化學(xué)反應(yīng)與能量的變化課件

化學(xué)反應(yīng)與能量的變化化學(xué)反應(yīng)是指物質(zhì)發(fā)生化學(xué)性質(zhì)改變的過(guò)程。這些反應(yīng)伴隨著能量的變化，能量要么被釋放，要么被吸收。什么是化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的變化化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過(guò)程，在此過(guò)程中，一種或多種物質(zhì)轉(zhuǎn)化為一種或多種新的物質(zhì)。原子重組化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是原子重新排列，形成新的分子或離子。原子本身不會(huì)被創(chuàng)造或毀滅，只是發(fā)生重組。化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的過(guò)程，涉及舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成。物質(zhì)在反應(yīng)中會(huì)發(fā)生重新排列，形成新的物質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)通常伴隨著能量的變化，例如放熱或吸熱?；瘜W(xué)反應(yīng)是構(gòu)成自然界和人類世界的重要基礎(chǔ)。它們驅(qū)動(dòng)著各種自然現(xiàn)象，如生物的生長(zhǎng)、地球的演化、以及各種工業(yè)過(guò)程。化學(xué)反應(yīng)的四種類型化合反應(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：碳與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳。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：過(guò)氧化氫分解成水和氧氣。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：鐵與硫酸銅反應(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化合物的反應(yīng)，例如：鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)生成氯化鈉和水。放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)是指反應(yīng)過(guò)程中釋放能量的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，能量以熱能的形式釋放出來(lái)，導(dǎo)致體系溫度升高。吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)是指反應(yīng)過(guò)程中吸收能量的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，體系需要從外界吸收能量才能進(jìn)行，導(dǎo)致體系溫度降低。典型例子例如，燃燒是放熱反應(yīng)，而冰融化是吸熱反應(yīng)。能量的定義物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的能力能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的屬性，是物質(zhì)做功的能力。能量可以從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式。能量守恒定律能量守恒定律指出，能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。能量的單位能量的常用單位是焦耳（J），1焦耳等于1牛頓力的作用下物體沿力的方向移動(dòng)1米所做的功。能量的類型能量主要有機(jī)械能、熱能、化學(xué)能、光能、電能、核能等多種形式。能量的形式熱能熱能是物質(zhì)內(nèi)部粒子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量，與物質(zhì)的溫度有關(guān)。電能電能是由電荷的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的能量，可以通過(guò)導(dǎo)線傳輸。機(jī)械能機(jī)械能是物體運(yùn)動(dòng)或靜止時(shí)所具有的能量，包括動(dòng)能和勢(shì)能。核能核能是原子核內(nèi)部的能量，可以通過(guò)核反應(yīng)釋放出來(lái)。能量的轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)化能量并非憑空產(chǎn)生，也無(wú)法消失，它只在不同形式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。能量守恒能量守恒定律指出，在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，能量的總量保持不變。示例例如，燃燒燃料將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能和光能，電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能?；瘜W(xué)反應(yīng)與能量的關(guān)系化學(xué)反應(yīng)是物質(zhì)發(fā)生變化的過(guò)程。這些變化伴隨著能量的釋放或吸收。能量的變化是化學(xué)反應(yīng)中必不可少的組成部分，它們共同決定了反應(yīng)的進(jìn)行方向和速度。能量的形式多種多樣，包括熱能、光能、電能、化學(xué)能等。化學(xué)反應(yīng)中能量的變化通常表現(xiàn)為熱能的釋放或吸收，稱為放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)。