第01讲 化学反应与能量变化（暑假预习讲义）新高二化学沪科版

第01讲 化学反应与能量变化 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 系统的内能 1．系统与环境——以盐酸与NaOH溶液的反应为例 ( 系统 ： 被研究的对象 称为系统 环境： 系统以外的，与系统相关的其他部分 称为环境 ) 【例如】：不同体系与环境的交换 体系分类 敞开体系 （又叫开放体系） 封闭体系 隔离体系 （又叫孤立体系） 示例 与环境的交换 既有能量交换， 又有物质交换。 只有能量交换， 没有物质交换。 没有能量交换， 没有物质交换。 2．内能及内能的变化 （1）内能：是体系内物质的各种能量的总和，用符号U表示，内能受物质的种类、数量、温度、压强和物质的聚集状态等影响。 （2）内能的变化：系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以在状态变化的过程中体现出来，系统内能的变化用符号 ΔU来表示。 （3）化学反应的内能变化 热（因温度不同而传递的能量，用Q表示） 化学反应体系与环境间能量交换的形式 功（除热以外的其他能量形式，用W表示） ΔU = Q + W。 （4）物质的聚集状态与能量变化关系 ◆1g水从固体____到液体_____到气体____其内能处于逐渐升高的趋势。 ◆内能的变化可以体现在状态变化的过程中，也可以是反应物转化为生成物的过程中系统内能的变化，系统内能的变化用符号△U来表示。 3．热容和比热容： （1）热容：在不发生化学反应和物质聚集状态不变的条件下，一定量物质吸收热量，温度每升高 1 K 时所吸收的热量称为该物质的热容，用符号 C 表示，单位是 J · K -1 。 （2）比热容：单位质量物质的热容称为该物质的比热容，用符号 c 表示，常用单位是 kJ · K -1 · kg -1。 （3）一定质量的物质在温度上升或降低时所需吸收或释放的热量：Q = cmΔT 知识点二 化学反应的焓变 ( 想一想 ) 燃放烟花时，能量主要以哪几种形式释放出来？这些能量是从哪里来的呢？ 揭示：化学能转化为热能，光能等。 1．反应热 定义 在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热。 符号 Q 单位 kJ•mol－1或kJ/mol 测定方法 利用量热计直接测定 能量交换 系统从环境吸热则Q>0；系统对环境放热，则Q<0。 【实验探究】 碳酸氢钠与柠檬酸反应的热效应 取一只100 mL烧杯，加入10 g碳酸氢钠固体和10 g柠檬酸固体（为防止反应过快液体冲出烧杯，所加固体不宜太多），再向烧杯中注入少量蒸馏水后搅拌，观察现象。待反应稍平缓后，用手小心触摸烧杯壁，感受反应的热效应。 现象记录：有气体放出，用手触摸烧杯壁感觉发凉， 实验结论：说明该反应为吸热反应。 问题：若要测定一定量的碳酸氢钠固体和柠檬酸固体加水后系统的温度变化，你会怎么做？请设计方案，并与同学分享交流。 设计方案：我们还可以借助温度传感器来记录碳酸氢钠与柠檬酸反应时温度随时间的变化。图 1.2 为某次实验中温度传感器记录的数据。 从图中不仅能看到温度变化的情况，还能读出某时刻反应系统对应的温度。 2．焓与焓变 （1）焓（H）是一种与内能有关的物理量。系统状态发生变化，焓也随之改变。 （2）焓变 在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热（即在等压只做体积功条件下的反应热），用ΔH表示，单位常采用kJ•mol－1。 （3）等压反应热：在科学研究与生产实践中，大多数化学反应是在等压或接近等压的条件下进行，此时的反应热称为等压反应热，用符号 Qp 表示。此时：ΔH = Qp （4）在一定条件下，一个化学反应是吸热还是放热，是在等压条件下由生成物和反应物的焓的差值决定的，即：ΔH = ∑H（生成物）— ∑H（反应物） （5）放热反应和吸热反应 化学反应中的能量变化通常以热等形式表现出来。吸收热的反应称为吸热反应，其ΔH>0；放出热的反应称为放热反应，其ΔH<0。 3．化学反应的焓变示意图 2H2(g) + O2(g) =2H2O(g) ΔH =－484 kJ•mol－1 2HgO(s) =2Hg (l) + O2(g) ΔH = 182 kJ•mol－1 4．从微观角度认识反应热的实质 以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反应的能量变化为例说明 反应中能量变化 由图可知 1 mol H2分子中的化学键断裂吸收的能量是436 kJ 共吸收679 kJ 1 mol Cl2分子中的化学键断裂吸收的能量是243 kJ 1 mol HCl分子中的化学键形成释放的能量是431 kJ 共放出2×431＝862 kJ 结论 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应放出的热量为183 kJ 5．反应热和焓变的比较 类别 项目 反应热 焓变 不同点 概念 化学反应释放或吸收的热量 化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差 相同点 “＋”“－”的意义 “＋”表示反应吸热，“－”表示反应放热 数据来源 可以通过实验直接测得，也可以利用已知数据通过计算求得 联系 等值关系：恒压条件下反应的反应热等于焓变 【特别提醒】 ①焓（H）是与内能有关的物理量，内能描述的是物质所具有的能量，是物质固有的性质之一。不同的物质，其焓不同；相同的物质，如果温度或压强不同，物质的状态不同，其焓也会不同 ②焓、焓变、反应热代表的意义不同；焓只有正值，而焓变有正值、负值之分 ③化学反应的能量变化主要表现为热量变化，但并不完全是热量变化，还有光能、电能等 ④物质发生化学反应一定伴随着能量变化，但伴随能量变化的物质变化不一定都是化学变化 如：水蒸气变成液态水的过程放热，但该变化为物理变化 ⑤能量越低越稳定。