2024年高中化学新教材同步 选择性必修第一册 第1章　第1节　第1课时　反应热　焓变

第一节反应热第1课时反应热焓变[核心素养发展目标]1.理解反应热测定的原理和方法，会分析产生误差的原因，不断完善和改进测定方法。2.能从宏观和微观的角度理解化学反应中能量变化的本质，正确认识和判断放热反应和吸热反应。3.能辨识化学反应中的能量转化形式，形成能量可以相互转化的观念，正确理解反应热和焓变的概念。一、反应热及其测定1．体系(系统)与环境被研究的物质及发生的反应称为体系；与体系相互影响的其他部分称为环境。2．反应热(1)因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量是热量。(2)在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。(3)许多反应热可以通过量热计直接测定，即根据测得的体系的温度变化和有关物质的比热容等来计算。3．实验探究——中和反应反应热的测定(1)测定原理：通过实验用温度计测定一定量的盐酸和NaOH溶液在反应前后的温度变化，根据有关物质的比热容等来计算反应热。反应热计算公式：Q＝mcΔtQ：中和反应放出的热量；m：反应混合液的质量；c：反应混合液的比热容；Δt：反应前后溶液温度的差值。(2)测定装置(3)实验步骤及注意事项①反应前体系的温度：分别测量盐酸与NaOH溶液的温度。②反应后体系的温度：迅速混合并搅拌，记录最高温度。③重复操作两次，取温度差的平均值作为计算依据。(4)数据处理某小组用50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液进行实验。实验次数反应物的温度/℃反应前体系的温度反应后体系的温度温度差盐酸NaOH溶液t1/℃t2/℃(t2－t1)/℃125.025.225.128.53.4224.925.125.028.33.3325.625.425.529.03.5设溶液的密度均为1g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1，则反应放出的热量Q＝cmΔt＝c·[m(盐酸)＋m(NaOH溶液)]·(t2－t1)≈1.42kJ，那么生成1molH2O放出的热量为eq\f(Q,nH2O)＝eq\f(1.42kJ,0.025)＝56.8kJ。特别提醒大量实验测得，在25℃和101kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时，放出57.3kJ的热量。(1)中和反应反应热的测定实验中的玻璃搅拌器换成铜制搅拌器效果更好()(2)实验中测定反应前后温度变化的温度计可以更换()(3)中和反应反应热的测定实验中，测定盐酸后的温度计没有冲洗干净，立即测NaOH溶液的温度()(4)中和反应反应热的测定实验中，应将50mL0.55mol·L－1NaOH溶液分多次倒入小烧杯()答案(1)×(2)×(3)×(4)×1为了保证盐酸完全被中和，采用稍过量的NaOH溶液。2测量完盐酸的温度后，温度计应冲洗干净并擦干。3酸碱溶液一次迅速混合。1．大量的实验测得，25℃和101kPa下，强酸和强碱稀溶液发生中和反应生成1mol水时，放出57.3kJ的热量。测得的数据小于57.3，分析产生误差的可能原因是什么？提示2．若改用100mL0.50mol·L－1的盐酸与100mL0.55mol·L－1NaOH溶液混合，所测中和反应反应热的数值是否为本实验结果的2倍？提示否；中和反应反应热是指在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1molH2O时的反应热，其数值与反应物的量的多少无关，故所测结果应与本次实验结果基本相同。3．若用NaOH固体代替NaOH溶液，对结果会产生什么影响？提示NaOH固体溶于水时放热，使测得的反应热的数值偏大。4．用浓硫酸代替盐酸对结果会产生什么影响？用醋酸代替盐酸对结果会产生什么影响？若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定中和反应反应热，对结果会产生什么影响？提示浓硫酸溶于水时放热，使所测反应热的数值偏大；弱酸、弱碱电离时吸热，使所测反应热的数值偏小；若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定中和反应反应热，生成BaSO4沉淀时还会放出一部分热量，使所测反应热的数值偏大。1．下列有关中和反应反应热测定实验的说法正确的是()A．温度计能代替玻璃搅拌器，用于搅拌反应物B．强酸与强碱反应生成1molH2O(l)释放的热量都约为57.3kJC．测定中和反应反应热的实验中，读取混合溶液不再变化的温度为终止温度D．