1.1.1化学反应的反应热内能变化与焓变导学案高二上学期化学选择性必修1

第1节化学反应的热效应第1课时化学反应的反应热、内能变化与焓变核心微网络素养新目标1.知道内能是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的影响。2．认识化学能与热能的相互转化，恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示。3．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。4．能用热化学方程式表示反应中的能量变化。学业基础——自学·思记·尝试一、化学反应的反应热1．反应热(1)当化学反应在一定的温度下进行时，反应所________或________的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。(2)符号：用Q表示，Q>0，表示反应________；Q<0，表示反应________。2．热化学：用________方法和________方法研究反应热的化学分支。3．反应热的测定(1)主要仪器：量热计。(2)原理：①公式：Q＝________。②各物理量的含义：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。(3)操作：将反应物加入内筒并搅拌使之迅速反应，测量反应前后溶液温度的变化值。状元随笔实验注意事项：(1)要使用同一只温度计。测量酸、碱溶液及混合液的温度时，测量完一种溶液的温度后，温度计必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。(2)应当使用强酸、强碱的稀溶液，因为弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离，且弱酸、弱碱的电离是吸热过程，使所测得的反应热数值偏小。(3)测量中和反应的反应热时不能使用浓的强酸、强碱，因为浓的强酸、强碱溶于水时一般放热，使测得的反应热数值偏大。(4)实验时所用的强酸、强碱溶液配好后要充分冷却至室温后才能使用。(5)为了减小误差，重复实验2～3次，取其平均值。二、化学反应的内能变化与焓变1．化学反应的内能变化(1)含义：体系内物质所含各种微观粒子的能量________。(2)符号：________。(3)影响因素：①物质的________、________和________；②体系的________、压强。(4)内能变化与能量变化的关系化学反应中内能的变化可写作：ΔU＝______________________________________________。U(反应产物)________U(反应物)反应吸收能量U(反应产物)________U(反应物)反应释放能量(5)内能变化与反应热的关系①化学反应体系与环境进行能量交换可以以________和________的形式呈现。即化学反应中内能的变化等于________和________的加和，即：ΔU＝__________________。②若反应中体系没有做功，则ΔU＝__________________，即反应热等于反应前后体系内能的变化。③等压条件下：可能存在因体积改变而存在体积功，故反应热不一定等于反应体系内能的变化。2．化学反应的焓变(1)焓：用它的变化来描述等压反应的反应热，符号为________，单位是________。(2)反应热与焓变的关系①焓变②反应热和焓变的关系等压条件下，反应不与外界进行电能、光能等其他形式能量的转化时的反应热________反应的焓变，即Qp________ΔH。③化学反应的焓变示意图3．热化学方程式(1)定义：把一个化学反应中________和________同时表示出来的式子。(2)意义：热化学方程式不仅表示________的变化，还表明了________的变化。(3)举例：H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l)ΔH(298K)＝－285.8kJ·mol－1，表示在________K时，________H2(g)和________O2(g)反应生成1molH2O(l)时________的热量为285.8kJ。状元随笔熟记常见放热反应与吸热反应(1)放热反应①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟水或酸的置换反应；⑤铝热反应。(2)吸热反应①大多数分解反应；②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应(大多数铵盐和碱的反应)；③碳和水蒸气、C和CO2的反应。【即学即练】1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)H、ΔH的单位是kJ。()(2)焓变一定等于反应热。()(3)中和反应的反应热一定是正值。()2．下列有关化学反应的说法正确的是()A．化学反应中的能量变化都表现为热量变化B．化学反应中能量的变化量与参加反应的物质的物质的量无关C．能量变化必然伴随化学变化的发生D．化学反应发生过程中一定有能量变化3．已知化学反应2C(s)＋O2(g)2CO(g)，2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)都是放热反应，据此判断，下列说法中正确的是(其他条件相同)()A．28gCO所具有的内能一定高于44gCO2所具有的内能B．32gO2所具有的内能大于44gCO2所具有的内能C．56gCO和32gO2所具有的总内能大于88gCO2所具有的内能D．将一定质量的C燃烧，生成CO2与生成CO时放出的热量一样多4．通过测定50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液反应过程中放出的热量可计算中和反应的反应热。某兴趣小组设计实验装置如图所示，请回答下列问题：(1)从所学内容判断，图中尚缺少的一种仪器是________；该装置还有不妥之处，应如何改正？____________________________________。(2)大、小烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是__________________________________。(3)如果大烧杯上不盖硬纸板，则计算出的中和反应的反应热(ΔH)会________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(4)实验中改用60mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量________(填“相等”或“不相等”)，计算出的中和反应的反应热________(填“相同”或“不同”)。核心素养——合作·探究·分享目标一焓变的计算例1根据如图能量关系示意图，下列说法正确的是()A．1molC(s)与1molO2(g)的能量之和为393.5kJB．反应2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)中，生成物的总能量大于反应物的总能量C．