第一章化學反應與能量

第一節化學反應與能量變化

第1課時焓變反應熱

三維目標知識與技能1．了解反應熱和焓變的含義，了解化學能與熱能的相互轉化2．理解吸熱反應和放熱反應的實質(重點)過程與方法1．從化學反應的本質即舊鍵斷裂與新鍵形成的角度研究反應熱產生的原因2．從反應體系能量的升高與降低角度認識ΔH的“＋”與“－”3．通過分析反應過程中的能量變化領悟化學反應中能量守恒的思想情感、態度與價值觀通過了解簡單化學反應中的熱效應，結合物質結構，體會化學反應的實質，培養學生學習化學的興趣

思維激活

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自學導引

一、化學反應過程中的能量變化

1．化學反應過程中能量變化的表現形式化學反應過程中，不僅有物質的變化，還有能量的變化。這種能量的變化常以熱能、電能、光能等形式表現出來。

2．放熱反應和吸熱反應

釋放熱量的化學反應叫做放熱反應；吸收熱量的化學反應叫做吸熱反應。

3．化學反應過程中物質變化與能量變化的關系化學反應中，能量的釋放或吸收是以發生變化的物質為基礎的，能量的多少則以反應物和產物的質量為基礎。

思考題1

下列說法中不正確的是(

)

A．化學變化過程是原子的重新組合過程

B．化學反應可分為吸熱反應和放熱反應

C．化學反應中能量變化的多少與其反應物的質量有關

D．化學變化中的能量變化都是以熱能形式表現出來的

答案

D

二、反應熱、焓變

1．反應熱：在反應過程中所釋放或吸收的能量，以熱量來表示，叫做反應熱，又稱為焓變，符號用ΔH表示，單位常采用kJ/mol或(kJ·mol－1)。

2．以1molH2與1molCl2反應生成2molHCl時放出184.6kJ的熱量為例，從微觀角度解釋化學反應過程中的能量變化。解答此反應過程的能量變化可表示如下：

(1)化學鍵斷裂時需要吸收能量,吸收的總能量為679

kJ。

(2)化學鍵形成時需要釋放能量釋放的總能量為862

kJ。

(3)反應熱的計算：862kJ－679kJ＝183kJ，即放出183kJ的能量。顯然，分析結果與實驗測得的該反應的反應熱184.6kJ·mol－1很接近(一般用實驗數據來表示反應熱)。

3．ΔH的正負和吸放熱反應的關系

(1)放熱反應：反應完成時，生成物釋放的總能量大于反應物吸收的總能量。由于反應后放出熱量(釋放給環境)而使反應體系的能量降低，故ΔH＜0或ΔH為“－”。

(2)吸熱反應：反應完成時，生成物釋放的總能量小于反應物吸收的總能量。由于反應后吸收環境熱量而使反應體系的能量升高，故ΔH＞0或ΔH為“＋”。

思考題2

下列說法中正確的是(

)

A．焓變是指1mol物質參加反應時的能量變化

B．當反應放熱時ΔH＞0，當反應吸熱時ΔH＜0

C．在加熱條件下發生的反應均為吸熱反應

D．一個化學反應中，當反應物能量大于生成物能量時，反應放熱，ΔH為“－”

答案

D

名師解惑

一、放熱反應與吸熱反應的比較

［特別提醒］

比較ΔH的大小時，要連同“＋”、“－”包含在內，類似于數學上的正負數比較。如果只比較反應放出熱量的多少，則只須比較數值大小，與“＋”、“－”無關。

二、中學常見的放熱反應與吸熱反應

1．放熱反應：燃燒、中和反應、金屬的氧化、金屬與酸或水的反應、由不穩定物質轉變為穩定物質的反應等。

2．吸熱反應：鹽類的水解、C與CO2或H2O的反應、CaCO3的分解、Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應、由穩定物質轉變成不穩定物質的反應等。

［特別提醒］

①化學反應總體遵循“分吸合放”規律，即大多數分解反應吸熱，大多數化合反應放熱，且化學反應中吸熱反應占少數，所以務必記住常見的吸熱反應。

②放熱反應或吸熱反應必須屬于化學變化。如醋酸的電離雖然要吸熱，但不能稱為吸熱反應，只能稱為吸熱過程；同樣，水蒸氣轉變成液態水，也不能稱為放熱反應。

三、用化學鍵鍵能(拆開1mol化學鍵所吸收的能量)如何估算化學反應的熱效應？

化學反應過程是原子重新組合的過程，反應物分子內化學鍵的斷裂需要吸收能量，生成新物質時形成新的化學鍵要放出能量，二者的能量差，就決定了能量的變化。因此用化學鍵鍵能的大小可粗略計算化學反應的熱效應，公式為：ΔH＝反應物的鍵能總和－生成物的鍵能總和。

