選修四【課件】化學反應的熱效應分析

第一頁第二頁，共35頁?！墩却蟊鸲鳌防锩嬗幸粋€美軍用燃燒彈燒死坑道中敵兵的鏡頭，這就是燃燒彈在現(xiàn)代坑道戰(zhàn)、塹壕戰(zhàn)中的作用之一。由于汽油密度較小，發(fā)熱量高，便宜，所以被廣泛用作燃燒彈原料。加入能與汽油結合成膠狀物的黏合劑，就制成了凝固汽油彈。為了攻擊水中目標，有的還在凝固汽油彈里添加活潑金屬鉀、鈣、鋇，金屬與水結合放出的氫氣又發(fā)生燃燒，提高了燃燒威力。對于有裝甲的坦克，燃燒彈也有對付的高招，由于鋁粉和氧化鐵能發(fā)生壯觀的鋁熱反應(2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe＋熱量)，該反應放出的熱量足以使鋼鐵熔化成液態(tài)，所以用鋁熱劑制成的燃燒彈可熔掉坦克厚厚的裝甲，使其望而生畏。那么，燃燒彈為什么能釋放出這么巨大的熱量呢？還有哪些物質在反應過程中能放出這么巨大的能量？如何根據(jù)這些物質的性質設計出可被我們利用于造福人類的能源？本課時我們將深入分析這些問題。第二頁第三頁，共35頁。第三頁第四頁，共35頁。一、化學反應的焓變1．化學反應中除了物質的變化還伴隨著________的變化，因此化學反應還可以分為_______反應和_______反應。2．當化學反應在一定的________下進行時，反應所________或________的熱量稱為在此溫度下的________。3．“焓”是用來描述物質所具有的________的物理量，其符號為________，可用它的變化來描述與________有關的能量變化。在反應中反應體系________時，所發(fā)生的反應的反應熱稱為________，用________表示。1.能量吸熱放熱2．溫度吸收放出反應熱3．能量H化學反應恒溫恒壓反應的焓變ΔH第四頁第五頁，共35頁。4．若ΔH＞0時，________物所具有的能量大于________物所具有的能量(即體系的能量________)，反應為________反應；反之，若ΔH＜0時，________物所具有的能量小于________物所具有的能量(即體系的能量________)，反應為________反應。生成反應升高吸熱生成反應降低放熱二、熱化學方程式1．在熱化學中，將一個化學反應的________變化和反應的________變化同時表示出來的化學方程式稱為熱化學方程式。因此，熱化學方程式既遵循________守恒，又遵循________守恒。物質能量質量能量第五頁第六頁，共35頁。2．書寫熱化學方程式的注意事項(1)要在物質的________后面用括號注明物質的________。一般用英文字母g、l和s分別表示物質為________態(tài)、________態(tài)和________態(tài)。水溶液中的溶質則用________表示。(2)ΔH后要注明________，因為在不同________下進行同一反應，其________是不同的。在溶液中的反應應注明________以及________的濃度。(3)ΔH的單位是________或________。2．(1)化學式狀態(tài)氣液固aq(2)反應條件條件能量變化溫度溶液(3)kJ·mol－1J·mol－1第六頁第七頁，共35頁。(4)若化學方程式中各物質的________加倍，則ΔH的________也加倍，因此熱化學方程式中各物質的化學計量數(shù)只表示反應中各物質的________，而不表示粒子個數(shù)；若反應逆向進行，則ΔH改變________，但ΔH的________不變?；瘜W計量數(shù)值物質的量符號值三、反應熱的測量與計算1．用于測定反應熱的儀器稱為________。使用時，將兩種反應物加入________并使之迅速混合，測量________，即可根據(jù)________，利用式子________計算出反應所釋放或吸收的熱量Q。