学年高中化学第一章化学反应与能量第一节化学反应与能量的变化焓变反应热教学案新人教版选修4.docx

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学年高中化学第一章化学反应与能量第一节化学反应与能量的变化焓变反应热教学案新人教版选修4

第一节

化学反应与能量的变化

第一课时　焓变　反应热

—————————————————————————————————————[课标要求]

1．了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。

2．了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。

1.反应热“三要素”：

（1）符号：

ΔH。

（2）单位：

kJ·mol－1。

（3）正、负号：

ΔH<0为放热反应；ΔH>0为吸热反应。

2．反应热计算“两公式”：

（1）ΔH＝反应物断键吸收的能量总和－生成物成键放出的能量总和。

（2）ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。

1．焓变与反应热

（1）焓变

①焓（H）：

与内能有关的物理量。

②焓变（ΔH）：

生成物与反应物的焓值差，决定了某一化学反应是吸热反应还是放热反应。

（2）反应热

①概念：

化学反应过程中所放出或吸收的能量。

②与焓变的关系：

恒压条件下的反应热等于焓变，单位是kJ·mol－1。

（3）ΔH与吸热反应、放热反应的关系

②实例：

1molH2与0.5molO2完全反应生成1mol液态水时放出285.8kJ热量，则该反应的焓变ΔH＝－285.8_kJ·mol－1。

2．化学反应中能量变化的原因

（1）微观角度

①化学反应的本质：

②化学键变化与反应热的关系：

若E1＞E2，反应吸收能量，ΔH＞0，为吸热反应；

若E1＜E2，反应放出能量，ΔH＜0，为放热反应。

（2）宏观角度

①内能与反应吸、放热

从物质内能上分析，如果反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，反应物转化为生成物时放出能量，这就是放热反应。

反之，则为吸热反应。

②图示：

已知H2和Cl2在点燃的条件下生成HCl。

下面是反应H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）的能量变化示意图。

[问题思考]

1．断裂1molH—H键、1molCl—Cl键吸收的总能量是多少？

形成2molH—Cl键放出的能量是多少？

由此判断该反应的ΔH是多少？

提示：

断键吸收的总能量为436kJ＋243kJ＝679kJ。

形成化学键放出的总能量为431kJ×2＝862kJ。

故H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）反应放出热量862kJ－679kJ＝183kJ，即反应的ΔH＝－183kJ·mol－1。

2．根据图示中数据判断2HCl（g）===H2（g）＋Cl2（g）的焓变ΔH是多少？

与问题1中的ΔH相比，得出的结论是什么？

提示：

ΔH＝断裂化学键吸收的总能量－形成化学键放出的总能量＝（431kJ·mol－1×2）－（436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1）＝＋183kJ·mol－1。

正、逆反应的焓变（ΔH）数值相等，符号相反。

3．H2（g）和Cl2（g）在光照条件下也可以发生上述反应，那么该反应的ΔH是否发生变化？

提示：

焓变不发生变化，ΔH仍为－183kJ·mol－1；因为化学反应的焓变与反应条件无关。

1．焓变与反应热

项目

内容

概念

在恒压条件下，化学反应过程中所释放或吸收的能量，都可以用热量来表示，叫做反应热，又称焓变

符号

ΔH

单位

kJ·mol－1或kJ/mol

意义

ΔH<0表示该反应为放热反应

ΔH>0表示该反应为吸热反应

注意事项

①任何化学反应都有反应热，即焓变ΔH≠0

②ΔH的大小与反应条件无关

2．ΔH的计算方法

（1）ΔH＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量。

（2）ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量。

1．化学反应A2（g）＋B2（g）===2AB（g）的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是（　　）

A．每生成2个AB分子吸收（a－b）kJ热量

B．该反应热ΔH＝＋（a－b）kJ·mol－1

C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

D．断裂1molA—A和1molB—B键，放出akJ能量

解析：

选B　形成化学键放出热量，形成2molA—B键放出bkJ热量，A项错误；每生成2AB分子吸收（a－b）kJ热量，B项正确；由图可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，C项错误；断裂1molA—A和1molB—B键，吸收akJ能量，D项错误。

