第一节化学反应与能量变化

第一章化学反应与能量

第一节化学反应与能量变化

第1课时焓变反应热

三维目标知识与技能1．了解反应热和焓变的含义，了解化学能与热能的相互转化2．理解吸热反应和放热反应的实质(重点)过程与方法1．从化学反应的本质即旧键断裂与新键形成的角度研究反应热产生的原因2．从反应体系能量的升高与降低角度认识ΔH的“＋”与“－”3．通过分析反应过程中的能量变化领悟化学反应中能量守恒的思想情感、态度与价值观通过了解简单化学反应中的热效应，结合物质结构，体会化学反应的实质，培养学生学习化学的兴趣

思维激活

现在新兴的“即食即热型快餐盒”使用起来非常方便，适合外出旅行使用。其内层是用铝箔包裹的并已加工好的真空包装食品；外层则是分别包装的两包化学物质，一包是生石灰，另一包是水。使用时拉动预留在外的拉线使这两种化学物质混合，几分钟后，饭菜就变得热腾腾的。你知道这是为什么吗？

自学导引

一、化学反应过程中的能量变化

1．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热能、电能、光能等形式表现出来。

2．放热反应和吸热反应

释放热量的化学反应叫做放热反应；吸收热量的化学反应叫做吸热反应。

3．化学反应过程中物质变化与能量变化的关系化学反应中，能量的释放或吸收是以发生变化的物质为基础的，能量的多少则以反应物和产物的质量为基础。

思考题1

下列说法中不正确的是(

)

A．化学变化过程是原子的重新组合过程

B．化学反应可分为吸热反应和放热反应

C．化学反应中能量变化的多少与其反应物的质量有关

D．化学变化中的能量变化都是以热能形式表现出来的

答案

D

二、反应热、焓变

1．反应热：在反应过程中所释放或吸收的能量，以热量来表示，叫做反应热，又称为焓变，符号用ΔH表示，单位常采用kJ/mol或(kJ·mol－1)。

2．以1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时放出184.6kJ的热量为例，从微观角度解释化学反应过程中的能量变化。解答此反应过程的能量变化可表示如下：

(1)化学键断裂时需要吸收能量,吸收的总能量为679

kJ。

(2)化学键形成时需要释放能量释放的总能量为862

kJ。

(3)反应热的计算：862kJ－679kJ＝183kJ，即放出183kJ的能量。显然，分析结果与实验测得的该反应的反应热184.6kJ·mol－1很接近(一般用实验数据来表示反应热)。

3．ΔH的正负和吸放热反应的关系

(1)放热反应：反应完成时，生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量。由于反应后放出热量(释放给环境)而使反应体系的能量降低，故ΔH＜0或ΔH为“－”。

(2)吸热反应：反应完成时，生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量。由于反应后吸收环境热量而使反应体系的能量升高，故ΔH＞0或ΔH为“＋”。

思考题2

下列说法中正确的是(

)

A．焓变是指1mol物质参加反应时的能量变化

B．当反应放热时ΔH＞0，当反应吸热时ΔH＜0

C．在加热条件下发生的反应均为吸热反应

D．一个化学反应中，当反应物能量大于生成物能量时，反应放热，ΔH为“－”

答案

D

名师解惑

一、放热反应与吸热反应的比较

［特别提醒］

比较ΔH的大小时，要连同“＋”、“－”包含在内，类似于数学上的正负数比较。如果只比较反应放出热量的多少，则只须比较数值大小，与“＋”、“－”无关。

二、中学常见的放热反应与吸热反应

1．放热反应：燃烧、中和反应、金属的氧化、金属与酸或水的反应、由不稳定物质转变为稳定物质的反应等。

2．吸热反应：盐类的水解、C与CO2或H2O的反应、CaCO3的分解、Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应、由稳定物质转变成不稳定物质的反应等。

［特别提醒］

①化学反应总体遵循“分吸合放”规律，即大多数分解反应吸热，大多数化合反应放热，且化学反应中吸热反应占少数，所以务必记住常见的吸热反应。

②放热反应或吸热反应必须属于化学变化。如醋酸的电离虽然要吸热，但不能称为吸热反应，只能称为吸热过程；同样，水蒸气转变成液态水，也不能称为放热反应。

三、用化学键键能(拆开1mol化学键所吸收的能量)如何估算化学反应的热效应？

化学反应过程是原子重新组合的过程，反应物分子内化学键的断裂需要吸收能量，生成新物质时形成新的化学键要放出能量，二者的能量差，就决定了能量的变化。因此用化学键键能的大小可粗略计算化学反应的热效应，公式为：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

