1.1.2化學(xué)反應(yīng)的焓變 課件 高二上學(xué)期化學(xué)滬科版（2020）選擇性必修1

化學(xué)反應(yīng)的焓變

熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

ΔU=Q+W熱（Q）：因溫度不同而傳遞的能量；

功（W）：除熱以外其它形式的能量。化學(xué)反應(yīng)的熱能廣泛應(yīng)用在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究與國防建設(shè)中。

必修二

圖5.20

鋁熱反應(yīng)

定義：在一定溫度下，化學(xué)反應(yīng)過程中吸收或釋放的熱稱為化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，也稱反應(yīng)熱(Q)。

Q>0，系統(tǒng)從環(huán)境吸熱，可使內(nèi)能(U)增加；

Q<0，系統(tǒng)對環(huán)境放熱，可使內(nèi)能(U)減少。

一、反應(yīng)熱

Q=

ΔU-W

W=－PΔVΔV=V(反應(yīng)后）-

V(反應(yīng)前）

基于不做非體積功、一定溫度、恒壓條件下進(jìn)行研究。功(W)

體積功：在一定環(huán)境壓力下，系統(tǒng)體積變化(ΔV)所做的功；非體積功：除體積功以外的功。探討：如右圖，環(huán)境壓強(qiáng)(P)為aPa，系統(tǒng)變化前后

體積變化(ΔV)增大了bm3，求體積功的大小。aPaaPa活塞=－aPa·bm3=－abPa·m3

Q=

ΔU-W

=－abN·m-2·m3

=－abNm=－abJ

自熱鍋熱源探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源：《上海市高中化學(xué)（選擇性必修一）教師實(shí)踐能力培訓(xùn)課程》

上海市復(fù)興高級中學(xué)張棟

Q=

ΔU-W

1gCaO中加入5滴水反應(yīng)的熱效應(yīng)

因?yàn)閃=0

所以

Q=

ΔU=∑U(生成物)－∑U(反應(yīng)物)

結(jié)論：Q<0

CaO+H2O==Ca(OH)2反應(yīng)前17.1℃反應(yīng)后24.9℃取一只100mL燒杯，加入10g碳酸氫鈉固體和10g檸檬酸固體，攪拌；再向燒杯中注入10mL蒸餾水（實(shí)驗(yàn)中用磁力攪拌器攪拌）。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：_________________

_________________________；實(shí)驗(yàn)結(jié)論：___________________________。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源：《上海市高中化學(xué)（選擇性必修一）教師實(shí)踐能力培訓(xùn)課程》

上海市復(fù)興高級中學(xué)袁翔

反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，體系溫度由25℃降到1℃

該反應(yīng)為吸熱反應(yīng),Q>0令：U+

PV=H，則

Q

=

ΔH

思考：該反應(yīng)的熱效應(yīng)是否也等于系統(tǒng)內(nèi)能的變化？

Q=

ΔU-W

在化學(xué)熱力學(xué)中H稱之為“焓(enthalpy)”，與內(nèi)能一樣，系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，焓也隨之變化；

ΔH=∑H(生成物)－∑H(反應(yīng)物)，稱之為焓變。那么，生石灰與水的反應(yīng)熱是否也等于該反應(yīng)的焓變？所以

Q=

ΔU+

PΔV=Δ（U+

PV）

（ΔH又稱為等壓反應(yīng)熱，或用Qp表示）

W=-

PΔV，ΔV=V(反應(yīng)后）-V(反應(yīng)前）

焓與內(nèi)能有關(guān)。在不做非體積功時(shí)，一定溫度，恒壓下反應(yīng)熱與焓變相等。Q=ΔH，大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都符合或接近這個(gè)反應(yīng)模型。

思考：你認(rèn)為焓是一種什么性質(zhì)的物理量？引入焓(H)對我們研究反應(yīng)熱有什么意義？ΔH>0,吸熱反應(yīng)；ΔH<0,放熱反應(yīng)。

科學(xué)研究中引入“焓”這個(gè)物理量，極大地方便了我們的研究，掌握反應(yīng)熱的變化規(guī)律。

研究熱化學(xué)時(shí)，我們可以用“熱化學(xué)方程式”表示一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中的焓變。例如，實(shí)驗(yàn)測得298K和100kPa時(shí)，2mol氫氣與1mol氧氣完全反應(yīng)生成2mol氣態(tài)水時(shí)，放熱484kJ。該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可以這樣表示：

