2021学年专题1 化学反应与能量第一单元 化学反应的热效应导学案

这是一份2021学年专题1 化学反应与能量第一单元 化学反应的热效应导学案，共15页。学案主要包含了反应热　焓变，热化学方程式，化学反应过程中能量变化的原因等内容，欢迎下载使用。

基础课时1 化学反应的焓变
一、反应热 焓变
1．体系与环境
被研究的物质系统称为体系，体系以外的其他部分称为环境或外界。
2．内能
内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、物质的聚集状态和组成的影响。
3．化学反应的特征
化学反应过程中既有物质变化，又有能量变化。
4．反应热
在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热。
5．焓、焓变
(1)焓：焓是与内能有关的物理量，用符号H表示。
(2)焓变：在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反应的焓变，用ΔH表示，单位常采用kJ·ml－1。
微点拨：(1)焓变为恒压条件下的反应热。(2)反应热、焓变的单位均为kJ·ml－1，热量的单位为kJ。
6．焓变(ΔH)与吸热反应和放热反应的关系
(1)化学反应过程中的能量变化
一个化学反应是吸收能量还是释放能量，取决于反应物总能量和生成物总能量之间的相对大小。若反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应过程中吸收能量；若反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应过程中释放能量。
(2)焓变(ΔH)与吸热反应和放热反应的关系
①吸收热的反应称为吸热反应，ΔH＞0。
②放出热的反应称为放热反应，ΔH＜0。
用图示理解如下：
吸热反应 放热反应
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)反应热的单位与热量相同(×)
(2)恒压条件下化学反应的反应热就是该反应的焓变(√)
(3)一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH＜0(√)
二、热化学方程式
1．概念
能够表示反应热的化学方程式叫做热化学方程式。
2．意义
不仅表示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：已知25 ℃、101 kPa下，热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·ml－1，其表示在25 ℃、101 kPa下，2 ml H2(氢气)与1 ml O2(氧气)完全反应生成2 ml 液态水时放出的热量是571.6 kJ。
3．热化学方程式的书写方法
(1)写出相应的化学方程式。热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数只表示其物质的量，可以是整数或分数。
(2)标注反应的温度和压强。没有特殊说明是在25 ℃、101 kPa条件下的反应热。不用标明反应条件(如“加热”“高温”“催化剂”等)。
(3)标注各物质聚集状态。在物质后面用括号标注各物质的聚集状态：气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，水溶液用“aq”。
(4)标注ΔH的正负。热化学方程式后面空一格标注ΔH，若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。
(5)计算ΔH的数值。根据化学方程式中的化学计量数计算写出ΔH的数值。ΔH单位是kJ·ml－1。
微点拨：ΔH的单位中“ml－1”的含义
对一个热化学反应，ΔH的单位中“ml－1”不是指每摩尔具体物质，而是指“每摩尔反应”。因此ΔH必须与热化学方程式一一对应。
4．实例
例 25 ℃、101 kPa时，1 g甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水，放出55.64 kJ的热，写出该反应的热化学方程式。
[解] 甲烷燃烧的化学方程式为
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
设1 ml甲烷完全燃烧放出的热为x，则有
1 g∶(1 ml×16 g·ml－1)＝55.64 kJ∶x
解得x≈890.2 kJ
则该反应的热化学方程式为
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.2 kJ·ml－1。
[答] 甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水的热化学方程式为
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.2 kJ·ml－1。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)一个化学反应的热化学方程式只有一个(×)
(2)若H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ·ml－1，则2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g) ΔH＝＋184.6 kJ·ml－1(√)
(3)25 ℃、101 kPa时，0.5 ml CH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时，放出445.15 kJ的热量。判断下列几个热化学方程式的正误。
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－445.15 kJ·ml－1(×)
②2CH4(g)＋4O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝＋890.3 kJ·ml－1(×)
③CH4＋2O2===CO2＋H2O ΔH＝－890.3 kJ·ml－1(×)
④CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·ml－1(√)
⑤eq \f(1,2)CH4(g)＋O2(g) ===eq \f(1,2)CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－445.15 kJ·ml－1(√)
三、化学反应过程中能量变化的原因
