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1、化学选修 4 化学反应与原理 专题 1 化学反应与能量变化 第一单元第一单元 化学反应中的热效应化学反应中的热效应 一 化学反应的焓变一 化学反应的焓变 1 1 反应热与焓变 反应热与焓变 1 1 反应热 反应热 化学反应过程中 当反应物和生成物具有相同温度时 所吸收或 放出的热量称为化学反应的反应热 2 2 焓变 焓变 H H 在恒温 恒压条件下 化学反应过程中吸收或放出的热量称 为化学反应的焓变 符号 H 单位 kJ mol 2 2 放热反应和吸热反应 放热反应和吸热反应 1 1 放热反应 放热反应 在化学反应过程中 放出热量的反应称为放热反应 反应 物的总能量大于生成物的总能量 2 2
2、吸热反应 吸热反应 在化学反应过程中 吸收热量的反应称为吸热反应 反应 物的总能量小于生成物的总能量 化学反应过程中的能量变化如图 化学反应过程中的能量变化如图 放热反应 H 为 或 H 0 吸热反应 H 为 或 H 0 H E 生成物的总能量 E 反应物的总能量 H E 反应物的键能 E 生成物的键能 3 3 常见的放热反应常见的放热反应 1 所有的燃烧反应 2 酸碱中和反应 3 大多数的化合反应 4 金属与酸的反应 5 生石灰和水反应 6 浓硫酸稀释 氢氧化钠固体溶解等 常见的吸热反应 常见的吸热反应 1 晶体 Ba OH 2 8H2O 与 NH4Cl 2 大多数的分解反 应 3 以 H2
3、 CO C 为还原剂的氧化还原反应 4 铵盐溶解等 注意 1 化学反应时放热反应还是吸热反应只取决于反应物和生成物总能量的 相对大小 与反应条件 如点燃 加热 高温 光照等 和反应类型无关 2 物质的溶解过程也伴随着能量变化 NaOH 固体溶于水明显放热 硝 酸铵晶体溶于水明显吸热 NaCl 溶于水热量变化不明显 3 3 化学反应过程中能量变化的本质原因 化学反应过程中能量变化的本质原因 化学键断裂 吸热 化学键形成 放热 4 4 热化学方程式 热化学方程式 1 1 定义 定义 能够表示反应热的化学方程式叫做热化学方程式 2 2 意义 意义 既能表示化学反应过程中的物质变化 又能表示化学反应的
4、热量 变化 3 3 书写化学方程式注意要点书写化学方程式注意要点 1 热化学方程式必须标出能量变化 2 热化学方程式中必须标明反应物和生成物的聚集状态 g l s 分别表示 固态 液态 气态 水溶液中溶质用 aq 表示 3 热化学反应方程式要指明反应时的温度和压强 4 热化学方程式中的化学计量数可以是整数 也可以是分数 不表示分子 个数 表示对应物质的物质的量 5 各物质系数加倍 H 加倍 反应逆向进行 H 改变符号 数值不变 H 的单位为 kJ mol 它并不是指 1mol 反应物或是生成物 可以理解 为 每摩尔反应 如 mol 1 2222H g O g 2H O l H 285 8KJ
5、是指每摩尔反应 2molH2 g 和 1molO2 g 完全反应生成 2molH2O l 的焓变 5 5 总结 热化学方程式与普通化学方程式的比较 总结 热化学方程式与普通化学方程式的比较 热化学方程式热化学方程式普通化学方程式普通化学方程式 反应式 2222H g O g 2H O l H 285 8KJ mol 1 2222H O2H O 点燃 方程式意义表示反应及反应的吸热放热仅表示反应 化学计量数表示物质的量 可以是整数或分数可以表示物质的量或微 粒个数 只能是整数 不能是分数 H右端有表示能量变化的 H 没有此项 反应条件不用标明反应条件 等 需标明各种反应条件 如点燃 光照 高温等
