PAGEPAGE11第1課時化學反應的反應熱化學反應的內能變更與焓變發展目標體系構建1.通過對日常生活生產常見化學反應的放熱、吸熱現象的認知，能辨識化學反應中能量變更的本質；相識反應熱、放熱反應、吸熱反應的含義。2.能從內能變更角度相識反應熱、焓變。3.通過中和反應的反應熱測定試驗，明確反應熱測定的原理和方法。一、化學反應的反應熱1．反應熱(1)定義當化學反應在肯定的溫度下進行時，反應所釋放或汲取的熱量。(2)表示符號用Q表示eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(Q＞0，表示反應吸熱；,Q＜0，表示反應放熱。))(3)單位kJ·mol－1或J·mol－1。微點撥：(1)物理變更中的能量變更不是反應熱。如物質的三態變更，物質的溶解等。(2)反應放熱或吸熱與反應條件無關。2．反應熱的測定(1)儀器——量熱計(2)原理Q＝－C(T2－T1)，其中C表示溶液及量熱計的熱容，其單位為J·K－1；T1、T2分別表示反應前和反應后體系的溫度。微點撥：(1)熱力學溫度與攝氏溫度的換算關系：T＝t＋273.15K。(2)熱容(C)與比熱容(比熱)的關系：比熱＝eq\f(熱容,質量)。(3)常溫下，液態水的比熱為4.18kJ·K－1·kg－1。二、化學反應的內能變更與焓變1．反應體系的能量2．內能(1)定義：是體系內物質所含各種微觀粒子的能量總和。符號：_U。(2)內能大小的影響因素內能的大小除了與物質的種類、數量及聚集狀態(即氣態、液態或固態等)有關，還與體系的溫度、壓強有關。(3)反應體系的能量變更在一般狀況下，反應體系處于靜止狀態，即體系整體的動能和勢能沒有變更，體系的能量變更可表示為ΔU＝U(反應產物)－U(反應物)＝Q＋W。當反應過程中體系沒有做功時，則ΔU＝Q。ΔU>0，反應汲取能量；ΔU<0，反應釋放能量。微點撥：(1)化學反應體系能量變更中的功是指除熱能外，體系與環境之間交換的其他形式的能(如電能、光能、機械能等)。(2)微觀粒子的能量包括分子的平動、轉動、振動以及電子和原子核的運動等。3．等壓反應的反應熱——焓變(1)等壓反應在反應前后壓強不變的條件下發生的化學反應，如在敞口容器中進行的反應。(2)焓變及單位①定義：反應產物的焓與反應物的焓之差。②表達式：ΔH＝H(反應產物)－H(反應物)＝Qp。其中Qp表示等壓條件下化學反應的反應熱。焓變的單位為kJ·mol－1或J·mol－1。(3)化學反應的焓變示意圖1．推斷對錯(對的在括號內打“√”，錯的在括號內打“×”。)(1)化學反應過程中肯定伴隨著能量的變更。()(2)反應熱、焓變均指化學反應中的熱量變更，單位為kJ或J。()(3)化學反應中反應物總能量肯定大于反應產物總能量。()(4)吸熱反應的ΔH＜0，放熱反應的ΔH＞0。()(5)反應體系的內能變更就是反應熱。()提示：(1)√(2)×反應熱、焓變均指化學反應中的能量變更，單位為kJ·mol－1或J·mol－1。(3)×放熱反應：E(反應物)＞E(反應產物)，吸熱反應：E(反應物)＜E(反應產物)。(4)×吸熱反應：ΔH＞0，放熱反應：ΔH＜0。(5)×反應體系的內能變更等于反應熱和功的加和，假如反應過程中體系沒有做功，則反應體系的內能變更就是反應熱。2．下列說法正確的是()A．焓變是指1mol物質參與反應時的能量變更B．當反應放熱時ΔH>0，反應吸熱時ΔH<0C．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，當反應物的總能量大于反應產物的總能量時，反應放熱，ΔH為負值D[反應物的物質的量越多，則焓變的肯定值越大，A項錯誤；反應是否須要加熱，只是引發反應的條件，與反應放熱還是吸熱無關，C項錯誤；在反應中物質所具有的總能量削減，反應就放熱，此時ΔH<0，因此B項錯誤、D項正確。]3．量熱計干脆測出的是()A．質量的變更 B．能量的變更C．溫度的變更 D．