(1)实例
以N2(g)＋O2(g)===2NO(g)反应的能量变化为例说明，如图所示：
由图可知：1 ml N2分子中的化学键断裂吸收的能量是946 kJ，
1 ml O2分子中的化学键断裂吸收的能量是498 kJ，
2 ml NO分子中的化学键形成释放的能量是1 264 kJ，
则N2(g)＋O2(g)===2NO(g)的反应吸收的热量为180 kJ。
①图示：化学反应过程中形成化学键、断裂化学键能量变化可用如图表示：
其中，E1表示反应物断裂化学键吸收的总热量，E2表示生成物形成化学键放出的总热量，E1与E2的差值表示反应热。上述反应过程表示该反应为放热反应。
②焓变计算公式：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。
(2)结论
化学反应中能量变化的本质：化学键的断裂和形成是化学反应过程中伴随能量变化的根本原因。
(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)化学反应中必然存在化学键的变化(√)
(2)反应放热和吸热与化学键的断裂和形成有关(√)
(3)化学反应的焓变等于生成物的键能总和与反应物的键能总和之差(×)
N2(g)与H2(g)在铁催化剂表面经历如下过程生成NH3(g)
[问题1] N2与H2反应生成NH3的过程经历了几个阶段？每一阶段的能量变化如何？
[提示] 4个阶段；Ⅰ、吸热；Ⅱ、放热；Ⅲ、放热；Ⅳ、放热
[问题2] N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的反应是放热反应还是吸热反应？
[提示] 放热反应
[问题3] 根据上图分析化学反应中为什么会有能量变化？
[提示] 化学反应中反应物断裂化学键需要吸收的能量与生成物形成化学键需要释放的能量不同，是产生能量变化的原因，即化学键的断裂和形成是化学反应过程中伴随能量变化的根本原因。
1任何化学反应都有反应热。
2放热反应和吸热反应是针对化学反应而言，物质三态之间的变化、物质的溶解有能量的变化，但属于物理变化，故不属于放热反应或吸热反应。
3放热反应和吸热反应取决于反应物和生成物总能量的相对大小，与反应条件并无必然的关系。
4物质的能量越高，越不稳定。
1．下列图示变化为吸热反应的是( )
A B
C D
A [A．反应物总能量小于生成物总能量，为吸热反应，故A正确；B．反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，故B错误；C．浓硫酸溶于水放热，为放热过程，故C错误；D．活泼金属与酸的反应，为放热反应，故D错误。]
2．CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，下列有关两者反应的说法正确的是( )
A．该反应为吸热反应
B．1 ml CO(g)和1 ml H2O(g)具有的总能量大于1 ml CO2(g)和1 ml H2(g)具有的总能量
C．该反应不需要加热就能进行
D．1 ml CO2(g)和1 ml H2(g)反应生成1 ml CO(g)和1 ml H2O(g)要放出41 kJ热量
B [由能量变化示意图可知，生成物的总能量比反应物的总能量低，该反应为放热反应，但并不是不需要加热；当1 ml CO2(g)和1 ml H2(g)反应生成1 ml CO(g)和1 ml H2O(g)时，要吸收41 kJ热量。]
发射卫星时可用肼(N2H4)作燃料，已知在298 K、101 kPa时1 g液态肼燃烧生成氮气和液态水，释放19.44 kJ的热量。与肼燃烧有关的方程式可表示如下：
(1)N2H4＋O2===N2＋2H2O
ΔH＝－622.08 kJ·ml－1
(2)N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝622.08 kJ·ml－1
(3)N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－622.08 kJ·ml－1
(4)N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－622.08 kJ·ml－1
(5)eq \f(1,2)N2H4(l)＋eq \f(1,2)O2(g)===eq \f(1,2)N2(g)＋H2O(l)
ΔH＝－311.04 kJ·ml－1
[问题1] 以上5个方程式中，哪几个不属于热化学方程式？热化学方程式中的g、l代表什么？固态和水溶液如何表示？
[提示] (1)不属于热化学方程式；g表示物质的状态为气态，l表示物质的状态为液态，固态和水溶液分别用s和aq表示。
[问题2] 热化学方程式(5)中的“eq \f(1,2)”代表什么？如果是1 ml N2H4(l)与O2(g)完全反应，则ΔH还是－311.04 kJ·ml－l吗？
[提示] 热化学方程式(5)中的“eq \f(1,2)”代表的N2H4(g)和O2(g)的物质的量，而不是分子数，如果N2H4(g)和O2(g)的物质的量均为1 ml，则ΔH＝－622.8 kJ·ml－1而不是ΔH＝－311.04 kJ·ml－1
[问题3] 由方程式(4)可得到N2(g)＋2H2O(g)===N2H4(l)＋O2(g)的ΔH为多少？
[提示] ΔH＝＋622.08 kJ·ml－1
1．书写热化学方程式的“五步”
2．热化学方程式书写的注意事项
(1)注意标明物质的聚集状态：方程式中每种物质的化学式后面用括号注明物质的聚集状态(g、l、s)，不用标“↑”或“↓”，水溶液用aq表示。
(2)注意注明必要的反应条件：焓变与温度和压强等测定条件有关，所以书写时必须在ΔH后指明反应的温度和压强(298 K、101 kPa时，可不注明)。
(3)注意明确化学计量数的含义：化学计量数只表示该物质的物质的量，不表示分子个数或原子个数，因此热化学方程式中化学计量数也可以是分数。
(4)注意ΔH的单位及符号：ΔH的单位常采用kJ·ml－1，ΔH只能写在化学方程式的右边，表示正向反应的焓变。ΔH＜0表示为放热反应；ΔH＞0表示为吸热反应。
(5)注意同一反应中化学计量数与ΔH数值的对应关系：化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH的数值也加倍；若反应逆向进行，则ΔH的符号改变，但数值不变。
(6)可逆反应的ΔH表示的是当反应物按化学计量数完全反应时产生的热效应，实际反应中，若按化学计量数放入反应物，产生的热量偏小，如2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·ml－1，若2 ml SO2与1 ml O2反应，放出的热量小于196.6 kJ。
