1.1 反应热-【新课程能力培养】2024-2025学年高中化学选择性必修1学习手册（人教版）

学 第一章 化学反应的热效应 学 习 目 标 1. 了解反应热的概念， 能解释中和反应反应 热的测定原理， 能根据实验中测定并记录 的数据计算反应热。 2. 能从宏观和微观两个角度构建模型， 并解 释反应热产生的原因。 3. 理解热化学方程式的意义， 能正确书写热 化学方程式。 4. 知道燃烧热的概念， 通过燃烧热的学习， 认识能源在生产、 生活中的重要意义。 知 识 梳 理 知识点 1 反应热 1. 理解体系与环境 体系又称系统， 是指被研究的物质系 统， 包括反应物及发生的反应。 环境是指体系以外的与体系相互影响的其 他部分。 如图， 将盐酸与 NaOH 溶液 混合于试管中。 则体系为盐酸、 NaOH 溶液 以及二者发生的反应。 则环境为试管、 溶液之外的空气。 2. 热量 定义： 指因温度不同而在体系与环境之 间交换或传递的能量。 3. 反应热 定义： 在等温条件下， 化学反应体系向 环境释放或吸收的热量， 称为化学反应的热 第一章 化学反应的热效应 第一节 反应热 体系 环境 教材拓展 体系依据物质和能量与环境间的交 换关系， 又可分为如下三种： 体系 与环境间有无 物质交换 与环境间有无 能量交换 敞开体系 有 有 封闭体系 无 有 孤立体系 无 无 温馨提示 除孤立体系外， 判断体系与环境之 间是否有热量的交换或传递的关键在于 体系与环境之间是否存在温度差。 对于孤立体系而言， 不存在体系与 环境之间的能量交换， 体系内热量的变 化只会使体系的温度升高或降低。 绝热体系就是一种孤立体系。 1 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 效应， 简称反应热。 4. 反应热的类型 （ 1 ） 放热反应： 反应体系向环境释放热量的 反应。 常见的放热反应： 可燃物的燃烧、 酸碱 中和反应、 大多数化合反应、 金属跟酸的置 换反应、 物质的缓慢氧化等。 （ 2 ） 吸热反应： 反应体系从环境吸收热量的 反应。 常见的吸热反应 ： 大多数分解反应 、 碳和水蒸气的反应 、 C 和 CO 2 的 反 应 、 Ba （ OH ） 2 · 8H 2 O 与 NH 4 Cl 的反应等。 知识点 2 反应热测定 1. 反应热测定原理 借助孤立体系 （绝热体系） 内温度变化 测定反应热。 2. 量热计 测定反应热的仪器称作量热计， 许多反 应热可以通过量热计直接测定。 中学常见量热计： 中和反应热测定装 置。 知识点 3 中和反应反应热的测定 1. 实验目的： 利用测定强酸稀溶液与强碱稀 溶液反应产物只有水的反应热， 体验反应 热测定过程。 2. 实验原理： 通过测定一定量的强酸稀溶液 与强碱稀溶液在反应前后体系温度的变 化， 计算反应放出的热量， 由此求得生成 1 mol H 2 O 时反应放出的热量。 3. 实验用品： 简易量热计、 量筒 （ 50 mL ） 两个、 0.50 mol/L 盐酸、 0.55 mol/L NaOH 溶液。 4. 实验装置图： 5. 实验步骤： （ 1 ） 反应物温度的测量。 ① 用量筒量取 50 mL 0.50 mol/L 的盐酸， 打 开杯盖， 倒入量热计的内筒， 盖上杯盖， 插入温度计， 测量并记录盐酸的温度 （数 据填入表中）。 用水把温度计冲洗干净， 擦干备用。 ② 用另一个量筒量取 50 mL 0.55 mol/L 的 NaOH 溶液， 用温度计测量并记录 NaOH 溶液的温度 （数据填入表中）。 用水把温 度计冲洗干净， 擦干备用。 （ 2 ） 反应后体系温度的测量。 打开杯盖， 将量筒内的 NaOH 溶液迅速 倒入量热计的内筒， 立即盖上杯盖， 插入 温度计， 用搅拌器匀速搅拌。 密切关注温 温馨提示 等温条件是指化学反应发生后， 使 反应后体系的温度恢复到反应前体系的 温度， 即反应前后体系的温度相等。 温馨提示 有些反应的反应热是不能通过仪器 直接测得的， 而是通过计算获得的。 温度计 内筒 隔热层 杯盖 外壳 玻璃 搅拌器 2 学 第一章 化学反应的热效应 度变化， 将最高温度记为反应后体系的温 度 （ t 2 ）。 （ 3 ） 重复上述步骤 （ 1 ） 至步骤 （ 2 ） 两次。 6. 数据处理 （ 1 ） 取盐酸温度和 NaOH 溶液温度的平均值 记为反应前体系的温度 （ t 1 ）。 计算温度 差 （ t 2 -t 1 ）， 将数据填入表中。 （ 2 ） 根据数据计算生成 1 mol H 2 O 时放出的 热量。 ①50 mL 0.50 mol/L 盐酸的质量 m 1 =50 g ， 50 mL 0.55 mol/L NaOH 溶液的质量 m 2 = 50 g 。 ② 反应后生成的溶液的比热容 c=4.18 J/ （ g · ℃ ）。 利用 Q＝c ·（ m 1 +m 2 ）·（ t 2 -t 1 ）， 求出反应放 出的能量， 进而求出生成 1 mol H 2 O 时放出 的热量。 解读： 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 H 2 O 时， 放出 57.3 kJ 的 热量。 7. 提高测定反应热准确度的措施 （ 1 ） 使用简易量热计进行实验时， 杯盖要盖 严， 要尽量减少热量散失。 （ 2 ） 盐酸和 NaOH 溶液的浓度必须准确， 本 实验中 NaOH 溶液的浓度稍大于盐酸的 浓度， 两者的浓度均宜小不宜大， 若浓 度偏大， 则测定结果误差较大。 （ 3 ） 盐酸和 NaOH 溶液的体积必须准确。 （ 4 ） 温度计的读数要准确。 ① 水银球部分要完全浸没在溶液中， 且要稳 定一段时间后再读数。 ② 读数时应谨慎细心， 把握并读准温度且由 同一个人来读。 ③ 测量盐酸的温度后， 要将温度计上的酸冲 洗干净后再测量 NaOH 溶液的温度。 （ 5 ） 实验操作要快。 知识点 4 反应热 焓变 1. 焓、 焓变的理解 （ 1 ） 焓， 是与物质的内能有关的物理量， 是 状态函数 。 物质在一定的温度 、 压强 （即一定的状态） 下， 都有自己的焓， 不同物质在同样状态下的焓不同 。 符 号： H 。 实验 次数 反应后 体系的 温度 温度差 盐酸 NaOH 溶液 2 3 t 1 /℃ t 2 /℃ （ t 2 -t 1 ） /℃ 1 反应物的温度 /℃ 反应前 体系的 温度 教材拓展 状态函数 ， 是指在一定的条件下 ， 系统的性质不再随时间而变化， 其状态 就是确定的， 系统状态的一系列表征系 统的物理量被称为状态函数， 其变化值 只取决于系统的始态和终态。 描述焓时， 须指明物质所处的聚集状态和环境的温 度、 压强。 3 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） （ 2 ） 焓变， 是指在一个变化过程中， 体系内 物质的焓值在发生变化， 变化前后的物 质的焓值差即为焓变。 符号： ΔH ， 单 位为 kJ/mol 或 kJ · mol -1 。 2. 焓变与反应热的关系 研究表明， 在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）， 其反应热等于反应 的焓变。 规定： 吸热反应的 ΔH 为 “ + ”， ΔH>0 ； 放热反应的 ΔH 为 “ － ”， ΔH<0 。 知识点 5 化学反应中的热量变化 1. 化学反应中能量产生的原因 化学反应过程中旧键断裂吸收的能量与 新键形成放出的能量不相等， 故化学反应均 伴随着能量变化。 2. 反应热的类型 放热反应和吸热反应。 ① 常见的放热反应： 可燃物的燃烧、 酸碱中 和反应、 大多数化合反应、 金属跟酸的置 换反应、 物质的缓慢氧化等。 ② 常见的吸热反应： 大多数分解反应、 碳 和 水 蒸 气 的 反 应 、 C 和 CO 2 的 反 应 、 Ba （ OH ） 2 · 8H 2 O 与 NH 4 Cl 的反应等。 3. 从宏观与微观两个角度理解放热反应和吸 热反应 （ 1 ） 宏观： 从反应物和生成物的总能量相对 大小的角度分析。 ΔH=H 生成物 -H 反应物 （ 2 ） 微观： 从化学键的断裂与形成的角度 分析。 ΔH＝E 1 －E 2 E 1 ： 旧化学键断裂吸收的能量 E 2 ： 新化学键形成放出的能量 如 H 2 （ g ） +Cl 2 （ g ） 2HCl （ g ） 反应的能量 变化示意图： 温馨提示 “变化” 包括物理变化和化学变化。 物质状态改变， 就会产生焓变， 如 H 2 O 由气态到液态， 这个过程就会产生焓变。 教材拓展 焓是容量性质， 大小与物质的量成正 比， 在相同条件下， 当物质的物质的量增 加一倍时， 焓的数值也增加一倍。 ΔH 的 单位为 kJ/mol ， 其单位中的 “每摩尔” 不 是指每摩尔物质， 而是指每摩尔变化。 生成物 反应物 ΔH<0 焓（ H ） 放热反应 生成物 反应物 ΔH>0 焓（ H ） 吸热反应 反应物 旧化学键断裂 过渡态 新化学键形成 生成物 吸收能量 E 1 放出能量 E 2 H H 键 断裂 Cl Cl 键 断裂 436 kJ/mol 能量 243 kJ/mol 能量 H 431 kJ/mol 能量 H H Cl Cl + + 键 形 成 Cl 键 形 成 H Cl 431 kJ/mol 能量 4 学 第一章 化学反应的热效应 实质： ① 断裂 1 mol H 2 分子中的化学键需要吸收 436 kJ 的能量。 