電流的變更C[量熱計干脆測出的是反應前后的溫度差。]測定中和反應的反應熱(素養養成——科學探究與創新意識)在試驗室用如圖所示裝置測定中和反應的反應熱。圖1圖21．用50mL0.50mol·L－1的鹽酸與50mL0.55mol·L－1的NaOH溶液，在如圖所示的裝置中分別進行中和反應反應熱的測定，測定的結果是否相同？哪個結果更接近于真實值？為什么？提示：兩種裝置測定的結果不同。用圖2裝置測定中和反應的反應熱更接近于真實值。因為圖2裝置熱量損失少。2．談一談中和反應的反應熱測定試驗勝利與否的關鍵是什么？提示：中和反應的反應熱測定試驗勝利的關鍵是比較精確地配制肯定物質的量濃度的溶液，量熱器要盡量做到保溫、絕熱且可使體系溫度盡快達到一樣；在量熱的過程中要盡量避開熱量的散失。1．中和反應的實質是H＋和OH－反應生成H2O。若反應過程中有其他物質生成(如生成不溶性物質、難電離物質等)，這部分反應熱不在中和反應反應熱之內。2．測定中和反應的反應熱需留意的幾個問題(1)試驗中要用強酸、強堿的稀溶液(0.1～0.55mol·L－1)。(2)操作時動作要快，盡量削減熱量的損失，運用絕熱裝置，避開熱量散發到反應體系外。(3)測量鹽酸的溫度后，要將溫度計上的酸沖洗干凈后，再測量NaOH溶液的溫度，避開酸、堿在溫度計的表面反應放熱而影響測量結果。(4)讀取的中和反應的溫度(T2)是反應混合液的最高溫度。(5)不能用弱酸或弱堿，因弱酸、弱堿電離時汲取熱量而使測量數值偏低。(6)中和反應的反應熱的數值是57.3kJ·mol－1，測定時與強酸、強堿的用量無關。1．中和反應的反應熱測定試驗中下列說法錯誤的是()A．一組完整試驗數據須要測溫度三次B．燒杯間填滿碎紙屑是為了削減試驗過程中熱量散失C．可用銅做的環形攪拌棒代替環形玻璃攪拌棒，因銅和鹽酸不反應D．在量取NaOH溶液和HCl溶液體積時均仰視，測得中和熱數值將偏大C[一組完整試驗數據須要測試驗前酸的溫度、堿的溫度和反應過程中的最高溫度，故A正確；試驗的關鍵是保溫工作，燒杯間填滿碎紙屑是為了保溫，削減試驗過程中熱量散失，故B正確；金屬的導熱性很好，用銅做的環形攪拌棒代替環形玻璃攪拌棒，會導致熱量的散失，使測得中和熱數值偏小，故C錯誤；在量取溶液體積時仰視，則實際量取體積偏高，測得中和熱數值將偏大，故D正確。]2．50mL0.50mol·L－1鹽酸與50mL0.55mol·L－1NaOH溶液在如圖所示的裝置中進行中和反應。通過測定反應過程中所放出的熱量可計算中和反應的反應熱。回答下列問題：(1)從試驗裝置看，圖中還缺少的一種玻璃儀器是________________。(2)兩燒杯間填滿碎紙屑的作用是________________________________________________________________________________________________。(3)試驗中改用60mL0.50mol·L－1鹽酸與50mL0.55mol·L－1NaOH溶液進行反應，與上述試驗相比較，所放出的熱量________(填“相等”或“不相等”)，中和反應的反應熱________(填“相等”或“不相等”)，理由是_______________________________________________________________________________。(4)用相同濃度和體積的氨水代替NaOH溶液進行上述試驗，測得中和反應的反應熱的數值與57.3kJ·mol－1相比較會________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。(5)大燒杯上如不蓋硬紙板，求得的中和反應的反應熱數值________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。[解析](1)依據量熱計的構造可知該裝置還缺少的儀器是環形玻璃攪拌棒。