6、 物质的状态必须标明反应物 生成物的聚集状态 如 g l s 不标明反应物 生成物 的聚集状态 二 反应热的测量与计算 二 反应热的测量与计算 1 1 中和热概述 中和热概述 1 1 定义 定义 在稀溶液中 酸跟碱发生中和反应 生成 1mol l 水时的反应热叫 做中和热 2 2 中和热的表示 中和热的表示 H aq OH aq H2O l H 57 3kJ mol 3 3 要点 要点 1 条件 条件 稀溶液 一般是指酸 碱的物质的量浓度均小于或等于 1 mol L 的溶液 因为若酸 碱浓度较大 混合时会产生溶解热 而影响中和热 的测定 2 反应物 反应物 强 酸与 强 碱 中和热不包括离子在
7、水溶液中的生成热 电解质电离的吸热所伴随的热效应 3 中和热是以生成 1mol 液态水所放出的热量来定义的 因此在书写中和 热的热化学方程式时 就以生产 1mol H2O 为标准来配平其余物质的化学 计量数 如表示稀 NaOH 和稀硫酸的中和反应的热化学方程式 mol 124242 11 NaOH aq H SO aq Na SO aq H O l H 57 3KJ 22 4 中和反应的实质是 H 和 OH 化合生成 H20 若反应过程中有其他物质 如沉淀等 生成 这部分反应热也不在中和热内 5 放出的热量 57 3kJ mol 2 2 中和热的测量 中和热的测量 1 1 仪器 量热计 仪器
8、量热计 量热计由内 外两个筒组成 外筒的外壁盖有保温层 盖上有温度计和 搅拌器 或者或者 大烧杯 500 mL 小烧杯 100 mL 温度计 量筒 50 mL 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 试剂 试剂 0 50 mol L 盐酸 0 55 mol L NaOH 溶液 2 2 实验原理 实验原理 测定含 x mol HCl 的稀盐酸与含 x mol NaOH 的稀 NaOH 溶液 混合后放出的热量为 Q kJ 则 kJ mol 1 Q H x 3 3 实验步骤 实验步骤 1 在大烧杯底部垫泡沫塑料 或纸条 使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相 平 然后再在
9、大 小烧杯之间填满碎泡沫塑料 或纸条 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 如下图所示 2 用一个量筒量取 50 mL 0 50 mol 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 3 用另一个量筒量取 50 mL 0 55 mol L NaOH 溶液 并用温度计测量 NaOH 溶液的温度 记入下表 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
10、入下表 5 重复实验两次 取测量所得数据的平均值作为计算依据 4 4 常见问题 常见问题 1 教材有注 为了保证 0 50mol L 的盐酸完全被中和 采用 0 55mol LNaOH 溶液 使碱稍稍过量 那可不可以用 0 50mol LNaOH 与 0 55mol LHCl 让酸 稍稍过量呢 答案 不是 可以与不可以 而是 不宜 原因是稀盐酸比较稳定 取 50mL 0 50mol LHCl 它的物质的量就是 0 025mol 而 NaOH 溶液极易吸收 空气中的 CO2 如果恰好取 50mL 0 50mol LNaOH 就很难保证有 0 025molNaOH 参与反应去中和 0 025mol
11、 的 HCl 2 为了确保 NaOH 稍稍过量 可不可以取体积稍稍过的 0 50mol LNaOH 溶液 呢 回答 可以的 比如 量取 51mL 或 52mL 0 50mol LNaOH 溶液 只是 m1 m2 再不是 100g 而是 101g 或 102g 3 强酸与弱碱 强碱与弱酸的中和反应热值如何估计 鉴于弱酸 弱碱在水溶液中只能部分电离 因此 当强酸与弱碱 强碱与 弱酸发生中和反应时同时还有弱碱和弱酸的不断电离 吸收热量 即电离热 所以 总的热效应比强酸强碱中和时的热效应值 57 3KJ mol 要小一些 4 测定酸碱中和热为什么要用稀溶液 答 中和热是酸碱在稀溶液中发生中和反应生成
