学生版选修4第1章课堂讲义版.docx
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学生版选修4第1章课堂讲义版
选修4，第一章
圆梦教育蒋老师，张老师合编
目录
第一章化学反应与能量1
第一节化学能与热能1
第1课时反应热焓变1
第2课时热化学方程式7
第二节燃烧热能源10
补充内容：
中和热的测定12
第三节化学反应热的计算16
第一章化学反应与能量
第一节化学能与热能
第1课时反应热焓变
一、化学键与化学反应中能量变化的关系
化学反应的本质
从物质的角度：
有新物质生成
从微粒的角度：
原子重新组合的过程
从化学键的角度：
旧键的断裂（吸收能量）和新键的形成（释放能量）
从能量的角度：
释放或贮存能量的过程
物质在化学反应中发生能量变化的主要原因：
化学键的断裂和形成。
所以说，物质的化学反应与体系的能量变化是同时的。
思考题：
（1）有化学键的断裂一定是化学反应吗？
（2）能量变化与热量变化相同吗？
1．反应热：
在化学反应过程中放出或吸收的热量。
热量的多少与反应过程有关。
反应热包括：
燃烧热、中和热、溶解热等。
2．焓变
焓：
热力学状态函数。
焓变：
在一定条件下（恒压）的反应热。
生成物与反应物的焓值差。
ΔH＝H生成物－H反应物
焓变：
符号ΔH；单位：
kJ/mol；测量条件：
恒压下，一般为敞口容器中。
“＋”：
吸热，环境对体系做功，自身能量增加。
“－”：
放热，体系对环境做功，自身能量减少。
3．反应热产生的原因
①从物质所具有的能量角度
放热反应：
ΔH＜0反应物的总能量＞生成物的总能量
吸热反应：
ΔH＞0生成物的总能量＞反应物的总能量
②从化学键的角度
化学键断裂－吸热化学键形成－放热
ΔH＝－183kJ/mol（理论值）ΔH＝－184.6kJ/mol（实验值）√
例1．已知拆开1molH2中的化学键要吸收436kJ的能量，拆开1molO2中的化学键要吸收496kJ的能量，形成水分子中的1molH－O键要放出463kJ的能量，试说明2H2＋O2＝2H2O中的能量变化。
（提示：
注意H2O的分子结构）
4．常见吸热反应与放热反应
化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化－吸热或者放热。
①放热反应：
放出热量的化学反应。
ΔH为“－”或ΔH＜0
常见放热反应：
中和反应、燃烧反应、活泼金属与酸反应、大多数化合反应。
②吸热反应：
吸收热量的化学反应。
ΔH为“＋”或ΔH＞0
常见的吸热反应：
某些金属氧化物的还原反应、大多数分解反应、所有的电离过程、所有的水解反应；C＋CO2C＋H2O
Ba（OH）2•8H2O＋NH4Cl
【练习】
1．下列叙述正确的是（）
A．化学反应一定伴随热量的变化
B．凡是吸热或放热过程中热量的变化均称为反应热
C．若ΔH＜0，则反应物的能量高于生成物的能量
D．若ΔH＞0，则反应物的能量高于生成物的能量
2．下列过程中，需要吸收能量的是（）
A．H＋H＝H2B．H＋Cl＝HClC．I2→I＋ID．S＋O2＝SO2
3．下列变化中，属于放热反应的是（）
A．Ba（OH）2•8H2O与NH4Cl的反应B．点燃的镁条在二氧化碳中继续燃烧
C．灼热的碳与二氧化碳的反应D．氯化铝的水解
4．下列说法中正确的是（）
A．需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
B．放热的反应在常温下一定很容易发生
C．反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D．吸热反应在一定的条件下才能发生
5．下列反应属于吸热反应的是（）
A．C6H12O6（葡萄糖aq）＋6O2
6CO2＋6H2O
B．CH3COOH＋KOH＝CH3COOK＋H2O
C．A＋B＝C＋D；ΔH＜0
D．破坏生成物全部化学键所需能量小于破坏反应物全部化学键所需能量。
6．分析右面的能量变化示意图，下列热化学方程式正确的是（）
A．2A（g）＋B（g）＝2C（g）；ΔH＝a（a＞0）
B．2A（g）＋B（g）＝2C（g）；ΔH＝a（a＜0）
C．2A＋B＝2C；ΔH＝a（a＜0）
D．2C＝2A＋B；ΔH＝a（a＞0）
7．1molC与1molH2O（g）反应生成lmolCO（g）和1molH2（g），需要吸收131.5kJ的热量；该反应的反应热为ΔH＝kJ/mol。
8．拆开lmolH－H键、lmolN－H键、lmolN≡N键分别需要的能量是436kJ、391kJ、946kJ；则1molN2生成NH3的反应热为，1molH2生成NH3的反应热为。