(2)中和反應的反應熱測定試驗成敗的關鍵是保溫工作，大小燒杯之間填滿碎紙屑的作用是削減試驗過程中的熱量損失。(3)反應放出的熱量和所用酸、堿的量有關，若用60mL0.50mol·L－1鹽酸與50mL0.55mol·L－1NaOH溶液進行反應，與上述試驗相比，生成水的量增多，所放出的熱量多，但是中和反應的反應熱是強酸和強堿反應生成1mol水時放出的熱量，與酸、堿的用量無關，所以用60mL0.50mol·L－1鹽酸進行上述試驗，測得中和反應的反應熱數值相等。(4)氨水為弱堿，電離過程為吸熱過程，所以用氨水代替稀氫氧化鈉溶液反應，反應放出的熱量偏小，求得的中和反應的反應熱數值將會偏小。(5)大燒杯上如不蓋硬紙板，會有一部分熱量散失，求得的中和反應的反應熱數值將會偏小。[答案](1)環形玻璃攪拌棒(2)保溫、隔熱，削減熱量散失(3)不相等相等中和反應的反應熱是生成1mol水時放出的熱量(其他合理答案也可)(4)偏小(5)偏小強酸和弱堿或弱酸和強堿的稀溶液發生中和反應，反應熱的數值一般小于57.3kJ·mol－1，因為弱電解質的電離是吸熱的。焓變與化學鍵、物質能量之間的關系(素養養成——宏觀辨識與微觀探析)1molH2和1molCl2反應生成2molHCl的能量轉化關系如圖所示：1．斷裂1molH2分子和1molCl2分子中的化學鍵汲取的能量是多少？提示：436kJ·mol－1×1mol＋243kJ·mol－1×1mol＝679kJ。2．由H原子形成1molH—H所放出的能量是多少？提示：由H原子形成1molH—H所放出的能量等于斷裂1molH—H汲取的能量，即436kJ。3．該反應是吸熱反應還是放熱反應？(通過計算回答)提示：ΔH＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1<0，故該反應為放熱反應。1．焓變與化學鍵變更的關系化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變更的主要緣由(如圖)。汲取能量E1↓反應物eq\o(→,\s\up8(舊化學鍵斷裂),\s\do7(新化學鍵形成))反應產物↓放出能量E2E1>E2反應汲取能量ΔH>0E1<E2反應放出能量ΔH<02．焓變與物質能量變更的關系放熱反應吸熱反應關系反應物具有的總能量大于反應產物具有的總能量反應物具有的總能量小于反應產物具有的總能量表示方法ΔH<0ΔH>0圖示實例H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－183.0kJ·mol－1C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.3kJ·mol－11．已知氫氣在氯氣中燃燒時產生蒼白色火焰。在反應過程中，破壞1mol氫氣中的化學鍵消耗的能量為Q1kJ，破壞1mol氯氣中的化學鍵消耗的能量為Q2kJ，形成1mol氯化氫中的化學鍵釋放的能量為Q3kJ，下列關系式中正確的是()A．Q1＋Q2>Q3 B．Q1＋Q2>2Q3C．Q1＋Q2<Q3 D．Q1＋Q2<2Q3D[由于氫氣在氯氣中燃燒是放熱反應，則ΔH<0，ΔH＝Q1＋Q2－2Q3，則Q1＋Q2－2Q3<0，即Q1＋Q2<2Q3，D正確。]2．白磷在高壓下隔絕空氣加熱后急速冷卻，可得深灰色固體——黑磷，其轉化過程中能量變更如圖所示。下列敘述中正確的是()A．黑磷比白磷穩定B．黑磷與白磷互為同分異構體C．白磷轉化為黑磷是氧化還原反應D．白磷轉化為黑磷是吸熱反應A[物質本身具有的能量越低越穩定，因白磷轉化為黑磷是放熱反應，故白磷不如黑磷穩定；兩者互為同素異形體，兩者之間的轉化不是氧化還原反應。]3．CO(g)與H2O(g)反應的能量變更如圖所示，有關兩者反應的說法正確的是()A．該反應為吸熱反應B．1molCO(g)和1molH2O(g)具有的總能量大于1molCO2(g)和1molH2(g)具有的總能量C．該反應不須要加熱就能進行D．