同一物质能量由高到低：气体(g)>液体(l)>固体(s)；稳定性：气体(g)<液体(l)<固体(s) ⑥任何化学反应在发生物质变化的同时都伴随着能量的变化，通常表现为热量变化，即放出热量或吸收热量。在化学反应中，一定条件下所释放或吸收的热量即为化学反应热 6．化学反应过程中能量变化的原因 （1）从反应热的量化参数——键能的角度分析：化学反应是旧键断裂，新键生成的反应，两者吸收和释放能量的差异表现为反应能量的变化。化学键的断裂和形成时吸收和放出的能量差别是化学反应伴随能量变化的本质原因 化学反应的过程 规律 新键生成释放的能量大于旧键断裂吸收的能量，则反应放热 新键生成释放的能量小于旧键断裂吸收的能量，则反应吸热 （2）从反应物和生成物焓（H）的变化角度分析 反应物总焓大于生成物总焓，反应放热 反应物总焓小于生成物总焓，反应吸热 【特别提醒】 ①一个反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无必然关系。有些放热反应需加热才能进行。 ②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。 ③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。 教材习题01（P8） 1. 下列化学反应中，由热能转化为化学能的是（　　）。 （A） C (s) + O2 (g)CO2 (g) （B） CaCO3 (s)CaO (s) + CO2 (g) （C） 2H2 O (l)2H2 (g) + O2 (g) （D） Pb (s) + PbO2 (s) + 2H2 SO4 (aq)2PbSO4 (s) + 2H2 O (l) 解题方法 化学反应中，常见的能量转化形式有以下4种： （1）放热反应一般为化学能转化为热能，若点燃发光，也会有部分化学能转化为光能。 （2）吸热反应一般把热能转化为化学能。 （3）电解或充电过程是电能转化为化学能。 （4）原电池放电过程中是化学能转化为电能。 【答案】B 教材习题04（P9） 4. 已知N2 (g) + 3H2 (g)2NH3 (g)　ΔH = —92 kJ · mol-1。若反应生成 的NH3 为液态，则此时的ΔH与“—92 kJ · mol-1”相比会有何变化？ 解题方法 物质能量的转化与物质的聚集状态有关，若物质由气态转化为液态，要释放能量。当数值为负值时，其绝对值越大，值越小。 【答案】生成液态氨气ΔH比“—92 kJ · mol-1”更小。 考点一 系统的内能 1．下列化学反应中，体系会从环境吸收热量的是 A．氢气与氯气反应 B．碳酸氢钠与盐酸反应 C．氧化钙与水反应 D．氨水与盐酸反应 【答案】B 【解析】A．氢气与氯气发生燃烧反应，放出大量的热，属于放热反应，故A错误； B．碳酸氢钠与盐酸反应，发生过程中需要吸收热量，属于吸热反应，故B正确； C．生石灰与水反应，放出大量的热，属于放热反应，故C错误； D．氨水与稀盐酸发生酸碱中和反应，放出大量的热，属于放热反应，故D错误； 故选：B。 2．下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是 A．化学反应都伴随着能量变化，伴随着能量变化的都是化学反应 B．需加热才能发生的反应一定是吸热反应 C．化学反应中的能量变化的大小只与反应物的质量多少有关 D．化学键的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 【答案】D 【解析】A．化学反应均伴随能量变化，但能量变化不一定是化学反应（如冰融化吸热是物理变化），A错误； B．是否需要加热与反应吸热或者放热无关（如木炭燃烧需引燃但属放热反应），B错误； C．能量变化还与物质种类、状态及反应条件有关，而仅非质量因素，C错误； D．化学键断裂（吸能）与形成（放能）的能量差是反应能量变化的主要因素，D正确； 故选D。 3．下列家用热水器在使用中将化学能转化为热能的是 A．燃气热水器 B．太阳能热水器 C．电热水器 D．暖气热交换热水器 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【解析】A．燃气热水器使物质燃烧，化学能转化为热能，A正确； B．太阳能热水器可将太阳能转化为热能，B错误；   C．电热水器可将电能转化为热能，C错误； D．暖气热交换热水器是热水给冷水加热，不是化学能转化为热能，D错误； 故选A。 4．下列过程中能量转化的主要形式为热能转化为化学能的是 A．盐酸与碳酸氢钠的反应 B．氢气与氯气的化合反应 C．镁条与盐酸的反应 D．甲烷在氧气中的燃烧 【答案】A 【解析】A．盐酸与碳酸氢钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳，该反应是吸热反应，热能转化为化学能，A正确； B．氢气与氯气的化合是放热反应，是化学能转化为热能，B错误； C．镁与盐酸的反应是放热反应，是化学能转化为热能，C错误； D．甲烷的燃烧是放热反应，是化学能转化为热能，D错误； 故选A。 5．下列说法正确的是 A．需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 B．放热反应在常温下一定能进行 C．化学反应的热效应数值与参加反应的物质的多少有关 D．化学反应释放的能量一定是热量 【答案】C 【解析】A．反应吸放热与反应条件无关，需要加热方能发生的反应不一定是吸热反应，如：碳燃烧是放热反应，但碳燃烧需要加热，故A错误； B．