第2课时 化学反应的内能变化与焓变

第2课时化学反应的内能变化与熔变

［核心素养发展目标］1.能从宏观和微观的角度理解化学反应中能量变化的本质。2.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，建立从定性到定量描述化学反应

中的能量变化的思维模型，掌握热化学方程式书写的方法和意义。

一、化学反应的内能变化

1.内能

2.用内能理解化学反应的能量变化

(1)若U(反应产物)>U(反应物)，则反应吸收能量;若U(反应产物)VU(反应物)，则反应释放

能量。

⑵内能变化与反应热的关系

化学反应体系与环境进行能量交换的两种形式是蛰和功。根据能量守恒定律，化学反应中内

能的变化等于反应热和功的加和,即：AU=Q+W。

如反应前后体系体枳不变且没有做电功等其他功，化学反应的反应热等于化学反应前后体系

内能的变化,用公式表示：AUnQ。

(3)内能变化与放热反应和吸热反应的关系

如果反应后体系的内能是增加的，则△但0,反应吸热。

如果反应后体系的内能是减少的.则△，&(),反应放热。

「正误判断」

(I)化学反应体系与环境进行能量交换的形式只有热能()

(2)根据能量守恒定律，化学反应中内能的变化等于反应热和功的加和，即AU=Q+W()

(3)内能的绝对值可以通过理论计算或实验测定得知()

(4)化学反应过程中内能的变化量就是反应热()

答案(i)X(2)V(3)X(4)X

r应用体验」

在恒温恒容的密闭体系中，HMg)与b(g)反应生成HI(g),该反应体系的内能变化如图所示(没

做电功等)，回答卜.列问题：

内能u

H2(g)+I2(g)

2Hl(g)

(1)该反应体系的AU(填“v”或“="，下同)o°

⑵W0o

(3)该反应体系的反应热Q-o

(4)下列关于该反应的叙述正确的是(填序号)。

①反应物的总能量比反应产物的总能量高13kJ

②断裂反应物中化学键所需的能最低于形成反应产物中化学键释放的能最

③该反应不需要提供能量就能发生反应

④反应开始前体系的内能等于反应物化学键中储存的总能量

答案(1)<(2)=(3)-13kJ(4)①②

二、化学反应的熠变

1.焰与反应雄变

⑴焰

(2)反应培变

2.反应熔变与反应热的关系

⑴对于等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能(没有与电

能、光能等其他形式的能量形式发生转化)，则反应烯变等于反应的反应热,表达式：△〃=

。口。

(2)反应熔变与吸热反应和放热反应的关系

①宏观解释

A〃=反应产物总燧一反应物总焰。

②微观分析

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。反应

H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的能量变化示意图：

△”=(436+243)kJ-mol「(431+431)kJ・mol』一183kJ-molI△，=反应物总键能一反

应产物总键能。

放热反应吸热反应

反应烙变(△”)A//<0△”>0

焙之和反应物>反应产物反应物〈反应产物

键能之和反应物V反应产物反应物>反应产物

A"=反应产物总焰一反应物总焙=反应物的键能总和一反应产物的键能总和

「正误判断」

(1)化学反应的玲变就是反应物总拎和反应产物总蛤的差值()

(2)化学反应的反应热就是该反应的蛤变()

(3)化学反应的蛤变和反应物及反应产物的内能有关，受物质种类、数量、聚集状态影响，和

反应条件无关()

(4)始(H)只有正值，而始变(A/f)有正负之分，可以通过蛤变来判断一个反应是吸热反应还是

放热反应()

答案(1)X(2)X(3)X(4)V

r应用体验」

i.下列关于△”的说法正确的是()

A.反应过程中，消耗的反应物越多，△”越大

B.△”>()时反应放热，A〃vO时反应吸热

C.△”越大，说明反应放出的热量越多

D.能量变化如图所示的化学反应为放热反应，△”的符号为“一”