四、在加熱條件下進行的反應一定是吸熱反應嗎？

不同化學反應發生的條件不同，有的常溫下就可以發生，有的則需要加熱。因此往往容易把在加熱條件下進行的反應認為是吸熱反應，而在常溫下進行的反應認為是放熱反應。其實兩者之間無必然聯系，常溫下進行的反應可能是放熱反應，如中和反應；也可能是吸熱反應，如NH4Cl與Ba(OH)2·8H2O的反應。加熱條件下進行的反應，可能是吸熱反應，如C＋CO22CO；也可能是放熱反應，如C＋O2CO2。兩者的區別是放熱反應撤去熱源后仍能進行，吸熱反應必須持續加熱才能繼續進行。由上可見，反應吸熱還是放熱與反應條件無關，而是由反應物總能量與生成物總能量的高低決定的。

典例導析

知識點1：對放熱反應和吸熱反應概念的考查

例1

下列過程能肯定是放熱反應的是(

)

A．燃燒B．分解C．凝華D．溶解

解析反應是放熱還是吸熱主要取決于反應物和生成物所具有的總能量的相對大小。凝華和溶解均屬物理變化，C、D不符合題意；大多數分解反應為吸熱反應，如NH4HCO3分解；而燃燒反應均為放熱反應。

答案A

跟蹤練習1下列過程要吸收熱量的是(

)

C．H＋＋OH－→H2O

D．C＋O2→CO2

答案

A

知識點2：化學反應中的能量變化的考查

例2

下列反應中，生成物的總能量大于反應物的總能量的是(

)

A．氫氣在氧氣中燃燒

B．鐵絲在氧氣中燃燒

C．硫在氧氣中燃燒

D．焦炭在高溫下與水蒸氣反應

解析

A、B、C三項均為放熱反應，說明它們的反應物的總能量大于生成物的總能量，多余的能量以熱能的形式放出；而D項為吸熱反應，正好相反，故D項正確。

答案

D

跟蹤練習2

對于放熱反應：2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)，下列說法中正確的是(

)

A．產物H2O所具有的總能量高于反應物H2和O2所具有的總能量

B．反應物H2和O2所具有的總能量高于產物H2O所具有的總能量

C．反應物H2和O2所具有的總能量等于產物H2O所具有的總能量

D．反應物H2和O2比產物H2O穩定

答案B第2課時熱化學方程式

三維目標知識與技能1．理解熱化學方程式的含義，能較熟練地書寫熱化學方程式并進行有關熱化學方程式的計算(重、難點)2．掌握中和熱的概念及其測定方法(重點)過程與方法1．通過實例理解化學方程式的局限性，介紹熱化學方程式的必要性2．采用對比方法明確熱化學方程式與普通化學方程式的區別與聯系情感、態度與價值觀通過熱化學方程式的書寫的教學過程，培養學生勇于探索、嚴謹求實的科學態度

思維激活

《拯救大兵瑞恩》里面有一個美軍用燃燒彈燒死坑道中敵兵的鏡頭，這就是燃燒彈在現代坑道戰、塹壕戰中的作用之一。由于汽油的密度較小，發熱量高，且價格便宜，所以被廣泛用做燃燒彈原料。汽油燃燒是化學變化，如何書寫汽油燃燒的熱化學方程式呢？

自學導引

一、熱化學方程式

1．概念：能表示參加反應物質的量和反應熱的關系的化學方程式，叫做熱化學方程式。

2．表示意義：熱化學方程式不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。

思考題1

下列說法中不正確的是(

)

A．物質發生化學反應的反應熱僅指反應放出的熱量

B．熱化學方程式中各物質的化學計量數只表示物質的量，不表示分子的個數

C．所有的燃燒都是放熱反應

D．熱化學方程式中分子式前面的化學計量數可以是分數

答案

A

3．特點(與化學方程式比較)

(1)指明了反應時的溫度和壓強，如在25℃、101kPa下進行的反應，可不注明。

(2)在化學方程式右邊注明ΔH的符號、數值和單位。

(3)所有反應物和產物都用括號注明了它們的聚集狀態。

(4)化學計量數只表示物質的量，而不表示分子數或原子數，因此可以為非整數。

(5)化學計量數和反應熱的數值可以同時擴大或縮小相同倍數。

思考題2為什么書寫熱化學方程式時要注明反應物和生成物的聚集狀態？

答案

反應熱與物質的聚集狀態有關，即狀態不同，產生的熱效應不同。

二、中和熱及其測定

1．中和熱在稀溶液中，酸跟堿發生中和反應生成1

molH2O，這時的反應熱叫做中和熱。

2．中和熱的測定如右圖所示裝置，利用50mL0.50mol·L－1鹽酸與50mL0.55mol·L－1NaOH溶液進行中和反應，通過測定反應過程中所放出來的熱量可計算中和熱。其實驗過程為：