反應(yīng)熱的測(cè)量反應(yīng)熱是指化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中放出或吸收的熱量。實(shí)驗(yàn)測(cè)量反應(yīng)熱需要使用量熱計(jì)。1定容熱恒容條件下測(cè)得的反應(yīng)熱。2定壓熱恒壓條件下測(cè)得的反應(yīng)熱。3熱力學(xué)反應(yīng)熱是化學(xué)熱力學(xué)研究的核心內(nèi)容。反應(yīng)焓的概念焓變定義焓變是指化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中焓的變化，通常用符號(hào)ΔH表示，正值表示吸熱反應(yīng)，負(fù)值表示放熱反應(yīng)。焓變測(cè)量焓變可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，例如，測(cè)量反應(yīng)前后體系的溫度變化來(lái)計(jì)算。焓變計(jì)算焓變可以通過(guò)焓變公式計(jì)算，例如，根據(jù)反應(yīng)物和生成物的焓值計(jì)算。焓變的計(jì)算1焓變公式焓變的計(jì)算可以使用焓變公式，即焓變等于生成物的焓值減去反應(yīng)物的焓值。2標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變?cè)跇?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)焓變稱為標(biāo)準(zhǔn)摩爾焓變，通常用符號(hào)ΔH°表示，單位為kJ/mol。3蓋斯定律對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)，可以通過(guò)已知反應(yīng)的焓變來(lái)計(jì)算其焓變，利用蓋斯定律，通過(guò)已知反應(yīng)的焓變來(lái)計(jì)算未知反應(yīng)的焓變。焓變的判斷溫度變化放熱反應(yīng)，溫度升高；吸熱反應(yīng)，溫度降低。熱量變化放熱反應(yīng)，放出熱量；吸熱反應(yīng)，吸收熱量。鍵能變化放熱反應(yīng)，生成物鍵能強(qiáng)于反應(yīng)物；吸熱反應(yīng)，反應(yīng)物鍵能強(qiáng)于生成物。焓變與溫度的關(guān)系1吸熱反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率加快。2放熱反應(yīng)溫度升高，反應(yīng)速率減慢。3平衡移動(dòng)溫度升高，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)。4平衡常數(shù)溫度升高，平衡常數(shù)K增大。溫度對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的影響主要體現(xiàn)在反應(yīng)速率和平衡移動(dòng)兩個(gè)方面。對(duì)于吸熱反應(yīng)，溫度升高會(huì)加快反應(yīng)速率，使平衡向吸熱方向移動(dòng)；對(duì)于放熱反應(yīng)，溫度升高會(huì)減慢反應(yīng)速率，使平衡向放熱方向移動(dòng)。溫度升高也會(huì)導(dǎo)致平衡常數(shù)K增大，這意味著反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，產(chǎn)物的濃度會(huì)更高。反應(yīng)進(jìn)行的自發(fā)性自發(fā)反應(yīng)不需要外界能量就能進(jìn)行的反應(yīng)，例如，木頭燃燒，金屬生銹，水結(jié)冰等。非自發(fā)反應(yīng)需要外界能量才能進(jìn)行的反應(yīng)，例如，電解水，合成氨，從海水中提取食鹽等。焓變與熵變的關(guān)系11.焓變與熵變的共同作用決定反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行的因素。22.焓變和熵變的協(xié)同作用焓變和熵變共同影響反應(yīng)的自發(fā)性。33.焓變和熵變的拮抗作用焓變和熵變有時(shí)相互抵消，導(dǎo)致反應(yīng)的自發(fā)性不確定。44.吉布斯自由能焓變和熵變的綜合判斷標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)測(cè)反應(yīng)自發(fā)性的最終指標(biāo)。焓變與吉布斯自由能吉布斯自由能吉布斯自由能是一個(gè)熱力學(xué)函數(shù)，它代表了一個(gè)系統(tǒng)在恒溫恒壓條件下做功的最大能力。焓變與吉布斯自由能的關(guān)系吉布斯自由能的變化等于焓變減去溫度與熵變的乘積，ΔG=ΔH-TΔS。自發(fā)性吉布斯自由能變化可以用來(lái)判斷一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是否自發(fā)進(jìn)行，當(dāng)ΔG<0時(shí)，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行，當(dāng)ΔG>0時(shí)，反應(yīng)不自發(fā)進(jìn)行?；瘜W(xué)反應(yīng)中的能量變化化學(xué)反應(yīng)伴隨著能量的變化，表現(xiàn)為熱量的釋放或吸收。放熱反應(yīng)釋放熱量，使周圍環(huán)境溫度升高，如燃燒反應(yīng)。吸熱反應(yīng)吸收熱量，使周圍環(huán)境溫度降低，如冰融化。影響反應(yīng)進(jìn)程的因素溫度溫度升高，反應(yīng)速率加快，更容易達(dá)到平衡狀態(tài)。壓力改變壓力，主要影響氣相反應(yīng)的速率，壓力越大，反應(yīng)速率越快。催化劑催化劑可以加快反應(yīng)速率，但并不改變反應(yīng)的平衡狀態(tài)。溫度對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的影響1反應(yīng)速率升高溫度，反應(yīng)速率加快。分子運(yùn)動(dòng)加劇，碰撞次數(shù)增多，有效碰撞也增多。2平衡常數(shù)升高溫度，平衡常數(shù)變化。正逆反應(yīng)活化能不同，溫度影響反應(yīng)平衡移動(dòng)方向。3反應(yīng)熱溫度變化，反應(yīng)熱焓變變化。