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第一章 化学反应与能量 化学反应除了有新物质生成(物质的变化),同时还伴随着能量的变化(能量的变化)。 物质的变化遵守质量守恒定律,而能量的变化则遵守能量守恒定律,那么一个化学反应中反应物和产物的质量与能量的变化有没有关系呢? 质量和能量虽然属于两个不同的范畴,但它们是密切相关的。在化学反应中,能量的释放和吸收是以发生变化的物质为基础的,二者密不可分,但以物质为主。能量释放和吸收的多少则以反应物和产物的质量为基础。 化学反应过程中所释放或吸收的能量,叫做化学反应的热效应。⒈热效应 反应热一、焓变 反应热 化学反应过程中所释放或吸收的能量,都可以用热量或换算成热量的形式来表示,所以化学反应的热效应一般称为反应热,用Q表示。⒉焓 焓变 焓: 与内能(描述物质所具有的能量)有关的物理量,用符号H表示。 不同的物质所具有的能量不同,其焓H也不相同。焓是物质固有的性质之一,不能测量。影响因素:反应物本身的性质物质的状态:g l s温度:T↑→H↑压强:P↑→H↑⑴ 定义:生成物与反应物的焓值差: ΔH = H生成物 - H反应物⑶单位:⑵ 符号:焓变: 影响因素:物质的量、温度、压强、状态.....⑷反应热与焓变的关系 一般反应都是在敞口容器中进行的,系统的压力等于外界压力,即反应在恒压条件下进行的, 恒压条件下反应的热效应等于焓变,我们常用焓变ΔH来表示反应热。ΔH = E旧键断裂时吸收的总能量 - E新键形成时放出的总能量ΔH = E反应物的键能之和 - E生成物的键能之和实验测得1molH2与1molCl2反应生成2molHCl 时放出184.6kJ的热量,从微观角度应如 何解释184.6kJ?⑸ΔH的计算方法ΔH = E生成物的总能量 - E反应物的总能量= 679kJ/mol - 862kJ/mol =–183kJ/molΔH = E旧键断裂时吸收的总能量 - E新键形成时放出的总能量 分析结果(183kJ/mol)与实验测得的数据(184.6kJ/mol)很接近,一般用实验数据来表示反应热。⒈ΔH的正负值是如何规定的?参照体系是 什么?⒉体系的能量如何变化?环境的能量如何变化? 所谓体系是指被研究的物质系统;而体系以外的其他部分就称为环境体系 环境- 反应后体系的能量降低,因此规定放热反应的∆H为“-”或ΔH<0• 当△H为“-”或△H<O时,为放热反应;体系 环境+ 反应后体系的能量升高,因此规定吸热反应的∆H为“+”或ΔH>0• 当△H为“+”或△H>O时,为吸热反应。二、热化学方程式⑴ 定义: 表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式,叫做热化学方程式。H2(g) + I2(g) == 2HI(g) △H = -14.9kJ/mol200℃101kPa物质变化 能量变化热化学方程式包含物质变化和能量变化两个部分。普通化学方程式只包含物质变化一个部分。⑵ 热化学方程式的意义:⑶热化学方程式的书写:⒈化学方程式的右边必须写上△H,并用“空格”隔开.若为放热反应,△H为“-”;若为吸热反应,△H为“+”. △H的单位是kJ/mol或J/mol.⒉热化学方程式需注明反应时的温度和压强。对于 25℃ 、101kPa时进行的反应可不注明。⒊热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各物质的物质的量,可为整数或分数。 普通化学方程式中化学计量数宏观上表示各物质的物质的量,微观上表示原子分子数目,只能为整数,不能为分数。H2(g) + O2(g)=H2O(g) △H=-241.8kJ/mol12H2(g) + O2(g)=H2O(l) △H=-285.8kJ/mol12H2O( l ) H2O( g ) 请分析为什么二者的产物同样是水,而释放出的能量却不同?液态水变成气态水时,能量是如何变化的?液态水变成水蒸气时要吸收热量结论:物质所具有的能量与它们的聚集状态有关。⒋热化学方程式需注明反应物、生成物各物质的状态(s→固体、l →液体、g →气体、aq →溶液)。不打↑、↓符号及注明反应条件H2(g) + O2(g)=H2O(g) △H=-241.8kJ/mol12H2(g) + O2(g)=H2O(g) △H=-241.8kJ/mol122H2(g) + O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6kJ/mol★kJ/mol的含义:表示每摩尔反应所吸收或放出的热量。它的值与方程式中的化学计量数有关,即对于相同的反应,当化学计量数不同时,其△H不同。具体来说,△H与化学计量数成正比。若化学方程式中各物质的化学计量数加倍,则△H的数值也加倍;2H2(g) + O2(g)=2H2O(g) △H=-483.6kJ/mol2H2O(g) = 2H2(g)+ O2(g) △H=+483.6kJ/mol⒌若反应逆向进行,则△H符号改变,但数值不变。巩固规律:H2(g) + 1/2O2(g)=H2O(g); ΔH=a kJ·mol-1 H2(g) + 1/2O2(g)= H2O(1);ΔH=b kJ·mol-1 2H2(g) + O2(g)= 2H2O(l); ΔH=c kJ·mol-1 1.请问上述三个反应中哪些是放热反应,哪些是吸热反应?2.比较a、b、c的大小关系?3.找出b、c之间的关系?例⒈今有如下三个热化学方程式:⑴H2(g)+1/2O2 (g) = H2O (g) ΔH1=akJ/mol⑵2H2(g)+O2 (g) =2H2O (g) ΔH2=bkJ/mol⑶H2(g)+1/2O2 (g) = H2O (l) ΔH3=ckJ/mol⑷2H2(g)+O2 (g) =2H2O (l) ΔH4=dkJ/mol则a、b、c、d的关系正确的是( )。