（提示：
NH3的分子结构如右）
【随堂练习】
1．下列说法正确的是（双选）（）
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．反应是放热的还是吸热的必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D．吸热反应在一定条件下也能发生
2．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
3．已知反应A＋B＝C＋D为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是（）
A．A的能量一定高于C
B．B的能量一定高于D
C．A和B的总能量一定高于C和D的总能量
D．该反应为放热反应，故不必加热就一定能发生
4．氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中，破坏1molH－H键消耗的能量为Q1kJ，破坏1molO＝O键消耗的能量为Q2kJ，形成1molH－O键释放的能量为Q3kJ。
下列关系式中正确的是（）
A．2Q1＋Q2＞4Q3B．2Q1＋Q2＜4Q3
C．Q1＋Q2＜Q3D．Q1＋Q2＝Q3
5[双选]．反应C（石墨）→C（金刚石）是吸热反应，由此可知（）
A．石墨比金刚石更稳定B．金刚石和石墨可以相互转化
C．金刚石比石墨稳定D．金刚石和石墨不能相互转化
6[双选]．已知：
H＋H＝H2；ΔH＝－436kJ/mol，则下列叙述正确的是（）
A．2个H原子的能量高于1个H2的能量B．2个H原子的能量低于1个H2的能量
C．H原子比H2分子稳定D．H2分子比H原子稳定
7．下列变化过程中会放出热量的是（）
①硝酸铵溶于水②物质的燃烧③苛性钠溶于水④醋酸的电离
⑤Ba（OH）2•8H2O与NH4Cl的反应⑥灼热的碳与二氧化碳的反应⑦氯化钠溶于水
A．仅①⑤B．仅②③⑦C．仅②③D．②③④
8．下列变化属于吸热反应的是：
①液态水汽化②将胆矾加热变为白色粉末③浓硫酸稀释④氯酸钾分解⑤生石灰跟水反应（）
A．②④B．①④C．②③D．①④⑤
9．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）出的能量。
已知：
白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能（kJ•mol－1）：
P－P：
198P－O：
360O＝O：
498则反应P4（白磷）＋3O2＝P4O6的反应热ΔH为（）
A．－1638kJ•mol－1B．＋1638kJ•mol－1
C．－126kJ•mol－1D．＋126kJ•mol－1
第2课时热化学方程式
一、热化学方程式：
表示参加反应的物质的量和反应热的关系的化学方程式。
H2（g）＋I2（g）
2HI（g）ΔH＝－14.9kJ/mol
热化学方程式书写要点：
①热化学方程式包含物质变化和能量变化两个部分，二者缺一不可。
普通化学方程式只包含物质变化一个部分。
H2（g）＋I2（g）＝2HI（g）ΔH＝－14.9kJ/mol
物质变化能量变化
②热化学方程式需注明反应时的温度和压强。
对于25℃、101kPa时进行的反应可不注明。
普通化学方程式不需注明温度和压强。
H2（g）＋I2（g）
2HI（g）ΔH＝－14.9kJ/mol
H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（g）ΔH＝－241.8kJ/mol
③右端标注热量数值和符号，ΔH：
吸热用“＋”，放热用：
“－”。
④热化学方程式需注明各物质的状态。
普通化学方程式不需注明物质的状态。
气体用g（gas）；液体用l（liquid）；固体用s（solid）；溶液用aq（aqueous）。
H2O（g）＝H2O（l）ΔH＝－44kJ/mol
H2O（l）＝H2O（g）ΔH＝＋44kJ/mol
H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（g）ΔH＝－241.8kJ/mol
H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l）ΔH＝－285.8kJ/mol
⑤热化学方程式中化学计量数表示参加反应的各物质的物质的量，可为整数或分数。
普通化学方程式中化学计量数表示原子、分子数目，只能为整数，不能为分数.