断裂 1 mol Cl 2 分子中的 化学键需要吸收 243 kJ 的能量。 ② 形成 1 mol HCl 分子中的化学键需要放出 431 kJ 的热量。 结论： 该反应放出的能量为 2×431 kJ ， 吸收的能量为 （ 436+243 ） kJ ， 故为最终放 出能量的反应， 两者的能量差为 183 kJ ， 即 放出 183 kJ 的热量， ΔH=-183 kJ/mol 。 实验测得在 25 ℃ 和 101 kPa 下该反应 的反应热为 ΔH=－184.6 kJ/mol 。 知识点 6 热化学方程式 1. 对热化学方程式的理解 （ 1 ） 定义： 表明反应所释放或吸收的热量的 化学方程式， 叫做热化学方程式。 （ 2 ） 热化学方程式一方面表示了化学反应过 程中的质量守恒， 另一方面也表示了反 应前后的热量守恒。 如： H 2 （ g ） + 1 2 O 2 （ g ） H 2 O （ l ） ΔH = -285.8 kJ/mol ， 表示在 25 ℃ 、 101 kPa 的条 件下， 1 mol H 2 与 1 2 mol O 2 完全反应生成 液态水时放出的热量是 285.8 kJ 。 2. 热化学方程式书写规范要求与理解 （ 1 ） 需注明反应时的温度、 压强。 中学所用 ΔH 数据， 一般都是 25 ℃ 和 101 kPa 时 的数据， 因此可不特别注明。 解读： 这是由于 ΔH 为状态函数， 其值的大 小受所处的状态影响。 （ 2 ） 需注明反应物和生成物的聚集状态。 在 物质右下角注明， 气体用 “ g ”， 液体用 “ l ”， 固体用 “ s ”， 溶液用 “ aq ” 表示， 如 H 2 （ g ）表示氢气； 如有同素异形体存 在时， 必须注明同素异形体的名称； 热 化学方程式中不用标 “ ↑ ” 和 “ ↓ ”。 解读： 这是因为物质的聚集状态不同， 其内 能、 焓不同。 （ 3 ） 方程式中的计量系数可以是整数， 也可 以是分数。 解读： 因为 ΔH （ kJ/mol ） 单位中的 “每摩 尔” 表示的是每摩尔反应， 所以热化学方程 式中各物质前的化学计量数不表示分子个 数， 而表示对应物质的物质的量。 （ 4 ） ΔH 只能写在注明反应物和生成物状态 的化学方程式右边， 与方程式用空格隔 开， 其值的 “ + ” “ - ” 必须标明， 单位 为 kJ/mol 。 解读： “ + ” “ - ” 分别代表吸热和放热。 （ 5 ） 热化学方程式表示反应已经完成的量， 因此， 方程式中的化学计量数必须与 ΔH 的数值相对应， 如果化学计量数加 倍， 则 ΔH 的数值也要加倍。 当反应逆 向进行， ΔH 数值与正反应的 ΔH 数值 相同， 但符号相反。 解读： 热化学方程式与数学上的方程式在运 算上方法相同。 （ 6 ） 对于可逆反应， 可逆号在热化学方程式 中可以用等号表示。 因为其 ΔH 值是表 示按方程式系数完全反应的量。 温馨提示 一般采用实验数据表示反应热。 应 用键能计算反应热具有局限性。 5 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 解读： 可逆反应的焓变值为反应物按方程式 的计量数完全反应时的对应量， 因此 “ = ” 完全可用。 （ 7 ） 热化学方程式只写影响 ΔH 的反应条件。 解读： 如催化剂不改变反应的 ΔH ， 因此不写。 3. 判断正误： 看各物质的聚集状态是否正 确； 看 ΔH 的 “ + ” “ - ” 是否正确； 看反 应热的单位是否为 kJ · mol -1 ； 看反应热数 值与化学计量数是否相对应。 知识点 7 燃烧热 1. 概念： 101 kPa 时， 1 mol 纯物质完全燃烧 生成指定产物时所放出的热量， 叫做该物 质的燃烧热。 燃烧热的单位为 kJ · mol -1 。 2. 燃烧热获得方式 燃烧热通常可利用仪器由实验测得。 3. 表示的意义 例如 CH 4 的燃烧热为 890.3 kJ · mol -1 ， 表示在 25 ℃ 、 101 kPa 时， 1 mol CH 4 完全 燃烧放出 890.3 kJ 的热量。 4. 书写燃烧热的热化学方程式 燃烧热是以 1 mol 物质完全燃烧所放出 的热量来定义的， 因此在书写它的热化学方 程式时， 应以燃烧 1 mol 物质为标准来配平 其余物质的化学计量数。 例如 ： 在 101 kPa 时 CH 4 的燃烧热为 890.3 kJ · mol -1 ， 则其燃烧热的热化学方程 式为： CH 4 （ g ） +2O 2 （ g ） CO 2 （ g ） +2H 2 O （ l ） ΔH=-890.3 kJ · mol -1 温馨提示 燃烧反应都放热， ΔH<0 ， 但所放热 量并不都是 “燃烧热”， 只有同时符合下 列限定条件的燃烧反应的反应热才是 “燃烧热”。 （ 1 ） 温度与压强： 25 ℃ 、 101 kPa （提供 的相关数据， 如不说明均视为在此 条件下测定）。 （ 2 ） 可燃物的物质的量为 1 mol ， 该可燃 物为纯净物。 （ 3 ） “完全燃烧” “指定产物” 是指物 质中元素完全转变成稳定的物质， 该物质在该条件下不能继续燃烧。 如 C 元素变为 CO 2 （ g ）， S 元素变 为 SO 2 （ g ） （不是最高价态的硫）， H 元 素变为 H 2 O （ l ） （该温度下是液态）， N 元素变为 N 2 （ g ） 等。 温馨提示 叙述燃烧热时 ， 常用的表述方式 ， 以 25 ℃ 、 101 kPa 时， CH 4 燃烧热为例： （ 1 ） 文字表述： 1 mol CH 4 完全燃烧放出 890.3 kJ 的热量。 （用 “放出” 时， 单位是 kJ ， 强调 1 mol ） （ 2 ） 文字表述： CH 4 的燃烧热为 890.3 kJ · mol -1 。 （ 3 ） 用 ΔH 表述 ： CH 4 的燃烧热 ΔH= -890.3 kJ · mol -1 。 温馨提示 “燃烧热” 的热化学方程式与 “燃烧 反应” 的热化学方程式的区别： “燃烧 反应” 的热化学方程式没有任何限定， 6 学 第一章 化学反应的热效应 5. 燃烧热的相关计算 可燃物完全燃烧放出的热量的计算方 法为： Q 放 =n （可燃物） ×ΔH 式中： Q 放 为可燃物完全燃烧放出的热量； n 为可燃物的物质的量； ΔH 为可燃物的燃烧热。 要 点 精 析 要点 1 吸热反应与放热反应的判断 典例 1 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， 能正确表示总反应焓变的是 （ ） 教材拓展 1. 能源的含义 能源就是能提供能量的资源， 它包 括化石燃料 （煤、 石油、 天然气）、 阳光、 风力、 流水、 潮汐以及柴草等。 2. 能源的重要意义 （ 1 ） 能源是国民经济和社会发展的重要 物质基础。 （ 2 ） 能源的开发利用情况， 可以用来衡 量一个国家或地区的经济发展和科 学技术水平。 3. 能源的常见分类 （ 1 ） 可再生能源和不可再生能源。 ① 可再生能源： 可连续再生、 永久利用 的能源 ， 如风能 、 水能 、 生物质能 、 太阳能、 潮汐能等。 ② 不可再生能源： 经过亿万年形成的、 短期内无法恢复的能源， 如煤、 石油、 天然气、 核能等。 （ 2 ） 常规能源与新能源。 ① 常规能源： 在一定历史时期和科学技 术水平下， 已被人们广泛利用的能源， 如煤、 石油、 天然气、 水能等。 ② 新能源： 随着科技的不断发展， 才被 人类采用先进的方法加以利用的古老 能源以及新发展的利用先进技术所获 得的能源。 如地热能、 核能、 生物质 能 、 氢 能 、 风 能 、 太 阳 能 、 海 洋 能等。 4. 氢能有三大优点： 一是单位质量的燃 烧热值高； 二是资源丰富； 三是无毒、 无污染。 缺点是储存、 运输困难。 5. 解决能源问题的措施 （ 1 ） 提高能源的使用效率。 ① 改善开采、 运输、 加工等各个环节。 ② 科学控制燃烧反应， 使燃料充分燃烧。 （ 2 ） 开发新的能源。 如可燃纯物质的物质的量、 燃烧是否充 分、 生成物是否为稳定的氧化物等， 就 是正常的热化学方程式； 而 “燃烧热” 的热化学方程式是必须符合 “燃烧热” 定义的。 A+B C X 焓 A+B C X 焓 A B 7 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 解析： 物质焓值的相对大小， 决定反应是放 热还是吸热， ΔH 是状态函数， 与路径无关， 只与初始与终止状态有关。 ①A+B→X ΔH>0 ， X 具有的能量大于 A 、 B 的能量总和， A 、 C 两项错误； ②X→C ΔH<0 ， A+B→C ΔH<0 ， C 具有的能量小 于 X 具有的能量， 也小于 A 、 B 的能量总 和， 故 D 项正确， B 项错误。 答案： D 变式训练 1 已知反应 X＋Y M＋N 为吸热反应， 下 列对这个反应的说法中正确的是 （ ） A. X 的能量一定低于 M 的能量， Y 的能量 一定低于 N 的能量 B. 因为该反应为吸热反应， 故一定要加热 反应才能进行 C. 破坏反应物中的化学键所吸收的能量小 于形成生成物中化学键所放出的能量 D. X 和 Y 的总能量一定低于 M 和 N 的总 能量 变式训练 2 伴随下列变化而发生的能量变化中， 属 于反应热的是 （ ） A. 