A. ac0 B. bd0 C. 2a=b 0 D. 2c=d0C注意:比较反应热∆H的大小要注意前面的+、-号,类似于数学上的正负数比较;而比较反应吸收或释放的能量大小则比较其绝对值。例⒉今有如下三个热化学方程式:热化学方程式书写正误的判断:⑴看物质的聚集状态;⑵看△H的正负号、数值、单位;⑶看ΔH的数值和化学计量数、状态是否对应;⑷看是否符合燃烧热、中和热等的概念等主要方面入手点拨:⑷热化学方程式的书写正误的判断:三、中和热及其测定⒈中和热 在稀溶液中,强酸与强碱发生中和反应生成 1molH2O(l)时所释放的热量叫做中和热。H+(aq) + OH-(aq) = H2O(l) △H= -57.3kJ/mol概念辨析Ⅰ.条件:稀溶液。稀溶液是指溶于大量水的离子Ⅱ.反应物:(强)酸与(强)碱。中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时吸热所伴随的热效应。Ⅲ.生成物:H2O(l)。若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。Ⅳ.放出的热量:57.3kJ/mol①浓酸和浓碱的中和热数值﹥57.3kJ/mol。 中和热仅指在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1mol液态水时的反应热,与强酸、强碱的类别、用量无关。任何中和反应的中和热都相同。但是不同的中和反应,其反应热可能不同。中和热与中和反应的反应热的比较。②强酸和弱碱、强碱和弱酸、弱碱和弱酸的中和数值﹤ 57.3kJ/mol。NaOH(aq) + H2SO4(aq) = Na2SO4(aq) + H2O(l) △H= -57.3kJ/mol12122.中和热的测定实验目的 测定强酸与强碱反应的反应热,体验化学反应的热效应。实验用品 大烧杯(500ml)、小烧杯(100ml)温度计、量筒(50ml)两个、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)、环形玻璃搅拌棒 实验步骤 两杯口相平,可使盖板把杯口尽量盖严,从而减少热量损失;思考1:为什么杯口相平?碎纸条的作用 填碎纸条的作用是为了达到保 温隔热、减少实验过程中热量损失 的目的。若换用隔热、密封性能更好的装置(如保温杯)会使实验结果更准确。思考2:为什么不用环形铁搅拌棒? 铁与盐酸之间会发生反应,另外铁的导热性好,这样都会造成热量的损失。思考3:在中和热测定实验中能否用金属(不与酸反应)质环形搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒? 不能,因为金属易导热,会造成热量损失,增大实验误差。思考4:温度计上的酸为何要用水冲 洗干净?冲洗后的溶液能否倒入小烧杯?为什么? 因为该温度计还要用来测碱液的温度,若不冲洗,温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散失,故要冲洗干净;冲洗后的溶液不能倒入小烧杯,若倒入,会使溶液的总质量增加,而导致实验误差。思考5:实验中为何使用0.55 mol/L NaOH溶液而不用0.50 mol/L的NaOH溶液? 为了保证0.50 mol/L的盐酸完全被NaOH中和,采用0.55 mol/L NaOH溶液,使碱稍稍过量,提高实验的精确度。思考6:酸、碱混合时,为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入? 因为本实验的关键是测反应的反应热,若动作迟缓,将会使热量损失而使误差增大。 温度实验次数   起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃温度差(t2-t1)/℃HCl NaOH 平均值12320.420.3 20.35 23.520.2 20.4 20.33.1520.2 20.5 20.3523.623.53.33.15 重复实验步骤2~4三次,取测量所得数据的平均值作为计算依据。 减少实验过程中的误差 实验数据处理 t1/℃ t2/℃ (t2-t1)/℃⒈取三次测量所得数据的平均值作为计算依据. 如果某一次实验的数据与另外两次实验的数据差异明显,怎么办? ⒉计算反应热. 为了计算简便,近似地认为盐酸和NaOH溶液的密度和比热容与水相同,并忽略实验装置的比热容。⑴50ml0.50 mol/L盐酸的质量m1=50g,50ml0.55 mol/LNaOH溶液的质量m2=50g。生成1 mol H2O时的中和热:则实验中反应放出的热量为: Q=(m1+m2)·c·(t2-t1)=0.418(t2-t1)kJ H+(aq) + OH-(aq) = H2O(l) 0.025mol 0.025mol 0.025mol 测定值Q⑵中和后生成的溶液的比热容c=4.18 J/(g·℃)①保温效果一定要好,小烧杯和大烧杯的杯口要相平.作为量热器的仪器装置,要尽量减少热量散失。②盐酸和氢氧化钠溶液的浓度要准确,体积必须量取准确。所用NaOH溶液稍过量。③宜用有0.1℃刻度的温度计,读数要尽可能准确,且估读至小数点后二位。水银球应浸没在溶液中,稳定一段时间后再读数,以提高所测的精度。④测量完盐酸的温度后,应将温度计用蒸馏水洗后,再去测NaOH溶液的温度.⑤每次实验仅可能测得反应混合液的最高温度;平行做2-3次实验,温度采用平均值进行计算;⑥实验操作要快。1.量取溶液的体积有误差2.温度计的读数有误。3.实验过程中有液体洒在外面。4.混合酸、碱溶液时,动作缓慢,导致实验误差。5.隔热操作不到位,致使实验过程中热量损失而导致误差。6.测了酸后的温度计未用水清洗而便立即去测碱的温度,致使碱的温度偏高而引起误差。⒎实验中忽略了烧杯和温度计吸收的热量...... ☆课堂探讨☆ 你所测得的数据是否为57.3 kJ/mol,若不是,分析产生误差的原因。 更多

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