答案D

解析B项，△〃>()时反应吸热，时反应放热，错误；C项，反应热有正、负，反应

放出的热量越多，△〃越小，反应吸收的热量越多，△〃越大，错误；D项，由于反应物的总

始大于反应产物的总始，故该反应为放热反应，A/7的符号为“一”，正确。

2.已知H2(g)+g02(g)=H20(g)的反应过程中的能量变化如图所示，回答下列问题：

(1)4、8所代表的意义依次是、

(2)该反应是(填“吸热”或“放热”)反应。

(3)该反应的反应热为(用“a"”'％”表示)kJ-morL

答案(1)旧键断裂吸收的能量新键形成释放的能量(2)放热(3)—c［或5一与］

解析(1)由图可知。表示H?(g)f2H(g)、1o2(g)f0(g)吸收的能量法表示2H(g)+O(g)->HzCXg)

释放的能量。(2)该反应中反应物的总能量大于反应产物的总能量，故该反应为放热反应。(3)

反应热等于旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放宫的能量差。H2(g)+/)2(g)==H2O(g)

的反应热为(a-〃)kJmol।或一ckJmol1o

3.化学反应N2(g)+3H2(g)2NHKg)的能量变化如图所示：

已知断裂1molN=N键、1molN—H键分别需吸收946kJ、391kJ的能量，试回答下列问

题：

⑴该反应为(填“吸热”或“放热”)反应。

(2)断裂Imol比中化学键所需能量为kJo

(3)该反应的焰变NH=。

答案⑴放热(2)436(3)-92kJ-moF1

三、热化学方程式

1.热化学方程式的概念及意义

⑴概念

把一个化学反应中物质的变化和反应的坳变同时表示由兴的化学方程式。

(2)意义

热化学方程式不仅表明了物质的变化,还表明了焰变(能量变化)。

(3)实例:H2(g)+102(g)=H20(l)AH=-285.8kJmoL表示的意义:在298K、101kPa下,

1molHz(g)与0.5mol。2糖)反应生成1molH?O⑴时,放出的热量是285.8kJ。

(4)热化学方程式括号中英文字母的含义

s表示固态、I表示液态、g表示气态、aq表示物质为水溶液中的溶质。

2.热化学方程式的书写方法

「正误判断」

(1)298K.101kPa时,0.5molCHi完全燃烧生成CO2气体和液态H?。时，放出445.15kJ的

热量。判断下列几个热化学方程式的正误，错误的指出错误的原因。

©CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△，=-445.15kJ・moL()

@2CH4(g)+4O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)△H=+990.3kJ-moF'C)

@CH4+2O2=CO2+H2O△”=一890.3kJ-moF'C)

@CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1)△〃=-890.3kJmoF't)

@5CH4(g)+O2(g)=1cO2(g)+H2O(1)AH=-445.15kJmo「()

(2)一个化学反应的热化学方程式只有一个()

(3)若H2(g)+Cb(g)=2HCl(g)AH=-184.6kJ-moP1,则2HCl(g)=H2(g)+CL(g)△，=

+184.6kJ-mor'C)

答案(1)①x反应热的数值与方程式中的化学计量数不对应②XCH4的燃烧为放热反

应，A”〈0且反应热的数值与方程式中的化学计量数不对应③X未注明反应物和生成物

的状态④J⑤J(2)X(3)J

r深度思考」

i.观察卜.列四个热化学方程式，反应热(△，)与热化学方程式有何关系？

-1

(1)H2(g)+|o2(g)=H2O(l)AH=-285.8kJ-mol

1

(2)2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)A/7=-571.6kJ-moP

⑶N2(g)+3H?(g)2NH3(g)△〃=-92.4kJ-moP,

1

(4)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)△”=+92.4kJ-moF

提示(1)对于同一化学反应，如果化学计量数扩大或缩小，那么△，的数值也同时扩大或缩

小相同的倍数。(2)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。

-1

2.已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AW=~92kJ-mol,kJmo「的含义是什么?若1mol

N2和3molh在一定条件下发生反应，放出的热量等于92kJ吗？

提示kJ・mo「i表示每摩尔反应反应完全后所放出的热量。该反应是可逆反应，不能进行完

全，1mol刈和3moi七在一定条件下发生反应放出的热量小于92kJ。

3.在25℃和101kPa下，Hz(g)与C)2(g)完全反应生成水的热化学方程式如下：

①2H2(g)+Ch(g)=2H2O(g)AWi

②2H2(g)+O2(g)=2H2O(I)△为

对比上面①②两个热化学方程式，两个反应放出的热量是否相同？哪个放出热量多？哪个A”

