第1章 第1节 第1课时 反应热 焓变（讲义word）-【勤径学升】2024-2025学年高中化学选择性必修1同步练测（人教版2019）

第一节　反应热 第1课时　反应热　焓变 学习目标 核心素养 1．认识化学能可以与热能、电能等其他形式能之间相互转化，能量的变化遵循能量守恒定律。 2．知道内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、物质的聚集状态的影响。 3．明确恒温恒压下化学反应的反应热可以用焓变表示。 4．了解反应热测定的原理、实验(包括仪器、药品、实验过程与操作)。 1．变化观念：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化。 2．证据推理与模型认知：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。 3．科学探究：依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究。 [对应学生用书第1页] 一、反应热及其测定 1．体系与环境(以研究盐酸与NaOH溶液的反应为例) 体系与环境示意图 将试管中的盐酸、NaOH溶液及发生的反应等看作一个反应体系，简称体系(又称系统) 与体系相互影响的其他部分，如盛溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境 2.体系与环境的热交换——反应热 (1)热量：因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量。 (2)反应热：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 (1)原理：反应热＝－cmΔt。 ①c：反应溶液的比热容，指单位质量的某种物质温度升高1_℃所吸收的热量。 ②Δt：反应体系的温度变化。 (2)实验装置 将下列实验装置中各仪器(或物品)的名称及作用填在横线上。 (3)实验数据测定及处理 测定反应前体系的温度和反应后体系的温度，重复三次，代入公式Q＝ ，计算生成1 mol H2O时放出的热量。 4．中和热 (1)概念 在稀溶液中，酸与碱发生中和反应而生成1_mol_H2O时的反应热叫做中和热。 (2)数值 在25 ℃和101 kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O时，放出57.3 kJ的热量。 1．在做中和热实验测定中和热时，可能用到下列仪器，其中应使用的仪器是________。 ①托盘天平　②量筒　③烧杯　④滴定管　⑤温度计　⑥试管　⑦酒精灯 答案　②③⑤ 二、反应热与焓变 1．内能：体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。 2．焓：焓是与内能有关的物理量。 符号是H，单位是J或kJ。 3．焓变 (1)焓变的符号是ΔH，单位是kJ/mol或kJ·mol－1。 (2)焓变与反应热的关系 在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。 4．焓变的符号与放热吸热的关系 (1)放热反应：ΔH为负值，即ΔH<0，体系能量降低。 (2)吸热反应：ΔH为正值，即ΔH>0，体系能量升高。 (3)图像 2．下列过程伴随的能量变化中，属于反应热的是(　　) A．形成1 mol H—Cl放出的能量 B．石墨转化为金刚石吸收的能量 C．1 mol O2形成2 mol O吸收的能量 D．水蒸气变成液态水放出的能量 答案　B 三、化学反应中能量变化的原因 1．宏观上 反应物和生成物自身含有的能量不同，反应前后体系的能量(或内能)发生了变化。如图所示。 (1)当反应物总能量>生成物总能量(选填“>”或“<”)，反应放出热量，体系能量降低，ΔH<0，为放热反应。 (2)当反应物总能量<生成物总能量(选填“>”或“<”)，反应吸收热量，体系能量升高，ΔH>0，为吸热反应。 2．微观上 (1)化学反应的实质：旧化学键断裂，新化学键形成。 (2)化学键变化与反应热的关系 已知：图中Q吸表示断裂化学键吸收的热量； Q放表示形成化学键放出的热量。 ①若Q吸<Q放，反应放出能量，体系能量降低，为放热反应。 ②若Q吸>Q放，反应吸收能量，体系能量升高，为吸热反应。 3．H2在O2中燃烧生成H2O的反应是放热反应，则(　　) A．该过程中热能转化为化学能 B．反应物的总能量小于生成物的总能量 C．该过程中化学能转化为电能 D．反应物的总能量大于生成物的总能量 答案　D [对应学生用书第3页] 要点一　中和反应反应热的测定 1．测定NaOH溶液的温度前，温度计上的盐酸为什么要用水冲洗干净？冲洗后的溶液能否倒入盐酸中？其原因是什么？ 提示：测定NaOH溶液的温度时，若温度计上沾有酸，二者反应放出热量，测得NaOH溶液的温度偏高；冲洗后的溶液不能倒入盐酸中，若倒入，会使混合液的总质量增加，导致实验结果产生误差。 2．盐酸和NaOH溶液混合时，为什么要将量筒中的NaOH溶液一次性倒入盐酸中而不能缓慢(或分多次)倒入？ 