完全，測定反應熱很困難。已知：①P4(白磷)+5O2(g)=P4O10(s)△H=-2983.2kJ/mol②P(紅磷)+5/4O2(g)=1/4P4O10(s)△H=-738.5kJ/mol請根據(jù)蓋斯定律寫出白磷轉化為紅磷的熱化學方程式

。在相同狀況下，能量較低的是

，說明白磷的穩(wěn)定性比紅磷

（填：高或低）。第20頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三六、標準燃燒熱（簡稱燃燒熱）1、定義：在101kPa下，1mol物質(zhì)完全燃燒的反應熱叫做該物質(zhì)的標準燃燒熱?！咀⒁狻竣傥镔|(zhì)完全燃燒是指物質(zhì)中：含有的氮元素轉化為N2（g），氫元素轉化為H2O(l)，碳元素轉化為CO2(l)、硫轉化為SO2(g)。②1g物質(zhì)完全燃燒的反應熱叫做該物質(zhì)的熱值，不要與標準燃燒熱相混淆。2、標準燃燒熱的熱化學方程式：以燃燒1mol可燃物為標準，配平其余物質(zhì)的化學計量數(shù)（常用分數(shù)表示）的熱化學方程式，稱為標準燃燒熱的熱化學方程式。第21頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【練習】已知熱化學方程式：①H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)△H=-241.8kJ/mol②2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)△H=-483.6kJ/mol③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H=-285.8kJ/mol④2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=-571.6kJ/mol則：氫氣的標準燃燒熱為

，熱值為

，反應

為氫氣的標準燃燒熱的熱化學方程式（填：編號）。第22頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三七、能源的充分利用【問題】請大家思考一下，你所了解的傳統(tǒng)能源有哪些？新能源又有哪些？答：傳統(tǒng)能源：石油、煤、天然氣、熱力、電力……新能源：太陽能、核能、風能、生物質(zhì)能、地熱能、海洋能、氫能、天然氣水合物……【問題】新能源有什么主要優(yōu)點？答：資源豐富，可再生，無污染?！締栴}】能源有可以分為一次能源和二次能源。所謂一次能源指的是直接取自自然界，沒有加工轉換的各種能量和資源；而二次能源指的是由一次能源經(jīng)過加工轉換后得到的能源。根據(jù)上述分類，請大家把上面提到的能源進行分類。答：一次能源：石油、煤、太陽能、風能、天然氣、核能……二次能源：電力、熱力、氫能……第23頁，講稿共27頁，2023年5月2日，星期三【問題】面對能源危機，當務之急是提高現(xiàn)有能源的利用率。一直以來，煤作為最重要的傳統(tǒng)燃料之一，為經(jīng)濟發(fā)展做出了巨大的貢獻。請大家思考：在許多場合將煤塊，這種燃燒方式存在什么缺陷？答：采用這種方式燃燒煤，煤與空氣的接觸面積不夠，內(nèi)部煤的燃燒效率偏低，浪費了能源。另外，直接燃燒煤會使其中含有的硫轉化為二氧化硫，引起大氣污染。【問題】哪些方法可以提高煤的燃燒效率？答：目前常用的方法主要有三種：（1）將煤制成蜂窩狀，以增加與空氣的接觸面積；（2）通過一定的方法將煤轉化為液體燃料（如甲醇）；（3）通過一定的方法將煤轉化為氣體燃