化學(xué)反應(yīng)熱的計算課件

化學(xué)反應(yīng)熱的計算化學(xué)反應(yīng)熱是化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的衡量標(biāo)準(zhǔn)。它表示在特定條件下，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物時所釋放或吸收的熱量。課程目標(biāo)理解基本概念掌握熱力學(xué)第一定律、焓的概念和反應(yīng)熱的概念。掌握計算方法學(xué)習(xí)利用熱化學(xué)方程式、標(biāo)準(zhǔn)生成焓和Hess定律計算反應(yīng)熱。了解反應(yīng)熱的影響因素理解溫度、壓力和濃度對反應(yīng)熱的影響。應(yīng)用于實(shí)際問題能夠利用所學(xué)知識分析和解決化學(xué)反應(yīng)熱相關(guān)的實(shí)際問題。熱力學(xué)第一定律能量守恒能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，總量保持不變。能量轉(zhuǎn)化在化學(xué)反應(yīng)中，能量可以從化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能、光能等，也可以發(fā)生相反的轉(zhuǎn)化。數(shù)學(xué)表達(dá)式熱力學(xué)第一定律可以用公式表示：ΔU=Q+W，其中ΔU為內(nèi)能變化，Q為吸熱量，W為功。內(nèi)能和焓內(nèi)能一個系統(tǒng)中所有粒子的動能和勢能之和。焓衡量系統(tǒng)能量的一種狀態(tài)函數(shù)，表示系統(tǒng)在等壓條件下所具有的能量。內(nèi)能與焓的關(guān)系焓是內(nèi)能加上系統(tǒng)壓強(qiáng)和體積的乘積。焓的定義11.熱力學(xué)函數(shù)焓是體系在恒壓條件下所吸收或放出的熱量。22.符號用符號H表示，單位為焦耳（J）或千焦耳（kJ）。33.影響因素焓的大小與體系的溫度、壓力和物質(zhì)的量有關(guān)。44.重要性焓是化學(xué)反應(yīng)中熱效應(yīng)的重要指標(biāo)，可以用來判斷反應(yīng)是放熱還是吸熱。焓的測量焓的變化值可以通過實(shí)驗(yàn)測量得到，常用方法有以下幾種：1量熱法利用量熱計測量反應(yīng)或過程釋放或吸收的熱量。2間接計算法利用熱化學(xué)方程式和已知焓值計算未知焓值。3理論計算法利用量子化學(xué)方法計算焓值。反應(yīng)熱的概念定義反應(yīng)熱是指化學(xué)反應(yīng)在恒壓條件下發(fā)生的熱量變化。它反映了反應(yīng)體系與環(huán)境之間能量交換的程度。反應(yīng)熱是化學(xué)反應(yīng)的重要熱力學(xué)參數(shù)之一，可以用來判斷反應(yīng)的方向和進(jìn)行的程度。反應(yīng)熱通常用ΔH表示，單位為kJ/mol。ΔH>0表示吸熱反應(yīng)，反應(yīng)體系從環(huán)境吸收熱量；ΔH<0表示放熱反應(yīng)，反應(yīng)體系向環(huán)境釋放熱量。反應(yīng)熱的符號反應(yīng)熱符號反應(yīng)熱用ΔH表示，表示反應(yīng)過程中焓變。正負(fù)號放熱反應(yīng)ΔH為負(fù)值，吸熱反應(yīng)ΔH為正值。生成焓生成焓是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol物質(zhì)的焓變。生成焓是化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)計算中重要的參數(shù)。例如，生成焓為負(fù)值，說明生成該物質(zhì)時釋放能量，即為放熱反應(yīng)；生成焓為正值，則說明生成該物質(zhì)時吸收能量，即為吸熱反應(yīng)。燃燒焓定義1mol物質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量符號ΔHcθ單位kJ/mol燃燒焓是一個重要的熱化學(xué)數(shù)據(jù)，可以用來判斷物質(zhì)的燃燒熱力學(xué)性質(zhì)，并用于計算其他反應(yīng)的焓變。中和焓中和焓指的是強(qiáng)酸與強(qiáng)堿反應(yīng)生成1摩爾水時的焓變。例如，強(qiáng)酸鹽酸（HCl）與強(qiáng)堿氫氧化鈉（NaOH）反應(yīng)生成1摩爾水時的焓變，就稱為中和焓。-57.3kJ/mol中和焓實(shí)驗(yàn)測得該反應(yīng)的中和焓約為-57.3kJ/mol。1mol生成水該反應(yīng)生成1摩爾的水。溶解焓溶解焓是指在一定溫度和壓力下，1mol溶質(zhì)溶解于一定量的溶劑中所產(chǎn)生的焓變。溶解焓為負(fù)值，表示溶解過程放熱，溶液溫度升高。溶解焓為正值，表示溶解過程吸熱，溶液溫度降低。相變焓相變焓是指物質(zhì)在恒定壓力下發(fā)生相變時所吸收或放出的熱量。它反映了物質(zhì)在不同相態(tài)之間轉(zhuǎn)變時能量變化的大小。