化學(xué)反應(yīng)及能量變化課件

化學(xué)反應(yīng)及能量變化化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程，伴隨能量變化。能量變化表現(xiàn)為熱量釋放或吸收，影響反應(yīng)進(jìn)行方向和速率。什么是化學(xué)反應(yīng)？物質(zhì)變化化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，形成新的物質(zhì)。原子重組化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)上是原子重新排列組合的過(guò)程。反應(yīng)過(guò)程中，化學(xué)鍵斷裂和生成，導(dǎo)致物質(zhì)性質(zhì)發(fā)生改變?；瘜W(xué)方程式化學(xué)反應(yīng)可以用化學(xué)方程式來(lái)表示?；瘜W(xué)方程式用化學(xué)式和系數(shù)來(lái)描述反應(yīng)物和生成物的種類和數(shù)量關(guān)系。能量變化化學(xué)反應(yīng)通常伴隨著能量變化，例如放熱反應(yīng)會(huì)釋放能量，吸熱反應(yīng)則需要吸收能量才能進(jìn)行。化學(xué)反應(yīng)的基本特點(diǎn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化化學(xué)反應(yīng)中，舊物質(zhì)消失，新物質(zhì)生成，物質(zhì)的組成發(fā)生改變。能量的變化化學(xué)反應(yīng)通常伴隨著能量的變化，例如放熱反應(yīng)會(huì)釋放熱量，吸熱反應(yīng)會(huì)吸收熱量。反應(yīng)條件化學(xué)反應(yīng)需要一定的條件才能進(jìn)行，例如溫度、壓強(qiáng)、催化劑等。反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)的速率是指反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度，它受多種因素的影響?；瘜W(xué)反應(yīng)的分類化合反應(yīng)兩種或多種物質(zhì)反應(yīng)生成一種新物質(zhì)的反應(yīng)。分解反應(yīng)一種物質(zhì)分解成兩種或多種物質(zhì)的反應(yīng)。置換反應(yīng)一種單質(zhì)與一種化合物反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)。復(fù)分解反應(yīng)兩種化合物互相交換成分，生成兩種新的化合物的反應(yīng)。物質(zhì)的狀態(tài)變化與能量變化固體固體有固定形狀和體積，分子排列緊密，振動(dòng)幅度小，分子間作用力強(qiáng)。液體液體有固定體積，形狀可變，分子排列較松散，振動(dòng)幅度較大，分子間作用力中等。氣體氣體無(wú)固定形狀和體積，分子排列很松散，振動(dòng)幅度很大，分子間作用力弱。能量變化物質(zhì)狀態(tài)變化伴隨能量變化，例如，水結(jié)冰時(shí)釋放熱量，而冰融化時(shí)吸收熱量。吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)11.吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)是指反應(yīng)過(guò)程中吸收周圍環(huán)境熱量，導(dǎo)致體系溫度降低的反應(yīng)。22.放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)是指反應(yīng)過(guò)程中釋放熱量到周圍環(huán)境，導(dǎo)致體系溫度升高的反應(yīng)。33.常見的吸熱反應(yīng)例如冰塊融化、食鹽溶解于水、植物光合作用。44.常見的放熱反應(yīng)例如燃燒、金屬與酸反應(yīng)、中和反應(yīng)。用化學(xué)反應(yīng)做功的實(shí)例很多化學(xué)反應(yīng)會(huì)釋放能量，這些能量可以用來(lái)做功。比如，燃燒燃料可以推動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，電解水可以產(chǎn)生氫氣和氧氣。這些都是化學(xué)反應(yīng)做功的典型例子。此外，許多工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，比如合成氨和制備硝酸，也都利用了化學(xué)反應(yīng)釋放的能量來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。這些過(guò)程不僅提供了重要的產(chǎn)品，也為人類社會(huì)創(chuàng)造了巨大的價(jià)值。生活中的吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)冰塊融化冰塊融化需要吸收周圍環(huán)境的熱量，因此是吸熱反應(yīng)。食物烹飪食物烹飪過(guò)程中，需要通過(guò)加熱提供能量，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，是吸熱反應(yīng)。蠟燭燃燒蠟燭燃燒釋放熱量，是放熱反應(yīng)。熱水袋發(fā)熱熱水袋發(fā)熱是化學(xué)反應(yīng)釋放熱量，是放熱反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)與能量變化的關(guān)系化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著能量變化，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)物吸收或放出能量轉(zhuǎn)化為生成物。