1、第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量的变化 1、化学反应的特征、化学反应的特征 物质变化物质变化 能量变化能量变化 质量守恒质量守恒 能量守恒能量守恒 2、化学反应中能量的变化（吸收和放出），可、化学反应中能量的变化（吸收和放出），可 以以 、 、 及其它形式的能量及其它形式的能量 表现出来。表现出来。 光能光能 热能热能 电能电能 当能量变化以当能量变化以热能热能的形式表现时，化学反应可以分为：的形式表现时，化学反应可以分为： 3、放热反应与吸热反应、放热反应与吸热反应 反反 高高 生生 低低 生生 高高 反反 低低 放热反应放热反应 吸热反应吸热反应 （熟记常见反应）（熟记常见反
2、应） 反反 高高 (1) 放热反应放热反应 化学反应中放出热量的反应。化学反应中放出热量的反应。 E (反应物反应物) E (生成物生成物) 生生 低低 常见的放热反应：常见的放热反应： a. 物质与物质与O2的氧化反应（燃烧，生锈等）；的氧化反应（燃烧，生锈等）； b. 中和反应（酸碱）；中和反应（酸碱）； c. 金属与水金属与水or酸的反应；酸的反应； d. 绝大多数绝大多数化合反应（化合反应（CaO与与H2O）。）。 C + CO2 = 2CO 吸热反应吸热反应 放热反应有时也放热反应有时也需要需要 加热加热才能发生！才能发生！ 高温高温 生生 高高 (2) 吸热反应吸热反应 化学反应中
3、吸收热量的反应。化学反应中吸收热量的反应。 E (反应物反应物) E (生成物生成物) 反反 低低 常见的吸热反应：常见的吸热反应： a. Ba(OH)2 8 H2O晶体与晶体与NH4Cl晶体反应；晶体反应； b. H2与与CuO等还原反应；等还原反应； c. C作还原剂的反应；作还原剂的反应； d. 绝大多数绝大多数分解反应。分解反应。 C + CO2 = 2CO C + H2O = CO + H2 水煤气水煤气 e. 水解反应。水解反应。 一、反应热和焓变一、反应热和焓变 1、反应热、反应热 化学反应中所化学反应中所吸收吸收或或放出放出的热量。的热量。 恒温恒温恒压恒压下，反应热称“焓变”
4、。下，反应热称“焓变”。 2、焓变、焓变 1）符号：）符号： 2）单位：）单位： H kJ/mol 或或 kJ mol1 注：单位中的每注：单位中的每mol是与整个反应对应的，是与整个反应对应的， 即反应热表示每即反应热表示每mol反应放出或吸收的热量。反应放出或吸收的热量。 3）表示方法）表示方法 放热放热反应反应 (体系体系能量能量降低降低)： H 0， ， H为为“ + ” 所谓所谓体系体系是指被研究的物质系统；而是指被研究的物质系统；而 体系以外的其他部分就称为体系以外的其他部分就称为环境环境 4）化学反应中能量变化的原因）化学反应中能量变化的原因 旧键断裂旧键断裂 吸收能量吸收能量
5、新键形成新键形成 放出能量放出能量 = = 679kJ/mol 862kJ/mol H = 679kJ/mol 862kJ/mol = 183kJ/mol 反应物的键能总和反应物的键能总和 生成物的键能总和生成物的键能总和 5）焓变与键能的关系（微观）焓变与键能的关系（微观） H = 反应物的键能总和 反应物的键能总和 生成物的键能总和生成物的键能总和 例例 1：1mol C与与 1mol H2O(g) 反应生成反应生成 lmol CO(g) 和和 1mol H2(g)，需要吸收，需要吸收131.5kJ的热量，该反应的反应的热量，该反应的反应 热为热为H = kJ/mol。 131.5 例例
6、2：拆开：拆开 1mol HH键、键、1mol NH键、键、1mol NN 键分别需要的能量是键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ， 则则1mol N2生成生成NH3的反应热为的反应热为 ， 则则1mol H2生成生成NH3的反应热为的反应热为 。 92 kJ/mol 30.67 kJ/mol 相当于相当于 1/3 mol N2 6）焓变与物质能量的关系（宏观）焓变与物质能量的关系（宏观） H = E 生成物 生成物 E 反应物反应物 任何一个化学反应都包括任何一个化学反应都包括物质的变化物质的变化和和能量的变化能量的变化。 那么，有什么表达式能把这两种变化都表示出来？那么，有
