化学第一章第一节化学反应与能量变化学案（人教版新课标选修4）.doc

教育资源第一章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化（第1课时）【课标要求】1了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2能举例说明化学能与热能的相互转化，了解反应热和焓变的涵义。3激发学生的学习兴趣，培养学生从微观的角度理解化学反应，培养学生尊重科学、严谨求学、勤于思考的态度,树立透过现象看本质的唯物主义观点。【考纲要求】1理解反应热、焓变的含义和反应热产生的原因。2认识化学反应过程中同时存在着物质和能量的变化，而且能量的释放或吸收是以发生的物质为基础的，能量的多少决定于反应物和生成物的质量。3理解反应物、生成物的能量高低与H的“”与“”，反应吸热与放热的关系。4掌握热化学方程式的特点和书写方法。【教学过程】一、反应热、焓变1化学反应过程中的能量变化化学反应过程中能量变化的表现形式化学反应过程中，不仅有物质的变化，还有能量的变化。这种能量的变化常以电能、光能、热能等形式表现出来。化学反应中能量变化的原因化学反应的过程，包括物质变化和能量变化两个基本方面，有新物质生成是化学反应的基本标志，化学变化遵循质量守恒和能量守恒两条基本规律。由于反应物和生成物的总能量通常不相等，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，化学能转化为其他形式的能量释放出来，当反应物的总能量小于生成物的总能量时，化学反应将其他形式的能量转化为化学能储存起来，所以化学反应过程中总会伴随着能量的变化。从微观角度解释反应过程中的能量变化化学反应的实质是旧键的断裂和新键的生成。断裂化学键时需要吸收能量。形成化学键时要释放出能量，通常断开化学键吸收的能量和形成化学键释放的能量不相等。2放热反应与吸热反应放热反应：生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量大叫放热反应。常见的常见的放热反应：燃烧反应，中和反应，金属与水或与酸的反应，铝热反应等。吸热反应：生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量小叫放热反应。常见的吸热反应：大多数的分解反应，NH4Cl与碱的反应，C、CO、H2为还原剂的氧化还原反应等。【精讲】下列说法正确的是（ ）A反应条件是加热的反应都是吸热反应B化学反应除了生成新的物质外，还伴随着能量的变化C物质燃烧一定是放热反应D放热的化学反应不需要加热都能发生【解析】从吸热反应和放热反应的概念可以看出，一个反应发生了，若周围环境的温度得以升高，这个反应就是放热反应；若周围环境的温度因此降低，这个反应就是吸热反应反应放热，还是吸热，与反应起始的条件没有关系如：在空气中加热木炭，木炭就会发生燃烧，反应的结果是放出热量；而在CO2环境中加热木炭，二者反应生成CO，同时吸收热量。可见，A、D都不正确。从燃烧的概念可知，燃烧是发光放热的剧烈的化学反应，即燃烧一定放热。C正确。从教材对化学反应中能量变化的解释可以看出，化学反应有两大变化，一是有新物质生成，二是伴随能量的变化人类研究并利用化学反应的目的也在于此，即：制取所需要的物质或利用反应放出(或吸收)的能量。B选项正确。【答案】BC【精练1】下列有关化学反应能量变化的叙述中，正确的是（ ）A只要是在加热条件下进行的反应一定是吸热反应B只要是在常温常压下进行的反应一定是放热反应C中和反应和燃烧是放热反应，水解反应一定是吸热反应D如果反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应一定是放热反应【精练2】某化学反应，设反应物总能量为，生成物总能量为。(1)若，则该反应为_热反应，该反应的过程可看成是_。(2)若，则该反应为_热反应那么在发生化学反应时，反应物需要_才能转化成生成物，该反应过程可看成是_。【精练1解析】化学反应是放热还是吸热与反应的条件没有直接的关系，加热条件下进行的反应有的也可以是放热反应（如S在O2中的燃烧等）；而常温下进行的反应也可能是吸热反应（如NH4Cl与Ba(OH)28H2O的反应）；如果反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应一定是吸热反应。故正确的答案为C。【答案】C【精练2解析】反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应进行的结果必然是部分能量被释放出来。反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应进行时必然有外部能量参与到反应中来。【答案】放“贮存”在物质内部的能量转化为热能而被释放出来的过程。(2)吸 吸收能量 热能转化为物质内部的能量而被“贮存”起来的过程。3反应热 焓变焓变：化学反应过程中释放或吸收的热量叫做反应热，又称为焓变。符号用H表示，单位常采用kJ/mol。对于放热反应，由于反应后放出热量而使反应体系的能量降低，因此H为“”或H0；对于吸热反应，由于反应通过加热、光照等吸收能量而使体系的能量升高，因此吸热反应的为“”或H0。