放热反应在常温下不一定能进行，如：铝热反应是放热反应，铝热反应在常温下不能进行，故B错误； C．不论是吸热还是放热，反应热效应的数值均与参加反应的物质的多少有关．参加反应的物质越多，反应热的数值就越大，故C正确； D．化学反应释放的能量不一定是热量，如：原电池工作时把化学能转化为电能，故D错误； 选C。 考点二 化学反应的焓变 6．有关反应热、焓变的说法，错误的是 A．任何条件下的反应热均等于焓变 B．焓变是一个与内能变化量有关的物理量 C．吸热反应，，放热反应， D．反应热数值与反应物的量有关 【答案】A 【解析】A．在恒压条件下，化学反应的焓变在数值上等于化学反应的反应热，故A错误； B．焓变是一个与内能变化量有关的物理量，决定了化学反应是吸热反应还是放热反应，故B正确； C．反应放热时，反应的焓变ΔH<0，反应吸热时，反应的焓变ΔH>0，故C正确； D．反应热数值的大小与反应物的聚集状态和量有关，故D正确； 故选A。 7．已知共价键的键能与热化学方程式信息如表，则的为 共价键 键能/() 436 463 热化学方程式    A． B． C． D． 【答案】D 【解析】反应热等于断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，根据方程式可知，解得，成键放热，因此的为，故选D。 8．一定条件下，金刚石可转化为石墨，其能量变化如下图所示。下列说法正确的是 A．该反应的反应热 B．该反应为吸热反应 C．金刚石的硬度和稳定性都强于石墨 D．金刚石和石墨互为同位素 【答案】A 【解析】A．反应热等于生成物总能量减去反应物总能量，该反应的反应热，A正确； B．该反应的生成物能量低，故反应为放热反应，B错误； C．能量越低越稳定，故石墨稳定性强于金刚石，C错误； D．金刚石和石墨互为同素异形体，D错误； 答案选A。 9．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．1mol C固体燃烧生成CO气体 【答案】D 【解析】A．H2O(g)=H2O(l)，虽然放出44 kJ热量，但只发生物质状态的改变，未发生化学反应，A不符合题意； B．ΔH＞0的化学反应为吸热反应，B不符合题意； C．化学反应的能量变化由断裂化学键吸收的能量和形成化学键放出的能量的相对大小决定，虽然形成化学键时放出能量862 kJ，但断裂化学键吸收的能量未知，不能肯定反应为放热反应，C不符合题意； D．1mol C固体燃烧生成CO气体，虽然燃烧不充分，但燃烧反应都是放热反应，D符合题意； 故选D。 10．下列说法正确的是 A．吸热反应使环境的温度升高 B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH＜0 C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D．化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为负值 【答案】D 【解析】A．吸热反应发生时，需要从周围环境吸收热量，从而使环境的温度降低，A不正确； B．当反应放热时ΔH＜0，反应吸热时ΔH＞0，B不正确； C．放热反应发生时，常常也需提供热量，所以需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，C不正确； D．当反应物的总能量大于生成物的总能量时，化学反应进行过程中，会将多余的能量释放出来，从而放出热量，ΔH为负值，D正确； 故选D。 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.知道内能概念，认识物质内能与物质的聚集状态，所处环境的温度与压强等因素原因。 2.知道焓和焓变，认识焓变与反应热的关系，理解并绘制相关反应的焓变示意图。 3.理解化学反应热效应的微观反应本质原因，能够根据相关数据进行一些简单的分析和计算。 4.初步形成从能量变化的视角认识化学反应的研究思路。 【学习重难点】 1.焓和焓变，认识焓变与反应热的关系。 2.焓变的有关计算。 一、单选题 1．下列变化中的能量改变方式与其他三项不同的是 A．碳酸钙受热分解 B．和反应 C．制备水煤气 D．钠与水反应 【答案】D 【解析】A．碳酸钙受热分解为氧化钙和二氧化碳，该反应是吸热反应，能量改变方式是吸收热量； B．和反应生成氯化钡、氨气和水，该反应是吸热反应，能量改变方式是吸收热量； C．制备水煤气为C和水蒸气在高温条件下生成一氧化碳和氢气，该反应是吸热反应，能量改变方式是吸收热量； D．钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，该反应是放热反应，能量改变方式是放出热量； 综上可得D中的能量改变方式与其他三项不同，故选D。 2．下列关于ΔU说法正确的是 A．ΔU=Q B．ΔU<0，反应放热 C．ΔU=ΔH D．ΔU>0，反应放热 【答案】B 【解析】A．△U=Q+W，只有体系没有做功(反应前后体系体积不变且没有做电功等其他功)时，△U=Q，故A错误； B．△U是内能的变化，△U=U (反应产物) -U (反应物)，当△U<0时，反应释放能量，故B正确； C．在等压条件下，ΔU=ΔH，故C错误； D．△U是内能的变化，△U=U (反应产物) -U (反应物)，当△U>0时，反应吸收能量，故D错误； 选B。 3．下列说法正确的是 A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B．化学反应过程中，断键放热成键吸热是能量变化的主要原因 C．已知C(s，金刚石)=C(s，石墨)为放热反应，说明金刚石比石墨更稳定 D．反应放出或吸收执量的多少与反应物和生成物所具有总能量的相对大小有关 【答案】D 【解析】A．