人教版高中化学选择性必修1第一章化学反应的热效应第一节反应热第1课时反应热焓变学案

第1课时反应热焓变学习目标1.知道内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、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。知识点一反应热及其测定1.反应热（1）体系（系统）与环境（以研究盐酸与NaOH溶液的反应为例）（2）反应热①热量：指因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量。②反应热：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反应热的测定方法：通过量热计直接测定。【教材挖掘】教材中叙述了反应热的概念，浓硫酸溶于烧杯中的水时，用手触摸烧杯外壁，可感觉到有明显的热量放出，该过程中放出的热量属于反应热吗？为什么？提示：不属于。浓硫酸溶于水不是化学变化，所以放出的热量不属于反应热。2.中和反应反应热的测定Ⅰ.测定实验（1）实验原理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）实验装置（3）实验步骤（4）数据处理实验次数123反应物的温度/℃盐酸25.024.925.6NaOH溶液25.225.125.4反应前体系的温度t1/℃25.125.025.5反应后体系的温度t2/℃28.528.329.0温度差（t2－t1）/℃3.43.33.5平均温度差t平/℃3.4盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1g·cm－3，反应后生成的溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1。反应放出的热量Q＝（m1＋m2）·c·t平≈1.42kJ，生成1molH2O放出的热量为（50+50）×4.（5）实验结论大量实验测得，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。Ⅱ.测定实验中注意问题归纳（1）所用装置要尽可能做到保温、隔热；实验操作时动作要快，尽量减少热量的损失。（2）测量盐酸的温度后，要将温度计冲洗干净后，再测量NaOH溶液的温度，避免酸、碱在温度计的表面反应放热而影响测量结果。（3）测量中和热的实验中不能用弱酸或弱碱，因为弱酸、弱碱电离时吸收热量，会使测得的热量数值偏低。（4）选稀不选浓：避免浓酸、浓碱溶液混合时因稀释而放热，使测得的生成1molH2O（l）时放出的热量大于57.3kJ。（5）在25℃和101kPa下，强酸的稀溶液和强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时，放出57.3kJ的热量，与测定时强酸或强碱的种类、用量无关。Ⅲ.问题探究（1）装置中的玻璃搅拌器能否用金属（不与酸、碱反应）搅拌器代替？提示：不能。金属搅拌器易导热，造成实验过程中热量损失。（2）实验中为何使用0.55mol·L－1NaOH溶液，而不是0.50mol·L－1NaOH溶液？提示：碱过量，有利于盐酸快速、完全反应，减少实验过程中的能量损失，提高测定结果的准确性。（3）若用NaOH固体代替NaOH溶液，使测得反应热的数值偏大（填“偏大”“偏小”或“无影响”，下同）；若用稀硫酸和稀Ba（OH）2溶液测定中和反应的反应热，使测得反应热的数值偏大。提示：NaOH固体溶于水时放热，使测得的反应热的数值偏大；若用稀硫酸和稀Ba（OH）2溶液测定中和反应的反应热，生成BaSO4沉淀时还会多放出一部分热量，使所测反应热的数值偏大。1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。（1）对于在试管中进行的锌与稀硫酸反应，试管和稀硫酸可看作环境。（）（2）化学反应中的能量变化都是化学能与热能间的相互转化。（）（3）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。（）（4）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，测得的反应热不变。（）答案：（1）×（2）×（3）×（4）×2.50mL1.0mol·L－1盐酸与50mL1.1mol·L－1氢氧化钠溶液在如图所示装置中进行中和反应，并通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和反应反应热。请回答下列问题：（1）外壳和内筒间隔热层的作用是。（2）外壳上若不加盖杯盖，对求得中和热数值的影响是（填“偏高”“偏低”或“无影响”）。（3）如果改用60mL1.0mol·L－1盐酸跟50mL1.1mol·L－1氢氧化钠溶液进行反应，则与上述实验相比，所放热量（填“增加”“减少”或“不变”），理由是；所求中和反应反应热数值（填“增加”“减少”或“不变”），理由是。