⑥化学计量数与ΔH成正比，当化学计量数不同时，其ΔH不同。
（1）2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l），ΔH＝－571.6kJ/mol
（2）H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l），ΔH＝？
热化学方程式的意义
质→量→能
（1）表示什么物质参加反应，结果生成什么物质;
（2）反应物和生成物之间的质量比、物质的量比;
（3）反应物完全变成生成物后所放出或吸收的热量。
知识点讲解
注意：
热量（Q）比较比数值，ΔH比较带符号。
例1．比较Q1和Q2的大小、ΔH1和ΔH2的大小。
2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）ΔH1＝－Q1kJ/molH2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l）ΔH2＝－Q2kJ/mol
练习1．比较Q1与Q2的大小、ΔH1与ΔH2的大小。
S（g）＋O2（g）＝SO2（g）ΔH1＝－Q1kJ/molS（s）＋O2（g）＝SO2（g）ΔH2＝－Q2kJ/mol
例2．已知某温度下的热化学方程式：
2SO2（g）＋O2（g）
2SO3（g）ΔH＝－197kJ/mol。
试写出SO3分解的热化学反应方程式。
注意（对于可逆反应）：
①当反应逆向进行时，其反应热与正反应的数值相等，符号相反。
②其反应热是指反应物完全转变成生成物放出或吸收的热量。
【课堂练习】
1．已知充分燃烧ag乙炔气体时生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则乙炔燃烧的热化学方程式正确的是（）
A．2C2H2（g）＋5O2（g）＝4CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－4bkJ/mol
B．C2H2（g）＋5/2O2（g）＝2CO2（g）＋H2O（l）ΔH＝＋2bkJ/mol
C．2C2H2（g）＋5O2（g）＝4CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－2bkJ/mol
D．2C2H2（g）＋5O2（g）＝4CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝＋bkJ/mol
2．下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是（）
①C（s）＋1/2O2（g）＝CO2（g）ΔH1C（s）＋O2（g）＝CO（g）ΔH2
②S（s）＋O2（g）＝SO2（g）ΔH3S（g）＋O2（g）＝SO2（g）ΔH4
③H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l）ΔH52H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）ΔH6
④CaCO3（s）＝CaO（s）＋CO2（g）ΔH7CaO（s）＋H2O（l）＝Ca（OH）2（s）ΔH8
A．①B．④C．②③④D．①②③
3．0.3mol的气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中完全燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ热量，其热化学方程式为：
_________________________________________________________________。
又已知：
H2O（l）＝H2O（g）；ΔH＝＋44kJ/mol，则11.2L标准状况下的乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是。
第二节燃烧热能源
【燃烧热】
1．定义：
101kPa，25℃时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。
例子：
CH4（g）＋2O2（g）＝CO2（g）＋2H2O（l）ΔH＝－890.31kJ/mol。
890.31kJ/mol就是甲烷的燃烧热。
知识补充：
热值：
指某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，是一种物质特定的性质。
单位是J/g或J/m3（气体）
2．注意问题：
①研究条件：
25℃、101kPa；
②反应程度：
完全燃烧，产物是稳定的氧化物。
如：
C→CO2（g）H→H2O（l）S→SO2（g）
③燃烧物的物质的量：
1mol
④研究内容：
放出的热量（ΔH＜0，单位是kJ/mol）。
课堂练习
1．能否根据式子1/2CH4（g）＋O2（g）＝1/2CO2（g）＋H2O（l）ΔH＝－445.15kJ/mol，说CH4（g）的燃烧热是445.15kJ/mol，对吗？
2．已知：
