第1章 第1节 第1课时 反应热 焓变 （Word教参）-【精讲精练】2024-2025学年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 [学习目标] 1．能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学反应中能量变化的本质，能从宏观和微观相结合的视角分析化学反应中的能量变化。2.了解反应热、内能、焓变等基本概念。3.结合真实情境中的应用实例，从多角度认识放热反应和吸热反应。了解化学反应中能量变化在生活、生产中的应用。4.了解定量测定反应热的基本原理和实验方法，能正确分析误差产生的原因并能采取适当措施减小误差，培养科学探究能力。 知识点一　反应热及其测定 1．反应热及有关概念 (1)体系和环境 以盐酸与NaOH溶液之间的反应为例。如图： 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)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__。 2．反应热的测定 (1)测定原理 ΔH＝－ 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。 (2)实验装置 (3)实验过程 (4)数据处理 某小组用50 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液进行实验。 实验 次数 反应物的 温度/℃ 反应前体系的温度 反应后体系的温度 温度差 盐酸 NaOH溶液 t1/℃ t2/℃ (t2－t1)/℃ 1 25.0 25.2 __25.1__ 28.5 __3.4__ 2 24.9 25.1 __25.0__ 28.3 __3.3__ 3 25.6 25.4 __25.5__ 29.0 __3.5__ 设溶液的密度均为1 g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18 J·g－1·℃－1，则反应放出的热量Q＝cmΔt＝c·[m(盐酸)＋m(NaOH)溶液]·(t2－t1)≈__1.42__ kJ，那么生成1 mol H2O放出的热量为＝　 kJ　＝__56.8_kJ__。 特别提醒　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。 (5)中和热 ①概念：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成__1_mol__ H2O(l)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(l)时，放出__57.3__ kJ的热量。 1．在中和热的测定实验中，下列有关说法正确的是________(填序号)。 (1)实验中选用稍过量的NaOH溶液是为了确保盐酸完全被中和 (2)若用浓硫酸代替盐酸，则测得的中和热的数值不变 (3)若用稀醋酸代替盐酸，则测得的中和热的数值不变 (4)完成一次完整的实验，至少测量三次温度 (5)可用温度计代替玻璃搅拌器 (6)在中和热的测定实验中不需要托盘天平 提示　(1)(4)(6) 2．若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定中和反应反应热，对结果会产生什么影响？ 提示　若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定反应热，生成BaSO4沉淀还会多放出一部分热量，所测反应热的数值偏大。 提高测定中和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 保证酸被完全中和 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 减少体系热量损失 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，使测量所得温度更接近实际温度 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 测量所得初始温度更接近实际初始温度 将溶液迅速倒入内筒后，立即盖上杯盖 减少体系热量的损失 重复实验2～3次 测量所得温度差更接近实际温度多 1．某试管中盛有Al粉和稀盐酸，下列有关说法不正确的是(　　) A．试管、Al粉、稀盐酸及发生的反应可看作一个体系 B．除反应物、生成物及相关反应外，其他均看作环境 C．Al与稀盐酸反应导致体系温度升高，向环境中释放热量 D．Al与稀盐酸反应的反应热可以通过量热计测量 解析　A　铝粉、稀盐酸及发生的反应可看作一个体系，试管属于环境，A错误。 2．(2024·四川攀枝花七中高二月考)课本测定中和反应反应热的实验中，下列说法正确的是(　　) A．使用金属搅拌器是为了加快反应速率，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NaOH溶液迅速一次倒入装有盐酸的量热计内筒中，并立即盖上杯盖 C．