形成 1 mol H — Cl 键放出的能量 B. 石墨转化成金刚石吸收的能量 C. Na 变成 Na ＋ 吸收的能量 D. 水蒸气变成液态水放出的能量 要点 2 化学键与化学反应中能量变化的 关系 典例 2 已知断开 1 mol H — H 键 、 1 mol N — H 键和 1 mol N≡N 键分别需要吸收的 能量为 436 kJ 、 391 kJ 和 946 kJ ， 则 1 mol H 2 完全转化生成 NH 3 能 （ ） A. 吸收热量 92 kJ B. 放出热量 92 kJ C. 放出热量 30.67 kJ D. 吸收热量 30.67 kJ 解析： 首先依据键能的变化求出该反应的 ΔH ， 并可判断该反应是放热还是吸热， 然 后写出该反应的热化学方程式， 依据 ΔH 与 反应物或生成物的系数成正比求解。 该反应的化学方程式为 N 2 +3H 2 2NH 3 。 结合键能与焓变关系， 依据方程式中物质键 数计算该反应的 ΔH 。 ΔH=E （反应物键能总和） -E （生成物键能总 和） ΔH=E （ N≡N ） +3E （ H — H ） -6E （ N — H ） ΔH=946+3×436-6×391=-92 kJ/mol 因为 ΔH<0 ， 所以该反应为放热反应。 设 1 mol H 2 生成 NH 3 放出的热量为 x kJ 。 N 2 （ g ） +3H 2 （ g ） 2NH 3 （ g ） ΔH=-92 kJ/mol 3 92 1 x A+B C X 焓 A+B C X 焓 C D 技巧点拨 图像判断法 ΔH<0 生成物 放热反应 反应物 过渡态物质 焓 形成化学键 释放的能量 断裂化学键 吸收的能量 ΔH>0 吸热反应 过渡态物质 焓 断裂化学键 吸收的能量 形成化学键 释放的能量 生成物 反应物 8 学 第一章 化学反应的热效应 3 1 = 92 x x=30.67 所以放出热量 30.67 kJ 。 答案： C 变式训练 3 单斜硫和正交硫转化为二氧化硫的焓值 变化如图所示， 下列说法正确的是 （ ） A. S （ s ，单斜） S （ s ，正交） ΔH=+0.33 kJ · mol -1 B. 相同物质的量的正交硫比单斜硫的能量高 C. 正交硫比单斜硫稳定 D. ① 表示断裂 1 mol O 2 中的共价键所吸收 的能量比形成 1 mol SO 2 中的共价键所放 出的能量少 297.16 kJ 要点 3 反应热大小比较 比较反应热时， 要将其数值和前面的符 号 “ + ” “ - ” 看作一个整体进行比较， 不能 只比较数值的大小。 ① 若为放热反应， 则有 ΔH<0 ， 反应放出的 热量越多， ΔH 的值越小。 ② 若为吸热反应， 则有 ΔH>0 ， 反应吸收的 热量越多， ΔH 的值越大。 ③ 对于不同的吸热、 放热反应， 吸热反应的 ΔH 大于放热反应的 ΔH 。 要点 4 中和反应热测定实验 典例 3 50 mL 0.50 mol · L -1 盐酸与 50 mL 0.55 mol · L -1 NaOH 溶液在如图所示的装 置中进行中和反应 ， 通过 测定反应过程中所放出的 热量可计算中和热。 回答下列问题： （ 1 ） 从实验装置上看， 图中尚缺少的一种玻 璃仪器是 。 （ 2 ） 烧杯间填满碎纸条的作用是 。 （ 3 ） 大烧杯上如不盖硬纸板， 求得的中和 热数值将 （填 “偏大” “偏 小” 或 “无影响”）。 （ 4 ） 实验中改用 60 mL 0.50 mol · L -1 盐酸跟 50 mL 0.55 mol · L -1 NaOH 溶液进行反 应， 与上述实验相比， 所放出的热量 （填 “相等” 或 “不相等”）， 所求中和热 （填 “相等” 或 “不相等”）。 简述理由： 。 （ 5 ） 用相同浓度和体积的氨水代替 NaOH 溶 ΔH 1 =-297.16 kJ · mol -1 SO 2 （ g ） 反应过程 ΔH 2 =-296.83 kJ · mol -1 ①S （ s ，单斜） +O 2 （ g ） ②S （ s ，正交） +O 2 （ g ） 焓 /kJ · mol -1 O 变式训练 3 图 技巧点拨 利用键能计算反应热的方法 （ 1 ） 熟记反应热 ΔH 的计算公式 ΔH=E 1 -E 2 E 1 ： 断开化学键吸收能量总和 E 2 ： 形成化学键释放能量总和 （ 2 ） 注意特殊物质中键数的判断 物质 （ 1 mol ） P 4 C （金刚石） Si SiO 2 键数 （ N A ） 6 2 2 4 温度计 硬纸板 碎纸条 典例 3 图 9 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） 液进行上述实验， 测得的中和热的数值 会 （填 “偏大 ” “偏小 ” 或 “无影响”， 下同）； 用 50 mL 0.50 mol · L -1 NaOH 溶液进行上述实验， 测得的中和 热的数值会 。 