化學(xué)反應(yīng)及能量變化課件

化學(xué)反應(yīng)及能量變化什么是化學(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)變化的過程，導(dǎo)致新的物質(zhì)產(chǎn)生。原子重排化學(xué)反應(yīng)中，原子不會消失或產(chǎn)生，而是重新排列組合，形成新的分子結(jié)構(gòu)。能量變化化學(xué)反應(yīng)伴隨著能量的變化，可以釋放能量（放熱反應(yīng)）或吸收能量（吸熱反應(yīng)）。化學(xué)反應(yīng)的定義物質(zhì)變化化學(xué)反應(yīng)是指物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過程，伴隨著新物質(zhì)的生成。原子重組化學(xué)反應(yīng)中，原子之間重新排列組合，形成新的分子結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)反應(yīng)基本特征物質(zhì)變化化學(xué)反應(yīng)涉及反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物，物質(zhì)的組成和性質(zhì)發(fā)生改變。能量變化化學(xué)反應(yīng)伴隨著能量的釋放或吸收，表現(xiàn)為溫度的變化。速度可控化學(xué)反應(yīng)的速度受多種因素影響，如溫度、濃度和催化劑。可逆性大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是可逆的，反應(yīng)可以向正向或逆向進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)分類燃燒反應(yīng)物質(zhì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，并放出熱量和光，例如木材燃燒。合成反應(yīng)兩種或多種物質(zhì)反應(yīng)生成一種新物質(zhì)，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)，例如碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳。置換反應(yīng)一種單質(zhì)與化合物反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物，例如鋅與硫酸銅反應(yīng)生成銅和硫酸鋅。化學(xué)反應(yīng)的速率1反應(yīng)速率的定義化學(xué)反應(yīng)速率是指在一定條件下，單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度或生成物濃度的變化量。2反應(yīng)速率的表示方法通常用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度或生成物濃度的變化量來表示，單位通常為mol/(L·s)或mol/(L·min)。3影響反應(yīng)速率的因素溫度、濃度、表面積、催化劑等因素都會影響化學(xué)反應(yīng)的速率。影響反應(yīng)速率的因素溫度升高溫度，反應(yīng)速率加快。濃度增大反應(yīng)物濃度，反應(yīng)速率加快。表面積增大反應(yīng)物接觸面積，反應(yīng)速率加快。催化劑催化劑可以改變反應(yīng)速率，但本身不參與反應(yīng)。溫度和反應(yīng)速率溫度升高反應(yīng)速率加快溫度降低反應(yīng)速率減慢濃度和反應(yīng)速率1濃度反應(yīng)物濃度越高，反應(yīng)速率越快。2碰撞更高濃度意味著更多反應(yīng)物分子碰撞。3有效碰撞更多碰撞會導(dǎo)致更多有效碰撞。表面積和反應(yīng)速率表面積固體物質(zhì)的反應(yīng)速率與固體物質(zhì)的表面積成正比。表面積越大，反應(yīng)物接觸的機(jī)會越多，反應(yīng)速率越快。例子例如，將一塊糖放在水中，溶解速度很慢。如果將糖粉末放入水中，溶解速度就會加快很多。這是因?yàn)樘欠勰┑谋砻娣e比糖塊的表面積大得多。催化劑和反應(yīng)速率催化劑反應(yīng)速率降低反應(yīng)活化能加快反應(yīng)速率不改變反應(yīng)平衡不改變反應(yīng)產(chǎn)物自身不被消耗可重復(fù)使用能量在化學(xué)反應(yīng)中的變化1化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)發(fā)生變化2能量變化化學(xué)鍵斷裂和形成3吸熱反應(yīng)能量吸收4放熱反應(yīng)能量釋放吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)1吸熱反應(yīng)需要從周圍環(huán)境吸收熱量才能進(jìn)行的反應(yīng)，反應(yīng)體系的溫度降低。