用0.5 mol·L－1NaOH溶液分别与0.5 mol·L－1的盐酸、醋酸溶液反应，若所取的溶液体积都相等，则测得的中和反应反应热相同 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、量热计、滴定管、温度计、玻璃搅拌器 解析　B　铜导热性较强，导致热量散失较多，则测量出的中和热误差大，A错误；醋酸为弱酸，弱酸电离是一个吸热过程，故用0.5 mol·L－1 NaOH溶液分别与0.5 mol·L－1的盐酸、醋酸溶液反应，若所取的溶液体积都相等，则测得的中和反应反应热不相同，C错误；在测定中和反应反应热的实验中，需要量筒、温度计、量热器、玻璃搅拌器，用不到天平和滴定管，D错误；故选B。 3．(2024·合肥高二检测)盐酸和氢氧化钠是两种常见的酸和碱，在工业生产中起着非常重要的作用。盐酸是化学工业重要原料之一，还用于离子交换树脂的再生以及电镀、金属表面的清洗剂。氢氧化钠(NaOH)的用途极广，用于生产纸、肥皂、染料、人造丝、冶炼金属以及食品加工、木材加工及机械工业等方面。现将V1 mL 1.00 mol·L－1盐酸和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1＋V2＝50 mL)。 回答下列问题： (1)做该实验时环境温度为________。 (2)此NaOH溶液的浓度约为________。 解析　(1)环境温度是盐酸、氢氧化钠混合前的温度，故应看横坐标为0时对应的纵坐标，即20 ℃。(2)恰好反应时，体系放出的热量最多，混合溶液温度最高；由图可知参加反应的盐酸溶液的体积是30 mL，由V1＋V2＝50 mL可知，消耗的氢氧化钠溶液的体积为20 mL。设恰好反应时氢氧化钠溶液中溶质的物质的量是n。 　HCl　　　＋　　　　NaOH===NaCl＋H2O 　1　　　　　　　　　 　1 　1.00 mol·L－1×0.03 L n 则n＝1.00 mol·L－1×0.03 L＝0.03 mol，所以浓度是＝1.5 mol·L－1。 答案　(1)20 ℃　(2)1.5 mol·L－1 知识点二　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 焓是物质所具有的__能量__，是与__内能__有关的物理量。符号是__H__，单位是__kJ·mol－1__。 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 1．下列反应属于吸热反应的是________(填序号，下同)，属于放热反应的是________。 ①铝片与稀H2SO4的反应 ②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 ③灼热的木炭与CO2的反应 ④甲烷在O2中的燃烧反应 ⑤H2O2的分解反应 ⑥NaOH固体溶于水 ⑦液态水蒸发 提示　②③　①④⑤ 2．相同条件下，相同质量的液态水的内能________气态水的内能(填“＜”“＞”或“＝”)，__________水更稳定(填“液态”或“气态”)。 提示　＜　液态 1．判断是放热反应(或吸热反应)还是放热过程(或吸热过程)，关键要看是否有新物质生成，只有生成新物质的反应才能是放热反应(或吸热反应)，否则为放热过程(或吸热过程)。 2．吸热反应、放热反应判断的“误区” 误区一：与反应条件有关。 误区二：所有的分解反应都是吸热反应。 3．常见的吸热反应和放热反应： 放热反应：①可燃物的燃烧；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物质的缓慢氧化等。 吸热反应：①大多数分解反应；②碳酸氢钠与盐酸的反应；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应等。 4．物质的内能越高，越不稳定。 1．下列说法正确的是(　　) A．浓硫酸溶于水放出大量的热，是放热反应 B．碳酸钙受热分解的反应中生成物的焓高于反应物的焓 C．反应C(石墨)→C(金刚石)的ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定 D．气态水比液态水稳定 解析　B　浓硫酸溶于水是物理变化，未发生化学反应，是放热过程，A项错误；碳酸钙受热分解在高温条件下进行，反应物吸热转化为生成物，因此生成物的焓高于反应物的焓，B项正确；金刚石和石墨互为同素异形体，其中能量越低的物质越稳定，即石墨比金刚石稳定，C项错误；液态水转化为气态水时要吸收能量，能量低的液态水稳定，D项错误。 2．(2024·贵州松桃民族中学高二月考)已知反应X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是(　　) A．X的焓一定高于M B．Y的焓一定高于N C．X和Y的总焓一定高于M和N的总焓 D．因为该反应为放热反应，故不必加热就可发生 解析　C　该反应为放热反应，X和Y的焓之和一定高于M和N的焓之和，但不能确定Y的焓是否高于N，A、B错误，C正确；放热反应有的也需要条件，如燃烧，D错误。 知识点三　反应热的本质 1．