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)涉及物質(zhì)的重組，伴隨著能量的釋放或吸收。能量變化是化學(xué)反應(yīng)的重要特征，決定著反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行。為什么要學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)與能量變化?11.理解世界化學(xué)反應(yīng)無(wú)處不在，從食物消化到燃料燃燒，了解化學(xué)反應(yīng)有助于理解自然界中各種現(xiàn)象。22.掌握技能化學(xué)反應(yīng)與能量變化是化學(xué)的核心內(nèi)容，掌握這些知識(shí)是學(xué)習(xí)其他化學(xué)分支的基礎(chǔ)。33.應(yīng)用于生活化學(xué)反應(yīng)的原理應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如藥物合成、材料制造、能源開(kāi)發(fā)等，對(duì)人類發(fā)展至關(guān)重要?；瘜W(xué)反應(yīng)的基本概念化學(xué)反應(yīng)的定義化學(xué)反應(yīng)是指物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過(guò)程，物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，生成新物質(zhì)。化學(xué)反應(yīng)的特征化學(xué)反應(yīng)通常伴隨著能量變化，例如放熱或吸熱反應(yīng)，還可能伴隨顏色變化、氣體生成、沉淀生成等現(xiàn)象。化學(xué)反應(yīng)的研究化學(xué)家們通過(guò)研究化學(xué)反應(yīng)，探索物質(zhì)性質(zhì)，開(kāi)發(fā)新的物質(zhì)和技術(shù)，為人類社會(huì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。物理變化與化學(xué)變化的區(qū)別物理變化物質(zhì)的狀態(tài)和形態(tài)發(fā)生變化，但物質(zhì)的化學(xué)成分不變。例如，水結(jié)冰、水蒸發(fā)?；瘜W(xué)變化物質(zhì)的化學(xué)成分發(fā)生變化，生成新的物質(zhì)。例如，木材燃燒、鐵生銹。反應(yīng)物與生成物反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)中，參與反應(yīng)的物質(zhì)被稱為反應(yīng)物。它們是反應(yīng)的起始物質(zhì)，在反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生化學(xué)變化，轉(zhuǎn)化為新的物質(zhì)。生成物化學(xué)反應(yīng)中，由反應(yīng)物轉(zhuǎn)化而成的物質(zhì)被稱為生成物。它們是反應(yīng)的結(jié)果，代表了反應(yīng)物經(jīng)過(guò)化學(xué)變化后形成的新物質(zhì)。舉例例如，在燃燒反應(yīng)中，燃料是反應(yīng)物，燃燒后產(chǎn)生的二氧化碳和水是生成物。化學(xué)反應(yīng)的表達(dá)式1文字表達(dá)式用文字描述反應(yīng)物和生成物，例如：氫氣和氧氣反應(yīng)生成水。2化學(xué)式表達(dá)式用化學(xué)式表示反應(yīng)物和生成物，例如：H2+O2→H2O。3化學(xué)方程式用化學(xué)式和計(jì)量系數(shù)表示反應(yīng)物和生成物，例如：2H2+O2→2H2O?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式1表示化學(xué)反應(yīng)用化學(xué)式和化學(xué)計(jì)量數(shù)表示化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程2反應(yīng)物和生成物反應(yīng)物在左側(cè)，生成物在右側(cè)3化學(xué)計(jì)量數(shù)表示每個(gè)物質(zhì)的分子數(shù)或原子數(shù)4物質(zhì)狀態(tài)用符號(hào)(s)、(l)、(g)、(aq)表示化學(xué)反應(yīng)方程式可以清楚地描述化學(xué)反應(yīng)，并幫助我們理解反應(yīng)過(guò)程和結(jié)果?；瘜W(xué)反應(yīng)的類型化合反應(yīng)兩種或多種物質(zhì)反應(yīng)生成一種新物質(zhì)的反應(yīng)，例如氫氣和氧氣反應(yīng)生成水。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)，例如水在通電條件下分解成氫氣和氧氣。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)，例如鐵和硫酸銅反應(yīng)生成銅和硫酸亞鐵。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)，例如鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉和水。燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)的一種，是指物質(zhì)與氧化劑（通常是氧氣）發(fā)生的一種劇烈的化學(xué)反應(yīng)，生成氧化物并釋放熱量，同時(shí)產(chǎn)生光和熱。燃料與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放大量的能量，形成火焰。例如，天然氣燃燒產(chǎn)生熱能。酸堿中和反應(yīng)酸堿中和反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中常見(jiàn)的反應(yīng)類型之一，它發(fā)生在酸和堿之間。當(dāng)酸和堿反應(yīng)時(shí)，它們會(huì)相互抵消，生成鹽和水。中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，釋放熱量。酸堿中和反應(yīng)在化學(xué)和生活中都有廣泛的應(yīng)用，例如，在工業(yè)生產(chǎn)中，中和反應(yīng)可以用來(lái)處理酸性或堿性廢水，在生活中，我們可以使用中和反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)胃酸。