解析： （ 1 ） 本实验成败的关键是准确测量 反应后的温度， 因此所有装置必须保温、 绝 热且可使体系温度尽快达到一致， 故缺少的 仪器应为玻璃搅拌器。 （ 2 ） 碎纸条的作用是减少实验过程中的热量 损失。 （ 3 ） 不盖硬纸板会损失部分热量， 故所测得 的结果偏小。 （ 4 ） 由中和热的概念可知， 中和热是以生成 1 mol 水为标准的 ， 而与过量部分的酸碱 无关。 （ 5 ） 由于弱酸、 弱碱的中和反应在放出热量 的同时， 还有弱酸、 弱碱的电离吸热， 所以用 氨水代替 NaOH ， 测得的中和热数值偏小 ； 用 50 mL 0.50 mol · L -1 NaOH 溶液进行上述 实验会导致反应不充分， 测得的反应热会 偏小。 答案： （ 1 ） 玻璃搅拌器 （ 2 ） 减少实验过 程中的热量损失 （ 3 ） 偏小 （ 4 ） 不相等 相等 因为中和热是指酸跟碱发生中和反 应生成 1 mol H 2 O （ l ）所放出的热量， 与酸碱 的用量无关 （ 5 ） 偏小 偏小 变式训练 4 化学反应的本质是 旧键的断裂和新键的形 成过程， 化学键的键能 是形成（或拆开） 1 mol 化学键时释放 （或吸收） 的能量。 已知 P 4 （白磷） 和 P 4 O 6 的分子结构如图所示， 现提 供以下化学键的键能 （ kJ · mol -1 ）： P — P 198 ， P — O 360 ， O O 498 ， 则反应 P 4 （白磷， s ） ＋ 3O 2 （ g ） P 4 O 6 （ s ） 的能量变化为 （ ） A. 吸收 126 kJ 的能量 B. 释放 126 kJ 的能量 C. 吸收 1638 kJ 的能量 D. 释放 1638 kJ 的能量 要点 5 热化学方程式的书写 典例 4 已知 H — H 、 H — O 和 O O 键的键能 分别为 436 kJ/mol 、 463 kJ/mol 和 495 kJ/mol 。 下列热化学方程式正确的是 （ ） A. H 2 O （ g ） H 2 （ g ） + 1 2 O 2 （ g ） ΔH=-485 kJ/mol B. H 2 O （ g ） H 2 （ g ） + 1 2 O 2 （ g ） ΔH=+485 kJ/mol C. 2H 2 （ g ） +O 2 （ g ） 2H 2 O （ g ） ΔH=+485 kJ/mol D. 2H 2 （ g ） +O 2 （ g ） 2H 2 O （ g ） ΔH=-485 kJ/mol 解析： 按热化学方程式书写步骤可依题意完 成前 3 步， 第 4 步依据焓变和键能的关系 计算。 因为 1 mol 的气态水分解产生 1 mol 的 氢气和 1 2 mol 的氧气的能量变化是 2 mol× 463 kJ/mol -436 kJ/mol ×1 mol - 1 2 mol × 495 kJ/mol=242.5 kJ ， 所以热化学方程式为 H 2 O （ g ） H 2 （ g ） + 1 2 O 2 （ g ） ΔH=+242.5 kJ/mol ， A 、 B 错误； 若是 2 mol 的气态水分解产生 2 mol 的氢气和 1 mol 的氧气的能量变化 是 +242.5 kJ/mol×2 mol=+485 kJ ， 物质分P 4 P 4 O 6 变式训练 4 图 10 学 第一章 化学反应的热效应 解吸收的热量与产物燃烧放出的热量数值 相等， 符号相反， 热化学方程式是 2H 2 （ g ） +O 2 （ g ） 2H 2 O （ g ） ΔH=-485 kJ/mol ， C 错 误， D 正确。 答案： D 典例 5 已知化学 反应 A 2 （ g ） +B 2 （ g ） 2AB （ g ）的焓值变 化如图所示， 请写 出该反应的热化学方程式。 解析： 由图可知， 生成物的总焓值高于反应 物的总焓值， 故该反应为吸热反应， 图中 a 表示反应物断裂化学键吸收能量的总和， b 表示形成生成物的化学键释放的能量总和， 故 ΔH= （ a-b ） kJ · mol -1 。 