高中化学人教版 (新课标)选修4 化学反应原理第一节 化学反应与能量变化第1课时教学设计

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第一节　化学反应与能量的变化
第1课时　焓变　反应热


1．了解化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式。
2．认识化学反应过程中物质和能量的变化。
3．了解反应热和焓变的含义。
4．知道反应热与反应物、生成物总能量的关系。(重点)


　　焓 变　反 应 热
[基础·初探]
教材整理1　反应热与焓变
1．反应热
化学反应过程中所吸收或放出的能量都可以用热量来表述，叫做反应热。
2．焓变
(1)定义：生成物与反应物的焓值差即为焓变。
(2)符号：ΔH。
(3)单位：kJ/mol或kJ·mol－1。
3．反应热与焓变的关系
恒压条件下，反应的热效应等于焓变。
教材整理2　化学反应中的能量变化
1．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化示意图

化学键
反应中能量变化
1 mol A—B化学键
反应中能量变化
H—H
吸收436 kJ
共吸收679 kJ
Cl—Cl
吸收243 kJ
H—Cl
放出431 kJ
共放出862 kJ
结论
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应热ΔH＝－183_kJ/mol
2.放热反应与吸热反应
用E(反应物)、E(生成物)分别代表反应物、生成物的总能量；Q(吸)、Q(放)分别代表反应物断键吸收的热量、生成物成键放出的热量。

放热反应
吸热反应
定义
放出热量的化学反应
吸收热量的化学反应
宏观
角度
比较
E(反应物)>E(生成物)
E(反应物) 图示


微观角度
Q(吸) Q(吸)>Q(放)
表示方法
ΔH<0
ΔH>0
[探究·升华]
[思考探究]
已知有下列变化过程：
①浓硫酸溶于水；
②盐酸和氢氧化钠溶液的反应；
③甲烷在空气中燃烧；
④氢气和氯气反应，焓变小于0；
⑤二氧化碳气体与碳共热生成一氧化碳，该反应ΔH>0；
⑥加热石灰石生成生石灰；
⑦液态水变成水蒸气；
⑧铝与盐酸反应产生氢气；
⑨常温下，Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与NH4Cl晶体反应。
问题思考：
(1)以上变化中，需要吸收热量的是哪几个？是不是都需要加热？
【提示】　⑤、⑥、⑦、⑨均需要吸收热量，⑨不需要加热。
(2)上述变化中，属于化学反应并且能够放出热量的有哪些？
【提示】　②、③、④、⑧均是化学变化且放出热量。
(3)反应④在光照和点燃条件下均可以发生上述反应，那么该反应的ΔH是否发生变化？
【提示】　不发生变化。ΔH与反应条件无关。
[认知升华]
1．常见的放热反应、吸热反应
放热反应
吸热反应
①大多数化合反应
②所有燃烧反应
③酸碱中和反应
④金属与水或酸的置换反应
①大多数分解反应
②盐的水解
③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
④C和CO2或H2O(g)的反应

2．两个角度理解焓变(ΔH)
(1)能量角度
放热反应：H(反应物)大于H(生成物)，ΔH＝H(生成物)－H(反应物)<0；
吸热反应：H(反应物)小于H(生成物)，ΔH＝H(生成物)－H(反应物)>0。
(2)化学键角度
放热反应：断键吸收能量(Q吸)小于成键放出能量(Q放)，ΔH＝Q吸－Q放<0；
吸热反应：断键吸收能量(Q吸)大于成键放出能量(Q放)，ΔH＝Q吸－Q放>0。
3．利用反应热判断物质的稳定性
若ΔH<0，E(反应物的总能量)>E(生成物的总能量)，说明生成物较稳定；反之，则反应物较稳定。如P(白磷，s)===P(红磷，s)　ΔH＝－18.39 kJ·mol－1，ΔH<0，则红磷比白磷稳定；再如H2O(g)===H2O(l)ΔH<0，则H2O(l)比H2O(g)稳定，即能量越低越稳定。
[题组·冲关]
题组1　放热反应与吸热反应的判断
1．下列反应的能量变化与其它三个不相同的是(　　)
A．铝粉与氧化铁的反应
B．氯化铵与消石灰的反应
C．锌片与稀硫酸反应
D．钠与冷水反应
【解析】　A、C、D三项反应均为放热反应，B项反应为吸热反应。
【答案】　B
2．下列变化一定为放热的化学反应的是(　　)
【导学号：29910000】
A．H2O(g)===H2O(l)放出44 kJ热量
B．ΔH>0的化学反应
C．形成化学键时共放出能量862 kJ的化学反应
D．能量变化如图所示的化学反应