四、在加热条件下进行的反应一定是吸热反应吗？

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。因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)2·8H2O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。由上可见，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。

典例导析

知识点1：对放热反应和吸热反应概念的考查

例1

下列过程能肯定是放热反应的是(

)

A．燃烧B．分解C．凝华D．溶解

解析反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。凝华和溶解均属物理变化，C、D不符合题意；大多数分解反应为吸热反应，如NH4HCO3分解；而燃烧反应均为放热反应。

答案A

跟踪练习1下列过程要吸收热量的是(

)

C．H＋＋OH－→H2O

D．C＋O2→CO2

答案

A

知识点2：化学反应中的能量变化的考查

例2

下列反应中，生成物的总能量大于反应物的总能量的是(

)

A．氢气在氧气中燃烧

B．铁丝在氧气中燃烧

C．硫在氧气中燃烧

D．焦炭在高温下与水蒸气反应

解析

A、B、C三项均为放热反应，说明它们的反应物的总能量大于生成物的总能量，多余的能量以热能的形式放出；而D项为吸热反应，正好相反，故D项正确。

答案

D

跟踪练习2

对于放热反应：2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)，下列说法中正确的是(

)

A．产物H2O所具有的总能量高于反应物H2和O2所具有的总能量

B．反应物H2和O2所具有的总能量高于产物H2O所具有的总能量

C．反应物H2和O2所具有的总能量等于产物H2O所具有的总能量

D．反应物H2和O2比产物H2O稳定

答案B第2课时热化学方程式

三维目标知识与技能1．理解热化学方程式的含义，能较熟练地书写热化学方程式并进行有关热化学方程式的计算(重、难点)2．掌握中和热的概念及其测定方法(重点)过程与方法1．通过实例理解化学方程式的局限性，介绍热化学方程式的必要性2．采用对比方法明确热化学方程式与普通化学方程式的区别与联系情感、态度与价值观通过热化学方程式的书写的教学过程，培养学生勇于探索、严谨求实的科学态度

思维激活

《拯救大兵瑞恩》里面有一个美军用燃烧弹烧死坑道中敌兵的镜头，这就是燃烧弹在现代坑道战、堑壕战中的作用之一。由于汽油的密度较小，发热量高，且价格便宜，所以被广泛用做燃烧弹原料。汽油燃烧是化学变化，如何书写汽油燃烧的热化学方程式呢？

自学导引

一、热化学方程式

1．概念：能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式，叫做热化学方程式。

2．表示意义：热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。

思考题1

下列说法中不正确的是(

)

A．物质发生化学反应的反应热仅指反应放出的热量

B．热化学方程式中各物质的化学计量数只表示物质的量，不表示分子的个数

C．所有的燃烧都是放热反应

D．热化学方程式中分子式前面的化学计量数可以是分数

答案

A

3．特点(与化学方程式比较)

(1)指明了反应时的温度和压强，如在25℃、101kPa下进行的反应，可不注明。

(2)在化学方程式右边注明ΔH的符号、数值和单位。

(3)所有反应物和产物都用括号注明了它们的聚集状态。

(4)化学计量数只表示物质的量，而不表示分子数或原子数，因此可以为非整数。

(5)化学计量数和反应热的数值可以同时扩大或缩小相同倍数。

思考题2为什么书写热化学方程式时要注明反应物和生成物的聚集状态？

答案

反应热与物质的聚集状态有关，即状态不同，产生的热效应不同。

二、中和热及其测定

1．中和热在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1

molH2O，这时的反应热叫做中和热。

2．中和热的测定如右图所示装置，利用50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液进行中和反应，通过测定反应过程中所放出来的热量可计算中和热。其实验过程为：

(1)安装实验装置。

(2)用一个量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸，倒入小烧杯中，用温度计测出溶液的温度，再用水洗净温度计。

