高中化学选修4第一单元

第一节化学反应与能量的变化第二节燃烧热、能源第三节化学反应热的计算一、反应热和焓变二、热化学方程式三、中和反应反应热的测定1、化学反应的特征物质变化能量变化质量守恒能量守恒2、化学反应中能量的变化（吸收和放出），可以、、及其它形式的能量表现出来。光能热能电能•当能量变化以热能的形式表现时，化学反应可以分为：3、放热反应与吸热反应反高生低生高反低放热反应吸热反应（熟记常见反应）反高(1)放热反应①化学反应中放出热量的反应。②③E(反应物)E(生成物)生低常见的放热反应：a.物质与O2的氧化反应（燃烧，生锈等）；b.中和反应（酸碱）；c.金属与水or酸的反应；d.绝大多数化合反应（CaO与H2O）。•C+CO2===2CO吸热反应•放热反应有时也需要加热才能发生！高温生高(2)吸热反应①化学反应中吸收热量的反应。②③E(反应物)E(生成物)反低常见的吸热反应：a.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应；b.H2与CuO等还原反应；c.C作还原剂的反应；d.绝大多数分解反应。C+CO2==2COC+H2O==CO+H2水煤气e.水解反应。一、反应热和焓变1、反应热化学反应中所吸收或放出的热量。恒温恒压下，反应热称“焓变”。2、焓变1）符号：2）单位：ΔHkJ/mol或kJ•mol–1注：单位中的每mol是与整个反应对应的，即反应热表示每mol反应放出或吸收的热量。3）表示方法放热反应(体系能量降低)：∆H0，∆H为“－”吸热反应(体系能量升高)：∆H0，∆H为“+”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4）化学反应中能量变化的原因旧键断裂—吸收能量新键形成—放出能量==679kJ/mol862kJ/molH=679kJ/mol－862kJ/mol=－183kJ/mol反应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）ΔH=反应物的键能总和生成物的键能总和–例1：1molC与1molH2O(g)反应生成lmolCO(g)和1molH2(g)，需要吸收131.5kJ的热量，该反应的反应热为△H=kJ/mol。＋131.5例2：拆开1molH－H键、1molN－H键、1molN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ，则1molN2生成NH3的反应热为，则1molH2生成NH3的反应热为。－92kJ/mol－30.67kJ/mol相当于1/3molN26）焓变与物质能量的关系（宏观）ΔH=∑E生成物∑E反应物–任何一个化学反应都包括物质的变化和能量的变化。那么，有什么表达式能把这两种变化都表示出来？H2+I2==2HI只表示物质变化【例1】在200℃、101kPa时，1molH2与碘蒸气作用生成HI的反应，科学文献上表示为：ΔH=H2(g)+I2(g)====2HI(g)200℃101kPa－14.9kJ/mol二、热化学方程式能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。1、定义2、含义表示1mol气态H2与1mol气态碘完全反应，生成2mol气态HI时，放出14.9kJ的热量。ΔH=H2(g)+I2(g)====2HI(g)200℃101kPa－14.9kJ/mol3、书写要点①H2(g)+O2(g)=H2O(g)；△H=–241.8kJ/mol21②H2(g)+O2(g)=H2O(l)；△H=–285.8kJ/mol21③2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)；△H=–571.6kJ/mol④2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)；△H=+571.6kJ/mol⑴一般应注明反应的温度、压强；△H与实验的条件、物质的状态有关！（250C，101kPa时不注明）⑵一定标明各物质的状态（s、l、g、aq）；H2O(l)H2O(g)△H=+44kJ/mol⑶ΔH只放右边，以空格与标有物质状态的化学方程式隔开(数值及单位)放热：ΔH0；吸热：ΔH0；⑷系数仅仅表示物质的量，不表示分子或原子个数；故系数可以是整数、分数、小数；⑸ΔH的值与系数相匹配。系数加倍，ΔH值也加倍。正逆反应的ΔH绝对值相等，符号相反。⑹反应物完全变成生成物，所释放或吸收的热量。⑺热化学方程式一般不要写反应条件。例1：当1mol气态H2与1mol气态Cl2反应生成2mol气态HCl，放出184.6kJ的热量，请写出该反应的热化学方程式。H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)∆H=－184.6kJ/mol2H2(g)+2Cl2(g)=4HCl(g)∆H=－369.2kJ/molH2(g)+Cl2(g)=HCl(g)∆H=－92.3kJ/mol1212例2：1molN2(g)与适量O2(g)反应生成NO2(g)，需吸收68kJ的热量；写出热化学方程式。N2(g)+2O2(g)=2NO2(g)∆H=+68kJ/mol例3、沼气的主要成分是甲烷。0.5molCH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出445kJ的热量。则下列热化学方程式中正确的是（）A、2CH4(g)＋4O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(l)ΔH=+890kJ/molB、CH4＋2O2＝CO2＋H2OΔH=–890kJ/molC、CH4(g)＋2O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)ΔH=–890kJ/molD、1/2CH4(g)＋O2(g)＝1/2CO2(g)＋H2O(l)ΔH=–890kJ/molC状态ΔH=–445kJ/mol化学方程式热化学方程式化学计量数是整数，即表示微粒个数，又表示物质的量整数也可以是分数，只表示物质的物质的量状态不要求表明必须在分子式后表明正负号及单位无必须表明意义表示化学反应中的物质变化不仅表示化学反应中的物质变化，还表明化学反应中能量的变化小结：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测定强酸与强碱反应的反应热，体验化学反应的热效应。