2．键能是两原子间形成1mol新键（或其逆过程）时释放（或吸收）的能量。

已知下列物质的键能：

化学键

H—H

NN

N—H

键能/（kJ·mol－1）

436

946

391

则反应：

N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）的ΔH＝________________。

解析：

ΔH＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量＝946kJ·mol－1＋3×436kJ·mol－1－6×391kJ·mol－1＝（2254kJ·mol－1－2346kJ·mol－1）＝－92kJ·mol－1。

答案：

－92kJ·mol－1

1．放热反应和吸热反应的比较

项目

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

表示方法

ΔH＜0

ΔH＞0

从化学

键的角

度分析

断裂旧化学键吸收的能量小于形成新化学键放出的能量

断裂旧化学键吸收的能量大于形成新化学键放出的能量

从物质能

量的角度

分析

2．判断吸热反应、放热反应的依据与误区

（1）吸热反应、放热反应判断的“两大依据”

理论依据：

反应物与生成物总能量的相对大小。

计算依据：

断裂化学键吸收总能量与形成化学键放出总能量的相对大小。

（2）吸热反应、放热反应判断的“两大误区”

误区一：

与反应条件有关。

误区二：

只要吸热就是吸热反应，只要放热就是放热反应。

如水蒸气液化放出热量，但该过程不是放热反应。

1．下列反应中，生成物的总能量大于反应物总能量的是（　　）

A．Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

B．H＋＋OH－===H2O

C．2H2＋O2

2H2O

D．Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O

解析：

选D　生成物的总能量大于反应物的总能量的反应为吸热反应，题给选项中只有D项为吸热反应。

2．化学反应过程中的能量变化如图所示，判断以下说法正确的是（　　）

A．图甲表示的是吸热反应

B．图乙表示的是放热反应

C．图甲中ΔH＞0

D．图乙中ΔH＞0

解析：

选D　由图像分析可知甲：

E反应物>E生成物，反应放热，ΔH<0；乙：

E反应物0。

3．我国自主研制的“天宫二号”飞行器的外壳覆盖了一种新型结构陶瓷材料，其主要成分是氮化硅，该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：

SiO2＋C＋N2

Si3N4＋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________（填“吸热”或“放热”），反应热ΔH________（填“>”“<”或“＝”）0。

解析：

（1）SiO2＋C＋N2

Si3N4＋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　<

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列说法不正确的是（　　）

A．任何反应都伴有能量的变化

B．化学反应中的能量变化可表现为热量的变化

C．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生吸热反应

D．反应物的总能量低于生成物的总能量时，发生吸热反应

解析：

选C　A项，任何化学反应中都有能量变化，正确；B项，化学反应中的能量变化通常是热量的变化，正确；C项，反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应，错误；D项，反应物的总能量低于生成物的总能量时，反应为吸热反应，正确。

2．化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A．该反应是吸热反应

B．断裂2molA—B键需要吸收ykJ能量

C．2molAB的总能量高于1molA2和1molB2的总能量

D．断裂1molA—A键和1molB—B键可放出xkJ能量

解析：

选B　A项，根据图示可知，反应物的能量高于生成物的能量，因此该反应是放热反应，错误；B项，根据图示可知，断裂2molA—B键需要吸收ykJ能量，正确；C项，由图可知，1molA2和1molB2的总能量高于2molAB的总能量，错误；D项，断裂1molA—A键和1molB—B键吸收xkJ能量，错误。

3．下列变化中，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H2SO4稀释　④KClO3分解制O2　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰　⑥CaCO3高温分解　⑦CO2＋C