2放熱反應(yīng)向周圍環(huán)境釋放熱量的反應(yīng)，反應(yīng)體系的溫度升高。內(nèi)能和焓變內(nèi)能系統(tǒng)中所有微觀粒子（原子、分子等）的動能和勢能的總和焓變化學(xué)反應(yīng)過程中焓的變化量，表示反應(yīng)體系焓的變化熱化學(xué)反應(yīng)方程式反應(yīng)熱熱化學(xué)反應(yīng)方程式表示反應(yīng)過程中焓變的值，符號為ΔH。正負(fù)值ΔH為負(fù)值表示放熱反應(yīng)，ΔH為正值表示吸熱反應(yīng)。計(jì)量系數(shù)熱化學(xué)反應(yīng)方程式中反應(yīng)物和生成物的計(jì)量系數(shù)表示物質(zhì)的物質(zhì)的量。飽和溶液中的溶解熱飽和溶液指在一定溫度下，溶質(zhì)在溶劑中達(dá)到最大溶解度時(shí)的溶液。溶解熱是指物質(zhì)溶解時(shí)所吸收或放出的熱量。飽和溶液中，溶質(zhì)的溶解過程不再吸收或放出熱量?；瘜W(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向1自發(fā)過程無需外界能量輸入就能發(fā)生的反應(yīng)2非自發(fā)過程需要外界能量輸入才能發(fā)生的反應(yīng)3平衡狀態(tài)正逆反應(yīng)速率相等，體系的宏觀性質(zhì)不再變化自發(fā)過程和非自發(fā)過程自發(fā)過程在特定條件下，無需外界能量輸入就能自發(fā)進(jìn)行的過程。例如，水從高處流向低處，熱量從高溫物體傳遞到低溫物體，冰在室溫下融化等。非自發(fā)過程需要外界能量輸入才能進(jìn)行的過程。例如，水從低處流向高處，熱量從低溫物體傳遞到高溫物體，水在低于0℃時(shí)結(jié)冰等。吉布斯自由能衡量反應(yīng)自發(fā)性的指標(biāo)ΔG=ΔH-TΔSΔG<0:自發(fā)反應(yīng)ΔG>0:非自發(fā)反應(yīng)化學(xué)平衡可逆反應(yīng)在一定條件下，反應(yīng)物可以生成產(chǎn)物，同時(shí)產(chǎn)物也可以重新生成反應(yīng)物，這種反應(yīng)稱為可逆反應(yīng)。動態(tài)平衡當(dāng)正逆反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)體系達(dá)到平衡狀態(tài)，稱為化學(xué)平衡。此時(shí)反應(yīng)物和產(chǎn)物濃度不再變化。平衡狀態(tài)化學(xué)平衡是一個(gè)動態(tài)平衡，反應(yīng)仍在進(jìn)行，但正逆反應(yīng)速率相等，體系的宏觀性質(zhì)保持不變。平衡常數(shù)的意義反應(yīng)方向平衡常數(shù)K值的大小可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的程度。K值越大，反應(yīng)越傾向于生成產(chǎn)物，即正反應(yīng)進(jìn)行程度更大。反之，K值越小，反應(yīng)越傾向于生成反應(yīng)物，即逆反應(yīng)進(jìn)行程度更大。反應(yīng)條件平衡常數(shù)K值的大小可以反映反應(yīng)條件的影響。當(dāng)溫度、壓力等條件改變時(shí)，K值也會發(fā)生改變，從而影響反應(yīng)的平衡位置。影響平衡的因素1溫度溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動；溫度降低，平衡向放熱反應(yīng)方向移動。2濃度增加反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動；增加生成物濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動。3壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)，平衡向氣體體積減小的方向移動；減小壓強(qiáng)，平衡向氣體體積增大的方向移動。4催化劑催化劑能加快反應(yīng)速率，但不能改變平衡常數(shù)，因此對平衡狀態(tài)無影響。勒沙特列原理溫度變化升溫有利于吸熱反應(yīng)，降溫有利于放熱反應(yīng)。例如，冰融化是一個(gè)吸熱過程，升溫有利于冰融化。