需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，例如碳的燃烧等，故A错误； B．化学反应过程中，断键吸热，成键放热，故B错误； C．从金刚石转化为石墨，反应放热，说明石墨能量低于金刚石，因此石墨更稳定，故C错误； D．从宏观来看反应放出或吸收热量的多少与反应物和生成物所具有总能量的相对大小有关，故D正确； 答案选D。 4．下列说法正确的是 A．在任何条件下，化学反应的焓变都等于反应热 B．同温同压下， 在光照和点燃条件下的焓变不同 C．已知    ΔH则反应过程中断键吸收的总能量大于成键释放的总能量 D．吸热反应都需要加热才能进行 【答案】C 【解析】A．在恒压条件下，化学反应的焓变等于化学反应的反应热，A错误； B．焓变与反应的始态、终态有关，与反应条件无关，所以反应H2(g)＋Cl2 (g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同，B错误； C．反应焓变=反应物键能总和-生成物键能总和；该反应为吸热反应，则反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物形成化学键放出的总能量，C正确；   D．吸热反应不一定都需要加热才能进行，例如氢氧化钡晶体和氯化铵的反应自发反应，D错误； 故选C。 5．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。下列有关说法正确的是 A．N2是共价化合物 B．反应物的总能量大于生成物的总能量 C．断N≡N键放出热量，形成N-H键吸收热量 D．反应的ΔH = E(N≡N)＋3E(H-H)-2E(N-H) (E表示键能) 【答案】B 【解析】A．N2只含有共价键的单质，故A错误； B．该反应为放热反应，故反应物的总能量大于生成物的总能量，故B正确； C．断键吸收热量，形成键放出热量，故C错误； D．1个NH3中含有3个N-H键，故反应的(E表示键能)，故D错误； 故选B。 6．下列关于能量变化的说法正确的是 A．在高温、高压条件下发生的反应一定是吸热反应 B．古文说“冰，水为之，而寒于水”，说明等量的水和冰相比，冰的能量更高 C．化学反应在物质变化的同时，伴随着能量变化，其表现形式只有吸热和放热两种 D．P4(s，白磷)= 4P(s，红磷)  ΔH＜0，则红磷比白磷稳定 【答案】D 【解析】A．反应物总能量高于生成物总能量时为放热反应，反应物总能量低于生成物总能量时为吸热反应，反应中的热量变化与反应条件无关，在高温、高压条件下发生的反应不一定是吸热反应，例如合成氨在高温、高压条件下发生，是放热反应，A错误； B．古文说“冰，水为之，而寒于水”，液态水到固态水表现为放热，所以等量的水和冰相比，冰的能量更低，B错误； C．化学反应在物质变化的同时，伴随着能量变化，其表现形式大多表现为吸热和放热，也可以表现为其他形式的能量例如光能，C错误； D．P4(s，白磷)= 4P(s，红磷)   ΔH＜0，白磷完全转化为红磷时，要放出能量，说明白磷能量高于红磷，能量越低越稳定，则红磷比白磷稳定，D正确； 选D。 7．如下图所示，下列有关化学反应能量变化的说法错误的是 A．铁与盐酸反应的能量变化可用图1表示 B．图1 表示反应物的总键能小于生成物的总键能 C．图1、图2中化学反应的焓变 D．图2可以表示反应 的能量变化 【答案】C 【解析】A．铁与盐酸反应为放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，能量变化可用图1表示，A正确； B．物质所具有的能量越大，其键能越小，图1 中反应物的总能量大于生成物的总能量，则表示反应物的总键能小于生成物的总键能，B正确； C．图1为放热反应，图2为吸热反应，则化学反应的焓变 ，C错误； D．图2为吸热反应，生成物的总能量大于反应物的总能量，则可以表示反应 的能量变化，D正确； 故选C。 8．我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应：，在低温下获得高转化率与高反应速率。反应过程示意图如下： 下列说法正确的是 A．图中显示起始时的2个在反应过程中都参与了反应 B．过程Ⅰ为放热过程，过程Ⅱ为吸热过程 C．使用催化剂降低了水煤气变换反应的 D．该催化过程中生成物的总能量大于反应物的总能量 【答案】A 【解析】A．过程Ⅰ和过程Ⅱ中2个水分子都参与了反应，A正确； B．根据过程Ⅰ，1个CO分子接触催化剂，1个水分子中键发生断裂，需要吸收热量，过程Ⅱ中另一个水分子中键发生断裂，需要吸收热量，B错误； C．催化剂只降低活化能，不能改变反应的，只与始态和终态有关，C错误； D．该催化过程是放热反应，生成物的总能量小于反应物的总能量，D错误； 答案选A。 9．关于下列的判断正确的是             A． B． C．   D．   【答案】A 【分析】中和反应都是放热反应，则，，碳酸氢根的电离是吸热反应，则是放热反应，；而，反应物断键吸收的能量大于生成物形成键放出的能量，故为吸热反应，即. 【解析】A．因为醋酸电离吸热，所以，A正确； B．根据分析知，，。即，B错误； C．中和反应都是放热反应，则，，C错误； D．根据分析知，，，D错误； 故选A。 10．下列物质间能量的变化，与如图所示能量变化相符的是 A．与生成NO的反应 B．Na与稀硫酸的反应 C．Zn与溶液的反应 D．和生成HCl的反应 【答案】A 【分析】碳酸氢钠和稀盐酸的反应为吸热反应； 【解析】A．与生成NO的反应为吸热反应，A符合题意； B．活泼金属Na与稀硫酸的反应为放热反应，B不符合题意； C．Zn与溶液的反应为置换反应，反应过程中放热，C不符合题意； D．和生成HCl的反应过程放出大量的热，D不符合题意； 故选A。 11．