由C(s)→CO(g)的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＝－221.2kJ·mol－1D．热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为－10.1kJ·mol－1[提升1]已知一定条件下断裂1mol下列化学键需要吸收的能量分别为：H—H436kJ；Cl—Cl243kJ；H—Cl431kJ。对于反应H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)，下列说法正确的是()A．该反应的ΔH>0B．氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更稳定C．其他条件相同时，该反应在光照和点燃条件下的ΔH不同D．H2与Cl2反应的热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－183kJ状元随笔利用键能计算焓变时，注意记清公式“ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和”，还要正确判断出每种物质中存在的化学键的种类和个数。关键能力1.ΔH的计算方法(1)ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量。(2)ΔH＝断键吸收的总能量－成键释放的总能量。拓展：常见物质的分子中的化学键数目物质CO2(C=O)CH4(C—H)白磷(P4)(P—P)H2O(H—O)键数24622.图解化学键变化与反应热的关系a——旧化学键断裂吸收的能量；b——新化学键形成放出的能量；c——反应热。目标二热化学方程式的书写及正误判断例2胶状液氢(主要成分是H2和CH4)有望用于未来的运载火箭和空间运输系统，实验测得101kPa时，1molH2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ的热量；1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3kJ的热量。下列热化学方程式书写正确的是()A．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1B．CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.3kJ·mol－1C．CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－890.3kJ·mol－1D．CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝＋890.3kJ·mol－1[提升2]下列关于热化学反应的描述中正确的是()A．HCl和NaOH反应的ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的ΔH＝2×(－57.3)kJ·mol－1B．甲烷的标准燃烧热为－890.3kJ·mol－1，则反应CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)的ΔH<－890.3kJ·mol－1C．已知500℃、30MPa下，N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量46.2kJD．CO(g)的燃烧热是283.0kJ·mol－1，则反应2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)的ΔH＝＋566.0kJ·mol－1状元随笔热化学方程式与化学(离子)方程式的3个不同点(1)热化学方程式不注明反应条件。(2)热化学方程式不标“↑”“↓”，但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。(3)热化学方程式的化学计量数只表示物质的量，其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。关键能力普通化学方程式与热化学方程式的区别项目普通化学方程式热化学方程式化学计量数只能是整数，表示微粒个数及该物质的物质的量可为整数，可为分数，只表示该物质的物质的量状态不要求注明要求注明反应热无注明ΔH的数值，单位及正、负号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实例2H2＋O2点燃2H2OC(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.3kJ·mol－1►【提醒】(1)同素异形体在反应中除标明状态外，还要注明名称，如C(s，石墨)。(2)在热化学方程式中，物质化学式前面的系数只表示物质的量，可以用整数或简单分数表示。当堂评价——夯实·测控·演练1．下列过程伴随的能量变化中，属于反应热的是()A．形成1molH—Cl键放出的能量B．石墨转化为金刚石吸收的能量C．1molO2形成2molO吸收的能量D．水蒸气变成液态水放出的能量2．科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程如图所示，下列说法正确的是()A．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程B．CO和O生成了具有极性共价键的CO2C．在该过程中，CO断键形成C和OD．CO和O生成CO2是吸热反应，ΔH>03．下列说法中正确的是()A．质量相等而状态不同的同种物质，它们的焓相等B．当反应放热时，ΔU>0；反应吸热时，ΔU<0(反应过程中体系没有做功)C．在一个确定的化学反应中，反应物的总焓与反应产物的总焓一定不同D．焓变是指1mol物质参加反应时的能量变化4．下列变化过程，属于放热反应的是()①NH4Cl固体溶于水②炸药爆炸③食物因氧化而腐败④铝热反应⑤酸碱中和反应⑥煅烧石灰石制生石灰⑦溴蒸气液化A．②③④⑤⑦B．①②④⑤C．②③④⑤D．①②③⑥⑦5．下列图示变化为吸热反应的是()6．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)1mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷(P4)和P4O6的分子结构如图所示；现提供以下化学键的键能：P—P键键能为198kJ·mol－1、P—O键键能为360kJ·mol-1、氧气分子内氧原子间的键能为498kJ·mol－1，则P4(s)＋3O2(g)=P4O6(s)的反应热ΔHA．＋1638kJ·mol－1B．－1638kJ·mol－1C．－126kJ·mol－1D．＋126kJ·mol－17．氢气是人类最理想的能源。已知在25℃，101kPa下，1g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量142.9kJ，则下列热化学方程式书写正确的是()A．2H2＋O2=2H2OΔH＝－142.9kJ·mol－1B．