第一章 化学反应与能量

第一章化学反应与能量第一节化学反应与能量的变化一：基本概念1、什么是有效碰撞？引起分子间的化学反应的碰撞是有效碰撞，分子间的碰撞是发生化学反应的必要条件，有效碰撞是发生化学反应的充分条件，某一化学反应的速率大小与，单位时间内有效碰撞的次数有关2、什么是活化分子？具有较高能量，能够发生有效碰撞的分子是活化分子，发生有效碰撞的分子一定是活化分子，但活化分子的碰撞不一定是有效碰撞。有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中活化分子的多少有关。3、什么是活化能？活化分子高出反应物分子平均能量的部分是活化能，如图活化分子的多少与该反应的活化能的大小有关，活化能的大小是由反应物分子的性质决定，（内因）活化能越小则一般分子成为活化分子越容易，则活化分子越多，则单位时间内有效碰撞越多，则反应速率越快。4、什么是催化剂？催化剂是能改变化学反应的速率，但反应前后本身性质和质量都不改变的物质，催化剂作用:可以降低化学反应所需的活化能,也就等于提高了活化分子的百分数,从而提高了有效碰撞的频率.反应速率大幅提高.5、归纳总结：一个反应要发生一般要经历哪些过程？二：焓变反应热1．定义：化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以热量（或转换成相应的热量）来表示，称为焓变（ΔH），单位：kJ/mol或kJ•mol-1在化学反应中，旧键的断裂需要吸收能量，而新键的形成则放出能量。总能量的变化取决于上述两个过程能量变化的相对大小。任何一个化学反应中，反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量总不会相等的。在新物质产生的同时总是伴随着能量的变化。注意：(1)反应热和键能的关系例如：1molH2和1molCl2反应生成2molHCl的反应热的计算。1moLH2分子断裂开H—H键需要吸收436kJ的能量；1molCl2分子断裂开Cl—Cl键需要吸收243kJ的能量，而2molHCl分子形成2molH—Cl键放出431kJ·mol-1×2mol＝862kJ的能量，所以，该反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反应热△H＝生成物分子形成时释放的总能量—反应物分子断裂时所需要吸收的总能量＝862kJ·mol-1—436kJ·mol-1—243kJ·mol—1＝183kJ·mol-1由于反应后放出的能量使反应本身的能量降低，故规定△H＝反应物的键能总和—生成物的键能总和(2)反应焓变与反应条件的关系焓是科学家们为了便于计算反应热而定义的一个物理量，它的数值与物质具有的能量有关。对于一定量的纯净物质，在一定的状态（如温度、压强）下，焓有确定的数值。在同样的条件下，不同的物质具有的能量也不同，焓的数值也就不同；同一物质所处的环境条件（温度、压强）不同，以及物质的聚集状态不同，焓的数值也不同。焓的数值的大小与物质的量有关，在相同的条件下，当物质的物质的量增加一倍时，焓的数值也增加一倍。因此，当一个化学放映在不同的条件下进行，尤其是物质的聚集状态不同时，反应焓变是不同的。2．放热反应和吸热反应(1)放热反应：即有热量放出的化学反应，其反应物的总能量大于生成物的总能量。(2)吸热反应：即吸收热量的化学反应，其反应物的总能量小于生成物的总能量。3．化学反应中的能量变化示意图对于该“示意图”可理解为下列形式：由能量守恒可得：反应物的总能量：生成物的总能量＋热量(放热反应)反应物的总能量：生成物的总能量－热量(吸热反应)三：反应热与热化学方程式1、反应热：在化学实验和生产中，通常遇到的反应是在敞口容器中进行，反应系统的压力与外界压力(大气压)相等。也就是说，反应是在恒压下进行的。此时反应的热效应等于焓变。化学反应都伴有能量的变化，常以热能的形式表现出来，有的反应放热，有的反应吸热。反应过程中放出或吸收的热叫做反应热。反应热用符号△H表示，单位是kJ/mol或（kJ·mol－1）。放热反应的△H为“－”，吸热反应的△H为“＋”。反应热（△H）的确定常常是通过实验测定的。注意：在进行反应热和△H的大小比较中，反应热只比较数值的大小，没有正负之分；而比较△H大小时，则要区别正与负。2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)△H1＝－akJ·mol－1反应热：akJ·mol－1，△H：－akJ·mol－12H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)△H2＝－bkJ·mol－1反应热：bkJ·mol－1，△H：－bkJ·mol－1a与b比较和△H1与△H2的比较是不一样2、影响反应热大小的因素能量反应过程反应过程反应物生成物能量△H0△H0反应物生成物①反应热与测定条件（温度、压强等）有关。不特别指明，即指25℃，1.01×105Pa（101kPa）测定的。中学里热化学方程式里看到的条件（如：点燃）是反应发生的条件，不是测量条件。②反应热的大小与物质的集聚状态有关。③反应热的大小与物质的计量数有关。在反应：2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)；△H1＝－akJ·mol－1中，2molH2燃烧生成气态水放出的热量akJ，该反应的反应热是akJ·mol－1，该反应的△H是－akJ·mol－1。注意这三个单位。3、书写热化学方程式注意事项热化学方程式同时表明了两个方面的问题，一是新旧物质之间的转化，二是化学能与热能之间的转化。因此，热化学方程式必须同时符合质量守恒定律和能量守恒定律。书写热化学方程式应注意以下五点：1．注意ΔH的符号。ΔH只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边，且中间留字空。若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位一般为kJ/mol。2．注意测定条件。注意反应热ΔH与测定条件(温度、压强等)有关。因此，书写热化学方程式时应注意ΔH的测定条件。绝大多数ΔH是在25℃、101325Pa下测定的，可不注明温度和压强。3．注意物质的聚集状态。注意反应物和生成物的聚集状态不同，反应热ΔH也不同。因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。4．注意化学计量数注意热化学方程式是表示反应已完成的数量。由于ΔH与反应完成物质的量有关，所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。