第1章 第1节 第1课时 反应热 焓变（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019 单选版）

第一节　反应热 第1课时　反应热　焓变 课程标准 核心素养目标 1.认识化学能可以与热能等其他形式能量之间相互转化，能量的转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．认识化学能与热能的相互转化，恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示。 1.宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观相结合的视角理解化学反应中能量变化的本质，正确认识和判断放热反应和吸热反应。 2．变化观念与平衡思想：能辨识化学反应中的能量转化形式，形成能量可以相互转化的观念，正确理解反应热和焓变的概念。 [对应学生用书P1] 一、反应热及其测定 1．体系和环境 (1)在研究反应热时，需要明确体系和环境。以研究盐酸与NaOH溶液之间的反应为例。 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)热量 热量是指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 (1)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。 (2)测定方法 测定仪器 测定原理 量热计 在反应前后，如果环境的温度没有变化，则反应放出的热量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比热容等来计算反应热。 3.中和反应反应热的测定(探究) (1)实验装置 (2)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。 (3)实验结论 大量实验测得，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。 二、反应热与焓变 1．内能(U) 内能是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．反应热和焓变 (1)定义 (2)反应热与焓变的关系 研究表明，在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，用符号ΔH表示，常用单位是kJ/mol或kJ·mol－1。 (3)焓变与放热反应、吸热反应的关系 反应类型 放热反应 吸热反应 图像 焓变(ΔH) 体系向环境释放能量，反应体系的焓减小，ΔH为负值，即ΔH<0 体系从环境中吸收能量，反应体系的焓增大，ΔH为正值，即ΔH>0 3.从微观角度认识反应热的实质 以反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)为例，能量变化如图所示，从微观角度来讨论反应热的实质。 结合图示分析： 化学键 反应中能量变化 断裂或形成1 mol化学键的能量变化 断裂或形成化学键的总能量变化 H—H 吸收436 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 ◆概念图解 体系和环境的关系 (1)被研究的物质系统称为体系，包括反应物、生成物及发生的反应。 (2)与体系相互影响的其他部分称为环境，如反应容器、空气等。 ◆易错警示 测定中和反应反应热的注意事项 (1)防止热量损失 ①用玻璃搅拌器搅拌，不能使用金属搅拌器。 ②实验过程中动作要迅速。 (2)用强酸和强碱的稀溶液 ①若用强酸和强碱的浓溶液，反应生成1 mol H2O(l)放出的热量大于57.3 kJ。 ②若用弱酸和弱碱，二者电离时吸热，生成1 mol H2O(l)放出的热量小于57.3 kJ。 ③若酸和碱反应生成1 mol H2O(l)的同时还生成沉淀，则反应放出的热量大于57.3 kJ，如稀硫酸和Ba(OH)2溶液反应生成H2O和BaSO4沉淀。 (3)用同一支温度计可减小实验误差，但测量完一种溶液的温度后，温度计必须用水冲洗干净并擦干。 ◆名师点拨 数据的近似处理 为了计算简便，可以近似地认为实验所用盐酸、NaOH溶液的密度、比热容与水的相同，并忽略量热计的比热容。 (1)50 mL 0.50 mol/L盐酸的质量m1＝50 g，50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液的质量m2＝50 g。 (2)反应后生成的溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃)。 ◆名师点拨 化学反应中产生反应热是由于化学反应前后体系的内能发生了变化。 ◆概念辨析 反应热和焓变的比较 比较项目 反应热 焓变 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能量 化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差 单位 kJ/mol(或kJ·mol－1) 联系 在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ◆拓展延伸 化学反应的本质及特点 ◆名师点拨 (1)化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。 (2)根据键能计算反应热(ΔH)的计算公式：ΔH＝∑E(反应物键能)－∑E(生成物键能)。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P3] 探究一 从宏观和微观两个视角认识反应热 2023年五一假期各地旅游火爆，有一种适合外出旅行时食用的“即食即热型快餐”(即不须借助外来热源，本身可自热的包装食品)，内层是用铝箔包裹并已加工好的真空包装食品，隔层中盛放着两包化学物质，食用时只要拉动预留在外的拉线，即可使隔层中的两包化学物质混合发生反应，利用反应放出的热量对内层食品进行加热。 [问题设计] (1)“两包化学物质”可能是下列哪一组物质？ A．氯化钠和水 B．生石灰和水 C．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体 提示：B组 解析：即食即热型快餐，说明物质混合后要放出大量的热。氯化钠溶于水热量变化非常小，生石灰与水反应放热，Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应吸热。 (2)生石灰与水反应中，反应物具有的总能量高还是生成物具有的总能量高？用反应过程与能量变化关系示意图来表示。 提示：反应物具有的总能量高，示意图如下图所示： (3)生石灰与水的反应属于化合反应，那么化合反应一定是放热反应吗？Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应属于复分解反应，那么复分解反应一定属于吸热反应吗？ 提示：不一定，如C和CO2的反应是化合反应，但其属于吸热反应；氢氧化钠与盐酸的反应是复分解反应，但其属于放热反应。 1．从焓值及变化角度(宏观视角)认识反应热 项目 放热反应 吸热反应 图示表示 ΔH正负 ΔH＜0 ΔH＞0 ΔH与焓的关系 ΔH＝H(生成物)－H(反应物) 2.从化学键变化角度(微观视角)认识反应热 (1)化学键的变化与能量变化的关系 (2)ΔH与键能的关系 ΔH＝∑E(反应物)－∑E(生成物)，其中ΔH表示反应焓变，∑E(反应物)和∑E(生成物)分别表示反应物中共价键的键能总和、生成物中共价键的键能总和。 【例1】 在25 ℃和101 kPa下，根据如图所示的H2(g)和Cl2(g)反应生成HCl(g)过程中能量变化情况，判断下列说法错误的是(　　) A．1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)的反应热ΔH＝＋183 kJ/mol B．2 mol气态氢原子结合生成H2(g)时放出436 kJ能量 C．断裂1 mol HCl(g)分子中的化学键，需要吸收431 kJ能量 D．1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)具有的总能量比2 mol HCl(g)具有的总能量高 A　解析：由题干信息可知，1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)的反应热ΔH＝436 kJ/mol＋243 kJ/mol－2×431 kJ/mol＝－183 kJ/mol，A错误；断开1 mol H—H需要吸收436 kJ的能量，故2 mol气态氢原子结合生成H2(g)时放出436 kJ能量，B正确；断裂1 mol HCl分子中的化学键，需要吸收431 kJ能量，C正确；由A项分析可知，该反应为放热反应，故该反应中反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，D正确。 解答本题的思路如下： (1)分析图中共价键变化时的能量变化反应物的键能总和、生成物的键能总和ΔH。 (2)结合反应的ΔH反应物具有的总能量和生成物具有的总能量的高低。 1．已知在100 ℃、1.01×105 Pa下，1 mol氢气在氧气中燃烧生成气态水的能量变化如图所示，下列说法不正确的是(　　) A．