已知一定条件下某些化学键的键能数据如下表： 化学键 键能 对于反应：，下列说法正确的是 A．具有的总能量比HCl(g)分子具有的总能量低 B．Cl2分子中的化学键比H2分子中的化学键更稳定 C．该条件下，生成1molHCl时反应放热92.25kJ D．相同条件下，1molH2分子具有的能量高于1molCl2分子具有的能量 【答案】C 【分析】反应△H=反应物总键能之和—生成物总键能之和，则氢气与氯气反应生成氯化氢的反应△H=(436.4kJ/mol+242.7kJ/mol)—431.8kJ/mol×2=—184.5kJ/mol，则该反应为放热反应。 【解析】A．由分析可知，氢气与氯气反应生成氯化氢的反应是反应物总能量高于生成物总能量的放热反应，故A错误； B．物质的键能越大，稳定性越强，则由氯气的键能小于氢气的键能可知，氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更稳定，故B错误； C．由分析可知，反应生成2mol氯化氢放出的热量为184.5kJ，则生成qmol氯化氢时，反应放出的热量为184.5kJ×=92.25kJ，故C正确； D．物质的键能越大，稳定性越强，物质的能量越低，则由氯气的键能小于氢气的键能可知，1mol氢气分子具有的能量低于1mol氯气分子具有的能量，故D错误； 故选C。 12．下列图象表示反应过程与能量变化的关系，下列说法中错误的是 A．图1，和总键能大于的总键能 B．图2，，则 C．图3，红磷比白磷稳定 D．图4， 【答案】B 【解析】A．图1表示的反应吸热，和总键能大于的总键能，故A正确； B．等物质的量的气态S的能量大于固态S的能量，所以同物质的量的气态硫燃烧放出的能量大于固态S燃烧放出的能量，则，则，故B错误； C．能量越低越稳定，红磷的能量比白磷低，所以红磷比白磷稳定，故C正确； D．CO、H2O的总能量大于CO2和H2的总能量，，故D正确； 选B。 二、填空题 13．甲醇催化脱氢可制得重要的化工产品——甲醛，制备过程中能量的转化关系如图所示。 (1)写出上述反应的热化学方程式 。 (2)该反应的 0(填“<”或“>”)；过程Ⅰ的活化能为 ；反应热大小比较：过程Ⅰ (填“>”“<”或“=”)过程Ⅱ。 【答案】(1)CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g)     △H=(E2-E1)kJ/mol (2) > (E4-E1)kJ/mol = 【解析】（1）由图可知：反应物总能量小于生成物总能量，反应为吸热反应，反应热△H=生成物总能量-反应物总能量=(E2-E1)kJ/mol，热化学方程式为：CH3OH(g)=HCHO(g)+H2(g) △H=(E2-E1)kJ/mol； （2）该反应为吸热反应，△H>0；过程I的活化能为(E4-E1)kJ/mol；过程II是加入了催化剂，催化剂降低了反应的活化能，但不影响反应热，因此反应热大小是：过程I=过程II。 14．科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如图。 回答下列问题： (1)从状态Ⅰ到状态Ⅲ为 (填“吸热”或“放热”)反应。 (2)从状态Ⅰ到状态Ⅱ需要 (填“吸收”或“释放”)能量，CO分子 (填“是”或“否”)需要断键形成C和O。 (3)从状态Ⅱ到状态Ⅲ形成的化学键是 。 (4)将相同物质的量的CO转化为CO2，CO与O比CO与O2反应放出的热量 (填“多”或“少”)，可能的原因是 。 (5)由该反应过程可知，在化学反应中，旧化学键 (填“一定”或“不一定”)完全断裂，但一定有新化学键的 。 【答案】(1)放热 (2) 吸收 否 (3)碳氧双键(或C=O) (4) 多 CO与O2反应生成CO2需要先吸收能量断裂O2分子中的共价键 (5) 不一定 形成 【解析】（1）从状态Ⅰ到状态Ⅲ中反应物总能量高于生成物总能量，为放热反应； （2）从状态Ⅰ到状态Ⅱ断裂化学键，需要吸收能量，由图可知，CO分子不需要断键形成C和O； （3）从状态Ⅱ到状态Ⅲ是CO和O结合生成CO2，CO2的结构式为O=C=O，则形成的化学键是碳氧双键(或C=O)； （4）O2存在O=O共价键，CO与O2反应还需要吸收能量用于断裂O=O，则将相同物质的量的CO转化为CO2，CO与O比CO与O2反应放出的热量多，可能的原因是CO与O2反应生成CO2需要先吸收能量断裂O2分子中的共价键； （5）由该反应过程可知，CO和O反应生成CO2，旧化学键不一定完全断裂，但一定形成新的C=O键，则一定有新化学键的形成。 15．为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如下三套实验装置： (1)上述装置中，不能用来证明“锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应”的是 (填序号)。 (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晶体与氯化铵固体搅拌反应，U形管中可观察到的现象是 。 (3)除了图示某些装置，还有其它方法能证明超氧化钾粉末与水的反应是放热反应还是吸热反应：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 反应(填“放热”或“吸热”)。 