1.1.1 反应热　焓变(word教参)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

第一节　反应热 第1课时　反应热　焓变 目标导航 [知识导图] [课程标准] 1.认识化学能与热能的相互转化，能分析化学变化和伴随反应发生的能量转化与物质微观结构之间的关系。 2.能解释化学反应中能量变化的本质，能定量分析化学变化的热效应，知道恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示。 3.通过中和反应反应热测定实验，培养实验探究、勤于实践、善于合作的学科素养。 （见学生用书P4） 1　反应热及测定 1.体系与环境——以盐酸与NaOH溶液之间的反应为例 环境：与体系相互影响的其他部分，如盛溶液的　①试管　和溶液之外的　②空气　等看作环境。 体系：试管中的　③盐酸　、　④NaOH溶液　及发生的反应等看作一个反应体系。 2.反应热的概念 在　􀀅等温　条件下，化学反应体系向环境　􀀆释放　或从环境　􀀇吸收　的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。 3.反应热的测定 许多反应热可以通过　􀀈量热计　直接测定。在反应前后，如果环境的温度没有变化，则反应放出的热量就会使体系的温度升高，这时可以根据测得的体系的　􀀉温度变化　和有关物质的　⑩比热容　等来计算反应热。 4.中和反应反应热的测定 （1）实验目的 测定强酸与强碱反应的反应热，感受化学反应的热效应。 （2）实验装置 （3）实验步骤 ①反应物温度的测量 a.用　⑮量筒　量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸，打开杯盖，倒入量热计的　⑯内筒　中，盖上杯盖，插入　⑰温度计　，测量并记录　⑱盐酸　的温度。用水把温度计上的　⑲酸　冲洗干净，擦干备用。 b.用另一个　⑳量筒　量取50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液，用　㉑温度计　测量并记录　㉒NaOH溶液　的温度。 ②反应后体系温度的测量 a.打开杯盖，将量筒中的NaOH溶液　㉓迅速　倒入量热计的　㉔内筒　中，　㉕立即　盖上杯盖，插入　㉖温度计　，用搅拌器　㉗匀速　搅拌。密切关注温度变化，将　㉘最高　温度记为反应后体系的温度（t2）。 b.重复上述步骤①至步骤②两次。 （4）数据处理 ①取盐酸温度和NaOH溶液温度的　㉙平均值　记为反应前体系的温度（t1）。计算温度差（t2－t1）。 ②取三次测量所得温度差的　㉚平均值　作为计算依据。 ③根据温度差和比热容等计算反应热。 为了计算简便，可以近似地认为实验所用酸、碱溶液的密度、比热容与水的相同，并忽略量热计的比热容，则： a.50 mL 0.50 mol·L－1盐酸的质量m1＝50 g，50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液的质量m2＝50 g。 b.反应后生成的溶液的比热容c＝4.18 J·（g·℃）－1，50 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液发生中和反应时放出的热量为（m1＋m2）·c（t2－t1）＝　㉛0.418（t2－t1）　kJ。 c.生成1 mol H2O时放出的热量为　㉜0.418（t2－t1）/（0.025）　kJ。 2　反应热与焓变 1.内能 化学反应前后体系的　㉝内能　（符号为U）发生了变化。内能是体系内物质的各种能量的总和，受　㉞温度　、　㉟压强　和物质的　㊱聚集状态　等影响。 2.焓与焓变 （1） （2）焓变与反应热的关系 在　㊷等压　条件下进行的化学反应（严格地说，对反应体系做功还有限定，中学阶段一般不考虑），其反应热　㊸等于　反应的焓变。 （3）焓变与吸热反应和放热反应的关系 ①放热反应：当反应体系放热时其焓　㊹减小　，ΔH为　㊺负值　，即ΔH　㊻＜　0。 ②吸热反应：当反应体系吸热时其焓　㊼增大　，ΔH为　㊽正值　，即ΔH　㊾＞　0。 3.