2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）ΔH＝－571.6kJ/mol；H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（g）ΔH＝－241.8kJ/mol
则H2的燃烧热是多少？
3．已知在25℃，101kPa下，1gC8H18（辛烷）燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量，表示上述反应的热化学方程式正确的是（）
A．C8H18（l）＋25/2O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O（g）ΔH＝－48.40kJ•mol－1
B．C8H18
（1）＋25/2O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O
（1）ΔH＝－5518kJ•mol－1
C．C8H18
（1）＋25/2O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O
（1）ΔH＝＋5518kJ•mol－1
D．C8H18
（1）＋25/2O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O
（1）ΔH＝－48.40kJ•mol－1
4．1g甲烷（CH4）在空气中燃烧，恢复常温下测得放出热量55.625kJ，写出热化学方程式。
5．常温下14gCO在足量氧气中充分燃烧，放出141.3kJ热量，写出该热化学方程式。
6．已知：
C（s）＋O2（g）＝CO2（g）ΔH＝－393.5kJ/mol。
要获得1000kJ热量，需燃烧多少克碳？
7．已知：
S（s）＋O2（g）＝SO2（g）ΔH＝－290.6kJ/mol。
求1.6g硫燃烧成为SO2气体，放出多少热量？
补充内容：
中和热的测定
1．中和热：
在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成1mol水时所放出的热量。
在稀溶液中，强酸与强碱的反应中和热都是57.3kJ•mol－1
H＋（aq）＋OH－（aq）＝H2O（l）ΔH＝－57.3kJ•mol－1
由于电离过程是吸热的，而弱酸、弱碱都较难电离，所以强酸与弱碱、强碱与弱酸、弱酸与弱碱反应生成1mol水时所放出的热量都小于57.3kJ。
2．中和反应反应热的测定
①原理：
Q＝cmΔt
②仪器及药品
仪器：
大、小烧杯各一个，温度计，环形玻璃搅拌棒，泡沫塑料块，量筒，泡沫板。
药品：
0.5mol/L盐酸溶液、0.55mol/L氢氧化钠溶液。
相关计算：
盐酸温度（t1）/℃氢氧化钠溶液温度（t2）/℃反应体系最高温度（t3）/℃
反应体系的温度变化（Δt）＝t3－（t1＋t2）/2/℃
反应体系的热容[C＝（V酸•ρ酸＋V碱•ρ碱）×4.18]/J•℃
中和反应的反应热ΔH＝－C×Δt×10－3/0.025
测量装置
③实验步骤：
A．在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条），使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。
然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条），大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板。
补充：
在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，装置如上图所示。
该实验也可在保温杯中进行。
B．用一个量筒量取50mL0.50mol/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记录之后把温度计上的酸用水冲洗干净。
问：
温度计上的酸为何要用水冲洗干净？
冲洗后的溶液能否倒入小烧杯？
为什么？
答：
因为该温度计还要用来测碱液的温度，若不冲洗，温度计上的酸会和碱发生中和反应而使热量散失，故要冲洗干净；冲洗后的溶液不能倒入小烧杯，若倒入，会使总溶液的质量增加，而导致实验结果误差。
C．用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记录。
把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯。
问：
酸、碱混合时，为何要把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯而不能缓缓倒入？
答：
因为本实验的关键是测反应的反应热，若动作迟缓，将会使热量损失而使误差增大。
D．用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为终止温度。
问：
实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒？