“四看”法判断热化学方程式的正误
1看各物质的聚集状态是否正确；
2看ΔH的符号是否正确；
3看反应热的单位是否为kJ·ml－1；
4看反应热的数值与化学计量数是否对应。
1．下列热化学方程式正确的是( )
A．C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O ΔH＝－1 367.0 kJ·ml－1
B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝57.3 kJ·ml－1
C．S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－a kJ·ml－1(a＞0)
D．2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g) ΔH＝－116.2 kJ
C [解析：A项未标明各物质的聚集状态，B项NaOH和HCl的反应为放热反应，ΔH＜0，D项中ΔH的单位是“kJ·ml－1”而不是“kJ”。]
2．根据所给信息完成下列热化学方程式：
(1)0.1 ml硫黄完全燃烧时放出的热量为29.6 kJ，请写出该反应的热化学方程式：______________________________________________________________
______________________________________________________________。
(2)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67 kJ的热量：
_________________________________________________________________
______________________________________________________________。
(3)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，请写出1 ml NH3分解对应的热化学方程式：_______________________________________。
(4)已知一些化学键的键能数据如表所示：
请根据键能数据估算CH4(g)和F2(g)反应生成CF4(g)和HF(g)的热化学方程式：________________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析] (1)常温下，硫黄是固体，O2、SO2是气体，1 ml S完全燃烧时放出的热量为296 kJ，对应的热化学方程式S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－296 kJ·ml－1
(2)1.7 g NH3的物质的量为0.1 ml，则4 ml NH3发生反应放出的热量为22.67 kJ×40＝906.8 kJ,1 ml NH3完全反应放出的热量为226.7 kJ。那么相应的热化学方程式为4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－906.8 kJ·ml－1或NH3(g)＋eq \f(5,4)O2(g)===NO(g)＋eq \f(3,2)H2O(g) ΔH＝－226.7 kJ·ml－1。
(4)首先根据反应物和生成物写出反应方程式，注明各物质的状态，化学反应的反应热等于断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键放出的能量的差，根据键能数据可知，所求反应的反应热ΔH＝414 kJ·ml－1×4＋155 kJ·ml－1×4－489 kJ·ml－1×4－565 kJ·ml－1×4＝－1 940 kJ·ml－1。
[答案] (1) S(s)＋O2(g)===SO2(g)
ΔH＝－296 kJ·ml－1
(2)NH3(g)＋eq \f(5,4)O2(g)===NO(g)＋eq \f(3,2)H2O(g)
ΔH＝－226.7 kJ·ml－1
(3)NH3(g)eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)
ΔH＝46.2 kJ·ml－1
(4)CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)
ΔH＝－1 940 kJ·ml－1
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kJ
B．如果反应是在恒温恒压条件下进行的，可认为此时的反应热和焓变相等
C．如果反应是在恒温恒容条件下进行的，可认为此时的反应热与焓变相等
D．有些化学反应不存在反应热，即焓变可以为“0”
B [反应热和焓变的单位都是kJ·ml－1，A错误；恒温恒压时的反应热与焓变相等，B正确、C错误；任何化学反应都有反应热，即ΔH≠0，D错误。 ]
2．下列说法正确的是( )
A．反应热就是反应中放出的热量
B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0
C．一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”
D．一个化学反应中，生成物总键能大于反应物的总键能时，反应吸热，ΔH为“＋”
C [解析：反应热也指反应中吸收的热量，A错；在反应中，生成物比反应物所具有的总能量小，反应就放热，反之就吸热，C对；化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，断键时吸收能量即反应物键能，成键时放出能量即生成物键能，后者大，则反应为放热反应，ΔH为“－”，D错。 ]
3．下列热化学方程式或叙述正确的是( )
A．1 ml液态肼(N2H4)在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642 kJ热量：N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝642 kJ·ml－1
B．12 g石墨转化为CO时，放出110.5 kJ热量：2C(s，石墨)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－110.5 kJ·ml－1
C．已知：H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286 kJ·ml－1，则2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝572 kJ·ml－1