2CO

⑧Ba（OH）2·8H2O与固体NH4Cl混合　⑨C＋H2O（g）

CO＋H2　⑩Al与盐酸反应

A．①②④⑥⑦⑧⑨　　　　　　　B．②④⑥⑦⑧⑨

C．①③④⑤⑥⑧⑩D．①②④⑧⑨

解析：

选B　①③属于物理变化，不属于化学反应。

⑤是化合反应，CaO与水反应生成Ca（OH）2，产生大量热，属于放热反应。

⑩金属与酸的反应一般为放热反应。

4．某化学小组对生石灰与水反应是显著放热反应进行了实验探究，在除了用手触摸试管壁感觉发热外，还设计了下列几个可行性方案。

甲方案：

将温度计与盛放有生石灰的小试管用橡皮筋捆绑在一起，放入有水的小烧杯中，用胶头滴管向小试管中缓缓滴入水，观察到的现象是________、__________、

________________________________________________________________________，说明反应放热。

乙方案：

将盛放有生石灰的小试管插入带有支管的试管中，支管接①，用胶头滴管向小试管中缓缓滴入水，①中看到的现象是__________________________________________

________________________________________________________________________，说明该反应放热。

丙方案：

盛放有生石灰且带支管的试管中，支管接的导管中盛适量无水硫酸铜粉末，看到的现象是_____________________________________________________________，

说明反应放热，原因是___________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析：

实验从反应放热的“热”为出发点进行探究，通过放热使温度上升、使气体膨胀、水被蒸发等特征现象，合理化地设计了探究实验方案。

答案：

甲方案：

小试管中固体变成乳状　同时有大量水蒸气产生　温度计温度上升

乙方案：

U形管左边水柱下降，右边水柱上升

丙方案：

无水硫酸铜粉末变蓝色　水和生石灰反应放出热量，使水蒸发

5．已知H2（g）＋

O2（g）===H2O（g），反应过程中能量变化如图所示，则：

（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。

解析：

（1）H2（g）和

O2（g）与2H（g）和O（g）之间的能量差是H2（g）→2H（g）和

O2（g）→O（g）过程中断开H—H键和O===O键需吸收的能量，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－b，亦即反应热。

（2）由图可知该反应中反应物总能量高于生成物总能量，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　＜

1．下列关于ΔH（焓变）的说法正确的是（　　）

A．在任何条件下，化学反应的焓变都等于化学反应的反应热

B．ΔH＞0时，反应吸收热量；ΔH＜0时，反应放出热量

C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

D．任何放热反应在常温下一定能发生反应

解析：

选B　等压条件下的反应热等于焓变，A项错误；ΔH＞0为吸热反应，ΔH＜0为放热反应，B项正确；反应开始需要加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，C项错误；有的放热反应如木炭的燃烧反应，也需要加热或点燃，D项错误。

2．下列过程中ΔH小于零的是（　　）

A．氯酸钾分解制氧气

B．氯化铵受热分解

C．氢气还原氧化铜

D．实验室用锌和稀硫酸反应制氢气

解析：

选D　ΔH小于零说明该反应是放热反应。

A、B、C项均是吸热反应，错误；D项，实验室用锌和稀硫酸反应制氢气为金属与酸的反应，是放热反应，正确。

3．下列反应的能量变化与其他三项不相同的是（　　）

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：

选B　A、C、D都是放热反应，B属于吸热反应。

4．下列示意图能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢过程中能量变化的是（　　）

解析：

选B　氢气与氯气分子中旧化学键断裂需要吸收能量，而氯化氢分子中新化学键形成要释放能量，该反应放热，因此断裂旧键吸收的能量小于形成新键放出的能量，B项正确。

5．下列变化中生成物的总能量大于反应物的总能量的是（　　）

A．H—Cl―→H＋Cl

B．H＋H―→H—H

C．Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑

D．HCl＋NaOH===NaCl＋H2O

解析：

选A　生成物的总能量大于反应物的总能量，为吸热过程。

A项，H—Cl键断裂，吸收热量，正确；B项，形成H—H键，释放能量，错误；C项，金属与酸的置换反应为放热反应，错误；D项，酸碱中和反应为放热反应，错误。

6.如右图所示，下列说法正确的是（　　）

A．A―→B＋C和B＋C―→A两个反应吸收或放出的能量不等

B．A―→B＋C　ΔH＜0

C．A具有的能量高于B和C具有的能量的总和

D．A―→B＋C　ΔH＞0，B＋C―→A　ΔH＜0

解析：

选D　由图可看出，B＋C的总能量高于A的能量，则反应B＋C―→A一定是放热反应，ΔH＜0，反之A―→B＋C一定是吸热反应，ΔH＞0，根据能量守恒定律，两反应吸收和放出的热量一定相等。