7、什么表达式能把这两种变化都表示出来？ H2 + I2 = 2HI 只表示只表示物质变化物质变化 【例例1】 在在200、101kPa时，时，1 mol H2与碘蒸气作用生与碘蒸气作用生 成成HI的反应，科学文献上表示为：的反应，科学文献上表示为： H = H2(g) + I2 (g) = 2HI(g) 200 101kPa 14.9 kJ/mol 二、热化学方程式二、热化学方程式 能表示参加反应能表示参加反应物质的量物质的量和和反应热反应热的的 关系关系的化学方程式。的化学方程式。 1、定义、定义 2、含义、含义 表示表示1mol气态气态H2与与1mol气态碘完全反应，气态碘完全反应， 生成生
8、成2mol气态气态HI时，放出时，放出14.9kJ的热量。的热量。 H = H2(g) + I2 (g) = 2HI(g) 200 101kPa 14.9 kJ/mol 3、书写要点、书写要点 H2 (g) + O2(g) = H2O(g)； H= 241.8 kJ/mol 2 1 H2 (g) + O2(g) = H2O(l)； H= 285.8 kJ/mol 2 1 2H2 (g) + O2(g) = 2H2O(l)； H= 571.6 kJ/mol 2H2O(l) = 2H2 (g) + O2(g) ； H= + 571.6 kJ/mol 一般应注明反应的一般应注明反应的温度、压强温度、
9、压强； H与实验的条件、与实验的条件、 物质的状态有关！物质的状态有关！ （250C ，101kPa时不注明）时不注明） 一定标明各物质的一定标明各物质的状态状态（s、l、g、aq） ； H2O(l) H2O(g ) H= + 44 kJ/mol H只放右边，以空格与标有物质状态的化学方程只放右边，以空格与标有物质状态的化学方程 式隔开式隔开(数值及单位数值及单位) 放热：放热： H 0； 系数系数仅仅表示仅仅表示物质的量物质的量，不表示分子或原子个数；，不表示分子或原子个数； 故系数可以是故系数可以是整数、分数、小数整数、分数、小数； H的值与系数相匹配。的值与系数相匹配。 系数加倍，系数加
10、倍，H值也加倍。值也加倍。 正逆反应的正逆反应的H绝对值相等，符号相反。绝对值相等，符号相反。 反应物反应物完全完全变成生成物，所释放或吸收的热量。变成生成物，所释放或吸收的热量。 热化学方程式热化学方程式一般不要写反应条件一般不要写反应条件。 例例1：当：当1mol气态气态H2与与1mol气态气态Cl2反应生成反应生成2mol 气态气态HCl，放出，放出184.6kJ的热量，请写出该反应的的热量，请写出该反应的 热化学方程式。热化学方程式。 H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g) H =184.6 kJ/mol 2H2(g) + 2Cl2(g) = 4HCl(g) H =369.2
11、 kJ/mol H2(g) + Cl2(g) = HCl(g) H =92.3 kJ/mol 1 2 1 2 例例2：1mol N2(g) 与适量与适量O2(g) 反应生成反应生成NO2 (g)， 需吸收需吸收68kJ的热量；写出热化学方程式。的热量；写出热化学方程式。 N2(g) + 2O2(g) = 2NO2 (g) H = + 68 kJ/mol 例例3、沼气的主要成分是甲烷。、沼气的主要成分是甲烷。0.5 mol CH4完全燃烧完全燃烧 生成生成CO2和和H2O时，放出时，放出445 kJ的热量。则下列热化的热量。则下列热化 学方程式中正确的是（学方程式中正确的是（ ） A、2CH4(
12、 g ) 4O2( g ) 2CO2( g ) 4H2O ( l ) H = + 890 kJ/mol B、CH4 2O2 CO2 H2O H = 890 kJ/mol C、CH4 ( g ) 2 O2 ( g ) CO2 ( g ) 2 H2O ( l ) H = 890 kJ/mol D、 1/2CH4 ( g ) O2 ( g ) 1/2CO2 ( g ) H2O ( l ) H = 890 kJ/mol C 状态状态 H = 445 kJ/mol 化学方程式化学方程式 热化学方程式热化学方程式 化学计化学计 量数量数 是是整数整数，即，即表示微粒个数，表示微粒个数， 又表示物质的量又表
