高中化學(xué) 第一章 第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與能量的變化學(xué)案 新人教版選修41
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化學(xué)反應(yīng)與能量的變化 (第1課時) 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.了解反應(yīng)熱的概念,明確化學(xué)反應(yīng)、熱效應(yīng)與反應(yīng)的焓變之間的關(guān)系。 2.理解反應(yīng)熱與反應(yīng)物和生成物總能量、化學(xué)鍵的關(guān)系。 3.掌握熱化學(xué)方程式的書寫、正誤判斷的方法。 【學(xué)習(xí)過程】 從化學(xué)鍵的角度看化學(xué)反應(yīng)包含兩個過程:舊的化學(xué)鍵斷裂和新的化學(xué)鍵形成。斷裂化學(xué)鍵需要吸收能量,形成化學(xué)鍵要釋放出能量,斷開化學(xué)鍵吸收的能量和形成化學(xué)鍵釋放的能量通常不相等。反應(yīng)物和生成物的總能量通常不相等,當(dāng)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量釋放出來,當(dāng)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量時,化學(xué)反應(yīng)將其他形式的能量轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來,所以化學(xué)反應(yīng)過程中總會伴隨著能量的變化。 一、焓變與反應(yīng)熱 1.反應(yīng)熱與焓變:化學(xué)反應(yīng)過程中所釋放或吸收的能量,都可以用熱量(或換算成相應(yīng)的熱量)來表示,叫反應(yīng)熱,又稱為“焓變”。符號為ΔH,單位為kJ/mol 或 kJ?mol-1。 (1)通常條件下,反應(yīng)熱就是焓變。 (2)任何化學(xué)反應(yīng)都有反應(yīng)熱,即都有焓變(ΔH≠0)。 (3)ΔH的大小與反應(yīng)條件無關(guān)。 (4)物質(zhì)越穩(wěn)定,則自身含有的能量越低。 2.放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng): (1)放熱反應(yīng):化學(xué)反應(yīng)過程中釋放能量的反應(yīng)叫放熱反應(yīng)。規(guī)定放熱反應(yīng)△H為“一”,所以△H為“一”或△H<0時為放熱反應(yīng)。如1 mol H2與1 mol Cl2充分反應(yīng)放出183 kJ的熱量,則該反應(yīng)的反應(yīng)熱表示為ΔH=-183 kJmol-1。 常見放熱反應(yīng)有:①大多數(shù)化合反應(yīng);②所有的燃燒反應(yīng);③酸堿中和反應(yīng);④金屬與酸的反應(yīng)。 (2)吸熱反應(yīng):化學(xué)反應(yīng)過程中吸收能量的反應(yīng)叫吸熱反應(yīng)。規(guī)定△H為“+”,所以△H為“+”或△H>0時為吸熱反應(yīng)。 常見放熱反應(yīng)有:①大多數(shù)分解反應(yīng);②鹽的水解;③Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應(yīng);④C和CO2、C和H2O(g)的反應(yīng)。 反應(yīng)開始時需要加熱的反應(yīng)可能是吸熱反應(yīng),也可能是放熱反應(yīng)?;瘜W(xué)反應(yīng)過程究竟是吸熱還是放熱,與反應(yīng)條件沒有關(guān)系,因此不能根據(jù)反應(yīng)條件來判斷一個化學(xué)反應(yīng)是放熱還是吸熱。 (1)有些放熱反應(yīng)常溫下就能進(jìn)行,如酸堿中和反應(yīng)。有些放熱反應(yīng)常溫下不能進(jìn)行,需要加熱才能反應(yīng),如炭的燃燒反應(yīng)。 (2)有些吸熱反應(yīng)常溫下就能進(jìn)行,如氫氧化鋇晶體與NH4Cl的反應(yīng)。有些吸熱反應(yīng)常溫下不能進(jìn)行,需要加熱才能反應(yīng),如碳酸鈣的分解反應(yīng)。 (3)一些吸熱反應(yīng)不但反應(yīng)開始時需要加熱,反應(yīng)發(fā)生過程中仍需不斷加熱才能使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行下去。 (4)放熱反應(yīng)有的在反應(yīng)開始時也需要加熱,反應(yīng)發(fā)生后會放出一定的熱量,如果此熱量足夠大可使反應(yīng)維持下去,則反應(yīng)過程中不需要再加熱。 3.反應(yīng)熱與鍵能:根據(jù)質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律,特定反應(yīng)的反應(yīng)熱等于反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時所吸收的總能量與生成物分子化學(xué)鍵形成時所釋放的總能量之差。