微观角度分析反应热的实质 以H2和Cl2生成HCl为例，在25 ℃和101 kPa下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的能量变化如图： 由图可知，反应物1 mol H2和1 mol Cl2分子中化学键断裂时所吸收的总能量是__679_kJ__，生成物2 mol HCl分子中化学键形成时所释放的总能量是__862_kJ__，则反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)__放出__(填“吸收”或“放出”)的能量为__183_kJ__。 2．化学反应中能量变化的原因 化学反应的本质是反应物分子中__旧化学键断裂__和生成物生成时__新化学键形成__的过程。当反应物分子的化学键断裂时，需要克服原子间的相互作用，这需要__吸收__能量；当原子重新结合成生成物分子，即新化学键形成时，又要__释放__能量。__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。 1．已知：键能是指化学键形成时放出的能量或化学键断裂时吸收的能量。根据键能数据计算CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反应热ΔH＝________。 化学键 C—H C—F H—F F—F 键能(kJ·mol－1) 414 489 565 155 提示　ΔH＝(414×4＋155×4－489×4－565×4)kJ·mol－1＝－1940 kJ·mol－1。 2．试说明物质能量与键能大小的关系。 提示　(1)破坏反应物中的化学键吸收的能量越小，说明反应物越不稳定，本身的能量越高。 (2)形成生成物的化学键放出的能量越多，说明生成物越稳定，本身的能量越低。 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 1．(2023·淮安高二期中)N2在铁触媒催化下与H2反应生成NH3：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol，若断裂1 mol H—H、1 mol N≡N需要吸收的能量分别为436 kJ、945.6 kJ，则断裂1 mol N—H需要吸收的能量为(　　) A．431 kJ　　　　　 B．391 kJ C．869 kJ D．649 kJ 解析　B　设N—H的键能为x，ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，故945.6 kJ/mol＋3×436 kJ/mol－2×3×x＝－92.4 kJ/mol，解得：x＝391 kJ/mol，即断裂1 mol N—H吸收391 kJ的能量，故选B。 2．化学反应是反应热的必要源泉，可以提供人类生活和生产活动的必要能量。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　D　总反应焓变小于0，为放热反应，所以A＋B的能量高于C，第一步反应焓变大于0，为吸热反应，所以A＋B的能量低于X，第二步反应焓变小于0为放热反应，所以X的能量高于C，综上所述图像D符合，故选D。 3．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol F—F、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则反应S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为(　　) A．－1780 kJ·mol－1　 B．－1220 kJ·mol－1 C．－450 kJ·mol－1 D．＋430 kJ·mol－1 解析　B　利用ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和进行计算。ΔH＝280 kJ·mol－1＋3×160 kJ·mol－1－6×330 kJ·mol－1＝－1220 kJ·mol－1，B项正确。 1．(2023·合肥高二联考)《天工开物》中提到“明年，田有粪肥，土脉发烧，东南风助暖，则尽发炎火，大坏苗穗，此一灾也。”下列反应中能量变化与上述不一致的是(　　) A．乙醇燃烧 B．碳酸钙高温分解 C．铝热反应 D．酸碱中和 解析　B　“尽发炎火”说明为放热反应；燃烧、铝热反应、酸碱中和为放热反应，碳酸钙高温分解为吸热反应，故选B。 2．中和热测定实验中，下列操作一定会降低实验准确性的是(　　) A．用滴定管取所用药品 B．NaOH溶液在倒入小烧杯时，有大量溅出 C．大、小烧杯体积相差较大，夹层间放的碎泡沫塑料较多 D．测量HCl溶液的温度计用水洗净后再用来测NaOH溶液的温度 解析　B　NaOH溶液在倒入小烧杯时，有大量溅出，实验中生成水的量减少，放出的热量减小，测得中和热的数值不准。 3．下列关于ΔH的说法正确的是(　　) A．反应过程中，消耗的反应物越多，ΔH越大 B．ΔH＞0时反应放热，ΔH＜0时反应吸热 C．ΔH越大，说明反应放出的热量越多 D．