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目的实验用品中和热：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1mol水所产生的反应热1.保温。在大烧杯底部垫泡沫塑料，使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再在大、小烧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过，如图所示。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、密封性能更好的装置（如保温杯）会使实验结果更准确。思考1：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，你有何更好的建议？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。2.用一个量筒最取50mL0.50mol/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下表。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。思考3：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？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。3.用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记入下表。思考4：实验中所用HCl和NaOH的物质的量比为何不是1∶1而是NaOH过量？答：为了保证0.50mol/L的盐酸完全被NaOH中和，采用0.55mol/LNaOH溶液，使碱稍稍过量。思考5：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？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。4.把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯（注意不要洒到外面）。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为终止温度，记入下表。5.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。温度实验次数起始温度t1/℃终止温度t2/℃温度差(t2-t1)/℃HClNaOH平均值123实验视频实验数据处理1、取三次测量所得数据的平均值作为计算依据t1/℃t2/℃(t2-t1)/℃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？2.计算反应热50mL0.50mol/L的盐酸的质量m1=50g50mL0.55mol/L的氢氧化钠溶液的质量m2=50g中和后生成的溶液的比热容c＝4.18J/(g·℃)ΔH=－0.418（t2－t1）0.025kJ/molQ＝（m1＋m2）c(t2－t1)=0.418（t2－t1）kJ反应放出的热量为：生成1molH2O时放出的热量为：参考值：-57.3kJ/mol若改用100mL0.50mol/L的盐酸和100mL0.55mol/L的NaOH溶液，所测得中和热的数值是否约为本实验结果的两倍(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1molH2O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。作业：课本P63-(2,3,5,6)、4［课外作业］1、预习课本下一小节的内容2、课外查阅我国能源结构和状况。一、燃烧热二、能源一、燃烧热1、定义25℃，101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。2、单位kJ/mol3、注意指定产物通常规定为：它是指物质中的下列元素完全转变成对应的稳定物g)(COC2O(l)HH2①研究条件：25℃，101kPa②反应程度：完全燃烧，产物是稳定的氧化物③燃烧物的物质的量：1mol，故书写表示燃烧热的热化学方程式时应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数④研究内容：放出的热量。（ΔH0，单位kJ/mol）⑤可燃物质燃烧放出的热量=可燃物物质的量×燃烧热⑥文字叙述燃烧热时，用“正值”(如甲烷的燃烧热为890kJ/mol)；而用符号ΔH表示燃烧热时用“负值”(如甲烷的燃烧热ΔH=-890kJ/mol)[例1]25℃，101kPa时，1molCH4完全燃烧放出890.31kJ的热量，即表示甲烷燃烧热的热化学方程式：CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-890.31kJ/mol[例2]25℃，101kPa时，2molC8H18完全燃烧放出11036kJ的热量，即表示辛烷燃烧热的热化学方程式：C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g)+9H2O(l)△H=-5518kJ/mol［练习1］分析以下几个热化学方程式，哪个是表示固态碳和气态氢气燃烧时的燃烧热的？为什么？你能根据题中信息写出表示H2燃烧热的热化学方程式吗？由于计算燃烧热时，可燃物质是以1mol作为标准来计算的，所以热化学方程式的化学计量系数常出现分数。4、燃烧热的计算及应用［例题］1.在101kPa时，1molCH4完全燃烧生成CO2和液态H2O，放出890.3kJ的热量，CH4的燃烧热为多少？1000LCH4（标准状况）燃烧后所产生的热量为多少？CH4的燃烧热为890.3kJ/mol，1000LCH4（标准状况）完全燃烧产生的热量为3.97×104kJkJkJ/mol.L/mol.L39745389042210002.葡萄糖是人体所需能量的重要来源之一。葡萄糖燃烧的热化学方程式为：C6H12O6（s）+6O2（g）==6CO2（g）+6H2O（l）ΔH=-2800kJ/mol葡萄糖在人体组织中氧化的热化学方程式与它燃烧的热化学方程式相同。计算100g葡萄糖在人体中完全氧化时所产生的热量。kJmolkJmolgg6.1555/2800/180100答：100g葡萄糖在人体中完全氧化时所产生的热量为1555.6kJ燃烧热和中和热的比较燃烧热中和热能量变化△H及其单位相同点