某同学通过实验测得盐酸和NaOH溶液反应生成1molH2O(l)时，放出的热量为52.3kJ，造成这一结果的原因不可能是所用酸、碱溶液浓度过大答案D解析温度计不能代替玻璃搅拌器，温度计只能用于测量溶液的温度，A项错误；强酸与强碱发生中和反应生成1molH2O(l)时，放出的热量不一定等于57.3kJ，如浓硫酸与NaOH溶液反应生成1molH2O(l)时，放出的热量大于57.3kJ，B项错误；测定中和反应反应热时，应读取混合溶液的最高温度，C项错误；浓酸或浓碱溶于水时会放热，则生成1molH2O(l)时放出的热量大于57.3kJ，D项正确。2.50mL0.50mol·L－1的盐酸与50mL0.55mol·L－1的NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和反应反应热。回答下列问题：(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃仪器是________________。(2)隔热层的作用是________________________________________________________。(3)倒入NaOH溶液的正确操作是___________(填字母)。a．沿玻璃棒缓慢倒入 b．分三次少量倒入c．一次迅速倒入(4)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1g·cm－3，又知中和反应后生成的溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1。为了计算中和反应反应热，某学生的实验记录数据如下：实验序号反应物的温度/℃反应前体系的温度t1/℃反应后体系的温度t2/℃盐酸氢氧化钠溶液120.020.123.2220.220.423.4320.320.324.2420.520.623.6完成表格并依据该学生的实验数据，计算该实验中生成1mol水时放出的热量为______kJ(结果保留一位小数)。答案(1)玻璃搅拌器(2)减少实验过程中的热量损失(3)c(4)20.0520.320.320.5551.8解析(4)四次实验(t2－t1)的值分别为3.15、3.1、3.9、3.05，第三次明显偏大，舍弃，则最终温度差平均值为第1、2、4组实验的温度差之和除以3，为3.1，平均值代入公式eq\f(0.418(t2－t1),0.025)计算即可。二、反应热与焓变1．宏观角度认识反应热(1)内能：体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。(2)焓与焓变注意等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。(3)ΔH与吸热反应和放热反应ΔH＝生成物总能量－反应物总能量。2．微观角度理解反应热(1)化学反应的实质和特征(2)以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反应的能量变化为例说明，如图所示：(键能：在25℃和101kPa下，气态分子中1mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。)ΔH＝(436＋243)kJ·mol－1－(431＋431)kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1，ΔH＝反应物总键能－生成物总键能。特别提醒化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。(1)化学变化中的能量变化都是化学能与热能间的相互转化()(2)所有的化学反应都伴有能量的变化()(3)伴有能量变化的一定是化学反应()(4)加热条件下发生的反应均为吸热反应()(5)在一个化学反应中，当反应物总焓大于生成物的总焓时，反应放热，ΔH为负值()(6)浓硫酸溶于水时，体系的温度升高，该过程属于放热反应()(7)石墨转化为金刚石需要吸收能量，所以石墨更稳定()答案(1)×(2)√(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√1吸热反应和放热反应均为化学变化。2吸热反应和放热反应与反应条件没有必然联系，需要加热的反应也可能是放热反应。3一般来说，物质具有的能量越低，物质越稳定；物质内的总键能越大，物质越稳定。1．已知：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)，反应过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。(1)a、b、c分别代表什么意义？a：________________________________________________________________________；b：________________________________________________________________________；c：________________________________________________________________________。