大？

提示因为水的聚集状态不同，FhO(g)和HzO⑴的内能不同，所以放出的热量不同，生成HzO⑴

放出热量比生成ILO(g)放出热量多，但反应放热，△〃为负值，222小

(I)可逆反应中的表示的是完全反应时对应的焙变值。若按该反应的化学计量教投料

进行反应，由于可逆反应不能进行彻底，那么吸收或放匕的热量一定比该值小。

(2)热化学方程式中的物质必须注明聚集状态，不用标“1”“1”，也不用标明反应条件(如

加热、高温、催化剂等)，而写发生反应时的温度和压强，

(3)A〃的单位为kJmoL,注意“+”“一”且与化学方程式一一对应。

r应用体验」

根据所给信息，书写对应的热化学方程式。

(I)11.2L(标准状况)H2在足量Q2中燃烧生成HCI气体，放出91.5kJ热量：

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

(2)己知1molC(s,石墨)与适量H?O(g)反应生成CO(g)和H2(g),吸收131.3kJ热量:

⑶1.7gNH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67kJ热量：

(4)25℃、101kPa下，强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol氏0⑴时，放出57.3kJ

热量：。

1

(5)已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH=-92kJmoF,请写出1molNHa分解对应的热化

学方程式：__________________________________________________________________

答案(l)H2(g)+C12(g)=2HCI(g)

△“=一183kJ-mol-1

(2)C(s,石墨)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)

A〃=+131.3kJ-moF1

53

(3)NH3(g)+：O2(g)=NO(g)+尹20(g)\H=-226.7kJ-mol-1

+-

(4)H(aq)+OH(aq)=H20(l)

△〃=-57.3kJ-mol-1

(5)NH3(g)|N2(g)+|H2(g)

A"=+46kJ-mol-1

题组一化学反应的内能变化与焰变

1.下列有关物质内能的说法正确的是()

A.内能的符号为AU

B.内能只与物质的种类、数量、聚集状态有关

C.内能的单位是kJ-moL

D.U(反应物)VU(反应产物)，反应吸热

答案D

解析内能的符号为U,故A项错误；内能除了与物质的种类、数量、聚集状态有关外，还

与体系的温度、压强有关，故B项错误；内能的单位可以是kJ或J,故C项错误。

2.(2022.山东青岛检测)下列说法正确的是()

A.质量相等而状态不同的同种物质，它们的焰相等

B.当反应放热时，△(7>()：反应吸热时，AUVO(反应过程中体系没有做功)

C.在一个确定的化学反应中，反应物的总焰与反应产物的总焰一定不同

D.焰变是指1mol物质参加反应时的能量变化

答案C

解析质量相等而状态不同的同种物质，它们所具有的能量不同，所以它们的玲不相等，A

项错误；反应放热时AUV0,吸热时AU>0,B项错误；化学反应一定伴随能量变化，所以

反应物的总给与反应产物的总给一定不同，C项正确；蛤变是反应产物的总蛤与反应物的总

始之差，不限制反应物或反应产物的量，D项错误。

3.己知：①2NO2(g)N2O4(g)A//i<0；②2NCh(g)N2O4(1)A//2<0o下列能量变化

示意图正确的是()

答案A

解析根据题中两个热化学方程式可知，NO2转化为N2O4为放热反应，说明2moiNO?具有

的能量大于1molN?O4具有的能量，又因为1mol气态N2O4的能量高于1mol液态NQs的

能量，所以只有A选项中的图像符合题意。

4.工业合成氨的反应为N2(g)4-3H2(g)2NH3(g),已知下列化学键的键能(断裂或形成1mol

化学键所吸收或放出的热量)：

化学犍键能/(kJmo「)

H—H436

N—H391

N=N946

下列说法正确的是()