H 和Q的角度不同，H从体系的角度，Q从环境的角度注意：化学反应过程中所释放或吸收的能量可用热量来表述。反应热的值受各种因素（如n、p、V、T及物质的状态等）的影响，中学化学中一般研究的是在一定压强下，在敞开容器中发生的反应所放出或吸收的热量。许多化学反应的反应热可以直接测量，其测量器叫做量热计。关于H的单位常采用kJ/mol并不是指每1mol具体物质反应时伴随的能量变化是多少千焦，而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计算其物质的量时，伴随的能量变化。比较放热反应与吸热反应H计算的三种表达式：H = E(生成的总能量) E(反应物的总能量) H = E(化学键断裂所吸收的总能量) E(化学键生成所释放的总能量)化学键断裂时需要吸收能量；吸收的总能量为436kJ243kJ679kJ。化学键形成时需要释放能量；释放的总能量为431kJ+431kJ862kJ。反应热的计算：862 kJ679 kJ183 kJ，即放出183 kJ的能量。显然，分析结果与实验测得的该反应的反应热（184.6 kJ/mol）很接近（一般用实验数据来表示反应热）。【例】化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷(P4)和P4O6的分子结构如下图所示；现提供以下化学键的键能：PP 198KJmol1、PO 360kJmol1、氧气分子内氧原子间的键能为498kJmol1则P4+3O2=P4O6的反应热H为A1638 kJmol1 B1638 kJmol1 C126 kJmol1 D126 kJmol1【解析】由HE(反应物的总键能) E(生成物的总键能)，可知H6198KJmol13498kJmol112360kJmol11638 kJmol1。所以答案B正确。【答案】BH = E(反应物的键能之和) E(生成物的键能之和)H = 679 kJ/mol862 kJ/mol 183 kJ/mol。【例】分析右面的能量变化示意图，确定下列选项中正确的是（ ）A2 A（g）+ B(g) 2 C（g）；H0B2 A（g）+ B(g)2 C（g）； H0C2A + B 2 C；H0D2C 2 A +B ；H0【解析】右图可知若A、B作反应物则为放热反应；C、D缺少状态因而不正确。所以正确的答案为A。【疑难辨析】不同化学反应发生的条件不同，有的常温下就可以发生，有的则需要加热。在此往往容易把在加热条件下进行的反应认为是吸热反应，而在常温下进行的反应认为是放热反应。其实两者之间无必然的联系，常温下进行的反应可能是放热反应，如中和反应；也可能是吸热反应，如NH4Cl与Ba(OH)28H2O的反应。加热条件下进行的反应，可能是吸热反应，如C+CO22CO；也可能是放热反应，如C+O2CO2，两者的区别是放热反应撤去热源后仍能进行，吸热反应必须持续加热才能继续进行。即需要加热方能发生的反应不一定是吸热反应；吸热反应在常温下也可能发生反应；放热反应在常温下不一定很容易发生；反应吸热还是放热与反应条件无关，而是由反应物总能量与生成物总能量的高低决定的。【例】下表中的数据是破坏1mol 物质中的化学键所消耗的能量（kJ）：根据上述数据回答（1）（5）题。下列物质本身具有的能量最低的是： A. H2 B. Cl2 C. Br2 D. I2 下列氢化物中最稳定的是： A. HClB. HBrC. HIX2 + H22HX （X代表Cl、Br、I）的反应是吸热反应还是放热反应？答：_。相同条件下，X2（X代表Cl、Br、I）分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是_。若无上表中的数据，你能正确回答出问题（4）吗？答：_你的根据是_【解析】本身能量最低的就是键能最大的；氢化物最稳定的就是键能最大的；依据题给数据计算可知此反应放热。【答案】A A 放热反应 氯气 能；生成物越稳定，放出的热量越多，在这几种HX中，HCl最稳定。二、热化学方程式1定义：表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式，叫做热化学方程式。 2意义：热化学方程式不仅表示物质的变化，还表明了能量的变化。例如：H2(g)O2(g) H2O(l) ；H=285.8 kJ/mol，表示在25和101KPa的条件下，1mol H2和0.5 molO2完全反应生成液态水时放出热量285.8 kJ。3热化学方程式的书写必须注意以下几点：H只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边。若为放热反应，H为“”；若为吸热反应，H为“”。H的单位一般为kJ/mol。注意反应热H与测定条件（温度、压强等）有关。因此书写热化学方程式时应注明H的测定条件。绝大多数H是在25、101kPa下测定的，可不注明温度和压强。注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量并不表示物质的分子或原子数。因此化学计量数可以是整数，也可以是分数或小数。注意反应物和产物的聚集状态不同，反应热H不同。因此，必须注明物质的聚集状态才能完整的体现出热化学方程式的意义。气体用“g”、液体用“l”、固体用“s”、溶液用“aq”。