(2)该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应，ΔH____(填“>”或“<”)0。提示(1)旧键断裂吸收的能量新键形成放出的能量反应热(2)放热<2．根据图像回答下列问题：(1)金刚石和石墨谁更稳定？提示内能越低越稳定，则石墨更稳定。(2)ΔH1与ΔH2相比，哪一个较大？提示ΔH1较大，因为两者都是放热反应，放热越多，则焓变越小。1．(2023·保定高二检测)反应A2(g)＋2BC(g)=2BA(g)＋C2(g)过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是()A．E1等于拆开1molA2(g)中化学键和2molBC(g)中化学键所需能量之和B．该反应的热效应ΔH＝E1－E2C．该反应的ΔH<0D．该反应既有极性键和非极性键的断裂又有极性键和非极性键的形成答案A2．异丁烯与氯化氢发生加成反应过程的体系能量变化如图所示，下列叙述正确的是()A．产物②比产物①更稳定B．此过程中只发生了非极性键的断裂C．异丁烯与氯化氢的加成反应为吸热反应D．1mol产物①或②中均含有7mol共价键答案A解析能量越低，物质越稳定，根据图示可知，产物②比产物①的能量更低，故产物②比产物①更稳定，A正确；根据反应原理可知，反应过程中有碳碳键的断裂和氢氯键的断裂，B错误；根据图示可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，C错误；根据产物的结构简式可知，1mol产物①或②中均含有13mol共价键，D错误。(1)ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。(2)ΔH＝E(反应物的总键能)－E(生成物的总键能)。(3)ΔH>0为吸热反应，ΔH<0为放热反应。题组一放热反应和吸热反应1．(2022·上海崇明检测)有关反应热效应的说法正确的是()A．大多数分解反应都是吸热反应B．氧化还原反应都属于放热反应C．有催化剂参与的反应是放热反应D．有化学键断裂的反应是吸热反应答案A解析大多数化合反应是放热反应，大多数分解反应是吸热反应，A正确；氧化还原反应不一定是放热反应，如碳与二氧化碳在高温条件下反应生成一氧化碳为氧化还原反应，但属于吸热反应，B错误；化学反应的吸、放热与是否有催化剂参与无关，C错误；所有的化学反应均有化学键的断裂和形成，反应物断键吸收的热量比生成物成键放出的热量多，该反应为吸热反应，反之为放热反应，D错误。2．下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是()选项反应装置或图像实验现象或图像信息A温度计的水银柱不断上升B反应物总能量高于生成物总能量C反应开始后，甲处液面低于乙处液面D反应开始后，针筒活塞向右移动答案D解析温度计的水银柱不断上升说明反应过程中温度不断升高，能充分说明该反应为放热反应，故A不符合题意；该反应的反应物总能量高于生成物总能量，充分说明该反应为放热反应，故B不符合题意；反应开始后甲处液面低于乙处液面，说明锥形瓶内气体受热膨胀，能充分说明该反应为放热反应，故C不符合题意；稀硫酸与锌粒反应放出氢气，无论反应是否放热针筒活塞都会向右移动，无法证明该反应为放热反应，故D符合题意。题组二中和反应反应热及其测定3．实验设计的科学性反映了实验者的科学素养。下列有关测定中和反应反应热的实验，说法正确的是()A．用温度计测量酸溶液的温度后立即测量碱溶液的温度B．为了使反应充分，可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)C．为了加快反应速率，减小实验误差，使用玻璃搅拌器搅拌D．测定中和反应反应热时可用稀醋酸和Ba(OH)2稀溶液答案C解析测量酸溶液的温度后，温度计表面的酸要用水冲洗干净、擦干后再去测量碱溶液的温度，A项错误；酸、碱要一次性迅速加入，否则会造成热量损失，B项错误；醋酸是弱酸，使测量的中和反应反应热不准确，D项错误。4．中和反应反应热是一个在热化学中的重要概念，中和反应反应热的定义为在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1molH2O时的反应热。以下关于中和反应反应热的叙述正确的是()A．在稀溶液中所有酸和碱反应的中和反应反应热数值都相等B．在稀溶液中强酸与强碱反应的中和反应反应热都相等C．在稀溶液中1mol强酸和1mol强碱反应放出的热量都相等D．将浓硫酸滴入氢氧化钠溶液中刚好生成1mol水时，产生的热量即为中和反应反应热答案B解析在稀溶液中所有酸和碱反应的中和反应反应热数值不一定都相等，A错误；在稀溶液中强酸与强碱反应的中和反应反应热都相等，B正确；在稀溶液中1mol强酸和1mol强碱反应放出的热量不一定相等，如一元酸和一元碱放出的热量小于二元酸和二元碱放出的热量，C错误；浓硫酸稀释时放热，所以生成1mol水时放出的热量大于中和反应反应热的数值，D错误。