高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应的热效应教学ppt课件

这是一份高中化学苏教版 (2019)选择性必修1第一单元 化学反应的热效应教学ppt课件，共32页。PPT课件主要包含了课前导入，内能与焓变，能量守恒定律，化学反应的焓变，常见的放热反应，常见的吸热反应，热化学方程式，三大营养物质的供能，光合作用与能量，课堂练习等内容，欢迎下载使用。
燃烧是人类最早利用的化学反应之一。从古至今，人类一直以燃烧燃料作为获取热能的主要方式。随着人类在科学世界中的不断探索，人们对能量变化的本质有了进一步认识，为研究更科学的能量利用方法奠定了基础。
对物质的量确定的体系而言，其中物质的各种能量的总和称为内能，它受温度、压强、物质的聚集状态和组成的影响。物质处于一定的状态，就具有一定的内能；状态发生改变，内能就会发生相应的变化。科学研究表明，物质内能的绝对值无法直接测得，但内能的变化可以通过变化过程中体系吸收（或放出）的热和对内（或对外）所做的功的形式表现出来。焓是与内能有关的物理量，用符号H表示。焓的数值的变化称为焓变，即为ΔH。
化学反应过程中既有物质变化，又有能量变化。能量的转换以发生化学变化的物质为基础，遵循能量守恒定律。释放或吸收热是化学反应中能量变化的主要形式之一，释放或吸收热的多少取决于化学反应中反应物的转化量。人们广泛利用化学反应与能量的关系解释生产和生活现象，如生命体中糖类与氧气的反应为机体提供能量，生产、生活中燃料的燃烧等都是化学反应中能量变化的重要应用。
在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热（heat f reactin）。在化工生产和科学实验中，化学反应通常是在敞口容器中进行的，反应体系的压强与外界压强相等，即反应是在恒压条件下进行的。在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反应的焓变（enthalpy change），用ΔH表示，单位常采用kJ·ml－1。
请观察下列表示氢气在氧气中燃烧生成水和水分解为氢气、氧气反应热效应的化学方程式，分析并讨论其在书写上与化学方程式有何不同。2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1H2(g)＋ 1/2 O2(g)=H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·ml－12H2O(l)=2H2(g)＋O2(g) ΔH＝571.6 kJ·ml－1H2O(l) =H2(g)＋ 1/2 O2(g) ΔH＝285.8 kJ·ml－1
这些热化学方程式与普通化学方程式的不同之处主要有以下几点：一、形式上热化学方程式明确标注了反应热（ΔH）的值。普通化学方程式一般只表示物质之间的化学反应关系，不涉及反应热的数值。热化学方程式中需注明物质的状态，如上述方程式中的 “(g)” 表示气态、“(l)” 表示液态。普通化学方程式中有时会注明物质状态，但不是必须的。二、含义上热化学方程式不仅表示物质之间的化学反应，还表示该反应在一定条件下的能量变化。例如，“2H₂(g)＋O₂(g)=2H₂O (l) ΔH＝－571.6 kJ・ml⁻¹” 表示在标准状态下，2 摩尔氢气和 1 摩尔氧气反应生成 2 摩尔液态水时放出 571.6 千焦的热量。普通化学方程式主要侧重于表示物质的转化关系，不直接体现能量变化。综上所述，热化学方程式在形式和含义上都与普通化学方程式有所不同，它更注重反应过程中的能量变化以及物质的状态对能量的影响。
化学反应过程中的能量变化
一个化学反应是吸收能量还是释放能量，取决于反应物总能量和生成物总能量之间的相对大小。
若反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应过程中吸收能量；
若反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应过程中释放能量。
⑴常见的放热反应①活泼金属与水或酸的反应。如 2Al+6HCl＝AlCl3+3H2↑②酸碱中和反应。如2KOH+H2SO4＝K2SO4+2H2O ③燃烧反应。如C、CO、C2H5OH等的燃烧④多数化合反应。如 CaO+H2O ＝Ca（OH）2 SO3+H2O=H2SO4