答案：（1）减少热量损失（2）偏低（3）增加反应消耗的酸、碱增多，放出热量增加不变中和反应反应热是指稀强酸溶液与稀强碱溶液发生中和反应生成1molH2O（l）时放出的热量，与酸、碱的用量无关知识点二反应热与焓变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，符号为U。2.焓、焓变与反应热（1）焓（符号为H）：与内能有关的物理量。（2）焓变（3）反应热与焓变在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。3.反应热产生的原因（1）宏观角度化学反应产生反应热的原因是化学反应前后体系的内能发生了变化。反应类型放热反应吸热反应图像焓变（ΔH）体系向环境释放能量，反应体系的焓减小，ΔH为负值，即ΔH＜0体系从环境中吸收能量，反应体系的焓增大，ΔH为正值，即ΔH＞0与能量的关系反应物的总能量高于生成物的总能量反应物的总能量低于生成物的总能量常见反应或类型中和反应、金属与酸（或水）的反应、燃烧反应及缓慢氧化、大多数化合反应、铝热反应等大多数分解反应、Ba（OH）2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应、C与CO2的反应、C与H2O（g）的反应等提醒：物质具有的能量或焓越低，越稳定。（2）微观角度a.实例已知：H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）（25℃、101kPa下）的能量变化如下图，计算该反应的反应热断裂1molH—H、Cl—Cl吸收的总能量是679kJ，形成2molH—Cl放出的能量是862kJ。由此判断该反应的ΔH＝－183kJ·mol－1。结论：化学反应中能量变化的主要原因是化学键断裂和形成时的能量变化。【思考】H2（g）和Cl2（g）在光照或点燃条件下均可以发生上述反应，ΔH是否相同？提示：相同。化学反应的焓变与反应条件无关。b.从键能的角度理解吸热反应与放热反应1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。（1）焓变和反应热虽然说法不同，但意义完全相同。（）（2）化学反应一定伴随能量的变化。（）（3）吸热反应的ΔH＜0，放热反应的ΔH＞0。（）（4）在一个化学反应中，当反应物总焓大于生成物的总焓时，ΔH为正值。（）（5）反应热是1mol物质参加反应时的能量变化。（）答案：（1）×（2）√（3）×（4）×（5）×2.（教材改编题）已知N≡N的键能是945kJ·mol－1，H—H的键能是436kJ·mol－1，N—H的键能是391kJ·mol－1，则N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）的ΔH为（）A.－93kJ·mol－1 B.－208kJ·mol－1C.＋93kJ·mol－1 D.＋208kJ·mol－1解析：A反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，依据数据可知，反应热＝（945＋3×436）kJ·mol－1－6×391kJ·mol－1＝－93kJ·mol－1，因此ΔH＝－93kJ·mol－1。3.已知H2（g）＋12O2（g）H2O（g），反应过程中能量变化如图所示，（1）a、b、c分别代表什么意义？a；b；c。（2）该反应是（填“吸热”或“放热”）反应。ΔH（填“＞”或“＜”）0。答案：（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＜解析：（1）H2（g）和12O2（g）与2H（g）和O（g）之间的能量差是H2（g）→2H（g）和12O2（g）→O（g）过程中断开H—H和OO需吸收的能量，所以a代表旧键断裂吸收的能量，b代表2H（g）＋O（g）结合成H2O（g）中的氢氧键所放出的能量，c则代表反应物总能量与生成物总能量之差，即a－（2）由题图可知，该反应中反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应，ΔH＜0。归纳总结（1）放热反应与吸热反应取决于反应物和生成物总能量的相对大小，与反应条件无必然关系。（2）反应热ΔH的计算方法①ΔH＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量。②ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量。1.下列有关焓变与反应热的说法，正确的是（）A.反应热和焓变的单位都是kJB.如果反应是在恒温恒压条件下进行的，此时的反应热与焓变相等C.如果反应是在恒温恒容条件下进行的，此时的反应热与焓变相等D.