D．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，则在一定条件下向密闭容器中充入0.5 ml N2(g)和1.5 ml H2(g)充分反应放出46.2 kJ的热量
C [A项，放出热量，ΔH＜0，正确的热化学方程式为N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－642 kJ·ml－1；B项，2C(s，石墨)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH应是2 ml即24 g石墨转化为CO时的反应热，即ΔH＝－221 kJ·ml－1；C项，根据热化学方程式的含义知，若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH数值也加倍；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但绝对值不变，据此可判断该项正确；D项，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1表示1 ml N2(g)与3 ml H2(g)完全反应生成2 ml NH3(g)时放出92.4 kJ的热量，但合成氨反应是可逆反应，0.5 ml N2(g)与1.5 ml H2(g)充分反应后生成的NH3(g)的物质的量小于1 ml，故放出的热量小于46.2 kJ。]
4．下列热化学方程式书写正确的是( )
A．2SO2＋O22SO3 ΔH＝－196.6 kJ·ml－1
B．H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·ml－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ
D．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝＋393.5 kJ·ml－1
B [A项中反应物和生成物都未标明物质聚集状态；C项中ΔH的单位不正确；D项中为放热反应，ΔH符号应为“－”。]
5．写出下列反应的热化学方程式：
(1)1 ml C2H2(g)在O2中完全燃烧生成CO2和液态水，放出1 299.6 kJ热量。
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
(2)23 g C2H5OH(l)在O2中完全燃烧生成CO2和液态水，放出683.4 kJ热量。
________________________________________________________________
______________________________________________________________。
[解析] (1)1 ml C2H2(g)在氧气中完全燃烧生成CO2和液态水放出1 299.6 kJ热量，所以2 ml C2H2(g)在氧气中完全燃烧生成CO2和液态水放出热量2 599.2 kJ，则热化学方程式为：2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－2 599.2 kJ/ml
(2)23 g乙醇完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量683.4 kJ，则1 ml乙醇质量为46 g，完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量为2×683.4 kJ＝1 366.8 kJ，热化学方程式为：C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 366.8 kJ/ml
[答案] (1)2C2H2(g)＋5O2(g)===4CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－2 599.2 kJ/ml
(2)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)
ΔH＝－1 366.8 kJ/ml
学 习 任 务
1．通过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，培养宏观辨识与微观探析的化学核心素养。
2．通过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，培养变化观念与平衡思想的化学核心素养。
3．通过从定性到定量描述化学反应中的能量变化的思维模型，能正确书写热化学方程式，培养模型认知的化学核心素养。
化学反应吸热与放热反应的判断
类型
定义
放出热量的化学反应
吸收热量的化学反应
宏观辨识
反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量(E反＞E生)
反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量(E反＜E生)
微观探析
与键能的关系
反应物的键能总和＞生成物的键能总和，吸收热量
反应物的键能总和＜生成物的键能总和，放出热量
ΔH的计算方法
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和
焓变
ΔH＜0
ΔH＞0
图示
能量变化
体系的能量降低
体系的能量升高
ΔH的计算方法
ΔH＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量
实例
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)
ΔH＝－184.6 kJ·
ml－1
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔH＝131.5 kJ·ml－1
常见反应类型
常见的放热反应：
①可燃物的燃烧；
②酸碱中和反应；
③大多数化合反应；
④金属与(水)酸的置换反应；
⑤铝热反应
常见的吸热反应：
①大多数分解反应；
②盐的水解和弱电解质的电离；
③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应；
④碳和水、C和CO2的反应
热化学方程式的书写与正误判断
化学键
C—H
C—F
H—F
F—F
键能/kJ·ml－1
414
489
565
155