《化学反应与热能》课件

化学反应与热能化学反应是一种物质发生内部结构变化的过程往往会伴随着能量的转换和,释放这种能量转换可能产生热量、光能或电能等形式的热能了解化学反应与热能的关系对于科学研究和工业应用都很重要引言概览化学反应热能在反应中的作用化学反应是元素或化合物发生热能是化学反应过程中重要的变化的过程这种变化会产生新能量形式既可以作为反应的驱,,的物质并伴随着能量的变化动力也可能是反应的产物,,学习目标通过本章的学习理解化学反应的本质掌握热能在化学反应中的作用,,与应用什么是化学反应？原子与分子的重新组合物理状态的改变化学反应是指物质的原子或化学反应通常伴随着物质的分子发生重组形成新的物质物理状态发生变化如温度、,,的过程颜色、气味等能量的变化反应速率与平衡状态化学反应过程中会有能量的化学反应有一定的反应速率,吸收或释放如放热反应和吸并最终达到化学平衡状态,热反应化学反应与热能化学反应与热能的关系热能在化学反应中的作用化学反应往往伴随着能量的释放或吸收这种能量的转换通常热能可以影响化学反应的速率和方向适当的加热可以提高反以热量的形式存在因此化学反应与热能密切相关化学反应应速率而减少温度则可能使反应停滞热能的吸收或释放也,,中产生或吸收的热量取决于反应物和生成物的化学性质会改变反应的平衡状态化学反应的类型化学反应的定义放热反应化学反应是指分子的化学键断裂和放热反应是一种能量释放的化学反重组导致物质的组成和性质发生变应会使周围的温度升高,,化的过程吸热反应可逆反应吸热反应是一种能量吸收的化学反可逆反应是指正向和反向反应同时应会使周围的温度降低发生最终达到化学平衡状态,,放热反应热量的释放燃烧反应相变过程在放热反应中化学反应会释放能量使周燃烧是一种典型的放热反应在这种反应水从液态变成气态的沸腾过程也是一种,,,围环境的温度上升这种反应通常伴有中燃料与氧气发生化学反应释放出热量放热反应可以用来加热食物或产生蒸汽,,,光或热的发出和光吸热反应吸热过程反应条件吸热反应是指反应过程中会从相比放热反应吸热反应一般需,周围环境吸收热量的化学反应要更高的温度和压力条件才能这种反应通常需要外源热量进行外界必须提供足够的热输入才能进行量以驱动反应的进行能量转化在吸热反应中反应物的化学键被打断需要吸收大量热量这种热量转,变为产物化学键的形成能量反应方程式化学方程式1用化学符号和式子表示化学反应过程反应物2参与反应的物质生成物3反应结果产生的新物质反应条件4影响反应进程的温度、压力等因素化学反应可以用化学方程式来描述和表达反应方程式中包含了参与反应的物质（反应物）、反应生成的新物质（生成物）以及反应所需的条件等信息写出完整的反应方程式有助于我们更好地理解和分析化学反应的本质化学平衡动态平衡反应物和产物浓度12在化学反应中正向反应和逆在平衡状态下反应物和产物,,向反应达到平衡时整体上呈的浓度比值保持不变称为平,,现静态平衡衡常数影响因素尤尼亚仁法则34温度、压力和浓度的变化会在已经达到化学平衡的反应引起系统重新达到新的