13、示物质的量 整数也可以是整数也可以是分数分数，只，只 表示物质的物质的量表示物质的物质的量 状态状态 不要求表明不要求表明 必须在分子式后表必须在分子式后表 明明 正负正负 号及号及 单位单位 无无 必须表明必须表明 意义意义 表示化学反应中的物表示化学反应中的物 质变化质变化 不仅表示化学反应不仅表示化学反应 中的中的物质变化，物质变化，还还 表明化学反应中表明化学反应中能能 量的量的 变化变化 小结：化学方程式与热化学方程式的比较小结：化学方程式与热化学方程式的比较 三、中和反应反应热的测定三、中和反应反应热的测定 测定强酸与强碱反应的反应热，测定强酸与强碱反应的反应热， 体验化学反应的热
14、效应。体验化学反应的热效应。 大烧杯（大烧杯（500ml500ml）、小烧杯（小烧杯（100ml100ml）、温度计、温度计、 量筒（量筒（50ml) 50ml) 两个两个 泡沫塑料或纸条泡沫塑料或纸条 泡沫塑料板或硬纸板（中心有两个小孔）泡沫塑料板或硬纸板（中心有两个小孔） 环形玻璃搅拌棒环形玻璃搅拌棒 实验目的实验目的 实验用品实验用品 中和热中和热：在稀溶液中，酸与碱发生：在稀溶液中，酸与碱发生 中和反应生成中和反应生成1mol水所产生的反应水所产生的反应 热热 1.1.保温。在大烧杯底部垫泡沫塑保温。在大烧杯底部垫泡沫塑 料，料，使放入的小烧杯杯口与大烧使放入的小烧杯杯口与大烧 杯杯口
15、相平。杯杯口相平。然后再在大、小烧然后再在大、小烧 杯之间填满碎泡沫塑料，大烧杯杯之间填满碎泡沫塑料，大烧杯 上用泡沫塑料板（或硬纸板）作上用泡沫塑料板（或硬纸板）作 盖板，在板中间开两个小孔，正盖板，在板中间开两个小孔，正 好使温度计和环形玻璃搅拌棒通好使温度计和环形玻璃搅拌棒通 过，如图所示。过，如图所示。 实验步骤实验步骤 答案：两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而减答案：两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而减 少热量损失；填碎纸条的作用是为了达到保温隔热、减少热量损失；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、密封性能少实验过程中热量损失的目
16、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。更好的装置（如保温杯）会使实验结果更准确。 思考思考1：大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？填大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？填 碎泡沫塑料（或碎纸条）的作用是什么？对此装置，碎泡沫塑料（或碎纸条）的作用是什么？对此装置， 你有何更好的建议？你有何更好的建议？ 思考思考2 2：为什么不用环形铁搅拌棒？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。都会造成热量的损失。 2.2.用一个量筒最取用一个量筒最取50 mL 0.50 m
17、ol/L50 mL 0.50 mol/L盐酸，倒入盐酸，倒入 小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下 表。表。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。 思考思考3：温度计上的酸为何要用水冲洗干净？冲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？洗后的溶液能否倒入小烧杯？为什么？ 答：因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不冲洗，答：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