化学反应中能量变化的原因——以氢气和氯气反应生成氯化氢为例 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　㊿436　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－1，即反应热＝反应物分子的化学键断裂时　吸收　的总能量－生成物分子的化学键形成时　释放　的总能量 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）加热条件下发生的反应均为吸热反应。（　×　） （2）吸热反应的ΔH＜0，放热反应的ΔH＞0。（　×　） （3）反应热、焓变均指化学反应中的热量变化，单位为kJ或J。（　×　） （4）所有的化学反应都伴有能量的变化，伴有能量变化的一定是化学反应。（　×　） （5）一个化学反应反应物的能量大于生成物的能量时，反应放热，ΔH为“－”。（　√　） 　 名师提醒 （1）反应热是指化学反应过程中的能量变化，为化学能与热能、电能、光能等之间的相互转化。 （2）反应热是体系指从始态（反应物）到终态（生成物）总能量的变化，放热反应的体系能量降低（ΔH的符号为“－”），吸热反应的体系能量升高（ΔH的符号为“＋”）。 （见学生用书P6） 1　反应热 1.已知H2和O2反应过程中能量的变化如图所示： （1）上述反应是放热反应还是吸热反应？ （2）图中a、b、c分别代表什么意义？ （3）上述反应的焓变ΔH与a、b、c有什么关系？ （1）放热反应。 （2）a代表断开1 mol氢气中的化学键和0.5 mol氧气中的化学键所吸收的总能量；b代表1 mol氢气和0.5 mol氧气反应生成1 mol气态水放出的总能量；c代表形成2 mol O—H键放出的总能量。 （3）ΔH＝a－c＝－b。 1.放热反应与吸热反应的比较 类型比较 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 原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 微观 原因 反 应 物生 成 物　E1＞E2，吸收热量，ΔH＞0E1＜E2，放出热量，ΔH＜0 与键能 的关系 反应物的键能总和＜生成物的键能总和 反应物的键能总和＞生成物的键能总和 焓变 ΔH＜0 ΔH＞0 图示 能量 变化 体系的能量降低 体系的能量升高 实例 H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g） ΔH＝－184.6 kJ·mol－1 C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g） ΔH＝＋131.5 kJ·mol－1 常见 反应 类型 ①燃烧反应； ②酸碱中和反应； ③大多数化合反应； ④金属跟酸的置换反应； ⑤铝热反应 ①大多数分解反应； ②中和反应逆反应； ③Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应； ④C和H2O（g）、C和CO2等的反应 【例题1】下列有关化学能与热能的说法正确的是（　　） A.铝热反应属于吸热反应 B.若某反应的反应物总能量大于生成物总能量，则该反应为吸热反应 C. H2H＋H的过程需要吸收能量 D.凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应 思维导引：理解ΔH＝生成物总能量－反应物总能量，以及断裂化学键一定吸收能量，形成化学键一定释放能量。 答案　C　 解析　铝热反应属于放热反应，A项错误；反应物总能量大于生成物总能量，则该反应为放热反应，B项错误；H2H＋H的变化是断裂了H—H键，断裂化学键需要吸收能量，C项正确；一个反应是吸热反应还是放热反应取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小，与反应的条件无关，有些放热反应也需要经加热才能发生，如燃烧反应，D项错误。 　 归纳总结 化学反应热效应的理解 （1）吸热反应和放热反应均指化学反应，而不是纯粹的热现象。浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶于水等放出热量，但不是放热反应；硝酸铵晶体溶于水、物质的电离等吸收热量，但不是吸热反应。 （2）化学反应中的能量变化通常以热量形式表现出来，但也可转化为光能、电能、内能等，且均遵循能量守恒定律。 　 归纳总结 （3）反应是吸热还是放热与反应开始时是否需要加热无关，与反应类型（化合、分解、置换、复分解反应，氧化还原反应和非氧化还原反应等）没有直接的因果关系，只取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。 【变式1】“自热”火锅的发热包主要成分有：生石灰、铁粉、焦炭粉、氯化钙……等。下列说法错误的是（　　） A.生石灰与水反应放热 B.使用时需向发热包中加入沸水 C.铁粉发生缓慢氧化，辅助放热 D.氯化钙可以吸收微量的水，减缓发热包失效 答案　B　 解析　生石灰与水发生反应生成氢氧化钙，会放出大量的热，A项正确；反应本身放热，无需加入沸水，B项错误；铁粉缓慢氧化的过程也是放热反应，C项正确；生石灰吸水会使发热包失效，氯化钙有吸水干燥作用，减缓发热包失效，D项正确。 2.利用键能计算反应热的步骤 （1）明确每个反应物和生成物分子中的化学键数目。 （2）根据热化学方程式中各物质的化学计量数计算反应物的总键能和生成物的总键能。 （3）依据“ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能”计算反应热。 （4）注意ΔH的符号，计算结果为负值，则ΔH为“－”，反之为“＋”。 【例题2】通常，人们把拆开1 mol某化学键吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以估量化学键的强弱，也可以估计化学反应的反应热（ΔH），化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下列是一些化学键的键能，根据键能数据估算下列反应的反应热ΔH为（　　） CH4（g）＋4F2（g）CF4（g）＋4HF（g） 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 思维导引：明确反应物和生成物中存在的化学键种类→每个分子所含的各类化学键的条数→根据焓变与化学键键能关系计算式进行计算。 答案　A　 解析　在反应CH4（g）＋4F2（g）CF4（g）＋4HF（g）中，ΔH＝（4×414＋4×155） kJ·mol－1－（4×489＋4×565） kJ·mol－1＝－1 940 kJ·mol－1，A项正确。 【变式2】已知断裂1 mol化学键所需的能量（kJ）：N≡N为942、OO为500、N—N为154，O—H为452.5，则断裂1 mol N—H所需的能量（kJ）是（　　） A.194 B.316 C.391 D.658 答案　C　 解析　依据图像分析，反应为N2H4（g）＋O2（g）N2（g）↑＋2H2O（g），反应的焓变ΔH1＝－534 kJ/mol，反应的焓变＝反应物断裂化学键吸收的能量－生成物形成化学键放出的能量，设断裂1 mol N—H键吸收的能量为x，则4x＋154＋500－942－4×452.5＝－534，解得x＝391，故选C项。 　 归纳总结 常见物质中的化学键数目 物质 CO2 （CO） CH4 （C—H） P4 （P—P） SiO2 （Si—O） 金刚 石 Si 键数 2 4 6 4 2 2 2　中和反应反应热测定的误差分析 2.根据测定中和反应反应热的实验，思考下列问题。 （1）实验中为何使用0.55 mol·L－1 NaOH溶液与0.50 mol·L－1 盐酸反应，而不是选用0.50 mol·L－1 NaOH溶液？ （2）以下操作会对结果有什么影响：①用0.55 mol·L－1 KOH溶液代替0.55 mol·L－1 NaOH溶液；②用浓硫酸代替盐酸；③用稀硫酸和Ba（OH）2 溶液测定中和反应反应热。 （1）碱过量的目的是保证盐酸完全反应。 （2）①无影响，强酸、强碱的稀溶液反应生成1 mol H2O（l）时放出的热量相同；②浓硫酸溶于水时放热，会使所测反应热的数值偏大；③稀硫酸会和Ba（OH）2反应生成BaSO4沉淀，对反应热的测定造成误差。 