热化学方程式中不用“”和“”。例如：H2（g）+O2（g）H2O（g）；H=241.8kJ/molH2(g)O2(g) H2O(l) ；H=285.8 kJ/mol注意热化学方程式是表示已完成的数量。由于H与反应完成物质的量有关，所以方程式中化学式前面的化学计量数必须与H相对应。如果化学计量数加倍，则H也要加倍。当反应向逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。例如：已知2H2（g）+O2（g）2H2O（g）；H=483.6kJ/molH2（g）+O2（g）H2O（g）；H=241.8kJ/mol2H2O（g）2H2（g）+O2（g）；H=+483.6kJ/mol热化学方程式一般不写反应条件。【例】已知H2（g）+Cl2（g）2HCl（g）；H=1846 kJmol-1，则反应HCl（g）= H2（g）+ Cl2（g）的H为（ ）A+1 846 kJmol-1 B9 23 kJmol-lC+923 kJmol-1 D3692 kJmol-1【解析】一个反应正反应为放热，则逆反应肯定是吸热的，在书写热化学方程式时一定要注意化学计量数与H的数值相对应，即：化学计量数变，则H数值就相应的变化相应的倍数。所以H+923 kJmol-1。【答案】C【例】已知：101 k Pa时1mol辛烷燃烧生成液态水时放出热量为5518 kJ；强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1molH2O时放出的热量为57.3 kJ，则下列热化学方程式书写正确的是（ ） 2C8H18( l ) + 25O2(g) = 16CO2(g) + 18H2O(g)；H = 11036 kJ mol12C8H18( l ) + 25O2(g) = 16CO2(g) + 18H2O(l)；H = 11036 kJ mol1 H+ + OH = H2O；H = 57.3 kJ mol1 2NaOH(aq) + H2SO4(aq) = Na2SO4(aq) +2 H2O( l )；H = 114.6 kJ mol1A B C D只有【解析】判断热化学方程式的书写时，要注意状态、H单位、符号以及数值是否与前面的化学计量数相对应。【答案】C【例】在25、101kPa下，1g乙醇完全燃烧生成CO2和液态水时放热29.72kJ，下列热化学方程式正确的是（ ）A CH3CH2OH(l) 3O2(g) 2CO2(g) 3H2O(l) ; H 1367 kJ/molB 2CH3CH2OH(l) 6O2(g) 4CO2(g) 6H2O(l) ; H 2734 kJ/molC2CH3CH2OH(l) 6O2(g) 4CO2(g) 6H2O(l) ; H 1367 kJ/molD2CH3CH2OH(l) 6O2(g) 4CO2(g) 6H2O(l) ; H 2734 kJ/mol【答案】B【例】在同温同压下，下列三个反应放出的热量分别以a，b，c表示，则a，b，c的关系是（）2H2(g)O2(g)2H2O(g)；H=a kJ mol12H2(g)O2(g)2H2O(l)；H=b kJ mol1H2(g)12O2(g)H2O(g)；H=c kJ mol1Aab，b=2c Ba=b=c Cab，c=a D无法比较【解析】上述三个反应虽均表示H2和O2的反应，但由于反应物的用量不同，生成物的聚集状态不同，三个反应的反应热各不相同反应和分别表示2 mol H2(g)燃烧生成2 mol H2O(g)、H2O(l)放出的热量，由于同温同压下，2 mol H2O(g)转变为2 mol H2O(l)时要放出热量，故ab而反应表示1 mol H2(g)燃烧生成1 mol H2O(g)放出的热量，其化学计量数恰好是反应的，因而c=a【答案】C【例】已知：N2（g）2O2（g）2NO2（g）；H67.7 kJ/molN2H4（g）O2（g）N2（g）2H2O（g）；H534 kJ/mol发射卫星用肼（即N2H4）的气体为原料，以NO2为氧化剂，两种物质反应生成氮气和水蒸气，试写出该反应的热化学方程式： 。设在问答案中的反应热为H1，如果是生成液体水，对应的反应热为H2（保持各物质的化学计量数不变），则H2的绝对值比H1的绝对值 （填“大”、“小”、“相等”）；如果发射卫星用肼（即N2H4）为原料，以N2O4为氧化剂，等物质的量的肼在N2O4中完全燃烧放出的热量比在NO2中完全燃烧放出的热量 （填“大”、“小”、“相等”）。答案： 2 N2H4(g)2NO2(g)3N2(g)4H2O(g)；H1135.7 kJ/mol 大 小【例】根据下列热化学方程式，判断氢化物的稳定性顺序正确的是( )N2(g)+ H2 (g) NH3(g) ；H46.19kJmol1H2(g)+ Cl2(g)HCl(g) ；H92.36kJmol1I2(g)+ H2 (g) HI(g) ；H25.96kJmol1A. HClNH3HI B.HI HCl NH3C.HCl HI NH3 D.NH3 HI HCl 【解析】由热化学方程式的焓变可知，要分解相同物质的量的三种气体，HCl吸收的热量最大、NH3吸收的热量次之，而HI放热，所以三者的稳定性顺序为：HClNH3HI。故正确的答案为A。【答案】A【例】下列各组热化学方程式中，化学反应