【答案】(1)Ⅲ (2)左端液柱升高，右端液柱降低 (3)放热 【解析】（1）装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝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铜与浓硝酸的反应放热还是吸热；装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置，不能证明该反应是放热反应还是吸热反应，故答案为：Ⅲ； （2）装置Ⅱ中氢氧化钡与氯化铵固体搅拌反应属于吸热反应，所以锥形瓶中气体遇冷收缩，导致U型管左端液柱升高，右端液柱降低，故答案为：左端液柱升高，右端液柱降低； （3）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，可知反应放出热量，该反应为放热反应，故答案为：放热。 16．填空 (1)S(单斜)和S(正交)是硫的两种同素异形体。 已知：①　； ②)　。 则S(单斜，s)=S(正交，s)　 S(单斜，s)和S(正交，s)中更稳定的是 。 (2)有科学家预言，氢能将成为21世纪的主要能源，而且是一种理想的绿色能源。若1mol氢气完全燃烧生成1mol气态水放出241kJ的热最，已知键能为，键能为，计算键能为 。 (3)已知：　 　 　 则的 ，若将23g液态无水酒精完全燃烧，并恢复到室温，则整个过程中放出的热量为 kJ。 【答案】(1) -0.33 kJ·mol－1 正交硫 (2)436 kJ·mol－1 (3) 【解析】（1）将反应②反应物与生成物交换位置后与反应①相加可得反应③，且ΔH3=ΔH1-ΔH2=-297.16-(-296.83)=-0.33 kJ·mol－1。能量越低物质越稳定，因此正交硫比单斜硫稳定。 （2）反应热等于断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，若1mol氢气完全燃烧生成1mol气态水放出241kJ的热量，则2x+498－2×2×463＝－241×2，解得x＝436，所以H-H键能为436 kJ·mol－1； （3）根据盖斯定律可知，①×3－②＋③即得到，23 g液态无水酒精物质的量是0.5 mol，因此完全燃烧，并恢复到室温，整个过程中放出的热量为。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第01讲 化学反应与能量变化 内容导航——预习四步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 第二步：练 练习题 强方法：教材习题学解题、强化关键解题方法 练考点 会应用：核心考点精准练、快速掌握知识应用 第三步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第四步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 系统的内能 1．系统与环境——以盐酸与NaOH溶液的反应为例 ( 系统 ： 称为系统 环境： 称为环境 ) 【例如】：不同体系与环境的交换 体系分类 敞开体系 （又叫开放体系） 封闭体系 隔离体系 （又叫孤立体系） 示例 与环境的交换 既有 交换， 又有 交换。 只有 交换， 没有 交换。 没有 交换， 没有 交换。 2．内能及内能的变化 （1）内能：是体系内物质的各种能量的总和，用符号U表示，内能受物质的种类、数量、温度、压强和物质的聚集状态等影响。 （2）内能的变化：系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以在状态变化的过程中体现出来，系统内能的变化用符号 ΔU来表示。 （3）化学反应的内能变化 热（因温度不同而传递的能量，用Q表示） 化学反应体系与环境间能量交换的形式 功（除热以外的其他能量形式，用W表示） ΔU = Q + W。 （4）物质的聚集状态与能量变化关系 ◆1g水从 ____到 _____到 ____其内能处于逐渐升高的趋势。 ◆内能的变化可以体现在状态变化的过程中，也可以是反应物转化为生成物的过程中系统内能的变化，系统内能的变化用符号△U来表示。 3．热容和比热容： （1）热容：在不发生化学反应和物质聚集状态不变的条件下，一定量物质吸收热量，温度每升高 1 K 时所吸收的热量称为该物质的热容，用符号 表示，单位是 。 （2）比热容：单位质量物质的热容称为该物质的比热容，用符号 表示，常用单位是 。 （3）一定质量的物质在温度上升或降低时所需吸收或释放的热量： 知识点二 化学反应的焓变 ( 想一想 ) 燃放烟花时，能量主要以哪几种形式释放出来？这些能量是从哪里来的呢？ 揭示：化学能转化为热能，光能等。 1．反应热 定义 在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热。 符号 Q 单位 kJ•mol－1或kJ/mol 测定方法 利用量热计直接测定 能量交换 系统从环境吸热则Q>0；系统对环境放热，则Q<0。 【实验探究】 碳酸氢钠与柠檬酸反应的热效应 取一只100 mL烧杯，加入10 g碳酸氢钠固体和10 g柠檬酸固体（为防止反应过快液体冲出烧杯，所加固体不宜太多），再向烧杯中注入少量蒸馏水后搅拌，观察现象。待反应稍平缓后，用手小心触摸烧杯壁，感受反应的热效应。 现象记录： 实验结论： 问题：若要测定一定量的碳酸氢钠固体和柠檬酸固体加水后系统的温度变化，你会怎么做？请设计方案，并与同学分享交流。 设计方案：我们还可以借助温度传感器来记录碳酸氢钠与柠檬酸反应时温度随时间的变化。图 1.2 为某次实验中温度传感器记录的数据。 从图中不仅能看到温度变化的情况，还能读出某时刻反应系统对应的温度。 2．焓与焓变 （1）焓（H）是一种与内能有关的物理量。系统状态发生变化，焓也随之 。 （2）焓变 在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热（即在等压只做体积功条件下的反应热），用 表示，单位常采用 。 （3）等压反应热：在科学研究与生产实践中，大多数化学反应是在等压或接近等压的条件下进行，此时的反应热称为等压反应热，用符号 表示。