量熱計量熱計最高溫度溫度差Q＝ΔT·m·c第七頁第八頁，共35頁。2．測量中和反應的反應熱時，參加反應的物質必須是________或________，因為它們在水中________，所發(fā)生的反應都是________。3．一個化學反應無論是一步完成還是分幾步完成，________是完全相同的。利用蓋斯定律計算化學反應的焓變的方法：若一個化學方程式可由另外幾個化學方程式相加減而得到，則該反應的焓變即為________。2．強酸強堿完全電離進行到底的3．總的熱效應這幾個反應焓變相加減的結果第八頁第九頁，共35頁。四、能源的充分利用1．能源是可以提供能量的自然資源，包括________、________、________、________等。2．質量相同、組成不同的燃料，完全燃燒后放出的熱量不相等，人們通常用________或________來衡量燃料燃燒放出熱量的大小。在101kPa的壓強下，__________叫做該物質的標準燃燒熱，__________叫做該物質的熱值。1.化石燃料陽光風力流水2．標準燃燒熱熱值1mol物質完全燃燒的反應熱1g物質完全燃燒的反應熱第九頁第十頁，共35頁。第十頁第十一頁，共35頁。化學反應的反應熱中的概念辨析

1．反應熱、焓變的概念當一個化學反應在一定溫度下進行時，反應過程中所釋放或吸收的熱量，稱為此反應在該溫度下的反應熱，又稱為焓變，用符號ΔH表示，單位常用kJ·mol－1。許多化學反應的反應熱都可以通過實驗來測定。2．放熱反應與吸熱反應的異同（見下表）類型比較放熱反應吸熱反應定義有熱量放出的化學反應吸收熱量的化學反應形成原因反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量反應物具有的總能量小于生成物具有的總能量第十一頁第十二頁，共35頁。與化學鍵強弱的關系生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應物分子斷裂時吸收的總能量生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應物分子斷裂時吸收的總能量表示方法ΔH＜0ΔH＞0圖示實例H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g)；ΔH＝－184.6kJ·mol－1C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；ΔH＝＋131.3kJ·mol－1第十二頁第十三頁，共35頁。3．中和熱中和熱：在稀溶液中，酸和堿發(fā)生中和反應生成1mol水時所放出的熱量。(1)對于強酸和強堿的稀溶液反應，其中和熱基本上是相等的，都約是57.3kJ·mol－1。H＋(aq)＋OH－(aq)H2O(l)；ΔH＝－57.3kJ·mol－1。(2)對于強酸和弱堿(或弱酸和強堿)的稀溶液反應，中和熱一般低于57.3kJ·mol－1，因為弱電解質的電離是吸熱的。如：CH3COOH(aq)＋OH－(aq)CH3COO－(aq)＋H2O(l)；ΔH＝－akJ·mol－1(其中a＜57.3)。第十三頁第十四頁，共35頁。(3)中和反應的實質是H＋和OH－中和生成H2O。若反應過程中有其他物質生成(如生成不溶性物質或難電離的其他物質等)，這部分反應熱不在中和熱內。4．燃燒熱燃燒熱：25℃、101kPa時，1mol純物質完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物所放出的熱量，叫做該物質的燃燒熱。單位為kJ·mol－1。第十四頁第十五頁，共35頁。熱化學方程式的書寫及熱量的計算