能量變化是化學(xué)反應(yīng)能否進(jìn)行的重要因素。能量變化的本質(zhì)是化學(xué)鍵的斷裂和形成。例如，燃燒反應(yīng)放熱，是因?yàn)榉磻?yīng)物化學(xué)鍵斷裂吸收的能量小于生成物化學(xué)鍵形成釋放的能量。能量變化決定了化學(xué)反應(yīng)的方向和速度。反應(yīng)速率與活化能活化能活化能是反應(yīng)物分子轉(zhuǎn)化為生成物分子所必須具有的最低能量。反應(yīng)速率反應(yīng)速率是指單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度或生成物濃度的變化量。碰撞理論化學(xué)反應(yīng)發(fā)生需要反應(yīng)物分子發(fā)生有效碰撞，即具有足夠能量并以正確的取向碰撞。影響反應(yīng)速率的因素溫度溫度升高，反應(yīng)速率加快。溫度越高，反應(yīng)物分子平均動(dòng)能越大，有效碰撞次數(shù)越多。濃度反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越快。濃度越高，反應(yīng)物分子之間碰撞的幾率越大，有效碰撞次數(shù)越多。催化劑催化劑可以改變反應(yīng)速率，但不改變反應(yīng)的平衡狀態(tài)。催化劑可以通過(guò)提供新的反應(yīng)路徑，降低反應(yīng)的活化能，從而加快反應(yīng)速率。表面積對(duì)于固體反應(yīng)物，表面積越大，反應(yīng)速率越快。表面積越大，反應(yīng)物與反應(yīng)物之間的接觸面積越大，有效碰撞次數(shù)越多。溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響溫度升高，反應(yīng)速率加快。溫度降低，反應(yīng)速率減慢。溫度反應(yīng)速率升高加快降低減慢催化劑是如何影響反應(yīng)速率的1降低活化能催化劑降低了反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)更容易進(jìn)行。2改變反應(yīng)路徑催化劑為反應(yīng)提供了一條新的反應(yīng)路徑，從而加快了反應(yīng)速率。3不改變反應(yīng)平衡催化劑只影響反應(yīng)速率，不改變反應(yīng)的平衡位置。壓力對(duì)反應(yīng)速率的影響氣體反應(yīng)對(duì)于氣體反應(yīng)，增大壓力相當(dāng)于增加反應(yīng)物濃度，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。這是因?yàn)闅怏w反應(yīng)中，氣體分子之間的碰撞頻率更高，從而提高了反應(yīng)速率。液體和固體反應(yīng)對(duì)液體和固體反應(yīng)，壓力對(duì)反應(yīng)速率的影響很小，幾乎可以忽略不計(jì)。因?yàn)橐后w和固體分子之間距離很近，壓力變化對(duì)它們碰撞頻率的影響很小。濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響反應(yīng)物濃度反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)物分子之間的碰撞機(jī)會(huì)越多，反應(yīng)速率越快。產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度越高，逆反應(yīng)速率越快，正反應(yīng)速率越慢。表面積對(duì)反應(yīng)速率的影響粉末狀物質(zhì)粉末狀物質(zhì)具有更大的表面積，接觸面積更大，反應(yīng)速率更快。塊狀物質(zhì)塊狀物質(zhì)的表面積較小，反應(yīng)物接觸面積有限，反應(yīng)速率較慢。催化劑催化劑可以提供更大的表面積，使反應(yīng)物更容易接觸，從而加速反應(yīng)速率?；瘜W(xué)反應(yīng)的能量變化化學(xué)反應(yīng)中伴隨著能量變化，主要表現(xiàn)為熱量的吸收或釋放。能量變化是化學(xué)反應(yīng)的重要特征之一?；瘜W(xué)反應(yīng)中，能量變化可以用焓變（ΔH）來(lái)表示。焓變是反應(yīng)前后體系焓的差值，正值表示吸熱反應(yīng)，負(fù)值表示放熱反應(yīng)。能量變化的大小與反應(yīng)物的化學(xué)鍵斷裂和生成物的化學(xué)鍵形成所需的能量有關(guān)。吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的示意圖吸熱反應(yīng)是指反應(yīng)過(guò)程中吸收能量，導(dǎo)致體系溫度降低的反應(yīng)。吸熱反應(yīng)的示意圖中，反應(yīng)物能量低于生成物能量，需要吸收能量才能發(fā)生反應(yīng)。放熱反應(yīng)是指反應(yīng)過(guò)程中釋放能量，導(dǎo)致體系溫度升高的反應(yīng)。放熱反應(yīng)的示意圖中，反應(yīng)物能量高于生成物能量，反應(yīng)過(guò)程會(huì)釋放能量。反應(yīng)熱和摩爾生成熱的概念反應(yīng)熱反應(yīng)熱是指在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中所放出或吸收的熱量。放熱反應(yīng)的反應(yīng)熱為負(fù)值，吸熱反應(yīng)的反應(yīng)熱為正值。摩爾生成熱摩爾生成熱是指在標(biāo)準(zhǔn)條件下，由最穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物的熱量變化。摩爾生成熱的單位是kJ/mol，正值表示吸熱反應(yīng)，負(fù)值表示放熱反應(yīng)。