①多数分解反应②2NH4Cl（s）+Ba(OH)2·8H2O （s）＝ BaCl2+2NH3 ↑+10H2O③C(s)+H2O(g) ==== CO+H2④CO2+ C ==== 2CO⑤ 盐类的水解
化学反应中的能量变化通常以热等形式表现出来。吸收热的反应称为吸热反应，其ΔH＞0；放出热的反应称为放热反应，其ΔH＜0。能够表示反应热的化学方程式叫做热化学方程式。由于反应的焓变与温度、压强、反应物及生成物的聚集状态等因素有关，因此，在书写热化学方程式时，应标明反应物及生成物的状态、反应温度和压强。若不标明温度和压强，则表示是在25 ℃（即298 K）、101 kPa条件下的焓变。在热化学方程式中，反应物和生成物的聚集状态用英文小写字母在其化学式的后面标注，一般用“g”表示气体，“l”表示液体，“s”表示固体，“aq”表示水溶液。
发射卫星时可用肼（N2H4）作燃料，已知在298 K、101 kPa时1 g液态肼燃烧生成氮气和液态水，释放19.44 kJ的热量。观察并分析下列肼燃烧反应的热化学方程式，判断这些热化学方程式是否正确。（1）N2H4＋O2=N2＋2H2O ΔH=－622.08 kJ·ml－1（2）N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l) ΔH＝ 622.08 kJ·ml－1（3）N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(l) ΔH =－622.08 kJ·ml－1（4）N2H4(l)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g) ΔH=－622.08 kJ·ml－1（5）1/2 N2H4(l) ＋ 1/2 O2(g) =1/2 N2(g)＋H2O(l) ΔH=－311.04 kJ·ml－1
首先计算1ml肼（N2H4）燃烧放出的热量：液态肼1g燃烧释放的热量19.44kJ，肼（N2H4）的摩尔质量为32g/ml，那么肼燃烧放出的热量为19.44kJx32=622.08kJ。然后分析各个热化学方程式（1）未标注物质状态，不正确。（2）反应放热，应为负值，不正确。（3）物质状态标注正确，反应热数值及正负号也正确。（4）生成的水应为液态，该式中生成气态水，不正确（5）物质状态标注正确，反应热数值及正负号也正确。综上所述，（3）和（5）正确，（1）、（2）、（4）不正确。
热化学方程式的书写需要注意以下几点：一、明确反应与状态写出完整的化学反应方程式，确保反应物和生成物的化学式正确，且配平反应方程式。标明各物质的聚集状态，用括号注明物质的状态，如气态（g）、液态（l）、固态（s）、溶液（aq）等。二、确定反应热数值根据给定的条件或通过实验测定，确定反应的焓变（ΔH）。若反应放热，ΔH 为负值；若反应吸热，ΔH 为正值。注意 ΔH 的单位一般为 “kJ/ml”，表示每摩尔反应的焓变。、在热化学方程式中，物质化学式前面的化学计量数表示物质的量，可以用整数或简单分数表示。同一化学反应，热化学方程式中的化学计量数不同，ΔH也不同。若一个反应的焓变ΔH＝a kJ·ml－1，则其逆反应的焓变ΔH＝－a kJ·ml－1。
请参考例1，写出下列反应的热化学方程式（反应条件均为25 ℃、101 kPa）。（1）N2(g)与H2(g)反应生成17 g NH3(g)，释放46.2 kJ的热。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）1 ml C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，释放1 366.8 kJ的热。 （3）44.8 L（标准状况）C2H2(g)在O2(g)中完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，释放2 599.2 kJ的热。 （4）12 g C (石墨，s)与适量H2O(g)反应完全转化为CO(g)和H2(g)，吸收131.3 kJ 的热。
N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △H=92.4kJ/ml。
C2H50H(1)+302(g)=2C02(g)+3H20 △H=-1366.8kJ/ml。
2C2H2(g)+502(g)=4C02(g)+2H20 △H=-2599.2kJ/ml
C(石墨，s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) △H=+131.3kJ/ml.