熱化學(xué)方程式

ΔH的單位中“mol－1”的含義：表示的是“每摩爾反應(yīng)”，而不是氫氣、

氧氣這樣具體的物質(zhì)。所以:當(dāng)反應(yīng)為H2(g)+

O2(g)===H2O(g)時(shí)，ΔH=－242kJ·mol－1

2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH=－484kJ·mol－1

二、化學(xué)反應(yīng)中的焓變示意圖反應(yīng)物生成物焓(H)

反應(yīng)1：2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)

ΔH=－484kJ·mol－1

2H2(g)+O2(g)

2H2O(g)

ΔH=－484kJ·mol－1

反應(yīng)2：2HgO(s)===2Hg(l)+O2(g)

ΔH=182kJ·mol－1

ΔH=182kJ·mol－1生成物反應(yīng)物焓(H)

2Hg(l)+O2(g)

2HgO(s)

請指出下列示意圖的錯(cuò)誤？反應(yīng)物生成物焓(H)CH4

+

O2

CO2

+H2O

ΔH=－891kJ·mol－1反應(yīng)物生成物焓(H)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)

ΔH=－891kJ·mol－1

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是化學(xué)鍵的斷裂與形成，斷裂原有的化學(xué)鍵需要吸收能量，生成新的化學(xué)鍵會放出能量。所以化學(xué)反應(yīng)的焓變主要與化學(xué)鍵的變化有關(guān)。

部分化學(xué)鍵的鍵能(E單位為kJ·mol－1):

三、焓變的微觀實(shí)質(zhì)化學(xué)鍵鍵能化學(xué)鍵鍵能化學(xué)鍵鍵能C—H414C—F489H—F565F—F158H—H436H—N391

利用鍵能數(shù)據(jù)推算焓變

在298K、101kPa時(shí)，實(shí)驗(yàn)測得1molH2(g)與1molCl2(g)反應(yīng)生成2molHCl(g)時(shí)放出184.6kJ的熱。鍵能(E單位為kJ·mol－1)

化學(xué)鍵鍵能化學(xué)鍵鍵能化學(xué)鍵鍵能H—H436Cl—Cl243H—Cl431

請利用鍵能數(shù)據(jù)推算

，H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)該反應(yīng)的ΔH。

ΔH=∑E(反應(yīng)物)－∑E(生成物)

436kJ·mol－1

能量243kJ·mol－1

能量431kJ·mol－1

能量

431kJ·mol－1

能量鍵斷裂鍵斷裂鍵形成鍵形成

ΔH＝436+243－431×2

＝－183(kJ·mol－1)實(shí)驗(yàn)值為：－184.6kJ·mol－1結(jié)果表明：化學(xué)鍵的斷裂與形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。

氨在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。用

表示NH3

分子的結(jié)構(gòu)。已知合成氨的熱化學(xué)方程式為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=－92.4kJ·mol－1。請推算N≡N的鍵能。

解析：根據(jù)ΔH=∑E(反應(yīng)物)－∑E(生成物)

所以E(N≡N)+436×3－391×6=－92.4，

鍵能(kJ·mol－1)H—H436H—N391學(xué)用結(jié)合

E(N≡N)=945.6(kJ·mol－1)如：★自熱食品包裝中，配多少克發(fā)熱

劑才恰當(dāng)？

四、感悟研究化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的意義

★管道煤氣至少多少輸送量，才能

保障小區(qū)居民生活的需要？

★硫酸工業(yè)中，熱交換器有多少熱

量進(jìn)行了交換？選修二，圖6.13

★航空航天中，火箭推進(jìn)劑的種類

和用量會是怎樣的呢？

推進(jìn)劑主要成份（燃料/氧化劑）推進(jìn)劑狀態(tài)應(yīng)用舉例偏二甲肼/硝酸[(CH3)2NNH2/HNO3]液體長征一號偏二甲肼/四氧化二氮[(CH3)2NNH2/N2O4]液體長征二號、三號、四號系列煤油/液氧液體長征五號助