第一章化学反应与能量(知识点总结)

选修4《化学反应原理》第1页（共8页）第2页（共8页）第一章化学反应与能量（知识点总结）一、“有效碰撞”模型。从物质结构变化上看，化学反应的过程，其实是怎样的一个过程？旧的断裂、新的形成的过程。1、有效碰撞：分子都在不停的运动，反应物分子能够发生碰撞是反应发生的先决条件，如果每次碰撞都是有效的话，任何反应都会在瞬间完成，而事实不是这样，所以并不是所有的碰撞都是有效的。有效碰撞：能够导致化学键断裂，引发化学反应的碰撞。2、活化分子：要有效碰撞，要求分子必须具有足够高的能量。我们把这样的分子叫做“活化分子”。活化分子：具有足够高的能量，可能发生有效碰撞的反应物分子。活化分子发生的碰撞一定是有效碰撞吗？。还要求取向正确。发生有效碰撞的条件：3、活化能：活化能。活化能的作用是，与课本第3页图中表示的哪部分能量相等？参看教材所举的“公司贷款”一例：活化能的大小决定了一般分子变为活化分子的难易，也就是化学反应的难易，它会影响反应热的大小吗？结论：某一化学反应的速率大小与单位时间内有关；有效碰撞次数的多少与单位体积内反应物中的多少有关；活化分子的多少又与该反应的大小有关。活化能的大小是由反应物分子的性质决定的，而反应物分子的性质又与分子的内部结构密切相关，可以说反应物分子的内部结构是决定化学反应速率的内因。那么，对于一个特定的反应人们可以通过改变它的外部条件加以控制和利用。活化能是决定化学反应难易的关键。不同的化学反应，活化能差别很大。一个具体的反应，活化能的值只能通过实验方法测得。二．用“有效碰撞”模型解释外界条件对化学反应速率的影响1、温度对反应速率的影响：我们知道，温度升高，反应速率加快；温度降低，反应速率减慢。温度升高10℃，有些反应的速率可提高2倍、3倍，甚至4倍以上。这是因为，在浓度一定时，升高温度，反应物分子的能量增加，使一部分原来能量较低的分子变成活化分子，从而增加了反应物分子中活化分子的百分数，使有效碰撞次数增多，反应速率增大。温度升高，分子的运动加快，单位时间里反应物分子间碰撞次数增加，反应也相应地加快，前者是反应速率加快的主要原因。说明：温度对反应速率的影响规律，对吸热、放热反应都适用，且不受反应物状态的限制。而有些反应几乎不受温度变化的影响，比如：H+和OH-的中和反应，Cl-和Ag+的沉淀反应。还有原子间的反应，这些反应的活化能几乎为零。为什么这些反应的活化能几乎为零？2、催化剂对反应速率的影响：本书讲述的是化学反应基本原理，其中还必须涉及“催化剂”。因为正如我们所知，催化剂对化学反应的影响是不容忽视的。这是因为，催化剂能参与反应，改变反应历程，降低化学反应的活化能，也就等于提高了活化分子的百分数，从而提高了有效碰撞频率，加快了反应速率。另外，浓度、压强的改变也会引起活化分子总数的改变，影响化学反应速率。三、反应热焓变（一）：反应能量变化与反应热能量就是推动人类进步的“杠杆”！能量使人类脱离了“茹毛饮血”的野蛮，进入繁华多姿的文明。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一（一般以热和功的形式与外界环境进行能量交换）。所以，研究化学反应中的能量变化，就显得极为重要。1.化学反应与能量变化的关系任何一个化学反应中，反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量是等的，在产生新物质的同时总是伴随着的变化。即在一个化学反应中，同时遵守守恒和守恒两个基本定律。2、化学反应中能量变化形式化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一，一般以热和功的形式与外界环境进行能量交换，通常表现为热量的变化。3、类型（1）放热反应：即_____________的化学反应，其反应物的总能量____生成物的总能量。如：燃料的燃烧、中和反应、生石灰与水化合、金属和酸的反应、铝热反应等都是放热反应。（2）吸热反应：即_________的化学反应，其反应物的总能量____生成物的总能量。如：H2还原CuO的反应，灼热的碳与二氧化碳反应，CaCO3分解等大多数分解反应，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应都是吸热反应。说明：吸热反应特征是大多数反应过程需要持续加热，但有的不需要加热如：Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl固体反应，放热反应有的开始时需要加热以使反应启动。即反应的吸、放热与反应条件无关。（二）：反应热焓变两个概念：环境体系1、定义：叫反应热，又叫焓变。2、表示符号：3、单位：(或)。4、计算方法：△H=反应物的总键能--生成物的总键能（或△H=生成物的总能量--反应物的总能量）因此，△H0时,为热反应;△H0时，为热反应。5、注意：在应用焓变时，应注意△H的符号。当△H0时，其“+”号不能省略。6、“反应热”与“热量”的区别：反应热有“+”、“-”之分；而热量是标量，但要注明是“吸收”、还是”放出”.知识拓展：焓是与物质的内能有关的一个物理量，但它又不同于物质的内能。单位为kJ/mol，不可以测量。化学研究表明，对于在等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能（同时可能伴随着反应体系体积的改变），而没有转化为电能、光能等其他形式的能，则该反应的反应热就等于反应前后物质的焓的变化，即焓变。即在此，可用焓变代替反应热。但焓变与反应热是不同含义两个的概念。四、热化学方程式1、概念：表示和的关系的化学方程式，叫做热化学方程式。2、表示的意义：热化学方程式不仅表明了化学反应中的变化，也表明了化学反应中的变化。如：H2(g)+1/2O2(g)===H2O(l)ΔH=－285.8kJ·mol－1,表示在℃,_Pa,molH2与molO2完全反应生成态水时的热量是285．8kJ。(表示完全反应时的能量变化)3、热化学方程式各物质前的化学计量数只表示，不表示，选修4《化学反应原理》第3页（共8页）第4页（共8页）因此，它可以是_数。对于相同物质的反应，化学计量数和ΔH可以同时扩大或缩小__的倍数。4、书写热化学方程式的注意事项：①、所有反应物和产物都用括号注明它们在反应时的状态（aq________s_________、l_________、g__________）；热化学方程式中不用“↑”和”↓”。②、反应热△H的位置只能在热化学方程式的右边，且中间要留一小段空位表示隔开；△H：吸热用“”，放热用“”单位：__________________。