即: ΔH = E(反應(yīng)物分子化學(xué)鍵總鍵能) -E(生成物分子化學(xué)鍵總鍵能) 二、熱化學(xué)方程式 1.概念:能表示參加反應(yīng)物質(zhì)的量和反應(yīng)熱之間的關(guān)系的化學(xué)方程式。 2.意義:既表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化,也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。熱化學(xué)方程式不單表示了反應(yīng)物和生成物的關(guān)系,而且表示了反應(yīng)的熱效應(yīng)。 3.書寫: (1)要注明反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài),因?yàn)槲镔|(zhì)呈現(xiàn)哪一種聚集狀態(tài),與它們所具有的能量有關(guān)。即:反應(yīng)物的物質(zhì)相同、狀態(tài)不同、ΔH 也不同。書寫熱化學(xué)方程式必須注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)。氣體用“g”,液體用“l(fā)”,固體用“s”,溶液用“aq”。熱化學(xué)方程式中不用標(biāo)“↑”和“↓”。 (2)要注明反應(yīng)熱測定時的溫度和壓強(qiáng)(若為同素異形體,要注明名稱)。因?yàn)棣 的大小和測定的溫度、壓強(qiáng)有關(guān)。如不特別注明,即表示在101 kPa和25℃。 (3)熱化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)不表示分子個數(shù),而是表示物質(zhì)的量,故化學(xué)計(jì)量數(shù)可以是整數(shù),也可以是分?jǐn)?shù),相同物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng),當(dāng)化學(xué)計(jì)量數(shù)改變時,其ΔH也同等倍數(shù)地改變。 (4)ΔH 的表示:ΔH只能寫在熱化學(xué)方程式的右邊,且中間留空格。在熱化學(xué)方程式中ΔH 的“+”與“-”一定要注明,“+”代表吸熱,“-”代表放熱。 4.判斷正誤:看各物質(zhì)的聚集狀態(tài)是否正確;看ΔH的“+”“-”是否正確;看反應(yīng)熱的單位是否為kJmol-1;看反應(yīng)熱數(shù)值與化學(xué)計(jì)量數(shù)是否相對應(yīng)。 5.比較: 化學(xué)方程式 熱化學(xué)方程式 化學(xué)計(jì)量數(shù) 是整數(shù),即表示微粒個數(shù)又表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量 既可以是整數(shù),也可以使分?jǐn)?shù),只表示物質(zhì)的物質(zhì)的量 狀態(tài) 不要求注明 必須在化學(xué)式后注明 ?Η的正負(fù)號、數(shù)值及單位 無 必須注明 意義 表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化 不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化,也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化 【當(dāng)堂檢測】 1.化學(xué)反應(yīng)A2+B2===2AB的能量變化如圖所示,則下列說法正確的是( ) A.該反應(yīng)是吸熱反應(yīng) B.?dāng)嗔? mol A—A鍵和1 mol B—B鍵能放出x kJ的能量 C.?dāng)嗔? mol A—B鍵需要吸收y kJ的能量 D.2 mol AB的總能量高于1 mol A2和1 mol B2的總能量 2. 下列關(guān)于ΔH的說法正確的是( ) A.在任何條件下,化學(xué)反應(yīng)的焓變都等于化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱 B.ΔH>0時反應(yīng)放熱,ΔH<0時反應(yīng)吸熱 C.ΔH越大,說明反應(yīng)放出的熱量越多 D.一個化學(xué)反應(yīng)中,當(dāng)反應(yīng)物能量大于反應(yīng)產(chǎn)物能量時,反應(yīng)放熱,ΔH為“-” 3. 常溫下,1 mol化學(xué)鍵分解成氣態(tài)原子所需要的能量用E表示。結(jié)合表中信息判斷下列說法不正確的是( ) 共價鍵 H—H F—F H—F H—Cl H—I E(kJmol-1) 436 157 568 432 298 A.432 kJmol-1>E(H—Br)>298 kJmol-1 B.表中最穩(wěn)定的共價鍵是H—F鍵 C.H2(g)―→2H(g) ΔH=+436 kJmol-1 D.H2(g)+F2(g)===2HF(g) ΔH=-25 kJmol-1 4.下列說法正確的是( ) A.