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－142.9kJ·mol－1C．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1D．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－142.9kJ练后反思理解焓变的注意问题(1)任何化学反应都是旧键断裂，新键形成的过程，都伴随着能量的变化。(2)焓变取决于反应物能量和生成物能量的相对大小。(3)物质发生物理变化的过程中，也会有能量的变化，但不属于吸热反应或放热反应。在进行反应热的有关计算时，必须要考虑到发生物理变化时的热效应，如物质的三态变化。(4)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。吸热反应在常温常压下也可进行，而很多放热反应需要在加热的条件下进行。第1章化学反应与能量变化第1节化学反应的热效应第1课时化学反应的反应热、内能变化与焓变学业基础一、1．(1)释放吸收(2)吸热放热2．实验理论3．(1)测定反应前后溶液的温度使反应充分进行，体系的温度均匀保温作用反应容器(2)－C(T2－T1)二、1．(1)总和(2)U(3)种类数量聚集状态温度(4)U(反应产物)－U(反应物)><(5)热功反应热功Q＋WQ2．(1)HJ或kJ(2)ΔHH(反应产物)－H(反应物)等于＝>吸热<放热3．(1)物质的变化反应的焓变(2)物质能量(3)2981mol0.5mol放出【即学即练】1．答案：(1)×(2)×(3)×2．解析：化学反应中的能量变化形式有多种，如光能、声能、电能等，但通常表现为热量变化，故A项错误；化学反应中能量的变化量与参加反应的物质的物质的量有关，参加反应的物质的物质的量越大，其能量的变化量越大，故B项错误；能量变化过程中不一定发生化学变化，如氢氧化钠固体溶于水放出热量，故C项错误；化学反应的实质为旧键的断裂和新键的形成，旧键断裂和新键形成都伴有能量变化，化学反应发生过程中一定有能量变化，故D项正确。答案：D3．解析：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)是放热反应，反应物的总内能高于生成物的总内能，即56gCO和32gO2所具有的总内能大于88gCO2所具有的内能，但28gCO所具有的内能不一定高于44gCO2所具有的内能，32gO2所具有的内能也不一定高于44gCO2所具有的内能，故A、B项错误，C项正确；由于C→CO过程放热，CO→CO2过程放热，所以将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多，故D项错误。答案：C4．解析：(1)该装置中缺少的仪器是环形玻璃搅拌棒；为减少热量散失，应使小烧杯口与大烧杯口持平，其余空间用碎泡沫塑料填满。(2)大、小烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失。(3)如果大烧杯上不盖硬纸板，会有一部分热量散失，求得的中和反应的反应热数值将会偏小，放热反应的ΔH为负值，所以计算出的中和反应的反应热(ΔH)偏大。(4)中和反应放出的热量与所用酸以及碱的量有关，如果用60mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液进行反应，与题述原实验相比，生成水的量增多，所放出的热量偏多，但是计算出的中和反应的反应热相同。答案：(1)环形玻璃搅拌棒在大小烧杯间填满碎泡沫塑料，使小烧杯口与大烧杯口相平(2)减少实验过程中的热量损失(3)偏大(4)不相等相同核心素养[例1]解析：由图可知1molC(s)与1molO2(g)的能量比1molCO2(g)的能量高393.5kJ，A项错误；由图可知反应2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)为放热反应，生成物的总能量小于反应物的总能量，B项错误；热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为282.9kJ÷28g≈10.1kJ·g－1，D项错误。答案：C[提升1]解析：根据题给数据计算，ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1，ΔH<0，A项错误；H—H键的键能比Cl—Cl键的键能大，H2分子比Cl2分子中的化学键更稳定，B项正确；反应的反应热与反应条件无关，其他条件相同时，在光照和点燃条件下的ΔH相同，C项错误；ΔH的单位为kJ·mol－1，D项错误。答案：B[例2]解析：1molH2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ的热量，热化学方程式应写为H2(g)＋12O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1，A项错误；1molCH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3kJ的热量，热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.3kJ·mol－1，B项正确；C、D答案：B[提升2]解析：HCl和NaOH反应的ΔH＝－57.3kJ·mol－1，但由于稀硫酸与氢氧化钙反应生成的硫酸钙微溶，则H2SO4和Ca(OH)2反应的ΔH≠2×(－57.3)kJ·mol－1，A项错误；由于气态水的能量高于液态水的能量，则甲烷完全燃烧生成液态水放热多，但放热越多，ΔH越小，因此反应CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)的ΔH>－890.3kJ·mol－1，B项错误；合成氨反应是可逆反应，将1.5molH2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量小于46.2kJ，C项错误；CO(g)的燃烧热是283.0kJ·mol－1，则2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH＝－566.0kJ·mol－1，互为逆反应时，焓变的数值相同、符号相反，则反应2CO2(g)=2CO(g)＋O2(g)的ΔH＝＋566.0kJ·mol－1，D项正确。答案：D当堂评价1．解析：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反应热，化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。形成1molH—Cl键，只有化学键的形成，故其能量的变化不属于反应热，A项错误；石墨转化为金刚石过程中，既有旧键的断裂，又有新键的形成，故其能量的变化属于反应热，B项正确；1molO2形成2molO，只有化学键的断裂，没有化学键的形成，故其能量的变化不属于反应热，C项错误；水蒸气变成液态水是物理变化，故其能量的变化不属于反应热，D项错误。答案：B2．解析：根据题给图示可知，状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应