2022-2023学年鲁科版选择性必修1 第1章 第1节　第1课时　化学反应的反应热与焓变 学案

1、课程标准要求学科核心素养1.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。2.能进行反应焓变的简单计算,能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。3.能分析、解释原电池和电解池的工作原理,能设计简单的原电池和电解池。4.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。能利用电化学原理解释金属腐蚀现象,选择并设计防腐措施。5.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用,能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如煤炭的综合利用、新型电池的开发等。1.变化观念与平衡思想:

2、丰富对能量转化形式的认识,认识到电能能够转化成化学能,并能利用这种能量转化实现能量的储存和再利用以及物质的转化。能在宏观、微观层面分析化学能与电能相互转化的原理,并定量认识化学反应的热效应。2.证据推理与模型认知:构建对化学能与电能相互转化的原理和装置的认识模型,并能基于该认识模型分析陌生的化学电池、电解池的工作原理,设计电池或电解池,实现能量转化或物质转化。3.科学态度与社会责任:能分析、评价实际生产和生活中的能量转化现象,并能从能源利用率、环境保护等角度综合考虑,提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议。第1节化学反应的热效应第1课时化学反应的反应热与焓变学习目标1.通过对体系

3、和环境的学习,知道内能的定义,进一步掌握吸热反应、放热反应、反应热等概念,能从多角度认识放热反应和吸热反应。2.通过中和反应实验,掌握中和反应反应热的测定方法。3.通过对反应热与焓、焓变的学习,能够进行反应热的简单计算。掌握微观角度利用化学键键能数据来计算反应热的方法。学习任务1化学反应的反应热1.体系和环境(1)人为划定的研究对象(物质系统)称为体系。(2)体系以外的其他部分称为环境。(3)体系分类。敞开体系与环境间既有物质交换又有能量交换(例如,在敞口烧杯中进行中和反应)。封闭体系与环境间只有能量交换(例如,橡皮塞密封的试管反应体系)。孤立体系与环境间既没有物质交换也没有能量交换(例如,在

4、保温瓶内进行反应,密封瓶口)。2.反应热的概念当化学反应在一定的温度下进行时,反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应,简称反应热。3.反应热的符号反应热通常用符号Q表示,并且约定反应吸热时Q取正值,反应放热时Q取负值。微点拨:反应热的正、负和数学意义上的正、负不同,只是为了区分吸、放热。4.中和反应反应热的测定(1)仪器:用于测定反应热的仪器称为量热计。(2)简易量热计的构造及作用。(3)实验数据处理与计算。原理计算公式:Q=-C(T2-T1)。其中C表示溶液及量热计的热容,T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。(4)实验步骤。向量热计内筒中加入1.0 molL-1的盐酸10

5、0 mL,盖上杯盖,插入温度计,匀速搅拌后记录初始温度T1。向250 mL的烧杯中加入1.0 molL-1的NaOH溶液100 mL,调节其温度,使之与量热计中盐酸的温度相同。快速地将烧杯中的碱液倒入量热计中,盖好杯盖,匀速搅拌,记录体系达到的最高温度T2。重复实验操作三次,记录每次的实验数据,取其平均值作为计算依据。(5)实验数据处理。盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液,其密度近似地认为都是1 gcm-3,其比热容认为与液态水相同,所以反应后溶液的比热容c=4.18 kJK-1kg-1。该实验中盐酸和氢氧化钠溶液反应放出的热量是0.836(T2-T1)kJ,生成1 mol水时的反应热为8.36(T2

6、-T1)kJmol-1。微点拨:中和热为稀溶液中,强酸与强碱发生中和反应生成1 mol液态水时所释放的热量。某同学学习了量热计的结构之后,在家自制简易量热计并测定中和反应的反应热。步骤如下:首先制作外筒,有塑料圆形盒、玻璃圆形盒,他选择塑料圆形盒;然后制作内筒,他用一次性纸杯;他在塑料外筒内填满泡沫塑料碎块,然后放入一次性纸杯;他用板状泡沫塑料做了一个圆形盖子,盖子上插入一根塑料杆做的搅拌棒和一根玻璃温度计;他选择用食用白醋和干燥剂氧化钙制成的澄清石灰水反应测定中和反应的反应热。探究量热计的构造和用法问题1:他为什么选择塑料圆形盒,并在内外杯之间填充泡沫塑料?提示:塑料、泡沫塑料导热性差,可防