1molCO2(g)和1molH2(g)反應生成1molCO(g)和1molH2O(g)要放出41kJ熱量B[由能量變更可知，反應產物的總能量比反應物的總能量低，反應為放熱反應，放熱反應也有可能須要加熱后才能進行；當1molCO2(g)和1molH2(g)反應生成1molCO(g)和1molH2O(g)時，要汲取41kJ熱量。](1)反應物總能量大于反應產物總能量的反應為放熱反應，其逆反應過程為吸熱反應。(2)加熱條件下進行的反應可能是吸熱反應，也可能是放熱反應，反應是吸熱反應還是放熱反應取決于反應物總能量與反應產物總能量的相對大小，與反應條件無關。2024年5月，中國首次海疆自然氣水合物(可燃冰)試采勝利。自然氣水合物甲烷含量占80%～99.9%，燃燒污染比煤、石油、自然氣都小得多，而且儲量豐富，全球儲量足夠人類運用約1000年，因而被各國視為將來石油、自然氣的替代能源。1．可燃冰燃燒是放熱反應還是吸熱反應？其反應熱大于0還是小于0?提示：放熱反應。其反應熱小于0。2．可燃冰燃燒為什么伴隨著能量變更？試從宏觀角度和微觀角度分別分析。提示：宏觀角度：反應物總能量與反應產物總能量不相等，故化學反應都伴隨著能量變更；微觀角度：因為斷裂反應物中的化學鍵汲取的能量與形成反應產物中的化學鍵時放出的能量不相等，故伴隨著能量變更。3．若可燃冰在一個恒壓容器中與空氣反應，其反應熱是否等于體系內能的變更？為什么？提示：否。因為反應產生氣體使體系體積發生變更，有體積功存在，ΔU＝Q＋W。通過本情境素材中從宏觀角度、微觀角度分析化學反應能量變更的緣由，以及對內能變更與反應熱的關系的分析，提升了“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養。1．(素養題)2020年3月9日，我國在西昌衛星放射中心用長征三號乙運載火箭，勝利放射北斗系統第54顆導航衛星。衛星順當進入預定軌道。衛星放射中涉及很多的化學反應與能量變更。下列說法不正確的是()A．反應熱既包括放熱反應放出的熱量，又包括吸熱反應汲取的熱量B．化學反應可分為吸熱反應和放熱反應C．化學反應中的能量變更多少與反應物的量有關D．化學反應中的能量變更都是以熱能形式表現出來的D[化學反應中的能量變更主要是化學能與熱能之間的轉化，但化學能也可以轉化為光能、電能等。]2．下列反應中反應產物總能量高于反應物總能量的是()A．碳酸鈣受熱分解 B．乙醇燃燒C．Al與Fe2O3反應 D．CaO溶于水A[反應產物總能量高于反應物總能量的反應為吸熱反應，B、C、D三項反應均為放熱反應。]3．下列變更為放熱的化學反應的是()A．H2O(g)=H2O(l)B．2HI(g)=H2(g)＋I2(g)C．形成化學鍵時共放出能量862kJ的化學反應D．能量變更如圖所示的化學反應D[A項不屬于化學反應；B項為吸熱反應；C項中化學反應是放熱反應還是吸熱反應取決于斷開反應物中的化學鍵汲取的能量與形成反應產物的化學鍵放出能量的相對大小，該項說法無法確定該反應是放熱反應還是吸熱反應。]4．(雙選)如圖為N2(g)和O2(g)反應生成NO(g)過程中的能量變更，下列說法中正確的是()A．1molN2(g)和1molO2(g)反應汲取的能量為180kJB．1molN2(g)和1molO2(g)具有的總能量小于2molNO(g)具有的總能量C．通常狀況下，N2(g)和O2(g)混合能干脆生成NOD．NO是一種酸性氧化物，能與NaOH溶液反應生成鹽和水AB[反應熱就是斷裂舊化學鍵汲取的總能量和形成新化學鍵所放出的總能量的差值，所以該反應的反應熱ΔH＝946kJ·mol－1＋498kJ·mol－1－2×632kJ·mol－1＝＋180kJ·mol－1，故該反應是吸熱反應，選項A、B正確；氮氣和氧氣反應須要在放電條件下，選項C不正確；NO不是酸性氧化物，和氫氧化鈉溶液不反應，選項D不正確。]5．在測定中和反應的反應熱的試驗中，下列敘述錯誤的是()A．向量熱