熱化學(xué)方程式中,化學(xué)式前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)既可表示微粒數(shù),又可表示物質(zhì)的量 B.熱化學(xué)方程式中,如果沒有注明溫度和壓強(qiáng),則表示在標(biāo)準(zhǔn)狀況下測得的數(shù)據(jù) C.書寫熱化學(xué)方程式時,不僅要寫明反應(yīng)熱的符號和數(shù)值,還要注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài) D.凡是化合反應(yīng)都是放熱反應(yīng),分解反應(yīng)都是吸熱反應(yīng) 5.我國成功發(fā)射“天宮一號”飛行器的長征Ⅱ火箭推進(jìn)器中盛有強(qiáng)還原劑液態(tài)肼(N2H4)和強(qiáng)氧化劑液態(tài)雙氧水(H2O2)。當(dāng)它們混合反應(yīng)時,即產(chǎn)生大量氮?dú)夂退魵?,并放出大量熱。已知?.4 mol液態(tài)肼與足量的液態(tài)雙氧水反應(yīng)放出256.0 kJ的熱量。 (1)該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為________。 (2)16 g液態(tài)肼與液態(tài)雙氧水反應(yīng)生成氣態(tài)水時放出的熱量是________kJ。 (3)此反應(yīng)用于火箭推進(jìn),除釋放大量熱和快速產(chǎn)生大量氣體外還有一個很大的優(yōu)點(diǎn)是 ___________________________。 答案與解析 題號 答案 解析 1 C 由圖知1 mol A2和1 mol B2的總能量大于2 mol AB的總能量,該反應(yīng)為放熱反應(yīng),A、D錯誤;化學(xué)鍵斷裂時吸熱,B錯誤;由圖知2 mol A—B鍵斷裂吸收y kJ的能量,C正確 2 D 等壓條件下反應(yīng)中的物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能時,化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱等于反應(yīng)的焓變;當(dāng)ΔH>0時反應(yīng)吸熱,ΔH<0時反應(yīng)放熱,所以反應(yīng)放出的熱量越多,ΔH越?。划?dāng)反應(yīng)物能量大于反應(yīng)產(chǎn)物能量時,由反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為反應(yīng)產(chǎn)物時反應(yīng)放熱,ΔH為“-” 3 D 由于H—Br鍵的鍵長在H—Cl鍵和H—I鍵的鍵長之間,所以其鍵能在H—Cl鍵和H—I鍵之間,A正確。表中H—F鍵的鍵能最大,所以H—F鍵最穩(wěn)定,B正確。1 mol H2斷裂1 mol H—H鍵吸收436 kJ能量,C正確。D項(xiàng),ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能=(436+157-5682)kJmol-1=-543 kJmol-1,D錯誤 4 C A、熱化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示物質(zhì)的量,不表示微粒數(shù),故A錯誤;B、熱化學(xué)方程式中,如果沒有注明溫度和壓強(qiáng),則表示在25℃、101 kPa下測得的數(shù)據(jù),故B錯誤:C、書寫熱化學(xué)方程式時,不僅要寫明反應(yīng)熱的符號和數(shù)值,還要注明各物質(zhì)的聚集狀態(tài),故C正確;D、大多數(shù)化合反應(yīng)是放熱反應(yīng),大多數(shù)分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng),故D錯誤 5 (1)N2H4(l)+2H2O2(l)=== N2(g)+4H2O(g) ΔH=-640.0 kJ/mol (2)320 (3)對環(huán)境無污染 (1)N2H4(肼)與H2O2發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成N2和H2O,反應(yīng)方程式為N2H4+2H2O2===N2+4H2O。1 mol肼反應(yīng)生成氣態(tài)水時放出的熱量為=640 kJ,故其熱化學(xué)方程式為N2H4(l)+2H2O2(l)===N2(g)+4H2O(g) ΔH=-640 kJ/mol。(2)16 g液態(tài)肼和H2O2(l)完全反應(yīng)生成2 mol氣態(tài)水時放出=320 kJ熱量。(3)反應(yīng)產(chǎn)物是N2和水,對環(huán)境不會造成污染 (第2課時) 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1. 了解影響反應(yīng)熱大小的因素。 2.通過中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定,初步學(xué)習(xí)測定化學(xué)反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)方法?!? 