5．在测定中和反应反应热的实验中，下列说法正确的是()A．实验需要记录反应前初始温度及反应后溶液达到的最高温度B．为了准确测定反应混合溶液的温度，实验中温度计水银球应与容器底部接触C．用50mL0.55mol·L－1的NaOH溶液与50mL0.50mol·L－1的盐酸反应，测得的反应热数值偏大D．在测定中和反应反应热的实验中需要使用的仪器有天平、量筒、烧杯、滴定管、温度计答案A6.将V1mL1.00mol·L－1HCl溶液和V2mL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)。下列叙述正确的是()A．做该实验时环境温度为22℃B．该实验表明化学能可以转化为热能C．NaOH溶液的浓度约为1.00mol·L－1D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应答案B解析从图中曲线可以看出，温度为22℃时，V1为5mL，则V2为45mL，此时已经开始发生中和反应，所以22℃一定不是做该实验时的环境温度，A错；由曲线可知，随着V1的增大，溶液温度先升高后降低，温度升高说明反应放热，表明化学能可以转化为热能，B正确；当V1＝30mL时温度最高，说明此时两者恰好完全反应，则c(NaOH)＝eq\f(30mL×1.00mol·L－1,20mL)＝1.50mol·L－1，C错；该实验不能证明有水生成的其他反应也是放热反应，D错。题组三宏观角度认识反应热7．反应A＋B→C(放热)分两步进行：①A＋B→X(吸热)，②X→C(放热)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是()答案A解析A＋B→X(吸热)，说明A、B的总能量小于X的能量；X→C(放热)，说明X的能量大于C的能量；A＋B→C(放热)，说明A、B的总能量大于C的能量，故选A。8．已知化学反应A2(g)＋B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示，下列叙述正确的是()A．该反应有可能是放热反应B．1molA2(g)和1molB2(g)反应生成2molAB(g)吸收的热量为(a－b)kJC．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量D．断裂1molA—A和1molB—B，放出akJ能量答案B解析由图可知，生成物的总能量大于反应物的总能量，该反应为吸热反应，A、C项错误；该反应为吸热反应，1molA2(g)和1molB2(g)反应生成2molAB(g)吸收的热量为(a－b)kJ，B项正确；断裂化学键吸收能量，根据图示可知断裂1molA—A和1molB—B，吸收akJ能量，D项错误。题组四微观角度认识反应热(化学键)9．CO与O在催化剂表面形成化学键时的能量变化如图所示，下列说法错误的是()A．该反应过程CO中C与O之间化学键发生完全断裂B.从催化剂上脱离生成的过程放热C．CO和O生成了具有极性共价键的CO2D．CO与O反应生成CO2的过程ΔH<0答案A解析由图可知，该反应过程CO中C与O之间化学键没有发生完全断裂，故A错误；由图可知从催化剂上脱离生成的过程，能量降低，放出热量，故B正确；CO2的结构式为O=C=O，CO2分子中存在碳氧极性共价键，故C正确；CO和O原子反应生成CO2的过程是放热反应，则ΔH<0，故D正确。10．已知H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－183kJ·mol－1，其他相关数据如下表：物质H2Cl2HCl1mol分子中的化学键断裂时吸收的能量/kJ436a431下列说法正确的是()A．a＝243B．H2(g)和Cl2(g)的总能量小于HCl(g)C．1LH2完全反应放出183kJ热量D．生成2molHCl(l)的能量变化小于183kJ答案A解析断键时吸热、成键时放热，则(436＋a)－2×431＝－183，得a＝243，A正确；该反应为放热反应，则H2(g)和Cl2(g)的总能量大于HCl(g)，B错误；1molH2(g)与1molCl2(g)完全反应生成2molHCl(g)时放出183kJ热量，C错误；2molHCl(g)的能量比2molHCl(l)的能量高，则生成2molHCl(l)的能量变化大于183kJ，D错误。11．肼(H2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ)：N≡N为942、O=O为500、N—N为154，则断裂1molN—H所需的能量(kJ)是()A．194B．391C．516D．