提示：本实验的关键是测反应的反应热，若动作迟缓(或分多次倒入)，会使热量损失而使误差增大。 3．不能用铜质搅拌棒代替玻璃搅拌器的原因是什么？若用醋酸代替盐酸进行中和热的测量，测量反应放出的热量会减小还是增大？ 提示：因为铜质搅拌棒导热太快，造成一些热量散失，引起误差；醋酸是弱电解质，电离吸收热量，因此测量反应放出的热量会减小。 1．提高测定反应热准确度的措施及作用 措施 作用 实验药 品用量 采用碱稍过量的方法 为了保证酸、碱完全中和 实验装置、 仪器选择 内筒和外筒上口对齐，内外筒中间有隔热层 可以减少热量损失 实验过程使用同一支温度计进行温度测量 减少仪器本身的误差，使测量的温度更准确 实验操作 用温度计测量完盐酸的温度后，用水将温度计上的酸冲洗干净，擦干再测量碱溶液的温度 测量的初始温度更准确 将溶液迅速倒入内筒后，立即盖上杯盖 减少热量的损失 重复实验2～3次 测量的温度差更准确 2.测定原理方面应注意的问题 根据Q＝cmΔt计算出来的是所取盐酸和所取NaOH溶液反应时放出的热量，单位为kJ，而中和热应该是生成单位物质的量的水时的反应热，单位为kJ·mol－1，表示为： 中和热＝－， c＝4.18 J·g－1·℃－1 ＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1； n为生成H2O的物质的量。 3．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： ①实验过程中液体洒落桌面； ②混合酸碱溶液时，动作缓慢； ③用温度计测量酸的温度后未清洗就直接测量碱的温度。 (3)读数方面： ①温度计的读数有误差； ②量取溶液体积时，读数有误差，俯视、仰视的问题。 [例1]　 中和热是指稀溶液中酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O 所放出的热量。某学生想通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和热。他将50 mL 0.5 mol/L的盐酸与50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。请回答下列问题： (1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是________；烧杯间填满碎塑料泡沫的作用是________________________________________________________________________。 (2)若大烧杯上不盖硬纸板，则求得的中和热数值(此处指绝对值)________(选填“偏大”“偏小”或“无影响”)。 (3)实验中改用60 mL 0.50 mol/L的盐酸跟50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液进行反应，上述实验相比，所放出的热量________(选填“相等”或“不相等”)，所求中和热的数值________(选填“相等”或“不相等”)。 [解析]　(1)为加快酸碱中和反应，要用玻璃搅拌器对混合液进行搅拌。中和热测定实验要在绝热体系中进行，烧杯间填满碎塑料泡沫的作用是保温、隔热，减少实验过程中的热量损失。(2)若大烧杯上不盖硬纸板，反应放出的热量部分被环境吸收，测得放出的热量偏小，故测得中和热数值偏小。(3)50 mL 0.5 mol/L的盐酸与50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液反应时，盐酸完全反应生成0.025 mol H2O；改用60 mL 0.50 mol/L的盐酸跟50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液进行反应，NaOH完全反应生成0.027 5 mol H2O，故实验中放出热量不同；由于ΔH＝－，故所求中和热的数值相等。 [答案]　(1)玻璃搅拌器　保温、隔热，减少实验过程中的热量损失　(2)偏小　(3)不相等　相等 1．(湖南名校联盟月考)在进行中和反应反应热的测定中，下列操作或说法错误的是(　　) A．不可将温度计当搅拌棒使用，也不可靠在容器内壁上 B．搅拌时，玻璃搅拌器应上下移动 C．测量反应混合液的温度时要随时读取温度，记录下最高温度 D．为了使反应完全，必须保证酸和碱恰好完全反应 解析　实验时不能将温度计当搅拌棒使用，为减小实验误差，温度计不要碰到容器底或容器壁，A正确；实验时玻璃搅拌器不能碰到温度计，应上下移动，B正确；实验时要随时读取混合液的温度，记录混合溶液的最高温度，C正确；为使反应进行完全，可使酸或碱适当过量，D错误。 答案　D 要点二　放热反应与吸热反应 1．所有的分解反应都是吸热反应。这种说法对吗？为什么？ 提示：错误。大多数分解反应都是吸热反应，但也有例外，如H2O2分解为放热反应。 2．根据教材中的此图可判断液态水变为气态水为吸热反应。这种说法正确吗？为什么？ 提示：不正确。水三态之间的变化为物理变化，并非化学变化，不能称为吸热反应。 3．能否根据反应条件判断一个反应是放热反应还是吸热反应？