化学反应中产生能量变化的原因
化学反应过程中为什么会有能量变化呢？我们以氮气与氧气反应生成一氧化氮的反应为例来解释这一问题。实验测得，1 ml N2(g)与1 ml O2(g)反应生成2 ml NO(g)时吸收182.6 kJ的热。如图所示，当1 ml N2(g)与1 ml O2(g)反应生成2 ml NO(g)时，1 ml N2分子中的化学键断裂时需吸收946 kJ的能量，1 ml O2分子中的化学键断裂时需吸收498 kJ的能量，而2 ml NO分子中的化学键形成时会释放632 kJ·ml－1×2 ml＝1 264 kJ的能量。
化学反应N2(g)＋O2(g)=2NO(g)的反应热应等于断裂反应物分子中的化学键吸收的总能量（946 kJ·ml－1＋498 kJ·ml－1＝1 444 kJ·ml－1）与形成生成物分子中的化学键释放的总能量（1 264 kJ·ml－1）之差，即吸热180 kJ·ml－1。分析结果与实验测定结果很接近。
已知断裂1 ml H2(g)中的 H—H 键需要吸收436 kJ的能量，断裂1 ml O2(g)中的共价键需要吸收498 kJ的能量，生成 H2O(g)中的1 ml H—O键释放463 kJ的能量。试写出O2(g)与H2(g)反应生成H2O(g)的热化学方程式。
2H2(g)+O2(g)=2H2O(g) △H=-482kJ/ml
化学反应中能量变化的本质
化学反应中的能量变化，本质上是由于化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时释放的能量不同所导致的。因此，化学键的断裂和形成是化学反应过程中伴随能量变化的根本原因。在恒温、恒压条件下，化学反应中的能量变化以热的形式表现出来，这就是反应热，也称化学反应的焓变。利用键能数据计算化学反应的反应热，对微观视角下理解化学反应中的能量变化有何意义？研究还证明，并非所有反应热的计算结果都能与实验测定值吻合。请提出你的观点并搜集相应的证据。
利用键能数据计算化学反应的反应热对微观视角下理解化学反应中的能量变化的意义
揭示反应本质从微观角度看，化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。通过键能数据计算反应热，可以直观地了解到在反应过程中，化学键的变化所对应的能量变化情况，从而深入理解化学反应的本质。预测反应热在进行新的化学反应研究或设计时，可以根据反应物和生成物中化学键的类型和数量，利用键能数据初步预测反应的热效应。这有助于评估反应的可行性和能量需求，为实验研究提供理论指导。理解物质稳定性键能的大小反映了化学键的强度，进而可以反映出物质的稳定性。一般来说，键能越大，化学键越牢固，物质越稳定。通过计算反应热时涉及的键能变化，可以推断出反应物和生成物的相对稳定性。
关于并非所有反应热的计算结果都能与实验测定值吻合的观点及证据
分子间作用力和氢键的影响在一些反应中，物质的分子间存在着分子间作用力（如范德华力）或氢键等。这些作用力在反应过程中也会伴随着能量的变化，但在利用键能计算反应热时通常无法考虑这些因素。例如，水的汽化过程，实验测定的汽化热不仅包括破坏水分子间氢键和范德华力所需的能量，还包括克服外界压力做功等因素。而单纯通过键能计算水分解为氢气和氧气的反应热时，无法准确考虑到这些分子间作用力的影响，导致计算结果与实验测定的水的汽化热不吻合。
环境因素的影响实际的化学反应往往在不同的环境条件下进行，如温度、压力、溶剂等。这些环境因素可能会影响反应的进程和能量变化，但在键能计算中通常假设反应在理想条件下进行。例如，在不同温度下进行的化学反应，由于热胀冷缩等原因，物质的体积和分子间距离会发生变化，从而影响分子间作用力和化学键的强度，进而导致反应热的变化。而键能计算通常不考虑温度变化对化学键强度的影响，所以计算结果与实验测定值可能会有差异。
副反应和能量损耗在实际反应中，可能会同时发生一些副反应，或者存在能量的损耗，如热量的散失、摩擦等。这些因素会使实际测得的反应热与单纯根据主反应的键能计算得到的结果不同。例如，在燃烧反应中，燃料可能不完全燃烧产生一些副产物，同时燃烧过程中会有热量向周围环境散失。这些因素都会导致实验测定的燃烧热与根据化学键能计算的理论值存在差异。
人的生命活动需要能量，成年男性平均每天约需要12 000 kJ 能量，成年女性平均每天约需要9 000 kJ 能量。人体所需的能量主要依靠三大营养物质——糖类、脂肪、蛋白质来提供。