相變焓是熱力學(xué)中一個重要的概念，可以用來計算化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。相變焓的數(shù)值取決于物質(zhì)的種類、相變類型以及溫度和壓力等因素。例如，水的熔化焓為6.01kJ/mol，沸騰焓為40.7kJ/mol。相變焓在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用，例如在工業(yè)生產(chǎn)中，可以用來計算化學(xué)反應(yīng)的熱量變化，從而優(yōu)化反應(yīng)條件，提高生產(chǎn)效率。此外，相變焓還可以用來預(yù)測物質(zhì)的相變溫度和壓力等信息。標(biāo)準(zhǔn)生成焓標(biāo)準(zhǔn)生成焓指的是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1摩爾物質(zhì)的焓變，用符號ΔfH°表示。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)通常定義為298.15K（25°C）和1atm壓力。標(biāo)準(zhǔn)生成焓是熱化學(xué)計算中的重要數(shù)據(jù)，可以通過實(shí)驗(yàn)測量或使用熱化學(xué)方程式來計算。它可以用于計算反應(yīng)焓變，從而預(yù)測反應(yīng)是否可以自發(fā)進(jìn)行。0kJ/mol單位298.15K標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度1atm標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)壓力ΔfH°符號標(biāo)準(zhǔn)生成焓Hess定律1反應(yīng)熱反應(yīng)熱只與反應(yīng)的始末狀態(tài)有關(guān)2多步反應(yīng)反應(yīng)可分多步進(jìn)行3總反應(yīng)熱等于各步反應(yīng)熱之和Hess定律在化學(xué)反應(yīng)熱的計算中非常重要，它可以幫助我們計算一些難以直接測量的反應(yīng)熱。洪特定律1基本概念洪特定律描述了反應(yīng)熱與反應(yīng)物和生成物的化學(xué)計量系數(shù)之間的關(guān)系。它指出，一個反應(yīng)的反應(yīng)熱等于其化學(xué)計量系數(shù)乘以相應(yīng)的生成焓的代數(shù)和。2應(yīng)用范圍洪特定律廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)熱量的計算，特別是在無法直接測量反應(yīng)熱的情況下。它為計算反應(yīng)熱提供了簡便方法，并幫助我們理解化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化。3關(guān)鍵要點(diǎn)洪特定律強(qiáng)調(diào)了生成焓的重要性，它代表了生成一摩爾物質(zhì)的熱量變化。通過利用標(biāo)準(zhǔn)生成焓，我們可以計算出復(fù)雜反應(yīng)的反應(yīng)熱。反應(yīng)熱的計算利用熱化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式反應(yīng)熱可以直接從方程式中讀取。利用標(biāo)準(zhǔn)生成焓通過查閱標(biāo)準(zhǔn)生成焓表計算反應(yīng)熱。利用Hess定律根據(jù)已知反應(yīng)熱計算未知反應(yīng)熱。利用熱化學(xué)方程式寫出化學(xué)反應(yīng)方程式將反應(yīng)物和生成物寫成化學(xué)式，并用箭頭連接，表示化學(xué)反應(yīng)。配平化學(xué)方程式確保反應(yīng)式兩邊原子數(shù)目相等，用系數(shù)平衡。添加反應(yīng)熱值在化學(xué)方程式右邊添加反應(yīng)熱值，用△H表示，并注明單位（kJ/mol）。注意正負(fù)號放熱反應(yīng)△H為負(fù)值，吸熱反應(yīng)△H為正值。利用標(biāo)準(zhǔn)生成焓標(biāo)準(zhǔn)生成焓是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol物質(zhì)時的焓變，符號為ΔHf°。1計算反應(yīng)熱利用標(biāo)準(zhǔn)生成焓可以計算反應(yīng)熱2標(biāo)準(zhǔn)生成焓化學(xué)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓3反應(yīng)物計算反應(yīng)物和生成物的標(biāo)準(zhǔn)生成焓4生成物反應(yīng)熱等于生成物標(biāo)準(zhǔn)生成焓之和減去反應(yīng)物標(biāo)準(zhǔn)生成焓之和例如，對于反應(yīng)H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l)，已知H2(g)、O2(g)和H2O(l)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓分別為0kJ/mol、0kJ/mol和-285.8kJ/mol，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱為-285.8kJ/mol，即每生成1mol液態(tài)水放出285.8kJ的熱量。