A.该反应为吸热反应

B.该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量

C.反应热Q=+92kJmo「

D.生成1molNH3放出92kJ热量

答案B

解析反应N2(g)+3H?(g)2N%(g)过程中，共断裂1molN三N键和3molH—H键，形

成6molN—H键,则断链共吸热946kJmoLX1mol4-436kJ-mol_1X3mol=2254kJ,形成

?4—14犍共放热391口^0口乂60101=2346口，由于放出的总热量>吸收的总热量，故反应

放热，放热反应的反应物的总能量高于反应产物的总能量，A项错误、B项正确；1molN2

完全反应生成NH3的反应热。=一(2346-2254)kJmo「=-92kJ-inoi_1,C项错误：生成

1molNH?时放出的热量为92kJmo「X、mol=46kJ,D项错误。

题组二热化学方程式的意义

5.工业生产水煤气的反应为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)△〃=+131.4kJmo「，下列判

断正确的是()

A.反应物能量总和大于反应产物能量总和

1

B.CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(l)AH=-131,4kJ-mol-

C.水煤气反应中生成1molHz(g)吸收131.4kJ热量

D.水煤气反应中生成1体积CO(g)吸收131.4kJ热量

答案C

解析A项，由题中信息知合成水煤气的反应为吸热反应，故可判断反应物总能量小于反应

产物总能量；B项，若生成的H2O为气态时，AW=-131.4kJ-mol-1;D项，应为生成1mol

CO(g)吸收131.4kJ热量。

6.根据碘与氢气反应的热化学方程式：

®I2(g)+H2(g)2HI(g)

△W=-9.48kJ-mol-1

@I2(s)+H2(g)2HI(g)

A〃=+26.48kJmol_1

下列判断正确的是()

A.254gl2(g)中通入2gH2(g),反应放热9.48kJ

B.Imol固态碘与1mol气态碘所含的能量相差17.00kJ

C.4molHI(g)分解为I2(g)»H2(g)吸收9.48kJ能量

D.反应②的反应物总能量比反应①的反应物总能量低

答案D

解析A项，因为是可逆反应，不能进行完全，所以放出的热量小于9.48kJ,错误；B项，

1mol固态碘与1mol气态碘所含的能量相差26.48kJ-(-9.48kJ)=35.96kJ,错误；D项，

等量的同一物质，固态物质的能量比气态物质的能量低，反应②的反应物总能量比反应①的

反应物总能量低，正确。

7.现有如下3个热化学方程式：

H2(g)+1o2(g)=H2O(g)A//|=-akJ-mol_10

H2(g)+^O2(g)=H2O(l)\H2=—bkJmoL②

2H2(g)4-O2(g)=2H2O(l)bH、=~ckJmoL③

则由下表所列的原因能推导出后面结论的是()

选项原因结论

A的燃烧是放热反应a、b、c均大于零

H2

B①和②中物质的化学计量数相同a=b

C①和③中H?O的状态不同，化学计量数不同。、c不会有任何关系

D③的化学计量数是②的2倍△”2VA“3

答案A

解析①②中由于生成的水的状态不同，故△〃不同，即〃、〃也不同，B项错误；①③中由

于气态水转化为液态水要放热，故。>2”，C错误：②③中因AH3=2A”2,且A〃2、AH3均

为负值，故△〃2>A43,D项错误。

题组三热化学方程式书写的判断

8.N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25molN2Hj(g)完全燃烧生成N?(g)和HzCXg)时，放

出133.5kJ热量。则下列热化学方程式正确的是()

A.eqN2H«g)+1o2(g)=1N2(g)+H2O(g)A//=+267kJ-mol1

B.N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)A//=-534kJ-moF'