糖类中只有单糖能直接给人体提供能量，淀粉等多糖进入人体之后，首先在酶的作用下发生水解，生成葡萄糖。葡萄糖在人体内与氧气作用，发生如下反应：
C6H12O6(s)＋6O2(g) = 6H2O(l)＋6CO2(g) ΔH=－2 803 kJ·ml－1
食物中的化学物质能给人提供能量。这些物质进入人体后，在有氧呼吸过程中被缓慢氧化，生成二氧化碳和水，同时供给人体各项生理活动所需要的能量，保证身体机能的正常运作。尽管我们吃的食物丰富多样，但最主要的是糖类、脂肪、蛋白质三类物质。食物为什么能够为生命体提供能量？科学家的研究表明，这一切要归功于植物的光合作用。含叶绿体的生物体发生光合作用，将光能转化为化学能以糖类物质的形式储存起来。动物食用这些生物体获得生存所需的能量。从本质上看，太阳能是能量之源，植物的光合作用“固定”了太阳能，并将其储存于分子中，使整个食物链中的所有生物均得以存活。因此，光合作用是地球上最重要的化学反应，为地球上的生命活动提供最原始的能量。
1.已知：H2(g)+F2(g)=2HF(g) △H=-270 kJ/ml ，下列说法正确的是A．2 L氟化氢气体分解成1 L氢气与1 L氟气放出270 kJ热量B．1 ml氢气与1 ml氟气反应生成2ml液态氟化氢放出热量小于270 kJC．在相同条件下，1 ml氢气与1 ml氟气的能量总和大于2 ml氟化氢气体的能量D．1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270 kJ热量
2. 已知充分燃烧ag乙炔气体时生成1ml二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是A. 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) △H=－4b kJ/mlB. C2H2(g)+5/2O2(g)=2CO2(g)+H2O(l) △H=+2b kJ/mlC. 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) △H=－2b kJ/mlD. 2C2H2(g)+5O2(g)=4CO2(g)+2H2O(l) △H=+b kJ/ml
3.已知在25℃、101kPa下，1gC8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ 热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是 ( )A. C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g) +9H2O(g) △H= - 5518kJ·ml -1B. C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2 (g) +9H2O(l) △H= - 5518kJ·ml -1C. C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2(g) + 9H2O(l) △H= + 5518kJ·ml -1D. C8H18(l)+25/2O2(g)=8CO2 (g)+ 9H2O(l) △H= - 48.40kJ·ml -1
4.下列各组热化学方程式中，化学反应的△H前者大于后者的是①C(s)＋O2(g)===CO2(g) △H1 C(s)＋ O2(g)===CO(g) △H2②S(s)＋O2(g)===SO2(g) △H3 S(g)＋O2(g)===SO2(g) △H4③H2(g)＋ O2(g)===H2O(l) △H5 2H2(g)＋ O2(g)===2H2O(l) △H6④CaCO3(s)= CaO(s)＋CO2(g) △H7 CaO(s)＋H2O(l) =Ca(OH)2(s) △H8 A.① B.④ C.②③④ D.①②③
5.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成（或拆开）1ml化学键时释放（或吸收）出的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能（kJ·ml-1）：P—P：198 P—O：360 O=O：498 则反应P4（白磷）+3O2= P4O6的反应热△H为 （ ）A．-1638 kJ·ml-1 B．+1638 kJ·ml-1 C．-126 kJ·ml-1 D．+126 kJ·ml-1