能量变化如图所示的化学反应为放热反应，ΔH为“－” 解析　D　A项，ΔH与化学方程式中的化学计量数有关，与反应物的用量无关，错误；B项，ΔH＞0时反应吸热，ΔH＜0时反应放热，错误；C项，反应热有正、负，反应放出的热量越多，ΔH越小，反应吸收的热量越多，ΔH越大，错误；D项，由于反应物的总焓大于生成物的总焓，故由反应物转化为生成物时，该反应为放热反应，ΔH为“－”，正确。 4．以下是部分共价键键能的数据：H—S键：364 kJ·mol－1；S—S键：266 kJ·mol－1；S===O键：522 kJ·mol－1；H—O键：463 kJ·mol－1。试根据这些数据计算下面这个反应的反应热：2H2S(g)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，反应产物中的S实为S8，实际分子是一个八元环状分子(即)，则Q＝________。 解析　反应可以改成：2H2S(g)＋SO2(g)===S8(s)＋2H2O(l)。根据公式：ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝4×364 kJ·mol－1＋2×522 kJ·mol－1－3×266 kJ·mol－1－4×463 kJ·mol－1＝－150 kJ·mol－1。 答案　150 5．(2023·山西柳林高二期中)为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如图所示三套实验装置： (1)上述3个装置中，不能用于探究“镁与稀盐酸反应是吸热反应还是放热反应”的是________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)。 (2)某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平)，在甲试管里加入适量氢氧化钡溶液与稀硫酸，U形管中可观察到的现象是________________，说明该反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应。 (3)为探究固体M溶于水的热效应，选择装置Ⅱ进行实验(在甲试管中进行)。 ①若M为钠，则实验过程中烧杯中可观察到的现象是__________________________。 ②若观察到烧杯里产生气泡，则说明M溶于水________(填“一定是放热反应”“一定是吸热反应”或“可能是放热反应”)； ③若实验过程中观察到烧杯里的导管内形成一段水柱，则M可能是________。 (4)至少有两种实验方法能证明超氧化钾与水的反应(4KO2＋2H2O===4KOH＋3O2↑)是放热反应还是吸热反应。 方法①：选择上述装置________进行实验； 方法②：取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上，向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水，片刻后，若观察到棉花燃烧，则说明该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。 解析　(1)装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断镁与稀盐酸的反应是放热还是吸热，装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断镁与稀盐酸的反应是放热还是吸热，故装置Ⅲ不能证明该反应是放热反应还是吸热反应； (2)氢氧化钡与稀硫酸反应属于中和反应，中和反应都是放热反应，所以锥形瓶中气体受热膨胀，导致U形管左端液面降低，右端液面升高； (3)①若M为钠，钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，该反应为放热反应，放出的热量使大试管中温度升高，气体压强增大，所以右边烧杯中有气泡产生，反应完毕后，冷却至室温，烧杯里的导管内形成一段液柱； ②若观察到烧杯里产生气泡，说明M溶于水放出热量，由于放热反应一定属于化学反应，而有热量放出的过程不一定为化学反应，所以不一定属于放热反应，如NaOH溶于水会放出热量，但是不属于放热反应； ③观察到烧杯里的导管内形成一段水柱，说明为吸热过程，铵盐溶于水一般为吸热，故M可以为NH4NO3； (4)证明超氧化钾与水的反应是放热反应还是吸热反应的方法①：选择上述装置Ⅰ(或Ⅱ)进行实验，Ⅰ装置右边U形管中左端液柱降低，右端液柱升高(或烧杯中导管中有气泡放出)，证明该反应为放热反应； 方法②：取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上，向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水，片刻后，若观察到棉花燃烧，则说明该反应放出大量热，使棉花燃烧，证明该反应是放热反应。 答案　(1)Ⅲ　(2)左端液面降低，右端液面升高 放热　(3)①产生气泡，反应完毕后，冷却至室温，烧杯里的导管内形成一段液柱　②可能是放热反应　③NH4NO3　(4)Ⅰ或Ⅱ　放热 学科网（北京）股份有限公司 $$