1 mol H2O(g)分解为2 mol H与1 mol O时吸收930 kJ热量 B．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH＝－490 kJ/mol C．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙 D．乙→丙的过程中若生成液态水，释放的能量将小于930 kJ D　解析：由能量变化图可知，1 mol H2O(g)分解为2 mol H与1 mol O时吸收930 kJ热量，A正确；反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH＝∑E(反应物键能)－∑E(生成物键能)＝(2×436＋249×2－930×2) kJ/mol＝－490 kJ/mol，B正确； 甲吸收能量生成乙，乙释放能量生成丙，乙的能量最高，甲生成丙为放热反应，则甲的能量高于丙，则甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙＞甲＞丙，C正确； 乙→丙的过程中生成气态水时，释放930 kJ的能量，若生成液态水，气态水转变为液态水会继续释放能量，则释放的能量将大于930 kJ，D错误。 探究二 中和反应反应热的测定 某研究性学习小组的同学利用如图所示装置测定中和反应反应热的实验装置和步骤如下： (1)用量筒量取50 mL 0.50 mol/L盐酸倒入量热计的内筒，测量并记录盐酸温度，用水将温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。 (2)用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液，用温度计测量并记录其温度。 (3)将量筒中的NaOH溶液分次缓慢倒入量热计的内筒中，立即盖上杯盖，插入温度计，用搅拌器匀速搅拌使之混合均匀，测得混合液的平均温度。 (4)重复测量2～3次，准确记录数据。 [问题设计] (1)上述步骤中有两处错误，请指出存在的错误。 提示：①NaOH溶液分次缓慢倒入量热计的内筒中；②测量混合液的平均温度。 (2)能否用相同形状的细铁丝代替玻璃搅拌器？其原因是什么？ 提示：不能，铁与盐酸反应且铁丝导热，影响测量结果。 (3)该小组同学测得生成1 mol H2O(l)时放出热量小于57.3 kJ，其可能的原因有哪些？ 提示：①实验装置保温、隔热效果差；②分多次将NaOH溶液倒入内筒中；③测量稀盐酸的温度计未洗净直接测定NaOH溶液的温度(其他合理答案均可)。 提高中和反应反应热的测定实验准确性的方法 (1)原理方面：①为使测得数据更准确，实验中要用强酸、强碱的稀溶液； ②为保证盐酸被完全中和，采用稍过量的NaOH溶液(酸过量也可以)。 (2)仪器方面：①不能将温度计当搅拌器使用，且玻璃搅拌器要上下移动； ②要使用玻璃搅拌器，不能用金属搅拌器代替。 (3)操作方面：①向盐酸中加入NaOH溶液要一次加入，且动作要迅速，且立即盖上杯盖，防止热量散失； ②温度计要插入溶液中，不能接触容器壁或底部； ③用同一支温度计测量酸、碱溶液，但温度计必须用水冲干净并擦干再使用。 (4)读数方面：搅拌时要密切关注温度计示数的变化，随时读取温度值，记录下最高温度值。 【例2】 用如图所示的装置进行中和反应反应热的测定。下列说法正确的是(　　) A．如图条件下实验过程中没有热量损失 B．玻璃搅拌器可用铜质材料代替 C．为了使反应均匀进行，药品可以分几次加入 D．分别测量NaOH与醋酸和硫酸中和反应反应热的数值不同 D　解析：图示条件下的实验过程中一定有部分热量损失，A错误；金属铜易导热，玻璃搅拌器不能用铜质材料代替，B错误；若药品分几次加入，热量损失过多，应该一次性快速加入药品，C错误；CH3COOH是弱酸，电离吸热，分别测量NaOH与醋酸和硫酸中和反应反应热的数值不同，D正确。 2．(2024·安徽名校高二联考)关于中和反应反应热的测定实验，下列说法错误的是(　　) A．使用玻璃搅拌器是为了增大反应速率，减小实验误差 B．为了使反应进行得更完全，可以使酸或碱适当过量 C．若简易量热计不盖杯盖，生成1 mol H2O时所测得中和反应反应热ΔH将偏大 D．用温度计测量盐酸的起始温度后直接测量NaOH溶液的温度，其他过程无误，则测得反应热ΔH偏小 D　解析：使用玻璃搅拌器是为了增大反应速率，缩短反应时间，减少热量的散失，即可减小实验误差，A正确；为了使反应进行得更完全，可以使酸或碱适当过量，以减小实验误差，B正确；若简易量热计不盖杯盖，则增大热量的散失，测量到的热量减少，但反应放热ΔH＜0，故生成1 mol H2O时所测得中和反应反应热ΔH将偏大，C正确；用温度计测量盐酸的起始温度后直接测量NaOH溶液的温度，将使反应前溶液的平均温度增大，反应中测量的最终温度减小，其他过程无误，测量到的热量减少，但反应放热ΔH＜0，则测得反应热ΔH偏大，D错误。 [对应学生用书P6] 1．下列有关反应热的说法不正确的是(　　) A．在等温、等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变(ΔH) B．反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的ΔH＝－184.6 kJ/mol，则反应物的总焓值大于生成物的总焓值 C．在等温条件下，酸碱中和反应是放热反应，反应体系内能减少 D．所有反应的反应热都可以通过量热计直接测量 D　解析：在等温、等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变(ΔH)，A正确；酸碱中和反应是放热反应，在等温条件下，反应体系向环境释放热量，故反应体系内能减少，C正确；部分反应的反应热可以通过量热计直接测量，一些有不稳定存在的物质参与的反应，其反应热无法通过量热计直接测量，D错误。 2．1 mol C(金刚石，s)和1 mol C(石墨，s)所具有的能量如图所示，下列说法正确的是(　　) A．C(金刚石，s)===C(石墨，s)是放热反应 B．金刚石比石墨稳定 C．1 mol C(石墨，s)转化为1 mol C(金刚石，s)需要吸收(E2－E1)kJ的热量 D．断开1 mol石墨中的化学键所吸收的能量小于断开1 mol金刚石中化学键所吸收的能量 A　解析：金刚石具有的能量高于石墨具有的能量，故C(金刚石，s)===C(石墨，s)是放热反应，A正确；物质具有的能量越低越稳定，则石墨比较稳定，B错误；1 mol C(石墨，s)转化为1 mol C(金刚石，s)需要吸收(E1－E2) kJ的能量，C错误；反应的ΔH＝生成物总能量－反应物总能量，1 mol C(石墨，s)转化为1 mol C(金刚石，s)需要吸收(E1－E2) kJ的热量，为吸热反应，则断开1 mol石墨中的化学键所吸收的能量大于断开1 mol金刚石中化学键所吸收的能量，D错误。 3．下列有关测定中和反应反应热实验的说法正确的是(　　) A．使用玻璃搅拌器是为了使反应物混合均匀，减小实验误差 B.为了准确测定反应混合溶液的温度，实验中温度计水银球应与容器底部接触 C．用50 mL 0.55 mol/L的NaOH溶液与50 mL 0.50 mol/L的盐酸反应，测得的反应热数值偏大 D．在测定中和反应反应热的实验中需要使用的仪器有天平、量筒、烧杯、温度计、玻璃棒 A　解析：实验中温度计水银球不能与容器底部接触，B错误；为使盐酸完全反应，实验中加入稍过量的NaOH溶液，测定的反应热数值不变，C错误；该实验不需要天平、玻璃棒，D错误。 4.在量热计中(如图所示)将100 mL 0.50 mol/L的CH3COOH溶液与100 mL 0.55 mol/L NaOH溶液混合，温度从298.0 K升高到300.7 K，已知量热计的热容常数(量热计各部件温度每升高1 K所需要的热量)是150.5 J/K，溶液密度均为1 g/mL，充分混合后溶液的比热容c＝4.184 J/(g·K)。 (1)CH3COOH的中和反应反应热ΔH＝ 。 (2)CH3COOH的中和反应反应热的文献值为ΔH＝－56.1 kJ/mol，你认为(1)中测得的实验值出现偏差可能的原因是 。 (3)实验中NaOH过量的目的是 。 (4)你认为CH3COOH的中和反应反应热与HCl的中和反应反应热(ΔH)相比， 的中和反应反应热数值较大，其原因是 。 答案：(1)－53.3 kJ/mol (2)量热计的保温瓶绝热效果不好；酸、碱溶液混合不迅速；温度计不够精确等(合理即可) (3)保证CH3COOH完全被中和，从而提高实验准确度 (4)CH3COOH　CH3COOH是弱酸，只有少部分电离，发生电离时要吸热，中和时放热较少 解析：(1)根据题中所给信息可推算出酸和碱的物质的量，酸为0.050 mol，碱为0.055 mol，可知碱是过量的，应以酸的量计算，算出生成0.050 mol水时放出的热量，进而算出生成1 mol水时放出的热量，即可得出CH3COOH的中和热：ΔH＝－×(300.7 K－298.0 K)≈－5.33×104 J/mol＝－53.3 kJ/mol。 (2)本实验方法测得的CH3COOH的中和反应反应热ΔH大于文献值，原因可能有以下几个方面：①量热计的保温瓶绝热效果不好；②酸、碱溶液混合不迅速；③温度计不够精确等。 (3)过量的碱能保证CH3COOH完全被中和，从而提高实验准确度。 (4)CH3COOH是弱酸，只是少部分电离，发生电离时要吸热，中和反应时放热较少。 学科网（北京）股份有限公司 $$