中和反应反应热测定实验中产生误差的原因 （1）装置方面：装置的隔热保温效果不好，造成实验过程中热量损失而引起误差。 （2）操作方面 （3）读数方面 【例题3】某化学兴趣小组要完成中和反应反应热的测定。 （1）实验桌上备有0.5 mol·L－1盐酸、0.55 mol·L－1NaOH溶液及如图的仪器，尚缺少的实验玻璃用品是　　　　。 （2）实验中能否用环形铜丝搅拌棒代替玻璃搅拌器？　　　　（填“能”或“否”），其原因是　　　　。 （3）他们记录的实验数据如表： 实验用品 溶液温度 中和反应反应热ΔH（平均值） t1 t2 ① 50 mL 0.55 mol·L－1NaOH 50 mL 0.5 mol·L－1HCl 20 ℃ 23.3 ℃ ② 50 mL 0.55 mol·L－1NaOH 50 mL 0.5 mol·L－1HCl 20 ℃ 23.5 ℃ 已知：Q＝cm（t2－t1），反应后溶液的比热容c为4.18 kJ/（kg·℃），各物质的密度均为1 g·cm－3。完成表格。 （4）若用KOH代替NaOH，对测定结果　　　　（填“有”或“无”）影响。 思维导引：根据中和热概念明确测定原理→明确量热计的构造及作用→数据处理（温度变化取平均值）→计算中和热并做出判断。 解析　（1）中和反应反应热的测定过程中，需要用量筒量取酸溶液、碱溶液，需要使用温度计测量温度，所以还缺少量筒。（2）不能用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒，因为铜丝搅拌棒是热的良导体，热量损失大。（3）2次温度差分别为3.3 ℃和3.5 ℃，2组数据都有效，温度差平均值为3.4 ℃，50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液和50 mL 0.5 mol·L－1HCl溶液的质量和为m＝100 mL×1 g/mL＝100 g；c＝4.18 J/（g·℃），Δt＝3.4 ℃，代入公式Q＝cm（t2－t1）可得生成0.025 mol的水放出热量Q＝4.18 J/（g·℃）×100 g×3.4 ℃＝1 421.2 J＝1.421 2 kJ，所以生成1 mol水放出热量为1.421 2÷0.025≈56.8 kJ，即该实验测得中和反应热ΔH＝－56.8 kJ/mol。（4）KOH代替NaOH，二者都是强碱，符合中和反应反应热的概念，所以用KOH代替NaOH，对测定结果无影响。 答案：（1）量筒　（2）否　Cu易导热，热量散失导致误差大　（3）－56.8 kJ/mol　（4）无 【变式3】利用如图所示装置测定中和热的实验，相关说法正确的是（　　） A.为了减小热量损失，倒入NaOH溶液应该多次迅速倒入 B.用环形玻璃搅拌棒上下轻轻地搅动 C.烧杯如不盖硬纸板，不影响测得的中和热数值 D.先用温度计测量盐酸温度，无需洗涤，再测量氢氧化钠溶液温度，并做好记录 答案　B　 解析　为了减小热量损失，倒入NaOH溶液应一次迅速倒入，A项错误；用环形玻璃搅拌棒上下轻轻地搅动，使酸碱完全反应，B项正确；烧杯如不盖硬纸板，热量损失较多，测得的中和热数值偏小，C项错误；先用温度计测量盐酸温度，洗涤后再测量氢氧化钠溶液温度，并做好记录，D项错误。 （见学生用书P9） 1.（焓变、反应热的概念理解）下列说法正确的是（　　） 　 A.图1为放热反应，放热反应不需要加热就能反应 B.图2为吸热反应，分解反应均为吸热反应 C.反应热描述的是化学反应前后的热量变化，任何化学反应都有反应热 D.同温同压下，反应H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同 答案　C　 解析　图1反应物的总能量比生成物总能量大，为放热反应，有些放热反应不加热不能发生，如铝热反应，A项错误；图2反应物的总能量比生成物总能量小，为吸热反应，但少数分解反应均为放热反应，如NH4NO3炸药分解，释放出能量，B项错误；化学反应的实质是反应物化学键断裂和生成物中化学键的形成，过程中一定伴随能量变化，所以任何化学反应都有反应热，C项正确；焓变与反应条件无关，则同温同压下，H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH相同，D项错误。 