为什么？ 提示：不能。有些放热反应需加热引发才能进行，如碳的燃烧；有些吸热反应常温下即可进行，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应。 吸热反应与放热反应的比较 　　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 表示方法 ΔH<0 ΔH>0 宏观角度 E反>E生 E反<E生 微观角度 Q吸<Q放 Q吸>Q放 图示 实例 ①大多数化合反应 ②中和反应 ③金属与水或酸的反应 ④燃烧反应 ⑤铝热反应 ①大多数分解反应 ②Ba(OH)2·8H2O与氯化铵的反应 ③以C、CO为还原剂的氧化还原反应(除燃烧) [方法规律]　若放热反应需要加热才能引发进行，则开始反应后停止加热，该反应能继续进行；若是吸热反应需要加热，则需要持续加热，才能使反应持续进行。 [例2]　(天津武清四校月考)如图所示，有关化学反应和能量变化的说法不正确的是(　　) A．图a表示的是放热反应的能量变化 B．图b表示反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量 C．图a表示的反应不需要加热就一定能发生，图b表示的反应一定需要加热才能发生 D．图b可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化 解析　图a中反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，A正确；图b表示吸热反应，即反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量，B正确；放热反应、吸热反应能否发生与是否加热无关，C错误；NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O的反应为吸热反应，可用图b表示，D正确。 答案　C 2．下列变化一定为放热反应的是(　　) A．H2O(g)===H2O(l)放出44 kJ热量 B．ΔH>0的化学反应 C．形成化学键时共放出能量862 kJ的化学反应 D．能量变化如图所示的化学反应 解析　H2O(g)===H2O(l)属于物理变化，不属于化学反应，所以不属于放热反应，A错误；反应ΔH>0，属于吸热反应，B错误；反应的热量变化由断裂化学键吸收的热量和形成化学键放出的热量相对大小决定，C错误；由图中能量变化可知，反应物总焓大于生成物总焓，所以属于放热反应，D正确。 答案　D 要点三　化学反应中能量变化的原因 1．已知： 化学键 H—H N≡N N—H 键能/(kJ·mol－1) 436 946 391 试计算N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH是多少？ 提示：ΔH＝－92 kJ·mol－1。利用键能计算ΔH需明确反应中各物质的系数以及每个分子中含有的化学键数目，如每个NH3含有3个N—H键，则2 mol NH3分子中共含有6 mol N—H键，应计算6 mol N—H键的总键能。依据题目所给数据可算出：断裂化学键需要吸收的能量为436 kJ·mol－1×3 mol＋946 kJ·mol－1×1 mol＝2 254 kJ，生成新键放出的能量为391 kJ· mol－1×6 mol＝2 346 kJ，故反应放出的热量为2 346 kJ－2 254 kJ＝92 kJ，即ΔH＝－92 kJ· mol－1。 2．根据图像回答下列问题： (1)金刚石和石墨谁更稳定？ (2)ΔH1与ΔH2相比，哪一个较大？ 提示：(1)石墨更稳定。由图像知，石墨含有的能量比金刚石低，键能大，比金刚石稳定。 (2)ΔH1。由图像知，石墨与O2反应放出的热量少，ΔH1大。 1．化学反应的本质 2．焓变的两种计算方法 (1)根据物质具有的能量来计算。 ΔH＝E(总生成物)－E(总反应物) (2)根据化学键来计算。 ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和 ＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键放出的总能量 3．有关键能及计算中的注意事项 (1)键能：键能是指在标准状况下，将1 mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。键能是表征化学键强度的物理量，可以用键断裂时所需的能量大小来衡量。 (2)熟记常见1 mol物质中含有的共价键的类别及物质的量：如1 mol H2O中含有2 mol H—O键，1 mol H2O2中含有2 mol H—O键和1 mol O—O键；1 mol P4含有6 mol P—P键；1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键。 (3)注意事项：计算时要注意化学计量数与共价键总数的关系，不能按1 mol计算，要根据实际配平的化学方程式计算反应物或生成物的总键能。 [例3]　已知某化学反应2B2A(g)===A2(g)＋2B2(g)(B2A、A2、B2的分子结构分别为B—A—B、A===A、B—B)的能量变化如图所示，下列有关叙述不正确的是(　　) A．该反应的进行一定需要加热 B．该反应的ΔH＝(E1－E2) kJ·mol－1 C．由2 mol A(g)和4 mol B(g)形成1 mol A===A键和2 mol B—B键，放出E2 kJ能量 D．该反应中，反应物的键能总和大于生成物的键能总和 [解析]　A项，由图可知，该反应为吸热反应，某些吸热反应在常温下也可发生，A项错误。 [答案]　A 3．(湖北沙市中学月考)根据表中数据计算反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)生成1 mol CO2(g)时的热量变化(　　) 化学键 C—H O—O O＝O C—O C＝O H—O 键能/ (kJ·mol－1) 415 138 498 343 798 465 A．放出热量800 kJ B．放出热量1 520 kJ C．吸收热量110 kJ D．放出热量610 kJ 解析　根据焓变与键能之间关系，ΔH＝E反应物的键能总和－E生成物的键能总和＝4×415 kJ·mol－1＋2×498 kJ·mol－1－(2×798 kJ·mol－1＋4×465 kJ·mol－1)＝－800 kJ·mol－1，故生成1 mol CO2(g)时放出的热量为800 kJ。 答案　A [对应学生用书第6页] 1．(江苏常熟中学高二期中)下列说法正确的是(　　) A．反应热是1 mol物质参加反应时的能量变化 B．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 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，由生成物与反应物能量的相对大小来决定 解析　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反应热，A错误；需要加热的反应不一定是吸热反应，如铝热反应需要加热，但为放热反应，B错误；焓是与内能有关的物理量，恒压条件下的反应热又称为“焓变”，C错误；在一定条件下，某一化学反应的热效应取决于反应物和生成物总能量的相对大小，若反应物总能量大于生成物的总能量，为放热反应，反之为吸热反应，D正确。 答案　D 2．(广东广州高二期中)下列关于中和反应反应热测定实验的说法不正确的是(　　) A．简易量热计的隔热层是为了减少实验过程中的热量损失 B．使用玻璃搅拌器既可以搅拌又避免损坏温度计 C．向盛装酸的量热计内筒中加碱时要小心缓慢 D．测完酸液温度后的温度计要用水清洗擦干后再测碱液的温度 解析　简易量热计的隔热层能减少实验过程中的热量损失，A正确；玻璃搅拌器能上下搅动液体，使溶液混合均匀，所以使用玻璃搅拌器既可以搅拌又避免损坏温度计，B正确；向盛装酸的量热计内筒中加碱时应迅速、一次性加入，减少热量损失，C错误；测完酸液的温度后，温度计需用水清洗，擦干后再测碱液的温度，测量结果较准确，否则温度计上残留的酸液会与碱液反应，使测得的碱液温度偏高，D正确。 答案　C 3．反应A＋B―→C(ΔH>0)分两步进行：①A＋B―→X(ΔH>0)，②X―→C(ΔH<0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　) 解析　A＋B―→C(ΔH>0)是一个吸热的过程，A、B符合，该反应分两步进行，①A＋B―→X(ΔH>0)为吸热过程，②X―→C(ΔH<0)为放热过程，A项符合题意。 答案　A 4．(1)从能量的变化和反应的快慢等角度研究反应：2H2＋O2===2H2O。已知该反应为放热反应，下图能正确表示该反应中能量变化的是________(选填“A”或“B”)。 从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。化学键的键能如下表： 化学键 H—H O===O H—O 键能/(kJ·mol－1) 436 496 463 则生成1 mol水可以放出热量________kJ。 (2)以下反应：①木炭与水制备水煤气　②氯酸钾分解　③炸药爆炸　④酸与碱的中和反应　⑤CaO与H2O作用生成Ca(OH)2　⑥Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应，属于放热反应的有______(填序号)。 解析　(1)2H2＋O2===2H2O是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，能正确表示该反应中能量变化的是A；根据2H2＋O2===2H2O，反应ΔH＝2×436 kJ·mol－1＋496 kJ·mol－1－4×463 kJ·mol－1＝－484 kJ·mol－1，生成1 mol水可以放出热量242 kJ。(2)放热反应主要有化合反应、中和反应、燃烧反应；吸热反应主要有分解反应、以C为还原剂的氧化还原反应、铵盐与碱的反应；属于放热反应的有③炸药爆炸；④酸与碱的中和反应；⑤CaO与H2O作用生成Ca(OH)2。 答案　(1)A　242　(2)③④⑤ 学科网（北京）股份有限公司 $$