18、小烧杯，若倒入，会冲洗干净；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，而导致实验结果误差。使溶液的总质量增加，而导致实验结果误差。 3.3.用另一个量筒量取用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH50 mL 0.55 mol/L NaOH 溶液，并用温度计测量溶液，并用温度计测量NaOHNaOH溶液的温度，记入溶液的温度，记入 下表。下表。 思考思考4 4：实验中所用实验中所用HClHCl和和NaOHNaOH的物质的量比为的物质的量比为 何不是何不是1111而是而是NaOHNaOH过量？过量？ 答：为了保证答：为了保证0.50 mol/L0.50 mol/L
19、的盐酸完全被的盐酸完全被NaOHNaOH中和，中和， 采用采用0.55 mol/L NaOH0.55 mol/L NaOH溶液，使碱稍稍过量。溶液，使碱稍稍过量。 思考思考5 5：酸、碱混合时，为何要把量筒中的酸、碱混合时，为何要把量筒中的 NaOHNaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？ 答：因为本实验的关键是测反应的反应热，若答：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。动作迟缓，将会使热量损失而使误差增大。 4.4.把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的 盐酸中，盐酸中，并把量筒中的并
20、把量筒中的NaOHNaOH溶液一次倒入小溶液一次倒入小 烧杯（注意不要洒到外面）。烧杯（注意不要洒到外面）。用环形玻璃搅用环形玻璃搅 拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的 最高温度，记为终止温度，记入下表。最高温度，记为终止温度，记入下表。 5.重复实验两到三次，取测量所得数据的重复实验两到三次，取测量所得数据的 平均值作为计算依据。平均值作为计算依据。 温度温度 实验次数实验次数 起始温度起始温度t t1 1/ 终止温度终止温度 t t2 2/ 温度差温度差 (t(t2 2- -t t1 1)/)/ HClHCl NaOHNaOH 平均值平均值 1 1
21、 2 2 3 3 实验数据处理实验数据处理 1 1、取三次测量所得数据的平均值作为计算依据、取三次测量所得数据的平均值作为计算依据 t t1 1/ t t2 2/ (t(t2 2- -t t1 1)/)/ 如果某一次实验的数据与另外两次实验的数据差异明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？显，怎么办？ 2.计算反应热计算反应热 50mL0.50 mol/L50mL0.50 mol/L的盐酸的质量的盐酸的质量m m1 1=50g=50g 50mL0.55 mol/L50mL0.55 mol/L的氢氧化钠溶液的质量的氢氧化钠溶液的质量m m2=50g=50g 中和后生成的溶液
22、的比热容中和后生成的溶液的比热容c4.18J/(g ) H= 0.418 （t2t1） 0.025 kJ/mol Q（m1 m2 ）c (t2t1) =0.418（t2t1）kJ 反应放出的热量为：反应放出的热量为： 生成生成1molH1molH2 2O O时放出的热量为：时放出的热量为： 参考值：参考值： -57.3kJ/mol 若改用若改用100mL0.50mol/L的盐酸和的盐酸和100mL0.55mol/L 的的NaOH溶液，所测得中和热的数值是否约为本实验溶液，所测得中和热的数值是否约为本实验 结果的两倍结果的两倍(假定各步骤操作没有失误假定各步骤操作没有失误)？ 答：否。因为中和热是指酸与碱发生中和反应生成答：否。因为中和热是指酸与碱发生中和反应生成 1molH2O时放出的热量，其数值与反应物的量无时放出的热量，其数值与反应物的量无 关，故所测结果应基本和本次实验结果相同。关，故所测结果应基本和本次实验结果相同。