平衡系统中施加任何改变系统,,状态都会自发地对抗这种改变而趋向新的平衡状态影响化学平衡的因素温度压力浓度催化剂温度的变化会影响化学平衡压力的变化会影响化学平衡反应物浓度的变化会影响化添加催化剂可以提高反应速的位置一般情况下，温度的位置当反应会产生气体学平衡的位置增加反应物率但不会影响化学平衡的,升高会促进吸热反应的进行时增加压力会促进气体生的浓度会促进正反应的进行位置催化剂只是加速反应,使正反应向正向移动温度成反应的进行使正反应向使正反应向正向移动减少达到平衡状态而不会改变,;,,;,降低则会促进放热反应的进正向移动反之减小压力反应物浓度则会使正反应向平衡常数,行使正反应向反向移动则会使正反应向反向移动反向移动,温度温度影响升温效应降温效应温度的变化会影响化学反应的速率和方升高温度会使分子运动更快碰撞几率增降低温度会减慢分子运动碰撞几率降低,,,向提高温度通常会加快反应速率降低加提高反应速率同时也可能改变化学从而降低反应速率但可能会促进某些,,温度则会减慢反应速率平衡的位置化学平衡朝有利方向移动压力气压的影响压力改变反应速率压力对平衡的影响压力是指作用在一个表面上的力化学增加压力会促进反应速率因为压力增加根据勒沙特列原理增加压力会使平衡向,,反应的速率和平衡都会受到压力的影响会提高反应物的浓度这在一些化学工产物一侧移动这是因为产物一般具有,尤其是气体反应艺中非常重要如高压合成氨更小的体积,浓度反应物浓度影响平衡的因素浓度测量化学反应的速率与反应物浓度呈正相关浓度是影响化学平衡的重要因素之一通过精确测量反应物和产物的浓度变化关系浓度越高，反应速率越快这是通过调节反应物和产物的浓度，可以推，可以更好地理解和预测化学反应的行由于更高的分子碰撞概率所致动反应向有利方向进行为这是实验研究的关键步骤催化剂促进反应降低活化能催化剂能够加速化学反应的进催化剂通过提供新的反应通路,行提高反应效率是重要的工业降低了反应的活化能从而加快,,,和生活用品生产工具了反应速率不会被消耗广泛应用催化剂在反应过程中不会被消催化剂在化工、医药、能源等耗可重复使用提高了反应的经诸多领域都有广泛应用在工业,,,济性生产中扮演着重要角色自发反应与非自发反应自发反应非自发反应12自发反应是一种能量自发放非自发反应是需要外界能量出的化学反应，过程中系统输入才能进行的化学反应，的焦耳热会增加这类反应过程中系统的焦耳热会降低无需外界能量输入即可发生这类反应无法自发进行热力学第二定律能量转换34自发反应必须满足热力学第自发反应可直接转换为有用二定律，即熵增加的方向能量，而非自发反应需要额非自发反应则违背了热力学外输入能量才能进行第二定律热化学方程式定义构成应用热化学方程式是一种用来描热化学方程式包括化学方程热化学方程式可用于预测反述化学反应过程中热量变化式、反应热的数值和单位应过程中的热量变化为化,的方程式它记录了反应的例如学工业提供重要依据它是:2Nas+2HClaq→吸收或释放的热量₂研究化学热力学的基础2NaClaq+H gΔH=-