此时： （4）在一定条件下，一个化学反应是吸热还是放热，是在等压条件下由 决定的，即：ΔH = （5）放热反应和吸热反应 化学反应中的能量变化通常以 等形式表现出来。吸收热的反应称为 反应，其ΔH>0；放出热的反应称为 反应，其ΔH 0。 3．化学反应的焓变示意图 2H2(g) + O2(g) =2H2O(g) ΔH =－484 kJ•mol－1 2HgO(s) =2Hg (l) + O2(g) ΔH = 182 kJ•mol－1 4．从微观角度认识反应热的实质 以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反应的能量变化为例说明 反应中能量变化 由图可知 1 mol H2分子中的化学键断裂 的能量是436 kJ 共吸收 kJ 1 mol Cl2分子中的化学键断裂 的能量是243 kJ 1 mol HCl分子中的化学键形成 的能量是431 kJ 共放出2×431＝ kJ 结论 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应放出的热量为183 kJ 5．反应热和焓变的比较 类别 项目 反应热 焓变 不同点 概念 化学反应释放或吸收的热量 化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差 相同点 “＋”“－”的意义 “＋”表示反应 ，“－”表示反应 数据来源 可以通过实验直接测得，也可以利用已知数据通过计算求得 联系 等值关系：恒压条件下反应的反应热等于 【特别提醒】 ①焓（H）是与内能有关的物理量，内能描述的是物质所具有的能量，是物质固有的性质之一。不同的物质，其焓不同；相同的物质，如果温度或压强不同，物质的状态不同，其焓也会不同 ②焓、焓变、反应热代表的意义不同；焓只有正值，而焓变有正值、负值之分 ③化学反应的能量变化主要表现为热量变化，但并不完全是热量变化，还有光能、电能等 ④物质发生化学反应一定伴随着能量变化，但伴随能量变化的物质变化不一定都是化学变化 如：水蒸气变成液态水的过程放热，但该变化为物理变化 ⑤能量越低越稳定。同一物质能量由高到低：气体(g)>液体(l)>固体(s)；稳定性：气体(g)<液体(l)<固体(s) ⑥任何化学反应在发生物质变化的同时都伴随着能量的变化，通常表现为热量变化，即放出热量或吸收热量。在化学反应中，一定条件下所释放或吸收的热量即为化学反应热 6．化学反应过程中能量变化的原因 （1）从反应热的量化参数——键能的角度分析：化学反应是旧键断裂，新键生成的反应，两者吸收和释放能量的差异表现为反应能量的变化。化学键的断裂和形成时吸收和放出的能量差别是化学反应伴随能量变化的本质原因 化学反应的过程 规律 新键生成释放的能量大于旧键断裂吸收的能量，则反应放热 新键生成释放的能量小于旧键断裂吸收的能量，则反应吸热 （2）从反应物和生成物焓（H）的变化角度分析 反应物总焓大于生成物总焓，反应放热 反应物总焓小于生成物总焓，反应吸热 【特别提醒】 ①一个反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无必然关系。有些放热反应需加热才能进行。 ②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。 ③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。 教材习题01（P8） 1. 下列化学反应中，由热能转化为化学能的是（　　）。 （A） C (s) + O2 (g)CO2 (g) （B） CaCO3 (s)CaO (s) + CO2 (g) （C） 2H2 O (l)2H2 (g) + O2 (g) （D） Pb (s) + PbO2 (s) + 2H2 SO4 (aq)2PbSO4 (s) + 2H2 O (l) 解题方法 化学反应中，常见的能量转化形式有以下4种： （1）放热反应一般为化学能转化为热能，若点燃发光，也会有部分化学能转化为光能。 （2）吸热反应一般把热能转化为化学能。 （3）电解或充电过程是电能转化为化学能。 （4）原电池放电过程中是化学能转化为电能。 【答案】 教材习题04（P9） 4. 已知N2 (g) + 3H2 (g)2NH3 (g)　ΔH = —92 kJ · mol-1。若反应生成 的NH3 为液态，则此时的ΔH与“—92 kJ · mol-1”相比会有何变化？ 解题方法 物质能量的转化与物质的聚集状态有关，若物质由气态转化为液态，要释放能量。当数值为负值时，其绝对值越大，值越小。 【答案】 考点一 系统的内能 1．下列化学反应中，体系会从环境吸收热量的是 A．氢气与氯气反应 B．碳酸氢钠与盐酸反应 C．氧化钙与水反应 D．氨水与盐酸反应 2．下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是 A．化学反应都伴随着能量变化，伴随着能量变化的都是化学反应 B．需加热才能发生的反应一定是吸热反应 C．化学反应中的能量变化的大小只与反应物的质量多少有关 D．化学键的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 3．下列家用热水器在使用中将化学能转化为热能的是 A．燃气热水器 B．太阳能热水器 C．电热水器 D．暖气热交换热水器 A．A B．B C．C D．D 4．下列过程中能量转化的主要形式为热能转化为化学能的是 A．盐酸与碳酸氢钠的反应 B．氢气与氯气的化合反应 C．镁条与盐酸的反应 D．甲烷在氧气中的燃烧 5．下列说法正确的是 A．需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 B．放热反应在常温下一定能进行 C．