沉淀反應(yīng)沉淀反應(yīng)是指兩種溶液混合后，生成一種難溶于水的物質(zhì)，從溶液中析出的反應(yīng)。沉淀反應(yīng)會(huì)生成固體物質(zhì)，也就是沉淀物，它會(huì)從溶液中分離出來(lái)。沉淀反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中常見(jiàn)的一種反應(yīng)類型，在許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)中都得到廣泛的應(yīng)用。氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)中常見(jiàn)的類型之一，在自然界和工業(yè)生產(chǎn)中廣泛存在。此類反應(yīng)涉及電子轉(zhuǎn)移，其中一種物質(zhì)失去電子，發(fā)生氧化，而另一種物質(zhì)獲得電子，發(fā)生還原。能量在化學(xué)反應(yīng)中的變化能量守恒定律化學(xué)反應(yīng)中，能量不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。放熱反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)釋放能量，周圍環(huán)境溫度升高，如燃燒反應(yīng)。吸熱反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)吸收能量，周圍環(huán)境溫度降低，如冰塊融化。能量變化化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，能量變化以熱能的形式表現(xiàn)出來(lái)，稱為反應(yīng)熱。吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)反應(yīng)過(guò)程中吸收周圍環(huán)境的熱量，使反應(yīng)體系的溫度降低。例如，冰融化成水，需要吸收周圍環(huán)境的熱量。放熱反應(yīng)反應(yīng)過(guò)程中釋放熱量到周圍環(huán)境，使反應(yīng)體系的溫度升高。例如，燃燒反應(yīng)，釋放熱量，使周圍環(huán)境溫度升高?；瘜W(xué)反應(yīng)中的能量變化能量守恒定律化學(xué)反應(yīng)中能量不會(huì)憑空產(chǎn)生或消失，只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，總量保持不變。反應(yīng)熱化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中放出或吸收的熱量稱為反應(yīng)熱，可以用來(lái)衡量化學(xué)反應(yīng)中能量的變化?；罨芊磻?yīng)物分子必須克服一定的能量才能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這個(gè)能量稱為活化能。焓變焓變是指化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中體系焓的變化，用來(lái)表示化學(xué)反應(yīng)中能量變化的大小。熱化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式是化學(xué)方程式的一種特殊形式，它不僅表示反應(yīng)物和生成物，還表示反應(yīng)過(guò)程中的能量變化。1反應(yīng)物和生成物表示化學(xué)反應(yīng)中參與反應(yīng)的物質(zhì)和生成的物質(zhì)2化學(xué)計(jì)量系數(shù)表示反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)的量3焓變表示反應(yīng)過(guò)程中能量變化的大小和方向4反應(yīng)條件表示反應(yīng)發(fā)生的溫度、壓力等條件焓和焓變焓焓是一個(gè)熱力學(xué)函數(shù)，表示系統(tǒng)中所含的總能量。它是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，僅與系統(tǒng)的狀態(tài)有關(guān)，而與變化過(guò)程無(wú)關(guān)。焓變焓變是焓的變化量，即反應(yīng)過(guò)程中系統(tǒng)焓的變化，用符號(hào)ΔH表示。焓變可以是正值也可以是負(fù)值，分別表示吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。自發(fā)過(guò)程和非自發(fā)過(guò)程自發(fā)過(guò)程自發(fā)過(guò)程是指在一定條件下能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程，無(wú)需外界能量輸入，例如冰融化成水，鐵生銹。這些過(guò)程通常會(huì)降低系統(tǒng)的能量，增加系統(tǒng)的熵，符合熱力學(xué)第二定律。非自發(fā)過(guò)程非自發(fā)過(guò)程是指在一定條件下不能自動(dòng)進(jìn)行的過(guò)程，需要外界能量輸入才能進(jìn)行，例如水結(jié)冰，鐵被還原成鐵單質(zhì)。這些過(guò)程通常會(huì)提高系統(tǒng)的能量，降低系統(tǒng)的熵，需要外界提供能量。定標(biāo)熱定標(biāo)熱是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1摩爾物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所放出的熱量，也稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾燃燒熱。定標(biāo)熱是一個(gè)重要的熱力學(xué)參數(shù)，可以用來(lái)計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的焓變，進(jìn)而判斷反應(yīng)的熱效應(yīng)，是預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行的關(guān)鍵。298K標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)298K（25℃）和101.325kPa1mol物質(zhì)物質(zhì)完全燃燒穩(wěn)定氧化物生成物-熱量變化放熱，焓變?yōu)樨?fù)值例如，甲烷的定標(biāo)熱為-890.3kJ/mol，表示1mol甲烷在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下完全燃燒生成二氧化碳和水時(shí)，會(huì)釋放890.3kJ的熱量。