为什么？
答：
不能。
因为铜丝易导热，使热量损失较大。
E．重复实验步骤（A~D）三次。
补充：
用50mL0.55mol/LNaOH进行上述实验，可以保证盐酸完全反应，测得的中和热数值会更加准确。
思考题：
（1）大、小烧杯放置时，为何要使两杯口相平？
（2）填碎纸条的作用是什么？
（3）对此装置，你有何更好的建议？
答：
（1）杯口相平，可使盖板把杯口尽量盖严，从而减少热量损失；
（2）填碎纸条的作用是为了达到保温隔热、减少实验过程中热量损失的目的。
（3）若换用隔热、密封性能更好的装置（如保温杯）会使实验结果更准确。
问
（1）：
本实验中若把50mL0.55mol/L的盐酸改为50mL0.55mol/L醋酸，所测结果是否会有所变化？
为什么？
答案：
会有所变化。
因为醋酸为弱电解质，其电离时要吸热，故将使测得结果偏小。
问
（2）：
若改用100mL0.50mol/L的盐酸和100mL0.55mol/L的NaOH溶液，所测中和热的数值是否约为本实验结果的二倍（假定各步操作没有失误）？
答：
否。
因中和热是指酸与碱发生中和反应生成1molH2O时放出的热量，其数值与反应物的量的多少无关，故所测结果应基本和本次实验结果相同（若所有操作都准确无误，且无热量损失，则二者结果相同）。
练习1：
若将1L1mol/LNaOH溶液中加入稀醋酸、稀硫酸、稀硝酸，恰好完全反应时的热效应分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3；则三者的大小关系为。
练习2：
试回答下列中和热测定的有关问题。
（1）实验桌上备有烧杯（大、小两个烧杯）、泡沫塑料、泡沫塑料板、环形玻璃搅拌棒、0.50mol•L－1盐酸、0.55mol•L－1NaOH溶液，尚缺少的实验用品是___________________。
（2）实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒_______，其原因是_________________________
________________________________________________。
（3）实验时所用盐酸及NaOH溶液的体积均为50mL，各溶液密度为1g/cm3，生成溶液的比热容C＝4.18J/（g•℃），实验起始温度为t1℃，终止温度为t2℃。
试推断中和热的计算式：
ΔH＝____________________________________。
燃烧热与中和热的区别与联系
相
同
点
燃烧热
中和热
能量变化
放热反应
ΔH
ΔH＜0 ， 单位kJ/mol
不
同
点
反应物的量
1mol可燃物
可能是1mol也可以是0.5mol（不限）
生成物的量
不限量
H2O 1mol
反应热的含义
1mol反应物完全燃烧时放出的热量；不同的物质燃烧热不同。
酸碱中和生成1mol H2O时放出的热量，强酸强碱间的中和反应的中和热大致相同，均约为57.3kJ/mol。
第三节化学反应热的计算
一、盖斯定律：
化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
已知：
CO（g）＋1/2O2（g）＝CO2（g）ΔH2＝－283.0kJ/mol
C（s）＋O2（g）＝CO2（g）ΔH3＝－393.5kJ/mol
求算C（s）＋1/2O2（g）＝CO（g）ΔH1＝?
类似于数学中的向量
书写方法：
（1）写出目标方程式；
（2）确定“中间产物”（要消去的物质）；
（3）变换方程式，ΔH要同时变化；
（4）然后用消元法逐一消去“中间产物”；
（5）得到目标方程式并进行相应的运算。
【课堂练习】
1．已知：
①CO（g）＋1/2O2（g）＝CO2（g）ΔH1＝－283.0kJ/mol
②H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l）ΔH2＝－285.8kJ/mol
③C2H5OH（l）＋3O2（g）＝2CO2（g）＋3H2O（l）ΔH3＝－1370kJ/mol
试计算④2CO（g）＋4H2（g）＝H2O（l）＋C2H5OH（l）的ΔH。
例2：
某次发射火箭，用N2H4（肼）在NO2中燃烧，生成N2和液态H2O。
已知：
N2（g）＋2O2（g）＝2NO2（g）ΔH1＝＋67.2kJ/mol
N2H4（g）＋O2（g）＝N2（g）＋2H2O（l）ΔH2＝－534kJ/mol
假如都在相同状态下，请写出发射火箭反应的热化学方程式。
课堂练习
1．1.5g火箭燃料二甲基肼（CH3NHNHCH3）完全燃烧，放出50kJ热量，则二甲基肼的燃烧热为（）
A．1000kJ/molB．1500kJ/molC．2000kJ/molD．3000kJ/mol
2．家用液化气中主要成分是丁烷，当10kg丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时，放出热量5×105kJ。
写出丁烷燃烧的热化学方程式。
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