任何化学反应的反应热均可通过实验直接测定解析：B反应热和焓变的单位都是kJ·mol－1，A错误；在恒温恒压条件下，ΔH（焓变）数值上等于反应热，B正确，C错误；有些反应的反应热不能通过实验直接测定，如C不完全燃烧生成CO，D错误。2.（2026·浙江台州高二质检）下列化学反应中，ΔH＜0且属于氧化还原反应的是（）A.H＋（aq）＋OH－（aq）H2O（lB.C（s）＋CO2（g）2CO（gC.Mg（s）＋2H＋（aq）Mg2＋（aq）＋H2（gD.NH4＋（aq）＋OH－（aq）NH3（g）＋H2O解析：CΔH＜0说明该反应为放热反应，氧化还原反应是反应前后有元素的化合价发生变化的反应，据此判断。酸碱中和为放热反应，但该反应没有元素化合价发生变化，不属于氧化还原反应，故A不符合题意；碳与二氧化碳的反应为吸热反应，该反应有元素化合价发生改变，属于氧化还原反应，故B不符合题意；金属与酸的反应为放热反应，且该反应有元素化合价发生改变，属于氧化还原反应，故C符合题意；铵根离子和氢氧根离子的反应为放热反应，且该反应没有元素化合价发生变化，不属于氧化还原反应，故D不符合题意。3.（2026·浙江高二质检）某学生通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和反应的反应热，将100mL0.50mol·L－1盐酸与100mL0.55mol·L－1NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。下列说法正确的是（）A.向装有盐酸的内筒中加入稀碱溶液时，应当缓慢而匀速地加入B.反应物混合后，立即用玻璃搅拌器左右搅拌C.用醋酸代替盐酸会使测得的中和热｜ΔH｜偏小D.为了加快搅拌速度，本实验也可用金属搅拌器代替玻璃搅拌器解析：C向装有盐酸的内筒中加入稀碱溶液时，为减少热量散失，应迅速一次性加入，A错误；反应物混合后，立即用玻璃搅拌器上下搅拌，左右搅拌会导致玻璃搅拌器和温度计碰撞，B错误；醋酸是弱电解质，电离的过程中吸热，用醋酸代替盐酸会使放出的热量偏小，测得的中和热｜ΔH｜偏小，C正确；金属的导热性好，本实验不能用金属搅拌器代替玻璃搅拌器，否则会导致热量散失，D错误。4.化学反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）的能量变化如图所示，请回答下列问题：（1）图中A、C分别表示、，反应（填“吸收”或“放出”）能量。（2）反应过程中断裂的化学键为，（填“吸收”或“放出”）的能量为；形成的化学键为，（填“吸收”或“放出”）的能量为。（3）E2＝或（用A、C或E1、E3表示）。答案：（1）1molN2（g）和3molH2（g）的总能量2molNH3（g）的总能量放出（2）1molN≡N和3molH—H吸收E16molN—H放出E3（3）A—CE3－E1解析：（1）根据示意图可知，图中A表示1molN2（g）和3molH2（g）的总能量，C表示2molNH3（g）的总能量，反应物总能量高于生成物总能量，因此反应放出能量。（2）化学反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g），因此反应过程中断裂的化学键为1molN≡N和3molH—H，断键吸热，则吸收的能量为E1；形成的化学键为6molN—H，成键放热，则放出的能量为E3。（3）根据以上分析结合示意图可知E2＝A－C或E3－E1。题组一反应热及其测定1.在试管中进行的盐酸与NaOH溶液之间的反应，属于环境的是（）A.盐酸 B.NaOH溶液C.发生的反应 D.试管解析：D环境是与体系相互影响的其他部分，如盛溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境。2.（2026·福建泉州高二测试）为了测定中和反应反应热，计算时至少需要的数据是（）①酸的浓度和体积 ②反应后溶液的质量③比热容 ④碱的浓度和体积⑤生成水的物质的量 ⑥反应前后溶液温度⑦操作所需的时间A.①②③⑥ B.①③④⑥C.③④⑤⑥ D.全部解析：B根据反应热的计算公式ΔH＝－Qn（H2O）＝－cmΔtn（H2O）可知，酸碱反应的中和热计算时，3.（2026·浙江杭州高二质检）某同学设计如图所示实验，探究反应中的能量变化。下列判断正确的是（）A.由实验可知，（a）、（b）、（c）所涉及的反应都是放热反应B.将实验（a）中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量有所增加C.实验（c）中将玻璃搅拌器改为铜质搅拌器，则测定结果数值偏低D.若用NaOH固体测定中和反应反应热，则对测定结果无影响解析：C由实验可知，（a）、（c）都是放热反应，（b）是吸热反应，故A错误；将实验（a）中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量不变，故B错误；铜易导热，实验（c）中将玻璃搅拌器改为铜质搅拌器，热量损失大，导致测定结果数值偏低，故C正确；氢氧化钠固体溶于水放热，若用NaOH固体测定中和反应反应热，测定结果数值偏高，故D错误。