(3)用另一个量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用温度计测出NaOH溶液的温度。

(4)将NaOH溶液倒入小烧杯中，搅拌溶液，测量最高温度。

(5)重复实验两次，取平均值计算。

(6)数据处理。如起始两溶液的平均温度为t1，实验中最高温度为t2，则生成1molH2O所放出的热量(即中和热)为：

ΔH＝－kJ·mol－1即酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所放出的热量。

名师解惑

一、书写热化学方程式的注意事项

1．ΔH只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边，并用“空格”隔开。若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位一般为kJ·mol－1。

2．注意反应物和产物的聚集状态不同，反应热数值不同。物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系如下图，因此，必须注明物质的聚集状态(s、l、g)才能完整地体现出热化学方程式的意义。热化学方程式中不用标“↑”或“↓”。

3．ΔH的单位“kJ·mol－1”的含义。并不是指每摩尔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量其物质的量时伴随的能量变化。如2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)

ΔH＝－483.6kJ·mol－1中的反应热是指每摩尔反应，放出的热量为483.6kJ。因此ΔH与化学方程式的写法有关，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。例如：已知H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)

ΔH＝－285.8kJ·mol－1，则2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)

ΔH＝－571.6kJ·mol－1；H2O(l)＝H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋285.8kJ·mol－1。

［特别提醒］

在进行热化学方程式的书写和正误判断时，一定要注意检查状态、数值及正负号，此三处易错易漏。

二、热化学方程式与普通化学方程式的区别化学方程式热化学方程式化学计量数是整数，既可表示粒子个数，又可表示该物质的物质的量既可以是整数，也可以是分数，只表示该物质的物质的量状态不要求注明必须在化学式后注明正负号及单位无必须注明意义表明了化学反应中的物质变化不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化

三、中和热的测定与计算

1．中和热测定实验的注意事项整个实验过程中应把好两关：①隔热关。如量热计保温层内隔热填充材料要填满；盖板上的两孔只需要正好使温度计和环形玻璃棒通过即可；倒入NaOH溶液要迅速，尽可能减少实验过程中的热量损失。②准确关。如配制溶液的浓度要准确；NaOH溶液要新制；量取溶液体积时读数要准确；对温度计的读数要读到最高点。

2．中和热的计算由50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液进行实验，根据所测结果，计算中和反应的中和热为：

ΔH＝kJ·mol－1

(C为生成溶液的比热容)

［特别提醒］

①中和热的测量中碱稍过量的原因是保证酸能完全反应，计算时应以不足的酸作为计算标准。

②实验中使用的酸和碱不能是浓酸或浓碱，若用浓酸或浓碱，由于稀释过程中放出热量，会使测得的中和热数值偏高。

3．导致测定误差的因素求算出的中和热是否接近57.3kJ·mol－1，取决于溶液的浓度、溶液的体积及温度的变化。引起中和热测定有较大误差的因素主要有：①溶液浓度不准确；②溶液量取不准确；③隔热较差；④室温太低；⑤温度未读取到最高点等。

典例导析

知识点1：反应热(焓变)的比较

例1

已知1mol白磷转化成红磷，放出18.39kJ的热量，又知：P4(白，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)

ΔH1,4P(红，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)

ΔH2

。则ΔH1和ΔH2的关系正确的是(

)

A．ΔH1＞ΔH2 B．ΔH1＜ΔH2

C．ΔH1＝ΔH2 D．无法确定

解析

由于白磷转化为红磷时放出热量，所以白磷和红磷与等量O2反应生成等量的P2O5时，白磷放出的热量更多，又因ΔH1＜0，ΔH2＜0，故ΔH1＜ΔH2。

答案B

跟踪练习1下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是(

)

①C(s)＋O2(g)＝CO2(g)

ΔH1，

C(s)＋O2(g)＝CO(g)

ΔH2

②S(s)＋O2(g)＝SO2(g)

ΔH3，

S(g)＋O2(g)＝SO2(g)

ΔH4

③H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)

ΔH5，

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)

ΔH6

④CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)

ΔH7，

CaO(s)＋H2O(l)＝Ca(OH)2(s)

ΔH8

A．①

B．④

C．②③④

D．①②③

答案

C

知识点2：热化学方程式的书写及正误判断

例2

在25℃、101kPa下，1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ，下列热化学方程式书写正确的是(

)

A．CH3OH(l)＋O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝＋725.76kJ·mol－1

B．2CH3OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(l)