【解析】　A项，H2O(g)===H2O(l)不属于化学反应，属于物理变化；B项，ΔH>0的反应为吸热反应；C项，未知断裂化学键吸收的能量，无法判断反应是否放热。
【答案】　D

3．下列说法正确的是(　　)
A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B．放热反应在常温下一定很容易发生
C．反应是放热还是吸热，可根据反应物和生成物所具有的总能量的相对大小判断
D．吸热反应在常温下一定不能发生
【解析】　A项，放热反应也可能需要加热才能发生，如铝热反应；B项，放热反应在常温下不一定容易发生，如C(s)与O2(g)在点燃条件下才能发生；D项，吸热反应在常温下也能发生，如NH4Cl和Ba(OH)2晶体的反应。
【答案】　C
题组2　焓变(ΔH)与能量变化的关系
4．反应A＋B―→C(ΔH<0)分两步进行：①A＋B―→X(ΔH>0)，②X―→C(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】　由①A＋B―→X(ΔH>0)知A、B能量总和小于X的能量，排除A、C两项；由②X―→C(ΔH<0)知X的能量大于C的能量，排除B项。
【答案】　D
5．氮化硅陶瓷材料可由石英固体与焦炭颗粒在高温的氮气流中通过如下反应制得： 【导学号：51182000】
SiO2＋C＋N2Si3N4＋CO
该反应变化过程中的能量变化如图所示。回答以下问题。
(1)上述反应中的还原剂是__________，其还原产物是________。
(2)该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，反应热ΔH________0(填“>”、“<”或“＝”)。

【解析】　(1)SiO2＋C＋N2Si3N4＋CO，反应中碳元素的化合价由0升高到＋2，氮元素的化合价由0降低到－3。故反应中的还原剂是C，还原产物为Si3N4。
(2)该反应过程中，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，ΔH<0。
【答案】　(1)C　Si3N4　(2)放热　<

利 用 键 能 计 算 反 应 热(Δ H)
[基础·初探]
教材整理　键能及其与ΔH的关系
1．键能
(1)定义：拆开或形成1 mol化学键吸收或放出的能量，单位：kJ/mol。
(2)H—H键的键能为436_kJ/mol，Cl—Cl键的键能为243_kJ/mol，H—Cl键的键能为431_kJ/mol。
(3)H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝(436＋243－431×2)_kJ/mol(写计算式)。
2．ΔH与键能的关系：ΔH＝反应物总键能－生成物总键能。
[探究·升华]
[思考探究]
白磷与氧气可发生如下反应：P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：P—P a kJ·mol－1、P—O b kJ·mol－1、P===O c kJ·mol－1、O===O d kJ·mol－1。根据图示的分子结构和有关数据进行如下探究：

问题思考：
(1)反应中需要断裂和形成的化学键有哪些？
【提示】　断裂P—P键、O===O键；形成P—O键、P===O键。
(2)1 mol P4中含多少mol P—P键？1 mol P4O10中含多少mol P—O键？P===O键呢？
【提示】　1 mol P4中含6 mol P—P键，1 mol P4O10中含4 mol P===O键和12 mol P—O键。
(3)该反应中，反应物和生成物的键能之和分别为多少？
【提示】　反应物键能之和为(6a＋5d)kJ·mol－1，生成物键能之和为(4c＋12b)kJ·mol－1。
(4)该反应的ΔH是多少？
【提示】　ΔH＝(6a＋5d－4c－12b)kJ·mol－1。
[认知升华]
1．焓变与键能的关系
吸收能量E1
　　　　
反应物生成物
　　　　
放出能量E2
(1)若E1>E2，反应吸收能量，ΔH>0；若E1 (2)ΔH＝E1－E2。
2．利用键能计算ΔH须明确反应中各物质的结构式
如H2O写成H—O—H，NH3写成，CH4写成
,1 mol H2O含2 mol H—O键，1 mol NH3含3 mol H—N键，1 mol CH4含4 mol H—C键，然后根据各物质的物质的量计算其键能之和。
3．反应热大小的比较
放热反应的反应热，ΔH<0，放热越多，|ΔH|越大，ΔH越小；吸热反应的反应热，ΔH>0，吸热越多，ΔH越大。