题组二反应热与焓变4.下列反应的能量变化与图示不相符的是（）A.Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl固体反应B.铝与稀硫酸反应C.盐酸与氢氧化钠溶液反应D.天然气燃烧解析：A题给图示表示的是放热反应。Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl固体的反应属于吸热反应，A符合题意；活泼金属与酸的反应属于放热反应，即铝与稀硫酸反应放出热量，B不符合题意；酸碱中和反应属于放热反应，即盐酸与氢氧化钠溶液反应放出热量，C不符合题意；燃烧反应属于放热反应，即天然气燃烧放出热量，D不符合题意。5.（2026·浙江温州高二检测）根据下图所示过程中的能量变化情况，判断下列说法不正确的是（）A.Cl2（g）转化为氯原子是一个吸热过程B.1molH2（g）和1molCl2（g）的总能量比2molHCl（g）的总能量高C.1个HCl（g）分子中的化学键断裂时需要吸收431kJ能量D.1molH2（g）和1molCl2（g）反应生成2molHCl（g）的反应热ΔH＝－183kJ·mol－1解析：CCl2（g）转化为氯原子是化学键断裂的过程，需要吸收热量，是一个吸热过程，A正确；1molH2（g）和1molCl2（g）反应生成2molHCl（g）的反应热ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1，属于放热反应，因此1molH2（g）和1molCl2（g）的总能量比2molHCl（g）的总能量高，B、D正确；1molHCl（g）分子中化学键断裂时需要吸收431kJ能量，而不是1个HCl（g）分子中的化学键断裂时需要吸收431kJ能量，C错误。6.根据键能数据计算CH4（g）＋4F2（g）CF4（g）＋4HF（g）的反应热（ΔH）为（化学键C—HC—FH—FF—F键能/（kJ·mol－1）414489565155A.－1940kJ·mol－1 B.＋1940kJ·mol－1C.－485kJ·mol－1 D.＋485kJ·mol－1解析：AΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和，可得ΔH＝[（414×4＋155×4）－（489×4＋565×4）]kJ·mol－1＝－1940kJ·mol－1。题组三能量变化图像7.下列反应中能量的变化如图所示的是（）A.CO＋CuO△CuB.CaCO3△CaO＋C.H2SO4＋2NaOHNa2SO4＋2H2D.2NH4Cl＋Ba（OH）2·8H2OBaCl2＋2NH3↑＋10H2解析：C一氧化碳与氧化铜共热生成铜和二氧化碳的反应为吸热反应，A不符合题意；碳酸钙受热分解生成氧化钙和二氧化碳的反应为吸热反应，B不符合题意；稀硫酸和氢氧化钠溶液生成硫酸钠和水的中和反应为放热反应，C符合题意；氯化铵与八水氢氧化钡生成氯化钡、氨气和水的反应为吸热反应，D不符合题意。8.（2026·北京高二月考）反应M＋ZQ（ΔH＜0）分两步进行：①M＋ZX（ΔH＞0），②XQ（ΔH＜0）。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是解析：DM＋ZQ（ΔH＜0）是放热反应，M和Z的能量之和大于Q；由①M＋ZX（ΔH＞0）可知这步反应是吸热反应，则M和Z的能量之和小于X；由②XQ（ΔH＜0）是放热反应，故X的能量大于Q，9.（鲁科版改编题）（2026·浙江湖州高二检测）一定温度下H2（g）与I2（g）反应生成HI（g），反应的能量变化如图所示。以下对该反应体系的描述中，正确的是（）A.反应物的总能量比生成物的总能量高13kJB.反应物的总能量比生成物的总能量低13kJC.反应物的总能量比生成物的总能量低D.反应物化学键中储存的总能量比生成物化学键中储存的总能量相等解析：A根据图示，反应物的总能量比生成物的总能量高13kJ，A正确，B错误；反应放热，反应物的总能量比生成物的总能量高，C、D错误。10.生产液晶显示器的过程中使用的化学清洗剂NF3是一种温室气体，其存储能量的能力是CO2的12000～20000倍，在大气中的寿命可长达740年之久，以下是几种化学键的键能：化学键N≡NF—FN—F键能/（kJ·mol－1）941.7154.8283.0下列说法中正确的是（）A.过程N2（g）2N（g）B.过程N（g）＋3F（g）NF3（g）C.反应N2（g）＋3F2（g）2NF3（g）的ΔH＞D.NF3吸收能量后如果没有化学键的断裂与形成，仍可能发生化学反应解析：BA项，N2（g）2N（g）破坏化学键，需吸收能量；B项，N（g）＋3F（g）NF3（g）形成化学键，放出能量；C项，Δ