焓變與溫度存在一定的線性關(guān)系，可通過(guò)公式計(jì)算。壓力對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的影響壓力對(duì)反應(yīng)速率的影響壓力升高，氣體反應(yīng)物濃度增加，反應(yīng)速率加快。壓力對(duì)平衡移動(dòng)的影響壓力升高，平衡向體積減小的方向移動(dòng)。催化劑對(duì)反應(yīng)進(jìn)程的影響降低活化能催化劑通過(guò)提供一條新的反應(yīng)路徑，降低反應(yīng)的活化能，加速反應(yīng)速率。催化劑參與反應(yīng)，但不被消耗。改變反應(yīng)速率催化劑可以加速或減緩化學(xué)反應(yīng)速率。例如，酶是生物催化劑，可以加速生物體內(nèi)許多重要的化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)進(jìn)程的可逆性可逆反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)并非都單向進(jìn)行，許多反應(yīng)可以同時(shí)向正向和逆向進(jìn)行，稱為可逆反應(yīng)。平衡狀態(tài)正逆反應(yīng)速率相等，體系中各物質(zhì)的濃度不再改變，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)。影響因素溫度、壓力、濃度等因素會(huì)影響平衡狀態(tài)的移動(dòng)，導(dǎo)致正逆反應(yīng)速率發(fā)生改變。應(yīng)用理解可逆反應(yīng)原理，可以優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)條件，提高產(chǎn)率，控制反應(yīng)方向。確定反應(yīng)進(jìn)程的方向1焓變負(fù)值有利于反應(yīng)進(jìn)行2熵變正值有利于反應(yīng)進(jìn)行3吉布斯自由能負(fù)值表明反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行根據(jù)焓變、熵變和吉布斯自由能的變化，我們可以判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向。例如，焓變?yōu)樨?fù)值，熵變?yōu)檎?，則吉布斯自由能也為負(fù)值，反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行。熱化學(xué)方程式的應(yīng)用計(jì)算反應(yīng)熱熱化學(xué)方程式可以準(zhǔn)確地計(jì)算反應(yīng)熱。根據(jù)熱化學(xué)方程式，可以通過(guò)化學(xué)計(jì)量關(guān)系計(jì)算出反應(yīng)熱，進(jìn)而預(yù)測(cè)反應(yīng)的熱效應(yīng)。預(yù)測(cè)反應(yīng)的方向熱化學(xué)方程式可以預(yù)測(cè)反應(yīng)進(jìn)行的方向。通過(guò)焓變的大小，判斷反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，進(jìn)而預(yù)測(cè)反應(yīng)是否能夠自發(fā)進(jìn)行。設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)方程式可以幫助設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)選擇合適的反應(yīng)物和反應(yīng)條件，可以設(shè)計(jì)出能量利用率更高、反應(yīng)速率更快的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。分析化學(xué)反應(yīng)熱化學(xué)方程式可以幫助分析化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。通過(guò)對(duì)反應(yīng)熱、焓變等熱力學(xué)參數(shù)的分析，可以深入理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律。電化學(xué)反應(yīng)與能量變化電化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)反應(yīng)與電能之間的相互轉(zhuǎn)換過(guò)程。電化學(xué)反應(yīng)在能量轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存方面具有重要意義，例如電池、電解、燃料電池等。電池的工作原理1化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)2電子流動(dòng)形成電流3電極反應(yīng)氧化還原反應(yīng)4電解質(zhì)離子傳導(dǎo)電池內(nèi)部通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。電解質(zhì)允許離子在電極之間移動(dòng)，形成電流。電解的原理及應(yīng)用1電解原理利用直流電分解電解質(zhì)溶液或熔融鹽的過(guò)程。2電解池包含電解質(zhì)溶液、兩個(gè)電極以及直流電源。3電解應(yīng)用金屬冶煉、電鍍、電解水制氫氣和氧氣。燃料電池的工作原理1燃料進(jìn)入電池燃料電池將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，避免了傳統(tǒng)熱力發(fā)電過(guò)程中的能量損失。2電化學(xué)反應(yīng)燃料和氧化劑在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電子和離子，形成電流。3產(chǎn)生電能電子流經(jīng)外部電路，為負(fù)載供電，同時(shí)離子在內(nèi)部電路中遷移，完成回路?；瘜W(xué)反應(yīng)與能量的綜合應(yīng)用1化學(xué)工業(yè)利用化學(xué)反應(yīng)釋放或吸收能量，生產(chǎn)化肥、農(nóng)藥、醫(yī)藥等。2能源領(lǐng)域燃燒燃料釋放能量，驅(qū)動(dòng)汽