鲁科版（2019）选择性必修一《1.1 化学反应的热效应》（1）优秀教学课件

鲁科版（2019）选择性必修一《1.1 化学反应的热效应》（1）优秀教学课件

我们每天的生活都离不开能量，每一顿可口的饭菜需要天然气燃烧提供热能，电动车的出行需要化学电源产生的电能，汽车的出行更是离不开燃油的燃烧或者化学电源，由此可见化学反应产生的各种形式的能量都是人类社会所需能量的重要来源，因此，研究伴随物质变化而发生的能量转化就显得尤为重要。

通常情况下，化学反应中的能量转化主要是化学能与热能之间的转化，化学反应几乎都伴随着热能的释放或吸收，例如铝粉与铁的氧化物的反应是一个放热反应，氯化铵与氢氧化钙是一个吸热反应。那么我们应该如何定量地描述一个化学反应释放或吸收的热能呢？用什么方法可以准确地测量一个化学反应释放或吸收的热量呢？如何计算化学反应的热效应？这是第一节“化学反应的热效应”需要解决的问题。

为了定量地描述化学反应释放或吸收的热能，在化学上规定，当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。用Q表示。并且约定当Q为正值，反应吸热，体系的能量升高，当Q为负值，反应放热体系的能量降低。所谓体系就是人为划定的研究对象，将体系以外的其他部分称为环境。例如，当我们研究一个容器中的水溶液反应时，将容器中的水溶液称为体系，则容器和容器以外的部分就是环境。

化学反应为什么会伴随着能量变化呢？在必修阶段我们是如何解释的呢？

在化学反应过程中，如果形成新化学键释放的能量大于破坏旧化学键吸收的能量，即E2大于E1，将会有能量释放出来，释放出来的能量会以热能、电能或光能等形式进行释放；如果形成新化学键释放的能量小于破坏旧化学键吸收的能量，即E2小于E1，则需要吸收能量。如左图所示。

还可以将化学反应的过程看作“储存”在物质内部的能量转化为热能、电能或光能等释放出来的过程，这就是释放能量。或者是热能、电能或光能等转化为物质内部的能量被“储存”起来的过程，即吸收能量。一个确定的化学反应发生时是吸收能量还是释放能量，取决于反应物的总能量 与生成物的总能量的相对大小。如右图所示。

因此化学反应的能量变化可以从两个角度解释：从微观角度看就是与化学键的断裂和形成有关，从宏观角度看就是与反应物总能量和生成物总能量的相对大小有关。

因此该反应的反应热可以是体系升高的能量和降低的能量取加和，再进行化简，就等于436kJ+249kJ-926kJ，计算等于-241kJ。

能不能得到更简约的计算公式呢？

通过观察不难发现，436加上249等于反应物分子中的总键能，926等于反应产物分子中的总键能。由此可以得出反应热就等于反应物的总键能减去反应产物的总键能。在进行计算时要关注物质前的系数以及化学键的数目。例如1mol水分子内部含有2mol氢氧键

在必修阶段分析化学反应的能量变化还可以从宏观的角度：即反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小，那在这个图中，纵坐标的能量到底指代的是什么呢？

化学反应的能量变化是由于反应前后物质所具有的内能不同而引起的。内能是体系内各种微观粒子的能量总和，包括动能和势能，符号U。

以水分子为例：水分子的内能包括动能和势能。组成水的各种微观粒子都处在不停的运动中，动能包括分子内部各种粒子运动的动能。例如分子的平动、转动、振动，电子运动，原子核运动等各种形式运动的动能。图中所示就是微粒各种形式的运动。

微观粒子的势能是指粒子之间由于相互作用产生的能量，这种能量与距离有关。例如在水分子内部，氢原子和氧原子之间的化学键，就是一种由于相互作用而产生的势能。而水分子和水分子之间也会存在相互作用，并且这种相互作用也与距离有关，因此水分子之间也存在势能。

化学反应内能的变化?U=U(反应产物)-U(反应物)，当反应产物的内能大于反应物的内能，反应吸收能量，当反应产物的内能小于反应物的内能，反应释放能量。

那么变化的这部分内能?U与环境以什么形式进行交换呢？

化学反应体系与环境进行能量交换可以以热和功两种形式呈现。根据能量守恒定律， 化学反应中内能的变化等于反应热和功的加和，Q为反应热，W为功。功指的是体系与环境之间交换的其他形式的能，如电能、光能、机械能等等。当环境对体系做功，W取正值，体系对于环境做功W取负值。在一定的环境压强下，当体系的体积发生变化时，环境对体系（或体系对环境）做的功称为体积功。体积功是功的一种。

当一个反应在恒容条件下进行，此时反应热Q与内能的变化量?U有什么关系呢？

因为?U＝Q+W，由于反应在恒容条件下进行，因此反应前后的体积V1等于V2，体积功为0，并且没有做电功等其他功，此时的反应热就等于内能的变化量，用Qv表示恒容条件下的反应热，Qv＝?U，

若反应产物内能大于反应物内能，Q大于0，反应吸热。若反应产物内能小于反应物内能，则Q小于0，反应放热