658答案B解析由图知N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)的反应热ΔH1＝－534kJ·mol－1，可设断裂1molN—H所需的能量为x,154kJ＋4x＋500kJ－2752kJ＝－534kJ，可求得x＝391kJ。12．下列关于图中的说法不正确的是()A．1mol固态碘与1mol氢气化合生成2molHI气体时，需要吸收5kJ的能量B．2molHI气体分解生成1mol碘蒸气与1mol氢气时需要吸收12kJ的能量C．1mol固态碘变为1mol碘蒸气时需要吸收17kJ的能量D．碘蒸气与氢气反应生成HI气体的反应是吸热反应答案D解析1molI2(g)和1molH2(g)反应生成2molHI(g)放出12kJ能量，该反应为放热反应，D项错误。13．Ⅰ.硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的原理如下：粗硅冶炼：(a)SiO2＋2Ceq\o(=,\s\up7(高温))Si＋2CO↑。精炼硅：(b)Si＋3HCleq\o(=,\s\up7(高温))SiHCl3＋H2；(c)SiHCl3＋H2eq\o(=,\s\up7(高温))Si＋3HCl。化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题：(1)(a)是________(填“吸热”或“放热”，下同)反应，(b)是________反应，(c)是______反应。(2)反应(b)破坏反应物中的化学键所吸收的能量________(填“大于”或“小于”)形成生成物中化学键所放出的能量。Ⅱ.CO2和CH4催化重整可制备合成气，对减缓燃料危机具有重要的意义，其反应过程示意图如图所示：(3)该过程用化学方程式表示为______________________________________________________________________________，反应的ΔH________0(填“＜”“＞”或“＝”)。(4)从起始到过渡态断裂的化学键有________，该过程________(填“放出”或“吸收”)能量。答案(1)吸热放热吸热(2)小于(3)CH4＋CO2eq\o(=,\s\up7(Ni))2CO＋2H2<(4)C—H吸收解析(1)根据化学反应与能量变化图可知，(a)是吸热反应，(b)是放热反应，(c)是吸热反应。(2)反应(b)是放热反应，所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量。(3)由图可知，该过程CH4与CO2在Ni催化作用下反应生成CO和H2，则化学方程式表示为CH4＋CO2eq\o(=,\s\up7(Ni))2CO＋2H2，反应物总能量高于生成物总能量，是放热反应，ΔH＜0。(4)从起始到过渡态，二氧化碳分子不变、甲烷分子被破坏，则断裂的化学键有C—H，该过程中能量升高、吸收能量。14.用如图所示的装置测定中和反应反应热。实验药品：100mL0.50mol·L－1盐酸、50mL0.50mol·L－1NaOH溶液、50mL0.50mol·L－1氨水。已知：弱碱电离时吸热。回答下列问题：(1)从实验装置上看，还缺少玻璃搅拌器，其能否用铜制材料替代？________(填“能”或“不能”)，理由是___________________________________________________________。(2)将浓度为0.50mol·L－1的酸溶液和0.50mol·L－1的碱溶液各50mL混合(溶液密度均为1g·mL－1)，生成的溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1，测得温度如下：反应物起始温度t1/℃最高温度t2/℃甲组(HCl＋NaOH)15.018.3乙组(HCl＋NH3·H2O)15.018.1①两组实验结果存在差异的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________。②HCl(aq)＋NH3·H2O(aq)=NH4Cl(aq)＋H2O(l)的ΔH＝________(结果保留一位小数)。③某同学利用上述装置重新做甲组实验，测得反应热ΔH偏大，则可能的原因是________(填字母)。A．测完盐酸的温度直接测NaOH溶液温度B．做该实验时室温较高C．杯盖未盖严D．NaOH溶液一次性迅速倒入答案(1)不能金属材料易散热，会使实验误差增大(2)①NH3·H2O为弱碱，电离时要吸热，导致放热较少②－51.8kJ·mol－1③AC解析(1)金属材料易散热，会使实验误差增大，所以玻璃搅拌器不可以用铜制材料替代。(2)①两组实验一个是强酸和强碱的反应，一个是强酸和弱碱的反应，NH3·H2O为弱碱，电离时要吸热，导致放热较少。②50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.50mol·L－1