例如：已知H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l)ΔH＝－285.8kJ/mol，则H2O(l)===H2(g)＋1/2O2(g)ΔH＝＋285.8kJ/mol，2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ/mol。5．注意ΔH的单位关于ΔH的单位“kJ/mol”并不是指每摩尔具体物质反应时伴随的能量变化是多少千焦，而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化。四、典型例题例1．已知H2(g)＋1/2O2(g)＝H2O(g)反应过程中能量变化如图，问：a、b、c分别代表什么意义？该反应是放热反应还是吸热反应，ΔH大于零还是小于零？答案：a代表旧键断裂吸收的能量，b代表新键生成释放的能量，c代表反应热；该反应为放热反应，ΔH0。解析：H2(g)和1/2O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是，H2(g)→2H(g)和1/2O2(g)→O(g)过程中断开H－H和O＝O键吸收的能量，故a代表旧键断裂吸收的能量，b代表2H(g)＋O(g)结合成H2O(g)中化学键所放出的能量，c代表断键吸收的能量与成键所释放的能量之差；由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量，故该反应为放热反应，ΔH0。例2．某学习小组设计以下实验，探究化学反应中的热效应，把试管放入盛有25℃的饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管往其中滴加5mL盐酸。试回答下列问题：(1)实验中观察到的现象是_____________________________；(2)产生上述现象的原因是______________________________；(3)写出有关反应的离子方程式_____________________________；(4)由实验推知，MgCl2和H2的总能量(填“大于”“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。(5)如果将本题中“25℃的饱和石灰水”换成“20℃碳酸饮料”进行实验探究，实验中观察到的另一现象是________________________，其原因是__________________________________________。答案：(1)试管中镁片逐渐溶解，并有气体产生，烧杯中石灰水变浑浊；(2)镁与稀盐酸反应是放热反应，该反应放出的热量使石灰水温度升高，Ca(OH)2溶解度随温度升高而降低，故变浑浊；(3)Mg＋2H＋＝Mg2＋＋H2↑；(4)小于；(5)烧杯中液体放出气泡的速率逐渐加快气体的溶解度随着温度的升高而减小。解析：镁与盐酸反应是放热反应，镁与盐酸反应产生的热量使石灰水的温度升高，Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而减小。气体的溶解度也随温度的升高而减小。例3．下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：物质Cl2Br2I2HClHBrHIH2能量(kJ)243193151432366298436根据上述数据回答(1)～(5)题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是()A．H2B．Cl2C．Br2D．I2(2)下列氢化物中，最稳定的是()A．HClB．HBrC．HI(3)X2＋H2＝2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？答：____________________。(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是___________；(5)若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)吗？答：____，你的根据是_________________________。答案(1)A；(2)A；(3)放热反应；(4)Cl2；(5)能元素的非金属性越强，生成的氢化物越稳定，反应放出的能量就越多提能练习1．下列反应中，生成物的总焓大于反应物总焓的是()A．氢气在氧气中燃烧B．铁丝在氧气中燃烧C．硫在氧气中燃烧D．焦炭在高温下与水蒸气反应答案D解析生成物的总焓大于反应物的总焓，即为吸热反应。2．已知2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ/mol，则关于方程式2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)的ΔH的说法中正确的是()A．方程式中的化学计量数表示分子数B．该反应ΔH大于零C．该反应ΔH＝－571.6kJ/molD．该反应可表示36g水分解时的热效应答案B解析在书写热化学方程式时，若反应物和生成物对换，则ΔH的符号变化，数值不变，故B正确，C不正确；D项未注明水的状态。3．已知H—H键能为436kJ/mol，N—H键能为391kJ/mol，根据化学方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ/mol，则N≡N键的键能是()A．431kJ/molB．946kJ/molC．649kJ/molD．896kJ/mol答案B解析化学反应的本质是反应物分子旧键断裂(吸收能量)，生成物分子新键形成(放出能量)，反应热等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和。设N≡N的键能为E(N≡N)，则有1mol×E(N≡N)＋3mol×436kJ/mol－2mol×3×391kJ/mol＝－92.4kJ，解得E(N≡N)≈946kJ/mol。4．根据热化学方程式S(s)＋O2(g)＝SO2(g)ΔH＝－297.23kJ/mol，分析下列说法中正确的是()A．S(g)＋O2(g)＝SO2(g)ΔH＝－Q，Q值大于297.23kJ/molB．S(g)＋O2(g)＝O2(g)ΔH＝－Q，Q值小于297.23kJ/molC．1molSO2的键能总和大于1molS与1molO2的键能总和D．1molSO2的键能总和小于1molS与1molO2的键能总和答案AC解析不同状态的