利用Hess定律1Hess定律利用已知反應(yīng)熱計算未知反應(yīng)熱.反應(yīng)熱與反應(yīng)途徑無關(guān)，只與反應(yīng)的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)。2步驟將已知反應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訙p，使之加減后成為目標(biāo)反應(yīng)。目標(biāo)反應(yīng)的反應(yīng)熱等于已知反應(yīng)熱加減后的結(jié)果。3舉例計算C(石墨)+O2(g)=CO2(g)的反應(yīng)熱。已知：C(石墨)+1/2O2(g)=CO(g)，△H=-110.5kJ/mol；CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)，△H=-283.0kJ/mol。反應(yīng)熱的大小及方向能量變化反應(yīng)熱的大小反映了化學(xué)反應(yīng)過程中能量變化的程度，數(shù)值越大，能量變化越劇烈。正負(fù)值反應(yīng)熱可以是正值或負(fù)值，正值表示吸熱反應(yīng)，負(fù)值表示放熱反應(yīng)。影響因素反應(yīng)熱的大小和方向受多種因素影響，包括反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)、反應(yīng)條件等。放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)會釋放熱量，導(dǎo)致周圍環(huán)境溫度升高。常見放熱反應(yīng)包括燃燒、中和反應(yīng)和許多化學(xué)反應(yīng)。吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)需要吸收熱量才能進(jìn)行，導(dǎo)致周圍環(huán)境溫度降低。常見吸熱反應(yīng)包括冰的融化、水的蒸發(fā)和許多分解反應(yīng)。反應(yīng)熱的影響因素反應(yīng)物的性質(zhì)反應(yīng)物的化學(xué)鍵類型和鍵能會影響反應(yīng)熱，例如，化學(xué)鍵越強(qiáng)，反應(yīng)熱越低。生成物的性質(zhì)生成物的化學(xué)鍵類型和鍵能也會影響反應(yīng)熱，生成物化學(xué)鍵越穩(wěn)定，反應(yīng)熱越低。反應(yīng)條件溫度、壓力、濃度等因素會影響反應(yīng)熱，例如，溫度升高，反應(yīng)熱通常會增加。催化劑催化劑可以改變反應(yīng)路徑，降低反應(yīng)的活化能，但不會改變反應(yīng)熱。溫度對反應(yīng)熱的影響溫度會改變反應(yīng)速率，從而影響反應(yīng)熱。溫度升高，反應(yīng)速率加快，更多反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，反應(yīng)熱會隨之改變。溫度降低，反應(yīng)速率減慢，反應(yīng)熱也會相應(yīng)降低。壓力對反應(yīng)熱的影響影響因素壓力主要影響氣體反應(yīng)的反應(yīng)熱。當(dāng)反應(yīng)物或生成物為氣體時，壓力升高會使反應(yīng)向體積減小的方向進(jìn)行，進(jìn)而影響反應(yīng)熱。體積變化對于氣相反應(yīng)，如果反應(yīng)體積減小，則升高壓力會使反應(yīng)熱減小。反之，如果反應(yīng)體積增大，則升高壓力會使反應(yīng)熱增大。理想氣體對于理想氣體反應(yīng)，壓力對反應(yīng)熱的影響較小。因?yàn)槔硐霘怏w分子之間沒有相互作用，所以壓力變化對反應(yīng)熱的影響可以忽略。實(shí)際氣體對于實(shí)際氣體反應(yīng)，由于氣體分子間存在相互作用，所以壓力變化對反應(yīng)熱的影響比較明顯。濃度對反應(yīng)熱的影響濃度與反應(yīng)熱反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)熱越大。這是因?yàn)榉磻?yīng)物濃度越高，反應(yīng)進(jìn)行的越充分，放出的熱量也就越多。稀釋與反應(yīng)熱稀釋溶液時，反應(yīng)物的濃度降低，反應(yīng)熱也會降低。因?yàn)橄♂屓芤汉?，反?yīng)物之間的碰撞機(jī)會減少，反應(yīng)的程度也會下降。總結(jié)化學(xué)反應(yīng)熱是化學(xué)反應(yīng)過程中能量變化的量度，表示反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物過程中放出或吸收的熱量。熱力學(xué)定律為化學(xué)反應(yīng)熱的計算提供了理論基礎(chǔ)，其中焓變是反應(yīng)熱的重要概念。思考題1.反應(yīng)熱的符號為何是正負(fù)號？2.反應(yīng)熱與反應(yīng)物和