反應(yīng)熱的測(cè)定1量熱計(jì)通過(guò)測(cè)量反應(yīng)前后體系的溫度變化來(lái)計(jì)算反應(yīng)熱。2熱力學(xué)計(jì)算利用已知物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)生成焓，根據(jù)赫斯定律計(jì)算反應(yīng)熱。3實(shí)驗(yàn)測(cè)量直接測(cè)量反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，如使用燃燒熱量計(jì)。反應(yīng)熱是指在一定條件下，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中釋放或吸收的熱量。反應(yīng)熱的測(cè)定方法主要有三種，量熱計(jì)測(cè)定法、熱力學(xué)計(jì)算法和實(shí)驗(yàn)測(cè)量法。反應(yīng)熱的應(yīng)用11.工業(yè)生產(chǎn)化學(xué)反應(yīng)熱可以幫助我們?cè)O(shè)計(jì)和優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率。22.日常生活例如，我們可以利用燃料燃燒放熱來(lái)做飯、取暖，也可以利用反應(yīng)熱來(lái)制備各種產(chǎn)品。33.科學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)熱是進(jìn)行化學(xué)研究的重要數(shù)據(jù)，可以幫助我們了解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，并為新材料和新工藝的開發(fā)提供依據(jù)。內(nèi)能、焓、摘的概念內(nèi)能內(nèi)能指的是體系中所有微觀粒子動(dòng)能和勢(shì)能的總和，是狀態(tài)函數(shù)，只與體系的始末狀態(tài)有關(guān)，與變化過(guò)程無(wú)關(guān)。焓焓是體系內(nèi)能和壓強(qiáng)與體積乘積的總和，是狀態(tài)函數(shù)，在等壓條件下，焓變等于體系吸收或放出的熱量。摘摘是指體系在等溫等壓條件下，體系吸收或放出的熱量，它反映了體系的能量變化趨勢(shì)。熵的變化與反應(yīng)的自發(fā)性熵增原理一個(gè)孤立體系的自發(fā)變化總是朝著熵增的方向進(jìn)行。熵與自發(fā)性熵增是反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的標(biāo)志，體系的熵增越大，反應(yīng)越容易發(fā)生。自發(fā)過(guò)程和非自發(fā)過(guò)程自發(fā)過(guò)程無(wú)需外界干預(yù)，過(guò)程可自行進(jìn)行非自發(fā)過(guò)程需外界提供能量才能進(jìn)行自發(fā)過(guò)程冰塊在室溫下會(huì)自動(dòng)融化成水非自發(fā)過(guò)程水需要冷凍才能結(jié)冰吉布斯自由能與化學(xué)反應(yīng)的方向吉布斯自由能吉布斯自由能是一個(gè)重要的熱力學(xué)函數(shù)，它可以預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的方向。吉布斯自由能的變化（ΔG）表示反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)自由能的變化。反應(yīng)方向如果ΔG為負(fù)值，反應(yīng)為自發(fā)反應(yīng)，即反應(yīng)會(huì)自發(fā)進(jìn)行。如果ΔG為正值，反應(yīng)為非自發(fā)反應(yīng)，需要外界提供能量才能進(jìn)行。如果ΔG為零，反應(yīng)處于平衡狀態(tài)?；瘜W(xué)平衡和平衡常數(shù)可逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，正逆反應(yīng)速率相等，體系的宏觀性質(zhì)不再發(fā)生變化。平衡常數(shù)平衡常數(shù)K是衡量可逆反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)反應(yīng)物和生成物濃度比值的指標(biāo)。平衡常數(shù)的意義K值越大，表示反應(yīng)越完全，生成物含量越高，反之則反應(yīng)程度越小。影響化學(xué)平衡的因素溫度變化溫度升高有利于吸熱反應(yīng)正向進(jìn)行，有利于放熱反應(yīng)逆向進(jìn)行。壓強(qiáng)變化增大壓強(qiáng)有利于氣體分子數(shù)減少的方向進(jìn)行，減小壓強(qiáng)有利于氣體分子數(shù)增加的方向進(jìn)行。濃度變化增大反應(yīng)物濃度有利于正反應(yīng)進(jìn)行，減小反應(yīng)物濃度有利于逆反應(yīng)進(jìn)行。催化劑催化劑可以加快反應(yīng)速率，但不能改變平衡狀態(tài)。應(yīng)用化學(xué)平衡的原理11.合成氨合成氨是工業(yè)上重要的生產(chǎn)過(guò)程，利用化學(xué)平衡原理控制反應(yīng)條件，提高氨的產(chǎn)量。22.藥物合成化學(xué)平衡原理用于優(yōu)化藥物合成反應(yīng)條件，提高產(chǎn)率，控制副反應(yīng)的發(fā)生。33.環(huán)境保護(hù)控制燃燒過(guò)程的化學(xué)平衡，減少有害氣體的排放，例如二氧化硫和氮氧化物。44.日常生活理解化學(xué)平衡原理，可以幫助我們更好地理解日常生活中的化學(xué)現(xiàn)象，例如烹飪、洗滌等?？偨Y(jié)與思考化學(xué)反應(yīng)與能量變化化學(xué)反應(yīng)與