7．参照反应Br＋H2―→HBr＋H的能量对反应过程的示意图，下列叙述中正确的是（　　）

A．正反应为吸热反应

B．正反应为放热反应

C．反应物的总能量高于生成物的总能量

D．断裂反应物中化学键吸收能量小于形成生成物中化学键放出能量

解析：

选A　A项，反应中，反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，正确；B、C错误；D项，反应为吸热反应，断裂化学键吸收能量大于形成化学键放出能量，错误。

8．已知反应X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是（　　）

A．X的能量一定高于M

B．Y的能量一定高于N

C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量

D．因该反应为放热反应，故不必加热就可发生

解析：

选C　放热反应指反应物的总能量高于生成物的总能量，所以X和Y的总能量高于M和N的总能量，C项正确；A项，X的能量不一定高于M的能量，错误；B项，Y的能量不一定高于N的能量，错误；D项，放热反应有些也需要加热，错误。

9．如图是一个简易测量物质反应是吸热还是放热的实验装置，利用此装置可以很方便地测得某反应是放热反应还是吸热反应。

将镁片加入小试管内，然后注入足量的盐酸，请根据要求完成下列问题：

（1）有关反应的离子方程式是_________________________________，

试管中看到的现象是_______________________________________________。

（2）U形管中液面A________（填“上升”或“下降”），原因是____________________；说明此反应是________（填“放热”或“吸热”）反应。

（3）由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________（填“高于”“低于”或“等于”）镁片和盐酸的总能量。

解析：

镁片与盐酸的反应是放热反应，是由于反应物的总能量高于生成物的总能量，放出的热量使锥形瓶内气压增大，导致U形管左端液面下降，右端液面上升。

答案：

（1）Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑　镁片溶解，有气泡产生

（2）下降　反应放出的热量使锥形瓶内气压增加　放热

（3）低于

10．已知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：

SiO2＋C＋N2

Si3N4＋CO（未配平）。

该反应过程中的能量变化如图所示。

回答以下问题：

（1）上述反应中的氧化剂是________，其还原产物是________。

（2）该反应是________（填“吸热反应”或“放热反应”），ΔH________（填“＞”“＜”或“＝”）0。

（3）该反应过程中，断裂旧键吸收的热量________（填“＞”“＜”或“＝”）形成新键释放的热量。

解析：

（1）SiO2＋C＋N2

Si3N4＋CO（未配平），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，故反应中的氧化剂是N2，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，则该反应为放热反应，ΔH＜0。

（3）由

（2）中分析可知，该反应为放热反应，故断裂旧键吸收的热量小于形成新键放出的热量。

答案：

（1）N2　Si3N4

（2）放热反应　＜

（3）＜

1．下列说法正确的是（　　）

A．反应热是1mol物质参加反应时的能量变化

B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0

C．任何条件下，化学反应的焓变都等于化学反应的反应热

D．在一定条件下，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差来决定

解析：

选D　化学反应过程中释放或吸收的热量称为反应热，A项错误；当反应放热时ΔH<0，反应吸热时ΔH>0，B项错误；只有在恒压条件下，化学反应的焓变才等于化学反应的反应热，C项错误；一个化学反应是吸热还是放热，取决于生成物和反应物的焓值差，也可以根据断键时吸收的能量与成键时放出的能量的相对大小判断，D项正确。