【學(xué)習(xí)過程】 一、ΔH的大小比較 1. 考慮反應(yīng)物或生成物的聚集狀態(tài)。由于氣體變成液體,液體變成固體均會放熱,若是放熱反應(yīng),生成固體放出的熱量>生成液體放出的熱量>生成氣體放出的熱量;若是吸熱反應(yīng),生成氣體吸收的熱量>生成液體吸收的熱量>生成固體吸收的熱量。 2. 對于反應(yīng)物和生成物都相同的反應(yīng)考慮反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。若一反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)是另一反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)的n倍,則反應(yīng)熱亦為另一反應(yīng)的反應(yīng)熱的n倍。 3. 可逆反應(yīng)中的ΔH是指完全反應(yīng)時的反應(yīng)熱,因此要考慮反應(yīng)的程度,反應(yīng)的程度越大,反應(yīng)熱的數(shù)值越大。 4. 要注意ΔH的“+”和“-”。在比較大小時,正負(fù)號具有數(shù)學(xué)意義。 二、中和熱的測定 1. 中和熱:在稀溶液中,酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)而生成1mol H2O,這時的反應(yīng)熱叫中和熱。 (1)稀溶液一般要求酸溶液中的,堿溶液中的。這是因濃酸溶液和濃堿溶液相互稀釋時會放出熱量。 (2)在中學(xué)化學(xué)主要研究強(qiáng)酸與強(qiáng)堿反應(yīng)的中和熱。強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的中和反應(yīng)其實(shí)質(zhì)是反應(yīng)(即與酸、堿的種類無關(guān)),若反應(yīng)過程中有其他物質(zhì)生成,這部分反應(yīng)熱也不在中和熱內(nèi)。通過許多次實(shí)驗(yàn)測定,反應(yīng)生成1mol時,放出熱量57.3kJ。其熱化學(xué)方程式為:,因此下列中和反應(yīng)的△H相同,都為-57.3kJ/mol。 (3)有弱酸或弱堿參加的中和反應(yīng),其中和熱的數(shù)值都小于57.3。這是因?yàn)榉磻?yīng)時弱酸或弱堿發(fā)生電離需要吸收熱量。例如,下列中和反應(yīng)的△H的數(shù)值都小于57.3。 (4)中和熱不包括離子在水溶液中的生成熱、電解質(zhì)電離的吸熱所伴隨的熱效應(yīng)。 (5)中和熱是以生成1mol為基準(zhǔn),因?yàn)楸硎局泻蜔岬臒峄瘜W(xué)方程式中,水的化學(xué)計(jì)量數(shù)為1,其酸、堿或鹽的化學(xué)計(jì)量數(shù)可以為分?jǐn)?shù)。 2. 中和熱的測定: 項(xiàng)目 內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵 小燒杯與大燒杯之間的碎泡沫塑料或碎紙條要填滿,小燒杯杯口與大燒杯杯口要相平,大燒杯杯口的泡沫塑料或硬紙蓋板要蓋得嚴(yán),蓋板上的兩孔正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃棒通過;要求倒入NaOH溶液要迅速,盡可能減少實(shí)驗(yàn)過程中熱量的散失;NaOH溶液最好是新制,因久置的NaOH溶液可能變質(zhì)導(dǎo)致測定中和熱有誤差;量取溶液的體積要準(zhǔn)確;反應(yīng)前的溫度和反應(yīng)后的最高溫度的讀數(shù)要準(zhǔn)確 注意事項(xiàng) 溫度計(jì)不要靠在容器壁上或插入容器底部;不可將溫度計(jì)當(dāng)攪拌棒使用;環(huán)形玻璃攪拌棒應(yīng)上下移動;為保證鹽酸被完全中和,堿的濃度稍大 【當(dāng)堂檢測】 1. 已知化學(xué)反應(yīng)A2(g)+B2(g)===2AB(g)的能量變化曲線如圖所示,判斷下列敘述中正確的是( ) A.每生成2 mol AB時吸收b kJ熱量 B.該反應(yīng)熱ΔH=+(a-b) kJmol-1 C.該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量 D.?dāng)嗔? mol A—A和1 mol B—B鍵時放出a kJ能量 2. 已知:①H2(g)+O2(g)===H2O(g)ΔH1=a kJmol-1②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH2=b kJmol-1③H2(g)+O2(g)===H2O(l)ΔH3=c kJmol-1④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)ΔH4=d kJmol-1。下列關(guān)系式中正確的是( ) A.a(chǎn)- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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