壓強(qiáng)變化增大壓強(qiáng)有利于氣體體積減小的方向進(jìn)行，減小壓強(qiáng)有利于氣體體積增大的方向進(jìn)行。例如，在高壓下，氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨氣，因?yàn)榉磻?yīng)過程會減少氣體體積。濃度變化增加反應(yīng)物濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動；增加生成物濃度，平衡向逆反應(yīng)方向移動。應(yīng)用案例:制取氨氣氨氣（NH3）是一種重要的化工原料，廣泛用于合成肥料、炸藥、塑料等。工業(yè)上制取氨氣采用的是哈伯法，即在高溫高壓下，由氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨氣。該反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)，反應(yīng)條件的選擇和控制對氨氣的產(chǎn)量有重要影響。為了提高氨氣的產(chǎn)率，工業(yè)生產(chǎn)中需要將反應(yīng)溫度、壓力和催化劑進(jìn)行優(yōu)化。通過提高溫度，可以加快反應(yīng)速率，但會降低平衡常數(shù)，導(dǎo)致氨氣產(chǎn)量下降。通過提高壓力，可以提高平衡常數(shù)，有利于氨氣生成，但也會增加生產(chǎn)成本。催化劑的使用可以加快反應(yīng)速率，但不會改變平衡常數(shù)。因此，工業(yè)上選擇合適的催化劑，可以有效提高氨氣的生產(chǎn)效率。應(yīng)用案例:工業(yè)生產(chǎn)硫酸硫酸是重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于化肥、醫(yī)藥、染料等行業(yè)。工業(yè)生產(chǎn)硫酸主要采用接觸法，其過程包括以下步驟：硫黃或硫化氫燃燒生成二氧化硫二氧化硫在催化劑的作用下氧化生成三氧化硫三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸接觸法生產(chǎn)硫酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)過程需要嚴(yán)格控制溫度和壓力，才能獲得較高的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品純度。應(yīng)用案例:生活中的燃燒反應(yīng)燃燒反應(yīng)是生活中常見的化學(xué)反應(yīng)，例如點(diǎn)燃蠟燭、燃?xì)庠顭⑵囈嫒紵偷?。這些反應(yīng)都伴隨著能量釋放，產(chǎn)生光和熱。燃燒反應(yīng)需要可燃物、氧化劑和點(diǎn)火源三個(gè)條件。可燃物是指能夠燃燒的物質(zhì)，如木材、紙張、汽油等；氧化劑是指能夠提供氧氣的物質(zhì)，如空氣中的氧氣；點(diǎn)火源是指提供能量使可燃物開始燃燒的物質(zhì)，如火柴、打火機(jī)等。綠色化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展減少污染，保護(hù)環(huán)境節(jié)約資源，循環(huán)利用促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展實(shí)驗(yàn)演示:化學(xué)反應(yīng)與能量變化通過簡單的實(shí)驗(yàn)演示，我們可以直觀地觀察化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化。例如，將鹽酸滴入碳酸鈉溶液中，會發(fā)生放熱反應(yīng)，溶液溫度升高，我們可以通過溫度計(jì)測量溫度變化。另一個(gè)例子是將鎂條點(diǎn)燃，會發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)，釋放大量熱量，我們可以通過熱量計(jì)測量反應(yīng)放出的熱量?？偨Y(jié)與思考1化學(xué)反應(yīng)與能量變化化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著能量變化，有的反應(yīng)放熱，有的反應(yīng)吸熱。2影響反應(yīng)速率的因素溫度、濃度、表面積、催化劑等因素都會影響反應(yīng)速率。3化學(xué)平衡可逆反應(yīng)在一定條件下，正逆反應(yīng)速率相等，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。4應(yīng)用案例了解化學(xué)反應(yīng)與能量變化原理，可以幫助我們更