[题组·冲关]
题组1　焓变(ΔH)大小的比较
1．在相同条件下，下列两个反应放出的热量分别用ΔH1和ΔH2表示：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH2
则(　　)
A．ΔH2>ΔH1　　　　　　 B．ΔH1>ΔH2
C．ΔH1＝ΔH2 D．无法确定
【解析】　两个反应均放热，故ΔH1<0，ΔH2<0，由于H2O(g)===H2O(l)，ΔH<0，故|ΔH2|>|ΔH1|，则ΔH2<ΔH1<0。
【答案】　B
2．已知1 mol 白磷转化成1 mol红磷，放出18.39 kJ热量，又知：P4(白磷，s)＋5O2===2P2O5(s)　ΔH1，4P(红磷，s)＋5O2===2P2O5(s)　ΔH2，则ΔH1和ΔH2的关系正确的是(　　)
A．ΔH1>ΔH2 B．ΔH1<ΔH2
C．ΔH1＝ΔH2 D．无法确定
【解析】　两个反应均为放热反应，故ΔH1<0，ΔH2<0，由于P4(白，s)＝4P(红，s)　ΔH<0，故|ΔH1|>|ΔH2|，则ΔH1<ΔH2<0。
【答案】　B
题组2　利用键能计算ΔH
3．根据键能数据计算CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反应热ΔH为
(　　) 【导学号：51182001】
化学键
C—H
C—F
H—F
F—F
键能/(kJ·mol－1)
414
489
565
155
A.－1 940 kJ·mol－1 B．＋1 940 kJ·mol－1
C．－485 kJ·mol－1 D．＋485 kJ·mol－1
【解析】　由“ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和”可知：ΔH＝(414×4＋155×4－489×4－565×4)kJ·mol－1＝－1 940 kJ·mol－1。
【答案】　A
4．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol F—F、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为(　　)
A．－1 780 kJ·mol－1 B．－1 220 kJ·mol－1
C．－450 kJ·mol－1 D．＋430 kJ·mol－1
【解析】　由“ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和”得：ΔH＝280 kJ·mol－1＋160 kJ·mol－1×3－330 kJ·mol－1×6＝－1 220 kJ·mol－1。
【答案】　B
题组3　利用反应热(ΔH)计算键能
5．已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，H—N键的键能为391 kJ·mol－1，根据化学方程式N2＋3H22NH3　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，则N≡N键的键能是(　　)
A．431 kJ·mol－1 B．945.6 kJ·mol－1
C．649 kJ·mol－1 D．869 kJ·mol－1
【解析】　设N≡N键能为x，则据“ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和”得：x＋3×436 kJ·mol－1－6×391 kJ·mol－1＝－92.4 kJ·mol－1，解得x＝945.6 kJ·mol－1。
【答案】　B
6．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为(　　)
【导学号：29910001】
A．920 kJ B．557 kJ
C．436 kJ D．188 kJ
【解析】　1 g H2完全燃烧生成H2O(g)放出121 kJ热量，可知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－121×4 kJ·mol－1，由ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和得496 kJ·mol－1＋2ΔH(H—H)－4×463 kJ·mol－1＝－4×121 kJ·mol－1，求出ΔH(H—H)值为436 kJ·mol－1，故C正确。
【答案】　C
学业分层测评(一)
(建议用时：45分钟)
[学业达标]
1．下列对化学反应的认识错误的是(　　)
A．会引起化学键的变化
B．会产生新的物质
C．必然引起物质状态的变化
D．必然伴随着能量的变化
【解析】　化学反应一定有化学键的变化，有新物质产生，有能量变化，不一定有物质状态的变化，如H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)。
【答案】　C
2．下列过程一定释放出能量的是(　　)
A．化合反应 B．分解反应
C．分子拆分成原子 D．原子构成分子
【解析】　原子形成分子过程为新化学键形成过程，一定释放能量。
【答案】　D
3．下列设备工作时，将化学能转化为热能的是(　　)