(1)安裝實驗裝置。

(2)用一個量筒量取50mL0.50mol·L－1鹽酸，倒入小燒杯中，用溫度計測出溶液的溫度，再用水洗凈溫度計。

(3)用另一個量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用溫度計測出NaOH溶液的溫度。

(4)將NaOH溶液倒入小燒杯中，攪拌溶液，測量最高溫度。

(5)重復實驗兩次，取平均值計算。

(6)數據處理。如起始兩溶液的平均溫度為t1，實驗中最高溫度為t2，則生成1molH2O所放出的熱量(即中和熱)為：

ΔH＝－kJ·mol－1即酸與堿發生中和反應生成1molH2O時所放出的熱量。

名師解惑

一、書寫熱化學方程式的注意事項

1．ΔH只能寫在標有反應物和生成物狀態的化學方程式的右邊，并用“空格”隔開。若為放熱反應，ΔH為“－”；若為吸熱反應，ΔH為“＋”。ΔH的單位一般為kJ·mol－1。

2．注意反應物和產物的聚集狀態不同，反應熱數值不同。物質的氣、液、固三態的變化與反應熱的關系如下圖，因此，必須注明物質的聚集狀態(s、l、g)才能完整地體現出熱化學方程式的意義。熱化學方程式中不用標“↑”或“↓”。

3．ΔH的單位“kJ·mol－1”的含義。并不是指每摩爾具體物質反應時伴隨的能量變化是多少千焦，而是指給定形式的具體反應以各物質的化學計量數來計量其物質的量時伴隨的能量變化。如2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)

ΔH＝－483.6kJ·mol－1中的反應熱是指每摩爾反應，放出的熱量為483.6kJ。因此ΔH與化學方程式的寫法有關，如果化學計量數加倍，則ΔH也要加倍。當反應逆向進行時，其反應熱與正反應的反應熱數值相等，符號相反。例如：已知H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)

ΔH＝－285.8kJ·mol－1，則2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)

ΔH＝－571.6kJ·mol－1；H2O(l)＝H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋285.8kJ·mol－1。

［特別提醒］

在進行熱化學方程式的書寫和正誤判斷時，一定要注意檢查狀態、數值及正負號，此三處易錯易漏。

二、熱化學方程式與普通化學方程式的區別化學方程式熱化學方程式化學計量數是整數，既可表示粒子個數，又可表示該物質的物質的量既可以是整數，也可以是分數，只表示該物質的物質的量狀態不要求注明必須在化學式后注明正負號及單位無必須注明意義表明了化學反應中的物質變化不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化

三、中和熱的測定與計算

1．中和熱測定實驗的注意事項整個實驗過程中應把好兩關：①隔熱關。如量熱計保溫層內隔熱填充材料要填滿；蓋板上的兩孔只需要正好使溫度計和環形玻璃棒通過即可；倒入NaOH溶液要迅速，盡可能減少實驗過程中的熱量損失。②準確關。如配制溶液的濃度要準確；NaOH溶液要新制；量取溶液體積時讀數要準確；對溫度計的讀數要讀到最高點。

2．中和熱的計算由50mL0.50mol·L－1鹽酸與50mL0.55mol·L－1NaOH溶液進行實驗，根據所測結果，計算中和反應的中和熱為：

ΔH＝kJ·mol－1

(C為生成溶液的比熱容)

［特別提醒］

①中和熱的測量中堿稍過量的原因是保證酸能完全反應，計算時應以不足的酸作為計算標準。

②實驗中使用的酸和堿不能是濃酸或濃堿，若用濃酸或濃堿，由于稀釋過程中放出熱量，會使測得的中和熱數值偏高。

3．導致測定誤差的因素求算出的中和熱是否接近57.3kJ·mol－1，取決于溶液的濃度、溶液的體積及溫度的變化。引起中和熱測定有較大誤差的因素主要有：①溶液濃度不準確；②溶液量取不準確；③隔熱較差；④室溫太低；⑤溫度未讀取到最高點等。

典例導析

知識點1：反應熱(焓變)的比較

例1

已知1mol白磷轉化成紅磷，放出18.39kJ的熱量，又知：P4(白，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)

ΔH1,4P(紅，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)

ΔH2

。則ΔH1和ΔH2的關系正確的是(

)

A．ΔH1＞ΔH2 B．ΔH1＜ΔH2

C．ΔH1＝ΔH2 D．無法確定

解析

由于白磷轉化為紅磷時放出熱量，所以白磷和紅磷與等量O2反應生成等量的P2O5時，白磷放出的熱量更多，又因ΔH1＜0，ΔH2＜0，故ΔH1＜ΔH2。

答案B

跟蹤練習1下列各組熱化學方程式中，化學反應的ΔH前者大于后者的是(

)

①C(s)＋O2(g)＝CO2(g)

ΔH1，

C(s)＋O2(g)＝CO(g)

ΔH2

②S(s)＋O2(g)＝SO2(g)

ΔH3，

S(g)＋O2(g)＝SO2(g)

ΔH4

③H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)

ΔH5，

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)

ΔH6

④CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)

ΔH7，

CaO(s)＋H2O(l)＝Ca(OH)2(s)

ΔH8

A．①

B．④

C．②③④

D．①②③

答案

C

知識點2：熱化學方程式的書寫及正誤判斷

例2

在25℃、101kPa下，1g甲醇燃燒生成CO2和液態水時放熱22.68kJ，下列熱化學方程式書寫正確的是(

)

A．CH3OH(l)＋O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝＋725.76kJ·mol－1

B．2CH3OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(l)