1．熱化學方程式的書寫書寫熱化學方程式時除遵循化學方程式的書寫要求外，還要注意以下幾點：(1)反應的焓變與各反應物和生成物的聚集狀態(tài)有關，因此必須在方程式中每種物質的化學式后面用括號注明物質的聚集狀態(tài)(s、l、g)，不用標“↑”或“↓”，水溶液中的溶質則用“aq”表示。(2)焓變與溫度和壓強等測定條件有關，所以書寫時必須指明反應的溫度和壓強(298K、101kPa時，可不注明)。(3)化學計量數(shù)只表示該物質的物質的量，不表示分子個數(shù)或原子個數(shù)。第十五頁第十六頁，共35頁。(4)ΔH的單位是J·mol－1或kJ·mol－1，ΔH只能寫在化學方程式的右邊，表示正向反應的焓變。若ΔH為“－”表示反應為放熱反應；若ΔH為“＋”，則表示反應為吸熱反應。(5)由于ΔH與反應完成的物質的量有關，所以方程式前面的化學計量數(shù)必須與ΔH相對應，若化學方程式中各物質的化學計量數(shù)加倍，則ΔH的數(shù)值也加倍；若反應逆向進行，則ΔH改變符號，但絕對值不變。2．常用的有關反應焓變的簡單計算的方法歸類(1)根據(jù)熱化學方程式進行計算：焓變(ΔH)與反應物各物質的物質的量成正比。如：2H2(g)＋O2(g)2H2O(l)；ΔH＝－571.6kJ·mol－1，生成2molH2O(l)時，ΔH＝－571.6kJ·mol－1；生成1molH2O(l)時，ΔH＝－285.8kJ·mol－1。第十六頁第十七頁，共35頁。(2)根據(jù)反應物和生成物的能量計算：ΔH＝生成物的能量之和－反應物的能量之和。(3)根據(jù)反應物和生成物的鍵能計算：ΔH＝反應物的總鍵能－生成物的總鍵能。(4)根據(jù)蓋斯定律計算：將熱化學方程式進行適當?shù)摹凹印?、“減”等變形后，由過程的焓變進行計算、比較。(5)根據(jù)比熱公式進行計算：Q＝－c·m·(T2－T1)。第十七頁第十八頁，共35頁。下列變化中，屬于吸熱反應的是()①液態(tài)水汽化②將膽礬加熱變?yōu)榘咨勰蹪釮2SO4稀釋④KClO3分解制O2⑤生石灰跟水反應生成熟石灰⑥CaCO3高溫分解⑦CO2＋C

2CO⑧Ba(OH)2·8H2O與固體NH4NO3混合⑨C＋H2O(g)

CO＋H2⑩Al＋HCl反應A．①②④⑥⑦⑧⑨B．②④⑥⑦⑧⑨C．①④⑥⑧D．①②④⑧⑨第十八頁第十九頁，共35頁。解析：化學反應過程中伴隨著能量的吸收或放出，清楚哪些反應放熱，哪些反應吸熱，知道歸類。分解反應為吸熱反應，②④⑥都是分解反應；①液態(tài)水汽化是物理變化，不是化學反應；⑧在教材中專門設有實驗，為吸熱反應；⑦⑨是在高溫下進行，故吸熱。答案：B點評：常見的吸熱反應絕大多數(shù)為分解反應，再就是某些高溫下的反應；對物理變化的放熱、吸熱不應歸類為放、吸熱反應判斷依據(jù)。第十九頁第二十頁，共35頁。已知下列熱化學方程式：2H2(g)＋O2(g)2H2O(g)；ΔH＝－483.6kJ·mol－1H2(g)＋O2(g)H2O(g)；ΔH＝－241.8kJ·mol－12H2(g)＋O2(g)2H2O(l)；ΔH＝－571.6kJ·mol－1則氫氣的燃燒熱是()A．－483.6kJ·mol－1B．－241.8kJ·mol－1C．－571.6kJ·mol－1D．－285.8kJ·mol－1第二十頁第二十一頁，共35頁。解析：本題通過方程式考查燃燒熱的定義，即298K、101kPa時，1mol可燃物燃燒生成穩(wěn)定的化合物放出的熱量為燃燒熱。H2生成穩(wěn)定的化合物為液態(tài)水，所以由第三個方程式求燃燒熱為：×(－571.6kJ·mol－1)＝－285.8kJ·mol－1。答案：D第二十一頁第二十二頁，共35頁。已知在25℃、101kPa下，1gC8H18燃燒生成CO2和H2O(l)時放出48.40kJ的熱量，表示上述反應的熱化學方程式正確的是()A．C8H18(l)＋O2(g)8CO2(g)＋9H2O(g)；ΔH＝－48.40kJ·mol－1B．