2.（吸热反应与放热反应的判断）下列过程属于化学变化且能量变化符合图示变化的是（　　） A. H2O（l）→H2O（g） B. NaOH（s）溶解于水 C.水煤气燃烧 D.玻璃棒搅拌氯化铵与氢氧化钡晶体 答案　C　 解析　液态水→气态水，该过程为物理变化，不属于化学变化，A不符合题意；氢氧化钠固体溶于水，虽然该过程为放热，但该过程为物理变化，不属于化学变化，B不符合题意；水煤气燃烧是放热反应，符合图像，C符合题意；氯化铵与氢氧化钡反应属于吸热反应，不符合图像，D不符合题意。 3.（反应热的计算）如图为N2（g）和O2（g）反应生成NO（g）过程中的能量变化，则该反应的反应热为（　　） A.－180 kJ·mol－1 B.＋180 kJ·mol－1 C.＋812 kJ·mol－1 D.－812 kJ·mol－1 答案　B　 解析　该反应的化学方程式为N2（g）＋O2（g）2NO（g），则ΔH＝（946＋498－2×632） kJ·mol－1＝＋180 kJ·mol－1。 4.（中和热的测定）已知：25 ℃、101 kPa时，H＋（aq）＋OH－（aq）H2O（l）　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。分别使用3组稀溶液来测定中和反应的反应热，下列说法正确的是（　　） 序号 ① ② ③ 稀溶液 硫酸和氢氧化钠 硫酸和氨水 硫酸和氢氧化钡 ΔH/（kJ·mol－1） a b c A. a＝b＝c B.生成的水越多，中和反应的反应热越小 C.酸碱混合要迅速，否则热量容易散失 D.实验中的玻璃搅拌器可换成铁制搅拌器 答案　C　 解析　①中硫酸和氢氧化钠反应的热量为中和热，②中硫酸和氨水反应放出的热量小于中和热，因为氨水是弱碱，电离要吸热，③中硫酸和氢氧化钡反应因生成了硫酸钡沉淀，使其放出的热量大于中和热，因此其焓变大小应为b＞a＞c，A项错误；中和热指的是强酸强碱的稀溶液完全反应生成1 mol水所放出的热量，B项错误；测定中和热时，酸碱混合要迅速，否则热量容易散失，造成测定结果不准确，C项正确；铁制搅拌器导热，会使热量散失快，实验中的玻璃搅拌器不可换成铁制搅拌器，D项错误。 5.（中和反应反应热的测定）实验是化学学习的基础，请完成以下实验填空。某实验小组在同样的实验条件下，用同样的实验仪器和方法步骤进行两组中和反应反应热测定的实验，实验试剂及其用量如表所示。 反应物 起始温度/℃ 最终温度/℃ 中和热/kJ·mol－1 酸溶液 NaOH溶液 ①0.5 mol·L－1HCl溶液50 mL、0.55 mol·L－1 NaOH溶液50 mL 25.1 25.1 ΔH1 ②0.5 mol·L－1 CH3COOH溶液50 mL、0.55 mol·L－1 NaOH溶液50 mL 25.1 25.1 ΔH2 （1）甲同学预计ΔH1≠ΔH2，其依据是　　　　 　　　　。 （2）若实验测得①中最终温度为28.4 ℃，则该反应的中和热ΔH1＝　　　　（保留一位小数）（已知盐酸、NaOH溶液密度近似为1.0 g·cm－3，比热容c＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1）。 （3）在中和热测定实验中，若测定酸的温度计未洗涤干燥就直接测量碱溶液的温度，则测得的中和热ΔH　　　　（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 答案　B　 解析　（1）CH3COOH是弱酸，存在电离平衡，其电离过程会吸收热量，所以反应热会比强酸的少。（2）反应中总质量为100 g，温度变化为28.4 ℃－25.1 ℃＝3.3 ℃，反应中生成水的物质的量为0.5 mol/L×0.05 L＝0.025 mol，则中和热为 ≈55.2 kJ/mol。（3）在实验过程中，测定硫酸的温度计未用水洗涤就直接测量碱溶液的温度，则酸碱中和放热，会使碱溶液的温度偏高，最后测定实验中温度差变小，中和热数值偏小，ΔH偏大。 答案：（1）CH3COOH是弱酸，其电离过程会吸收热量 （2）－55.2 kJ/mol　（3）偏大 学科网（北京）股份有限公司 $$