7、止热量散失,保温效果较好。问题2:请判断一次实验中需要测量几次温度?提示:三次,分别为澄清石灰水的温度、白醋的温度及两者反应后所能达到的最高温度。问题3:该同学测定的中和反应的反应热与课本中实验所测的结果是否一样?为什么?提示:不一样;因为该同学所测反应热不仅包含中和反应的热量变化,还包含了醋酸电离(醋酸属于弱酸)的热效应。常见的吸、放热反应(1)常见的吸热反应:大多数的分解反应,大多数以碳、一氧化碳、氢气为还原剂的氧化还原反应,Ba(OH)28H2O和NH4Cl的反应等。(2)常见的放热反应:大多数化合反应、金属与酸(或水)的反应、燃烧及缓慢氧化、中和反应、铝热反应等。题点一中和反应反应热的

8、测定1.(2021重庆长寿月考)如图为用稀盐酸和稀NaOH溶液测定中和反应反应热的装置,下列有关说法错误的是(C)A.小烧杯口与大烧杯口要相平B.该装置缺少玻璃搅拌器C.加入NaOH溶液的正确操作是分三次沿玻璃棒缓慢加入D.烧杯间填满碎泡沫塑料的主要作用是保温隔热,减少热量的损失解析:小烧杯与大烧杯口相平可减少热量散失,使测得的中和热数值更加准确,故A正确;为使中和反应快速、完全进行,需要用环形玻璃搅拌器搅拌,由图可知该装置缺少环形玻璃搅拌器,故B正确;将NaOH溶液一次性快速加入盛有稀盐酸的小烧杯中,反应会快速进行完全,热量损耗少,测得的中和热数值更准确,故C错误;烧杯间填满碎泡沫塑料的主要

9、作用是保温隔热,减少热量的损失,故D正确。2.(2021河南范县月考)将V1 mL 1.0 molL-1HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50,溶液混合前温度为21 )。下列叙述不正确的是(B)A.该实验表明化学反应的化学能可能转化为热能B.NaOH溶液的浓度为1.0 molL-1C.该实验提供的数据能粗略计算出此中和反应的反应热D.实验室测量中和反应的反应热应多次测量取平均值解析:根据图像可知,随反应进行体系温度升高,故该实验表明化学反应的化学能可能转化为热能,A正确;由图像可知,盐酸与氢氧化钠的反应是放热反

10、应,该过程中化学能转化为热能,恰好反应时放出的热量最多,NaOH溶液的浓度为1.0molL-13010-3L2010-3L=1.5 molL-1,B错误;该实验提供了温度差,根据Q=mcT计算反应放出的热量,C正确;实验室测量中和反应的反应热应多次测量取平均值以减少误差,D正确。题点二吸热反应与放热反应3.(2022山东德州期中)下列反应既属于氧化还原反应又属于吸热反应的是(B)A.NaHCO3与盐酸的反应B.灼热的炭与CO2的反应C.镁条与稀盐酸的反应D.Fe2O3与铝粉在高温下的反应解析:NaHCO3与盐酸的反应属于非氧化还原反应,故A不符合题意;灼热的炭与CO2反应生成CO,有元素化合价

11、变化,为氧化还原反应,同时为吸热反应,故B符合题意;镁条与稀盐酸的反应属于氧化还原反应,但属于放热反应,故C不符合题意;Fe2O3与铝在高温下的反应是铝热反应,是氧化还原反应,同时是放热反应,故D不符合题意。4.下列反应属于吸热反应的是(填序号)。液态水汽化将胆矾加热变成白色粉末浓硫酸稀释氯酸钾分解制氧气生石灰与水反应生成熟石灰Ba(OH)28H2O与NH4Cl在常温下反应二氧化碳与赤热的炭反应生成一氧化碳解析:液态水汽化是物质状态的变化,不是化学反应;将胆矾加热变为白色粉末,发生反应CuSO45H2OCuSO4+5H2O,是吸热反应;浓硫酸稀释放出热量,是物理变化;氯酸钾分解制氧气,发生反应