C8H18(l)＋O2(g)8CO2(g)＋9H2O(l)；ΔH＝－5518kJ·mol－1C．C8H18(l)＋O2(g)8CO2(g)＋9H2O(l)；ΔH＝＋5518kJ·mol－1D．C8H18(l)＋O2(g)8CO2(g)＋9H2O(l)；ΔH＝－48.40kJ·mol－1第二十二頁第二十三頁，共35頁。解析：本題考查熱化學方程式的書寫，應注意以下幾點：①標明各物質的聚集狀態(tài)，A中H2O的狀態(tài)標錯；②標明吸熱還是放熱，ΔH＞0時為吸熱，ΔH＜0時為放熱，本題放熱ΔH＜0，故C錯；③物質變化和能量變化要對應，顯然D錯。答案：B第二十三頁第二十四頁，共35頁。蓋斯定律

1．蓋斯定律的內容：化學反應的焓變只與反應體系的始態(tài)(各反應物)和終態(tài)(各生成物)有關，而與反應的途徑無關。如果一個反應分幾步進行，則各分步反應的反應焓變之和與該反應一步完成時的焓變是相同的，這就是蓋斯定律。2．蓋斯定律的特點(1)反應熱效應只與始態(tài)、終態(tài)有關，與過程無關，就像登山至山頂，不管選哪一條路走，山的海拔總是不變的。即從途徑角度理解如右圖所示。第二十四頁第二十五頁，共35頁。(2)反應熱總值一定。下圖表示從始態(tài)到終態(tài)的反應熱。則有ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。(3)熱化學方程式之間可以進行代數(shù)變換等數(shù)學處理。H第二十五頁第二十六頁，共35頁。已知：C(s)＋O2(g)CO2(g)；ΔH1＝－393.5kJ·mol－1①CO(g)＋O2(g)CO2(g)；ΔH2＝－283.0kJ·mol－1②①式－②式得：C(s)＋O2(g)CO(g)；ΔH3＝－110.5kJ·mol－13．蓋斯定律的意義：因為有些反應進行很慢，有些反應不容易直接發(fā)生，有些不反應，此時如果應用蓋斯定律，就可以間接地把它們的反應熱計算出來。第二十六頁第二十七頁，共35頁。根據(jù)蓋斯定律，結合下列反應方程式，回答問題。已知：(1)NH3(g)＋HCl(g)NH4Cl(s)；ΔH＝－176kJ·mol－1(2)NH3(g)＋H2O(l)NH3·H2O(aq)；ΔH＝－35.1kJ·mol－1(3)HCl(g)＋H2O(l)HCl(aq)；ΔH＝－72.3kJ·mol－1(4)NH3(g)＋HCl(aq)NH4Cl(aq)；ΔH＝－52.3kJ·mol－1(5)NH4Cl(s)＋H2O(l)NH4Cl(aq)；ΔH則第(5)個方程式中的反應熱是__________________。第二十七頁第二十八頁，共35頁。解析：新的信息是蓋斯定律和上述方程式，已有信息是方程式之間可以進行數(shù)學運算。新舊信息相結合，即(4)＋(3)＋(2)－(1)與(5)相比較，得反應熱是＋16.3kJ·mol－1。答案：＋16.3kJ·mol－1第二十八頁第二十九頁，共35頁。1840年，俄國化學家蓋斯(G.H.Hess)指出，一個化學反應的熱效應僅與反應物的最初狀態(tài)及生成物的最終狀態(tài)有關，而與中間步驟無關，這就是著名的“蓋斯定律”。按此規(guī)律回答下列問題。已知火箭發(fā)射時可用肼(N2H4)作燃料。二氧化氮作氧化劑，這兩者反應生成氮氣和水蒸氣。且N2(g)＋2O2(g)2NO2(g)；ΔH1＝+67.7kJ·mol－1①N2H4(g)＋O2(g)N2(g)＋2H2O(g)；ΔH2＝－534kJ·mol－1②請計算1mol氣體肼和NO2完全反應時放出的熱量為____________kJ。并寫出肼與NO2反應的熱化學方程式。第二十九頁第三十頁，共35頁。解析：本題是一道信息題，考查對“蓋斯定律”的理解和應用。根據(jù)題意，要求下列反應的反應熱ΔH3的值：N2H4(