2．对于放热反应H2＋Cl2

2HCl，下列说法正确的是（　　）

A．该反应涉及离子键和共价键的断裂与形成

B．该反应中，化学能只转变为热能

C．断开1molH—H键和1molCl—Cl键所吸收的总能量，小于形成1molH—Cl键所放出的能量

D．反应物所具有的总能量高于产物所具有的总能量

解析：

选D　A项，H2与Cl2含有的化学键为共价键，该反应只涉及共价键的断裂与形成，错误；B项，该反应的化学能可以转化为热能，也可以转化为光能、电能等其他形式的能量，错误；C项，该反应为放热反应，所以断开1molH—H键和1molCl—Cl键所吸收的总能量，小于形成2molH—Cl键所放出的能量，错误；D项，因为反应为放热反应，所以反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，正确。

3．根据如图所示的反应判断下列说法中错误的是（　　）

A．CO2和CaO的总能量大于CaCO3的总能量

B．该反应的焓变大于零

C．该反应中有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量

D．由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应

解析：

选D　因为碳酸钙受热分解是吸热反应，所以CO2和CaO的总能量大于CaCO3的总能量，焓变大于零，A、B正确；在CaCO3中，Ca2＋和CO

之间存在离子键，CO

中，C与O之间存在共价键，故反应中有离子键断裂也有共价键断裂，旧化学键断裂吸收能量，新化学键形成放出能量，C正确；需要加热才发生的反应不一定为吸热反应，如木炭的燃烧需要加热，但该反应是放热反应，D错误。

4.关于化学反应中的说法错误的是（　　）

A．图中所示的反应为放热反应

B．化学反应中有物质变化也有能量变化

C．需要加热的化学反应不一定是吸热反应

D．化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量

解析：

选A　据图可知，反应物的总能量＜生成物的总能量，是吸热反应，A错误；化学反应中有物质变化也有能量变化，B正确；需要加热的化学反应不一定是吸热反应，很多放热反应也需要加热或点燃才能发生，C正确；化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量，D正确。

5．已知C（s，石墨）===C（s，金刚石）　ΔH＞0，下列判断正确的是（　　）

A．此反应为放热反应

B．断裂1mol石墨的化学键需要吸收的能量小于生成1mol金刚石化学键所放出的能量

C．石墨比金刚石稳定

D．此变化为物理变化

解析：

选C　A项，ΔH＞0，反应为吸热反应，错误；B项，ΔH＝（断裂1mol石墨的化学键需要吸收的能量）－（生成1mol金刚石化学键所放出的能量）＞0，即断裂1mol石墨中的化学键需要吸收的能量大于生成1mol金刚石中的化学键所放出的能量，错误；C项，ΔH＞0，石墨能量小于金刚石，能量越低越稳定，石墨比金刚石稳定，正确；D项，有新物质生成，此变化为化学变化，错误。

6.下列说法中正确的是（　　）

A．物质发生化学反应都伴随着能量变化

B．伴有能量变化的物质变化都是化学变化

C．化学反应可能发生颜色变化，有颜色变化的物质变化一定属于化学变化

D．如图可知此反应为CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g），反应的焓变ΔH＝＋41kJ·mol－1

解析：

选A　物质发生化学反应都伴随着能量的变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如H2O（g）―→H2O（l）、核裂变等也都伴有能量变化，A项正确、B项错误；化学反应可能发生颜色变化（如2NO＋O2===2NO2），但有颜色变化的物质变化不一定是化学变化（如O2由气态变为液态，颜色由无色变为淡蓝色），C项错误；由图示可以看出，反应物是CO2（g）和H2（g），生成物是CO（g）和H2O（g），E生成物＞E反应物，是吸热反应，化学方程式为CO2（g）＋H2（g）===CO（g）＋H2O（g），反应的焓变ΔH＝＋41kJ·mol－1，D项错误。

7．氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。

在反应过程中，破坏1mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1kJ，破坏1mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3kJ。

下列关系式中，正确的是（　　）

A．Q1＋Q2＞Q3　　　　　　　　B．Q1＋Q2＞2Q3

C．Q1＋Q2＜Q3D．Q1＋Q2＜2Q3

解析：

选D　氢气在氯气中燃烧时放