答案： A 2 （ g ） +B 2 （ g ） 2AB （ g ） ΔH= （ a-b ） kJ · mol -1 典例 6 根据焓 （ kJ · mol -1 ） 的变化示意图， 下列说法正确的是 （ ） A. C （金刚石， s ） +O 2 （ g ） CO 2 （ g ） ΔH= （ H 4 -H 1 ） kJ · mol -1 B. 2C （石墨， s ） +O 2 （ g ） 2CO （ g ） ΔH= （ H 2 -H 3 ） kJ · mol -1 C. C （石墨， s ） C （金刚石， s ） ΔH= （ H 3 -H 4 ） kJ · mol -1 D. 2CO 2 （ g ） 2CO （ g ） +O 2 （ g ） ΔH=2 （ H 2 -H 1 ） kJ · mol -1 解析： 金刚石燃烧是放热反应， ΔH＜0 ， A 错误； 根据图像可知 1 mol 石墨不完全燃烧 生成 1 mol CO 放热是 （ H 3 -H 2 ） kJ ， 则 2C （石墨 ， s ） +O 2 （ g ） 2CO （ g ） ΔH=2 （ H 2 -H 3 ） kJ · mol -1 ， B 错误； 根据图像可知石墨的总 能量低于金刚石， 则 C （石墨， s ） C （金刚 石， s ） ΔH= （ H 4 -H 3 ） kJ · mol -1 ， C 错误； CO 2 分解生成 CO 和氧气是吸热反应， 则根据图 像可知 2CO 2 （ g ） 2CO （ g ） +O 2 （ g ） ΔH=2 （ H 2 - H 1 ） kJ · mol -1 ， D 正确。 答案： D 变式训练 5 下列热化学方程式正确的是 （ ） A. 表示硫的燃烧热的热化学方程式： S （ s ） ＋ 3 2 O 2 （ g ） SO 3 （ g ） ΔH＝-315 kJ · mol -1 B. 表示中和热的热化学方程式： NaOH （ aq ） ＋HCl （ aq ） NaCl （ aq ） ＋H 2 O （ l ） ΔH＝ -57.3 kJ · mol -1 C. 表示 H 2 燃烧热的热化学方程式： H 2 （ g ） ＋ 1 2 O 2 （ g ） H 2 O （ g ） ΔH＝-241.8 kJ · mol -1 D. 表示 CO 燃烧热的热化学方程式： 2CO （ g ） ＋O 2 （ g ） 2CO 2 （ g ） ΔH＝-566 kJ · mol -1 变式训练 6 雾霾的主要成分之一是来自汽车尾气的 氮氧化物， 研究表明 CH 4 可以消除汽车尾气 中氮氧化物的污染。 ①CH 4 （ g ） ＋2O 2 （ g ） CO 2 （ g ） ＋2H 2 O （ l ） ΔH=-889.6 kJ/mol ②N 2 （ g ） ＋2O 2 （ g ） 2NO 2 （ g ） ΔH=＋67.2 kJ/mol a b 2 mol AB （ g ） 1 mol A 2 （ g ） +1 mol B 2 （ g ） 焓 kJ · mol -1 过渡态 典例 5 图 1 mol O 2 （ g ） +1 mol C （金刚石， s ） 焓 H 4 H 3 H 2 H 1 1 mol O 2 （ g ） +1 mol C （石墨， s ） 1 mol CO （ g ） +0.5 mol O 2 （ g ） 1 mol CO 2 （ g ） 典例 6 图 11 学 高中化学选择性必修 1 （人教版） ③2NO 2 （ g ） N 2 O 4 （ g ） ΔΗ=-56.9 kJ/mol 写出甲烷气体催化还原 N 2 O 4 气体生成 稳定的单质气体、 二氧化碳气体和液态水的 热化学方程式： 。 要点 6 有关燃烧热计算的一题多解 典例 7 已知： 2H 2 （ g ） +O 2 （ g ） 2H 2 O （ l ） ΔH=-571.6 kJ · mol -1 ； C 3 H 8 （ g ） +5O 2 （ g ） 3CO 2 （ g ） +4H 2 O （ l ） ΔH=-2220 kJ · mol -1 。 设 有氢气和丙烷的混合气体 5 mol ， 完全燃烧 时放出热量 3847 kJ ， 则混合气体中氢气与 丙烷的体积比是 （ ） A. 1 ∶ 3 B. 3 ∶ 1 C. 1 ∶ 4 D. 1 ∶ 1 解析： 本题为反应热和混合物的计算问题。 可利用设未知数法求算， 也可利用平均值法 求算。 方法一： 常规解法——列方程组。 设混合气 体中氢气和丙烷的物质的量分别为 x 和 y ， 由燃烧的热化学方程式可知 H 2 的燃烧热为 571.6 2 =285.8 （ kJ · mol -1 ）， 丙烷的燃烧热为 2220 kJ · mol -1 ， 则可得下列方程组： x+y=5 mol ， 285.8 kJ · mol -1 ×x+2220 kJ · mol -1 ×y=3847 kJ J 。 解得 x≈3.75 mol ， y≈1.25 mol 。 方法二： 估算法 （仅适用于选择题）。 由题 意可知 ： H 2 的燃烧热为 285.8 kJ · mol -1 。 C 3 H 8 的燃烧热为 2220 kJ · mol -1 ， 5 mol 混合 气体完全燃烧共放出 3847 kJ 的热量。 