78.3kJ焓变焓变是指化学反应发生时系统内部能量的变化量这种能量变化可以是放热反应释放热量,也可以是吸热反应吸收热量焓变的大小和正负号反映了反应是放热还是吸热25K焦耳焦耳是热量的国际单位,反映了反应过程中能量变化的大小-

85.8千焦每摩尔标准状态下二氧化碳的生成焓变量,表示生成一摩尔二氧化碳释放

85.8千焦的热量240千焦每克甲烷完全燃烧释放的热量,反映了燃料的热值焓变的测量反应热的测量

1.通过测量反应前后的温度变化可以计算出反应过程中释放,或吸收的热量即反应热,实验设置

2.使用恒温反应装置精确测量温度变化并结合系统质量和比,,热容计算反应焓变影响因素分析

3.要考虑化学反应过程中的各种能量变化如热交换、工作做,、内能变化等才能精确测定焓变,标准焓变标准焓变是指反应在标准状态下温度压力个大气压发生时的焓变25°C,1它是一个重要的热力学参数可用于评估化学反应的放热或吸热程度,放热反应标准焓变为负值表示反应释放,热量产物的焓值小于反应物,吸热反应标准焓变为正值表示反应吸收,热量产物的焓值大于反应物,标准焓变的测量可通过热化学实验或计算方法得出是化学热力学分析的重,要基础反应热的应用能源生产化学反应释放的热量可以用于发电、加热和制造过程这些应用广泛应用于生活和工业中工业化学品很多工业化学品都是通过化学反应产生的,如氨、乙醇、塑料等反应热在这些生产过程中起关键作用烹饪和食品加工烹饪时的加热过程都涉及化学反应,释放热量食品加工也广泛利用化学反应来改变食材性质生活中的放热反应我们生活中普遍存在着各种放热反应比如在燃烧过程中木,材、煤炭等物质与氧气发生反应放出大量热量这种放热反,应为我们提供了能源可以用来取暖、烹饪等另外人体新陈,,代谢也是一种放热反应给我们的生命活动提供能量,生活中的吸热反应我们生活中许多常见的吸热反应比如冰块融化、酒精汽化、化妆品制冷等,这些过程都需要外界吸收热量才能发生吸热反应通常会降低周围环境,的温度因此广泛应用于制冷和保鲜等领域,另外一些技术工艺也利用吸热反应如化学分馏、低温实验等通过控制反,,应条件可以有效利用吸热效应为生活和工业带来诸多便利,,生活中的放热反应加热食物煮沸烧水煮茶燃烧蜡烛发酵制作面包将食物加热到沸点会使液体向水中加热会产生放热反应蜡烛燃烧时会释放大量的热面粉中的糖被酵母菌转化为分子与气体分子之间的连接水分子以更稳定的状态结量这是一个典型的放热化二氧化碳和酒精这个过程,,,断裂这样会产生大量热量,合成水蒸气这就是我们日学反应蜡烛中的碳和氢与是一个放热反应产生的热,释放这就是放热反应的一,常烧水煮茶所观察到的放热氧气发生燃烧反应生成二量使面团膨胀从而制作出,,个例子过程氧化碳和水蓬松可口的面包影响反应速率的因素温度浓度温度升高可以加快分子运动速反应物浓度越高单位体积内反,度增加分子碰撞频率提高反应应物分子数量越多碰撞几率就,,,活性能量，从而加快反应速率越大，反应速率也会提高表面积催化剂增大反应物的接触表面积可以催化剂可以提供新的反应通道,提高分子之间的碰撞几率从而降低反应活化能加快反应达到,,加快反应速度平衡状态的速度温度温度对反应速率的影响反应温度的控制温度对反应的影响规律温度是影响化学反应速率的重要因素在实际应用中我们可以通过调节温度来根据实验研究发现温度与反应速率之间,,通常来说温度越高反应速率越快这是控制化学反应的速率有时需要提高温通常呈指数关系每升高℃反应速率,,10,因为温度的上升会增加分子的动能从而度以加快反应而有时也需要降低温度以大约会增加倍这为我们控制反应提,,2-4促进分子之间的碰撞和反应减缓反应速率这需要根据具体情况进供了科学依据行权衡和调整浓度反应物浓度反应物浓度越高，反应速率越快因为高浓度意味着更多的反应物粒子接触机会温度影响温度升高会加快粒子运动速度，使反应物分子更易撞击并反应催化剂作用催化剂能降低反应活化能，进而提高反应速率，即使在低浓度条件下表面积反应表面越大，反应速细粉和粉末更有利于反12率越快应增加反应物的表面积可以提将反应物制成细小颗粒或粉高接触机会，从而加快反应末形式可以大幅提高表面积速度搅拌和高压也能增加表面积3通过搅拌或在高压下进行反应，也可以增加反应物的接触面积催化剂提高反应速率不被消耗催化剂通过提供新的反应途催化剂在反应过程中不被消径来加快化学反应的进行使耗可以重复使用并且只需要,,,反应更有效率很少的量即可发挥作用提高选择性降低反应活化能催化剂可以使特定的反应优催化剂通过提供更容易的反先发生从而提高所需产物的应途径降低了反应所需的活,,选择性化能从而促进反应的顺利进,行动力学方程式反应速率1描述反应进行的快慢程度动力学方程式2数学上描述反应速率的公式表观反应次数3实验测定的反应次数反应阶数4表观反应次数的整数倍动力学方程式可以定量地描述化学反应的进程反应速率决定了反应的快慢程度,是反应动力学研究的核心实验测定的反应次数即表观反应次数,通过这一数据可以确定反应的阶数这些参数都是反应动力学研究的重要内容本课程小结在本课程中我们系统地学习了化学反应与热能的相关知识从化学反应的,基本概念到放热反应和吸热反应的区别再到影响化学平衡的因素再到热,,,化学方程式和焓变的测量最后探讨了化学反应速率及其影响因素等全面深,,入地掌握了化学反应与热能的相关理论知识。