焓變的測(cè)定實(shí)驗(yàn)方法利用量熱計(jì)測(cè)定反應(yīng)熱，從而計(jì)算焓變。量熱計(jì)是一種測(cè)量熱量變化的裝置。計(jì)算方法根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的溫度變化和已知的熱容，利用公式計(jì)算焓變。焓變等于熱量變化除以物質(zhì)的量。注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要控制反應(yīng)條件，確保反應(yīng)完全進(jìn)行。要校正實(shí)驗(yàn)誤差，提高測(cè)量精度。反應(yīng)速率定義反應(yīng)速率表示化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢程度，是指單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度或生成物濃度的變化值。影響因素反應(yīng)速率受多種因素影響，包括溫度、濃度、催化劑等，它們會(huì)改變反應(yīng)物分子之間的碰撞頻率和有效碰撞次數(shù)。測(cè)量方法測(cè)量反應(yīng)速率可以使用多種方法，例如觀察氣體生成速率、溶液顏色變化、沉淀生成速率等。影響反應(yīng)速率的因素溫度溫度升高，反應(yīng)速率加快。濃度反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越快。催化劑催化劑可以改變反應(yīng)速率，但自身不發(fā)生變化。接觸面積反應(yīng)物接觸面積越大，反應(yīng)速率越快。催化劑改變反應(yīng)路徑催化劑改變反應(yīng)過(guò)程，降低活化能，加速反應(yīng)速率。提高反應(yīng)效率催化劑能使化學(xué)反應(yīng)在更溫和的條件下進(jìn)行，節(jié)約能源。廣泛應(yīng)用催化劑在化工、能源、環(huán)境等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。可逆反應(yīng)和化學(xué)平衡1可逆反應(yīng)反應(yīng)物生成產(chǎn)物的同時(shí)，產(chǎn)物也生成反應(yīng)物，反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到平衡狀態(tài)。2平衡狀態(tài)可逆反應(yīng)的正逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)物和生成物的濃度不再發(fā)生改變。3平衡常數(shù)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng)物和生成物的濃度比值，用于判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。4影響因素溫度、濃度、壓強(qiáng)等因素會(huì)影響可逆反應(yīng)的平衡狀態(tài)。影響化學(xué)平衡的因素溫度變化升高溫度有利于吸熱反應(yīng)的進(jìn)行，降低溫度有利于放熱反應(yīng)的進(jìn)行。濃度變化增加反應(yīng)物濃度，有利于正反應(yīng)進(jìn)行，降低反應(yīng)物濃度，有利于逆反應(yīng)進(jìn)行。壓強(qiáng)變化對(duì)于有氣體參與的反應(yīng)，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。催化劑催化劑可以加快正、逆反應(yīng)速率，但不能改變平衡常數(shù)，即不能改變平衡狀態(tài)。勒沙特列原理平衡移動(dòng)當(dāng)條件改變時(shí)，平衡會(huì)向減弱變化方向移動(dòng)。溫度變化升溫有利于吸熱反應(yīng)，降溫有利于放熱反應(yīng)。壓強(qiáng)變化增加壓強(qiáng)有利于氣體體積減小的方向，降低壓強(qiáng)有利于氣體體積增大的方向。濃度變化增加反應(yīng)物濃度有利于正反應(yīng)，增加生成物濃度有利于逆反應(yīng)。各類化學(xué)反應(yīng)的能量變化規(guī)律燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)通常是放熱反應(yīng)，產(chǎn)生熱量和光。吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)需要吸收周圍環(huán)境的熱量才能進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)的能量變化取決于反應(yīng)物和生成物的能量差。化學(xué)反應(yīng)與生活燃燒燃燒是化學(xué)反應(yīng)，釋放熱量和光。它在烹飪、照明和發(fā)電等方面至關(guān)重要。烹飪烹飪涉及化學(xué)反應(yīng)，改變食物的成分和口感。這些反應(yīng)包括蛋白質(zhì)凝固、糖類分解和淀粉糊化。腐蝕金屬腐蝕是化學(xué)反應(yīng)，金屬與氧氣和水反應(yīng)，形成氧化物。腐蝕會(huì)導(dǎo)致金屬部件失效，需要采取防護(hù)措施。植物生長(zhǎng)植物通過(guò)光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，合成有機(jī)物。光合作用是化學(xué)反應(yīng)，維持地球生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)反應(yīng)應(yīng)用案例分析11.燃料電池燃料電池利用化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，是清潔高效的能源轉(zhuǎn)換裝置。22.化學(xué)合成化學(xué)反應(yīng)在醫(yī)藥、化工、材料等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，例如合成新藥、生產(chǎn)化肥和制造新型材料。33.環(huán)境保護(hù)化學(xué)反應(yīng)用于處理廢水廢氣，修復(fù)土壤污染，保護(hù)環(huán)境。44.食品加工化學(xué)反應(yīng)在食品加工中應(yīng)用廣泛，例如發(fā)酵、水解、氧化等，可以提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和安全