③、△H单位KJ/mol中“每摩尔”指的不是每摩尔某物质，而是指化学方程式的计量数以“摩尔”为单位时的反应热；大小与反应物的物质的量成正比④、化学计量数表示是“”.化学计量数可用分数，但ΔH要相应变化。如：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△H=－571.6kJ/molH2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)△H=kJ/mol⑤、指明反应时的温度和压强（对于25℃、101KPa时进行的反应，可以不注明）⑥、对于可逆反应中的△H指的是正反应方向完全进行到底时的焓变。⑦、可逆反应中，当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热的数值大小相等，符号相反5、应用——反应热大小的比较：(1)同一反应生成物状态不同时如：2H2(g)+O2(g)=2H2O(1)H1；2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)H2因为气体变液体会放热，故:H1H2(2)同一反应反应物状态不同时点如：S(g)+O2(g)=SO2(g)H1；S(s)+O2(g)=SO2(g)H2因为固体变气体会吸热，故:H1H2(3)两个相联系的不同反应比较如:C(s)+O2(g)=CO2(g)H1；C(s)+1/2O2(g)=CO(g)H2可以设计成：C(s)——CO(g)———CO2(g)，故：H1H2五、中和热1．定义：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应而生成molH2O，这时的反应热叫中和热。2．强酸与强碱的中和反应其实质是H+和OH-反应，其热化学方程式为：H+(aq)+OH-(aq)=H2O(l)ΔH=－57.3kJ/mol3.注意：①.中和热是以生成1molH2O为基准，因为表示中和热的热化学方程式中，水的化学计量数为1，其酸、碱或盐的化学计量数可以为分数．必须以生成1mol水为标准；强酸与强碱中和时生成1molH2O均放热57.3kJ，弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。浓的强酸与强碱中和时，稀释过程放热，所以它们参加中和反应时的中和热大于57.3kJ/mol。弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应时的中和热小于57.3kJ/mol。②.中和反应对象为稀溶液。这里的稀溶液一般要求酸溶液中的c（H＋）≤1mol/L，碱溶液中的c（OH－）≤1mol/L。这是因浓酸溶液和浓碱溶液稀释时会放出热量。六、中和热的测定实验1．实验用品大烧杯个(500mL)、小烧杯个(100mL)、温度计、量筒个(50mL)、泡沫塑料或硬纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有个小孔)、搅拌棒。0.50mol/L盐酸、0.55mol/LNaOH溶液。2．实验原理实验原理：用50mL（大约50g）0.50mol/L的盐酸与50mL（大约50g）0.55mol/L氢氧化钠设t1:反应前两溶液的平均温度。t2:反应后溶液温度c=4.18J/（g·℃）试求Q的表达式和中和热表达式：Q=mc(t2－t1)=0.418（t2－t1）kJ0.418（t2－t1）△H=——————————kJ/mol0.025H+(aq)十OH-(aq)＝H2O(1)；△H≈—57.3kJ/mol3．实验步骤(1)在大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条)，使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条)，大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和玻璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，该实验也可在保温杯中进行。(2)用一个量筒量取50mL0.50mol/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入下表。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。(3)用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记入下表。(4)把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯(注意不要洒到外面)。用环形玻璃搅拌捧轻轻搅动溶液，并准确读出混合溶液的最高温度，作为终止温度，记入下表。(5)重复实验两次，取测量所得数据的平均值作为计算依据。实验次数起始温度t1/℃终止温度t2/℃温度差（t2-t1）/℃HClNaOH平均值123(6)根据买验数据计算中和热。4．数据处理为了使计算简便一些，我们近似地认为：(1)0.50mol/L盐酸和0.55mol/LNaOH溶液的密度都是1g/cm3，所以50mL、0.50mol/L盐酸的质量m1＝50g，50mL、0.55mol/LNaOH溶液的质量m2＝50g。(2)中和后生成的溶液的比热容c＝4.18J/(g·℃)，由此可以计算出，50mL、0.50mol/L盐酸与50mL、0.55mol/LNaOH溶液发生中和反应时放出的热量为：(m1十m2)·c·(t2-t1)＝0.418(t2-t1)kJ。又因50mL、0.50mol/L盐酸中含有0.025mol的HCl，0.025mol的HCl与0.025molNaOH发生中和反应，生成0.025molH2O，放出的热量是0.418(t2-t1)kJ，所以生成1molH2O时放出的热量即中和热为：5．注意事项(1)为了保证0.50mol/L的盐酸完全被NaOH中和，采用0.55mol/LNaOH溶液，使碱稍稍过量。(2)实验中若用弱酸代替强酸，或用弱碱代替强碱，因中和过程中还有弱酸（碱）电离吸热，会使测得中和热的数值偏低。【思考一】：大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？填碎纸条的作用是什么？对此装置，你有何更好的建议？答案：两杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而减少热量损失；填碎纸条的作用是为了达到保温隔热、减少实验过程中热量损失的目的。若换用隔热、密封性能更好的装置（如保