　A．硅太阳能电池　B．锂离子电池　C．太阳能集热器　D．燃气灶
【解析】　A项是太阳能转化成电能；B项是化学能转化成电能；C项是太阳能转化成热能；D项是化学能转化成热能。
【答案】　D
4．下列反应属于吸热反应的是(　　)
A．炭燃烧生成一氧化碳
B．中和反应
C．锌粒与稀硫酸反应制取H2
D．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
【解析】　燃烧反应、中和反应、金属与酸的反应均为放热反应。
【答案】　D
5．下列说法中正确的是(　　)
A．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
B．反应放热时，ΔH>0；反应吸热时，ΔH<0
C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓与生成物的总焓一定不同
D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓总是高于生成物的总焓
【解析】　A项，焓变不是指1 mol物质参加反应时的能量变化；B项，放热反应ΔH<0，吸热反应ΔH>0；D项，一个确定的化学反应体系中，反应物总焓可能高于或低于生成物总焓。
【答案】　C
6．下列各图中，表示正反应是ΔH>0反应的是(　　)
【导学号：29910002】

【解析】　ΔH>0表示吸热反应，即反应物总焓低于生成物总焓。
【答案】　A
7．根据反应：S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝a kJ·mol－1(a＝－297.2)。分析下列说法，其中不正确的是(　　)
A．S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应
B．S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝b kJ·mol－1，则a>b
C．1 mol SO2(g)所具有的能量低于1 mol S(s)与1 mol O2(g)所具有的能量之和
D．16 g固体硫在空气中充分燃烧，可吸收148.6 kJ的热量
【解析】　A项，该反应的ΔH<0，故为放热反应；B项，S(s)===S(g)　ΔH>0，故|b|>|a|，则b 【答案】　D
8．(1)已知反应A放出热量Q1 kJ，焓变为ΔH1，反应B放出热量Q2 kJ，焓变为ΔH2，若Q1>Q2，则ΔH1________ΔH2。
(2)1 mol C与1 mol H2O(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2(g)，需吸收131.5 kJ的热量，该反应的反应热为ΔH＝________。
【解析】　(1)由ΔH1＝－Q1<0，ΔH2＝－Q2<0，Q1>Q2可知：－Q1<－Q2，则ΔH1<ΔH2。
(2)吸热反应的ΔH>0，故该反应的反应热ΔH＝＋131.5 kJ·mol－1。
【答案】　(1)<　(2)＋131.5 kJ·mol－1
9．已知H2(g)＋O2(g)===H2O(g)，反应过程中的能量变化如图所示。

(1)a、b、c分别代表的意思是____________、____________、_____________。
(2)该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，ΔH________0(填“<”或“>”)。 【导学号：51182002】
【解析】　(1)a代表旧键断裂所吸收的能量，b代表新键形成所放出的能量，c则代表断键吸收的能量与成键释放的能量之差。
(2)由图可知该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，所以该反应为放热反应，ΔH<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　<
[能力提升]
10．在氢气和氧气的燃烧反应2H2＋O2===2H2O中，破坏1 mol H2的化学键吸收的能量为A，破坏1 mol O2的化学键吸收的能量为B，形成1 mol H2O的化学键放出的能量为C，则下列关系正确的是(　　)
A．A＋B>C B．A＋B C．2A＋B<2C D．2A＋B>2C
【解析】　该反应放热，故ΔH<0，据“ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和”知，2A＋B－2C<0，推知2A＋B<2C。
【答案】　C
11．在化学反应中，能引发化学反应的分子间碰撞称之为有效碰撞，这些分子称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低能量叫活化能，其单位用kJ·mol－1表示。请认真观察下图，然后回答问题。 【导学号：29910003】

(1)图中反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，该反应________(填“需要”或“不需要”)环境先提供能量，该反应的ΔH＝________(用含E1、E2的代数式表示)。
(2)已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，该反应的活化能为167.2 kJ·mol－1，则其逆反应的活化能为________。
(3)对于同一反应，图中虚线(Ⅱ)与实线(Ⅰ)相比，活化能________(填“升高”、“降低”或“不变”)，对反应热是否有影响？________，原因是_________
__________________________________________________________________。
【解析】　(2)由图示可知ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能，故逆反应活化能＝正反应活化能－ΔH＝167.2 kJ·mol－1－(－241.8 kJ·mol－1)＝
409.0 kJ·mol－1。
【答案】　(1)放热　需要　E2－E1　
(2)409.0 kJ·mol－1
(3)降低　无影响　催化剂只降低反应的活化能，不能改变反应物的总能量和生成物的总能量之差，即反应热不改变。[或：因为催化剂只降低反应的活化能，同等程度的降低E1、E2的值，则E2－E1的差(即反应热)不改变。]