由此 可得 C 3 H 8 的物质的量一定小于 2 mol ， 则 H 2 的物质的量一定大于 3 mol ， 故 H 2 与 C 3 H 8 的体积比一定大于 3 ∶ 2 ， 从而选出正确 答案。 方法三： 十字交叉法。 5 mol 混合气体的平 均燃烧热为 3847 kJ÷5 mol=769.4 kJ · mol -1 ， 有： 得 n （ H 2 ） ∶ n （ C 3 H 8 ） = （ 1450 .6 kJ · mol -1 ） ∶ （ 483.6 kJ · mol -1 ） ≈3 ∶ 1 ， 故二者的体积之比 为 3 ∶ 1 。 答案： B 典例 8 下列说法正确的是 （ ） A. 101 kPa 时 ， 0.5 mol CH 4 完全燃烧放出 445.15 kJ 的热量， 则表示其燃烧热的热 化学方程式是 CH 4 （ g ） +2O 2 （ g ） 2H 2 O （ l ） +CO 2 （ g ） ΔH=-445.15 kJ/mol B. 101 kPa 时， 1 mol S 和 2 mol S 的燃烧热 相等 C. CO 是不稳定的氧化物， 它能继续和氧气 归纳总结 热化学方程式的书写与判断， 应注 意掌握根据键能计算反应热， 根据图示 观察反应热的变化等。 书写热化学方程式的常用 “四步”： 第 1 步： 写方程式 （配平最关键）； 第 2 步： 标物质状态 （用字母标明 物质聚集状态）； 第 3 步： 标条件 （只标非常温、 常 压下的温度压强）； 第 4 步： 写焓变 （ ΔH 的数值、 “ + 、 - ”、 单位）。 H 2 燃烧热 285.8 kJ · mol -1 1450.6 kJ · mol -1 C 3 H 8 燃烧热 2220 kJ · mol -1 483.6 kJ · mol -1 769.4 kJ · mol -1 12 学 第一章 化学反应的热效应 反应生成稳定的 CO 2 ， 所以 CO 的燃烧反 应一定是吸热反应 D. 1 mol 碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热 解析： 在表示某物质燃烧热的热化学方程式 中， ΔH 表示 1 mol 此物质完全燃烧时放出 的热量， 故 A 项错误； 燃烧热指在 101 kPa 时， 1 mol 纯物质完全燃烧生成稳定的氧化 物时所放出的热量， 与实际燃烧的物质的量 无关， 故 B 项正确； 碳不完全燃烧产生的 CO 是一种良好的气体燃料， 其燃烧反应一 定是放热反应， 故 C 项错误； 燃烧热是温度 和压强的函数， 未指明温度和压强谈燃烧热 无意义， 且若 1 mol 碳不完全燃烧所放出的 热量也不能称为燃烧热， 故 D 项错误。 答案： B 变式训练 7 已知： C （ s ） ＋O 2 （ g ） CO 2 （ g ） ΔH 1 CO 2 （ g ） ＋C （ s ） 2CO （ g ） ΔH 2 2CO （ g ） ＋O 2 （ g ） 2CO 2 （ g ） ΔH 3 4Fe （ s ） ＋3O 2 （ g ） 2Fe 2 O 3 （ s ） ΔH 4 3CO （ g ） ＋Fe 2 O 3 （ s ） 3CO 2 （ g ） ＋2Fe （ s ） ΔH 5 下列关于上述反应焓变的判断正确的是 （ ） A. ΔH 1 >0 ， ΔH 3 <0 B. ΔH 2 >0 ， ΔH 4 >0 C. ΔH 1 ＝ΔH 2 ＋ΔH 3 D. ΔH 3 ＝ΔH 4 ＋ΔH 5 要点 7 能源的开发和利用 典例 9 未来新能源的特点是资源丰富， 在 使用时对环境无污染或污染很小， 且可以再 生。 下列符合未来新能源标准的是 （ ） ① 天然气 ② 煤 ③ 核能 ④ 石油 ⑤ 太 阳能 ⑥ 生物质能 ⑦ 风能 ⑧ 氢能 A. ①②③④ B. ⑤⑥⑦⑧ C. ③⑤⑥⑦⑧ D. ③④⑤⑥⑦⑧ 解析： 天然气、 煤、 石油都是化石能源， 不 可再生， 因此不属于未来新能源， ①②④ 不 符合； 核能使用不当的话对环境有污染， 且 不可再生， 故核能不属于未来新能源， ③ 不 符合； 太阳能、 生物质能、 风能资源丰富， 在使用时对环境无污染或污染很小， 属于未 来新能源， ⑤⑥⑦ 符合； 氢能可以再生， 燃 烧产物是水， 可以作为氢气的原料， 属于未 来新能源， ⑧ 符合， 因此符合未来新能源标 准的是 ⑤⑥⑦⑧ ， 故 B 项正确。 答案： B 变式训练答案 1. D 2. B 3. C 4. D 5. B 6. CH 4 （ g ） +N 2 O 4 （ g ） N 2 （ g ） +CO 2 （ g ） +2H 2 O （ l ） ΔH=-899.9 kJ/mol 7. C 13