12、lmol 水时所放出的热量 为什么要指明在稀溶液中呢 因为如果在浓溶液中 即使是强酸或强碱 由于得不到足够的水分子 因 此也不能完全电离为自由移动的离子 在中和反应过程中会伴随着酸或碱的电 离及离子的水化 电离要吸收热量 离子的水化要放出热量 不同浓度时这个 热量就不同 所以中和热的值就不同 这样就没有一个统一标准了 5 为什么强酸强碱的中和热是相同的 答 在稀溶液中 强酸和强碱完全电离 所以它们的反应就是 H 与 OH 结合成 H2O 的反应 每生成 lmol 水放出的热量 中和热 是相同的 均为 57 3 kJ mol 6 为什么弱酸 弱碱参加的中和反应的中和热小于 57 3 kJ mol
13、 答 弱酸 弱碱在水溶液中不能完全电离 存在着电离平衡 弱酸或弱碱 参与中和反应的同时 伴随着电离 电离过程要吸收热量 此热量就要由 H 与 OH 结合成水分子放出的热量来抵偿 所以总的来说中和热小于 57 3 kJ mol 7 是什么原因使中和热测定结果往往偏低 答 按照课本中所示装置进行中和热测定 往往所测结果偏低 造成如此 现象的主要原因有 1 仪器保温性能差 课本中用大小烧杯间的碎纸片来隔热保温 其效果 当然不好 免不了热量散失 所以结果偏低 这是主要原因 2 实验中忽略了小烧杯 温度计所吸收的热量 因此也使结果偏低 3 计算中假定溶液比热容为 4 18 J g 密度为 1g cm3
14、实 际上这是水的比热容和密度 酸碱溶液的比热容 密度均较此数大 所以也使 结果偏低 8 为何说保温效果差是造成中和热测定值偏低的主要原因 答 实验中温度升高得不多 所以烧杯 玻璃棒吸收的热量甚小 影响不 大 而酸 碱溶液是稀溶液 实际密度对比热容与水相差甚微 所以此影响更 微弱 因此说 结果偏低的主要原因是保温性能差 若能改进装置 比如用保 温杯代替烧杯 使保温性能良好 就更能接近理论值 9 离子方程式 H OH H2O 代表了酸碱中和反应的实质 能否用此代表所 有中和反应的离子方程式 答 离子方程式书写要求 将难电离或难溶的物质以及气体等用化学式表示 所以弱酸 弱碱参与中和反应时应以分子的形
15、式保留 例如 醋酸和氢氧化 钠的离子方程式就应当写为 HAC OH Ac H2O 只有可溶性强酸强碱的离子方程式才可能如此表示 10 为什么中和热测定中要用稍过量的碱 能不能用过量的酸 答 这是为了保证碱 或酸 能够完全被中和 H 与 OH 相互接触碰撞才 能发生反应 如果用等量的酸 碱 随着反应的进行 H 与 OH 相互碰撞接 触的机会越来越少 越来越困难 可能有一部分 H 与 OH 就不能反应 而在 一种微粒过量的情况下 则大大增加了另一种微粒完全反应的机会 不能用过 量的酸 因为碱中含有杂质碳酸钠 酸过量就会有酸与碳酸盐反应导致中和热 测定不准 11 为什么 要用环形玻璃棒搅拌 若用铁丝
16、取代环行玻璃棒会不会有影响 答 为了使反应充分 若用铁丝取代环行玻璃棒会使铁与酸反应放出热量而 且铁丝传热快 使测量值偏低 3 3 盖斯定律盖斯定律 内容 内容 化学反应的反应热只与反应的始态 各反应物 和终态 各生成物 有关 而与具体反应进行的途径无关 如果一个反应可以分几步进行 则各分 步反应的反应热之和与该反应一步完成的反应热是相同的 三 能源的充分利用三 能源的充分利用 1 1 标准燃烧热和热值 标准燃烧热和热值 1 1 标准燃烧热概念 标准燃烧热概念 在 101 kPa 时 1 1 molmol 物质物质完全燃烧生成稳定的化合物 时所放出的热量 燃烧热的单位用 kJ mol 表示 注意以下几点 注意以下几点 研究条件 101 kPa 反应程度 完全燃烧 产物是稳定的氧化物 燃烧物的物质的量 1 mol 研究内容 放出的热量 HHg2 Fe3 Cu2 稀 HNO3电离的 NO3 H 指酸电离的 Pb2 Sn2 Fe2 Zn2 Al3 Mg2 Na Ca2 K 如 Zn Cu 稀 H2SO4组成的原电池 2H 2e H2 如 Zn Cu CuSO4组成的原电池 Cu2 2e Cu