12、2KClO32KCl+3O2,是吸热反应;生石灰与水反应生成熟石灰,CaO+H2OCa(OH)2,是放热反应;Ba(OH)28H2O与NH4Cl在常温下反应,Ba(OH)28H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3+10H2O,是吸热反应;二氧化碳与赤热的炭反应生成一氧化碳,C+CO22CO,是吸热反应。因此属于吸热反应的是。答案:吸、放热反应与反应条件加热的关系吸热反应不一定需要加热条件,如氢氧化钡晶体与氯化铵的反应。放热反应也可能需要加热条件,如铝热反应需要高温引发。所以反应是否需要加热与反应吸、放热没有关系。如果一个反应需要“持续不断加热”则一般属于吸热反应,而一个反应“开始需要加热引发

13、”,反应开始后无需“持续加热”则一般为放热反应。学习任务2化学反应的内能变化与焓变1.化学反应的内能变化(1)内能的概念与影响因素。内能的概念:内能是体系内物质所含各种微观粒子的能量总和。影响因素:内能的大小除了与物质的种类、数量及聚集状态(即气态、液态或固态等)有关外,还与体系的温度、压强有关。(2)内能的符号及内能变化。内能的符号是 U。内能的变化:U=U(反应产物)-U(反应物)。反应吸、放能量与内能的关系。如果U(反应产物)U(反应物),则反应吸收能量;如果U(反应产物)H2C.将CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高D.将CuSO45H2O(s)溶于水会使溶液温度降低解析:分解反应是

14、吸热反应,故A错误;由图可知,H20,可知H3H2,故B正确;由图可知,CuSO4(s)溶于水放出热量,则会使溶液温度升高,故C正确;由图可知,CuSO45H2O(s)溶于水吸收能量,则会使溶液温度降低,故D正确。题点二H与键能的关系3.(2021安徽宿州期中)化学反应过程可视为旧化学键断裂和新化学键形成的过程,HH键的键能为436 kJmol-1,HCl键的键能为431 kJmol-1。已知Cl2(g)+H2(g)2HCl(g)H=-183 kJmol-1,则ClCl键的键能为(A)A.243 kJmol-1B.351 kJmol-1C.268 kJmol-1D.862 kJmol-1解析:

15、H=反应物的总键能-生成物的总键能=(x+436)kJmol-1-2431 kJmol-1=-183 kJmol-1,解得x=243,则ClCl键的键能为243 kJmol-1,故选A。4.(2021山西太原期中)已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1。相关化学键的键能(指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量)如下表所示。下列说法错误的是(D)化学键NNHHNH键能/(kJmol-1)x436391A.过程N2(g)2N(g)吸收能量B.过程N(g)+3H(g)NH3(g)放出能量C.x=945.6D.1 mol N2(g)与足量H2(g)充

16、分反应,放出92.4 kJ 的热量解析:化学键断裂需要吸收能量,A正确;形成化学键时释放能量,B正确;x+4363-3916=-92.4,解得x=945.6,C正确;N2(g)与H2(g)反应生成2 mol NH3(g),放出92.4 kJ的热量,该反应为可逆反应,1 mol氮气不能完全转化为2 mol氨气,D错误。(1)H图像问题牢牢把握:H=H(生成物)-H(反应物)。(2)H与键能关系问题牢牢把握:H=E(反应物)-E(生成物)(E代表总键能)。【知识整合】【易错提醒】1.误认为化学变化可能没有能量变化。其实现代科学尚未发现没有能量变化的化学反应。2.化学变化过程不仅有热能变化,有些化学变化还伴随光、电等能量变化,比如燃烧反应发光。3.加热条件下发生的反