-1

C.N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g)AH=+534kJmol

1

D.N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(1)△〃=—133.5kJinoF

答案B

解析该反应为放热反应，A、C项错误；0.25molN2H4(g)完全燃烧生成N?(g)和HzCXg)时放

出133.5kJ热量，则1molN2HMg)完全燃烧生成N?(g)和H2O(g)时放出的热量为534kJ,B项

正确、D项错误。

9.25c时，一定量的甲烷与。L(已折合成标准状况)空气的混合气体充分反应，甲烷恰好完

全燃烧，恢复至25℃时，放出力kJ的热量。假设空气中氧气的体积分数是5则下列热化学

方程式正确的是（）

1

A.CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（1）A7/=—/?kJmol

AU122487

B.CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（g）AH—2kJmol

1

C.CH4（g）+2O2（g）=CO2（g）+2H2O（l）△H—~akJmol

D.CH4（g）+2O（g）=CO2（g）+2HO（l）/7=+—kJ-mol-1

22Aa

答案C

解析甲烷与氧气反应的化学方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(1),空气中辛、气的

久

体积为葭L,〃(。2)=”1；----77=777mol,即一定量的CH4与言ymol02恰好完全燃烧放

5'22.4L-mol112112

出〃kJ热量，则1molCK与2molO2恰好完全燃烧放出等kJ热量，即甲烷燃烧的热化

1

学方程式为CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(I)kJ-moF

综合强化

10.CO(g)与H20(g)反应过程的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是()

A.该反应为吸热反应

B.ImolCO(g)fll1molHQ(g)所具有的总能量大于ImolCCh(g)和1molH?(g)具有的总能量

C.反应的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)△H=+41kJ.mo「

D.1molC02(g)和1molHz(g)反应生成1molCO(g)和1molE0强)要放出41kJ的热量

答案B

解析由图可知，反应物的总能量大于反应产物的总能量，为放热反应，故A项错误；放热

1

反应的蛤变为负值，则热化学方程式为CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)△”=-41kJ-iiioF,

故C项错误；由C项分析可知，ImolCOz(g)和ImolH2(g)反应生成ImolCO(g)和1mol比0值)

要吸收41kJ热量，故D项错误。

11.(2022•河南新乡一中高二月考)下列反应中转移电子数相等时放出的热量最多的是()

-

A.CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)△〃=-802.3kJmol'

B.Na(s)+^O2(g)=1Na2O2(s)AH=-5IO.9kj-mol1

1

C.C(s)+O2(g)=CO2(g)AH=-393.5kJ-moP

D.2Na(s)+C(s)+1o2(g)=Na2co3(*)AH=—\130.7k.Lmor1

答案B

解析A项，反应中转移8mol电子时放出802.3kJ热量，则转移1mol也子时放出的热量为

8023kJ

—7—和100.3kJ;B项，反应中转移1mol包子时放出510.9kJ热量；C项，反应中转移4mol

O

2925kl

电子时放出393.5kJ热量，则转移1mol电子时放出的热量为拳」%%98.4kJ;D项，反应

中转移6moi电子时放出1130.7kJ热量,则转移1mol电子时放出的热量为I"?'""1885kJ;

综上，转移电子数相等时放出的热量最多的是B项反应,

12.标准状态下，气态分子断开1mol化学键的焰变称为键燧。已知H-H、H—O和0=0

键的键焰分别为436kJ-moli、463kJ・mol।和495kJ・molI下列热化学方程式正确的是()

A.H2O(g)=H2(g)+^O2(g)AA/=-485kJmol1

-1

B.H2O(g)=H2(g)+1o2(g)AH=+485kJmol

1

C.2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)A/7=-485kJ-moF

-1

D.2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)A/7=-485kJ-niol

答案D

解析根据题中所给数据，可以计算出2moiH?(g)和ImolCh(g)完全反应生成2moi比0作)

产生的烙变是436kJ-mol-1X2+495kJ-mol-1—463kJ-moF1X4=-485kJ-mol-1,所以该过程

的热化学方程式为2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)A”=-485kJmol，D正确。

13.(2022•北京四十三中高二月考)依据如图所示能量关系判断下列说法正确的是()

A.2molHMg)与1molOXg)所具有的总能量比2mol氏0信)所具有的总能量低

B.2moiHMg)完全燃烧，冷却到室温，放出的热量为483.6kJ

C.H2O(g)变成H2O⑴时，断裂化学键吸收的能量小于形成化学键放出的能量

1

D.液态水分解的热化学方程式为2H2O(l)=2H2(g)+O2(g)△”=+571.6kJ.mol

答案D

解析由题图可知,2molH2®与ImolO2®所具有的总能量比2moi出0值)所具有的总能

量高，A项错误；2molHKg)完全燃烧，冷却到室温，则生成液态水，放出的热量为(483.6

+88)kJ=571.6kJ,B项结误：比0位)变成H?。。)属于物理变化，不存在化学键的断裂和形

成,C项错误；由题图可知，2H2(g)+O2(g)=2H2。⑴A