化学反应的热效应数值与参加反应的物质的多少有关 D．化学反应释放的能量一定是热量 考点二 化学反应的焓变 6．有关反应热、焓变的说法，错误的是 A．任何条件下的反应热均等于焓变 B．焓变是一个与内能变化量有关的物理量 C．吸热反应，，放热反应， D．反应热数值与反应物的量有关 7．已知共价键的键能与热化学方程式信息如表，则的为 共价键 键能/() 436 463 热化学方程式    A． B． C． D． 8．一定条件下，金刚石可转化为石墨，其能量变化如下图所示。下列说法正确的是 A．该反应的反应热 B．该反应为吸热反应 C．金刚石的硬度和稳定性都强于石墨 D．金刚石和石墨互为同位素 9．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．1mol C固体燃烧生成CO气体 10．下列说法正确的是 A．吸热反应使环境的温度升高 B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH＜0 C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D．化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为负值 知识导图记忆 知识目标复核 【学习目标】 1.知道内能概念，认识物质内能与物质的聚集状态，所处环境的温度与压强等因素原因。 2.知道焓和焓变，认识焓变与反应热的关系，理解并绘制相关反应的焓变示意图。 3.理解化学反应热效应的微观反应本质原因，能够根据相关数据进行一些简单的分析和计算。 4.初步形成从能量变化的视角认识化学反应的研究思路。 【学习重难点】 1.焓和焓变，认识焓变与反应热的关系。 2.焓变的有关计算。 一、单选题 1．下列变化中的能量改变方式与其他三项不同的是 A．碳酸钙受热分解 B．和反应 C．制备水煤气 D．钠与水反应 2．下列关于ΔU说法正确的是 A．ΔU=Q B．ΔU<0，反应放热 C．ΔU=ΔH D．ΔU>0，反应放热 3．下列说法正确的是 A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B．化学反应过程中，断键放热成键吸热是能量变化的主要原因 C．已知C(s，金刚石)=C(s，石墨)为放热反应，说明金刚石比石墨更稳定 D．反应放出或吸收执量的多少与反应物和生成物所具有总能量的相对大小有关 4．下列说法正确的是 A．在任何条件下，化学反应的焓变都等于反应热 B．同温同压下， 在光照和点燃条件下的焓变不同 C．已知    ΔH则反应过程中断键吸收的总能量大于成键释放的总能量 D．吸热反应都需要加热才能进行 5．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。下列有关说法正确的是 A．N2是共价化合物 B．反应物的总能量大于生成物的总能量 C．断N≡N键放出热量，形成N-H键吸收热量 D．反应的ΔH = E(N≡N)＋3E(H-H)-2E(N-H) (E表示键能) 6．下列关于能量变化的说法正确的是 A．在高温、高压条件下发生的反应一定是吸热反应 B．古文说“冰，水为之，而寒于水”，说明等量的水和冰相比，冰的能量更高 C．化学反应在物质变化的同时，伴随着能量变化，其表现形式只有吸热和放热两种 D．P4(s，白磷)= 4P(s，红磷)  ΔH＜0，则红磷比白磷稳定 7．如下图所示，下列有关化学反应能量变化的说法错误的是 A．铁与盐酸反应的能量变化可用图1表示 B．图1 表示反应物的总键能小于生成物的总键能 C．图1、图2中化学反应的焓变 D．图2可以表示反应 的能量变化 8．我国科学家使用双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化水煤气变换反应：，在低温下获得高转化率与高反应速率。反应过程示意图如下： 下列说法正确的是 A．图中显示起始时的2个在反应过程中都参与了反应 B．过程Ⅰ为放热过程，过程Ⅱ为吸热过程 C．使用催化剂降低了水煤气变换反应的 D．该催化过程中生成物的总能量大于反应物的总能量 9．关于下列的判断正确的是             A． B． C．   D．   10．下列物质间能量的变化，与如图所示能量变化相符的是 A．与生成NO的反应 B．Na与稀硫酸的反应 C．Zn与溶液的反应 D．和生成HCl的反应 11．已知一定条件下某些化学键的键能数据如下表： 化学键 键能 对于反应：，下列说法正确的是 A．具有的总能量比HCl(g)分子具有的总能量低 B．Cl2分子中的化学键比H2分子中的化学键更稳定 C．该条件下，生成1molHCl时反应放热92.25kJ D．相同条件下，1molH2分子具有的能量高于1molCl2分子具有的能量 12．下列图象表示反应过程与能量变化的关系，下列说法中错误的是 A．图1，和总键能大于的总键能 B．图2，，则 C．图3，红磷比白磷稳定 D．图4， 二、填空题 13．甲醇催化脱氢可制得重要的化工产品——甲醛，制备过程中能量的转化关系如图所示。 (1)写出上述反应的热化学方程式 。 (2)该反应的 0(填“<”或“>”)；过程Ⅰ的活化能为 ；反应热大小比较：过程Ⅰ (填“>”“<”或“=”)过程Ⅱ。 14．科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如图。 回答下列问题： (1)从状态Ⅰ到状态Ⅲ为 (填“吸热”或“放热”)反应。 (2)从状态Ⅰ到状态Ⅱ需要 (填“吸收”或“释放”)能量，CO分子 (填“是”或“否”)需要断键形成C和O。 (3)从状态Ⅱ到状态Ⅲ形成的化学键是 。 (4)将相同物质的量的CO转化为CO2，CO与O比CO与O2反应放出的热量 (填“多”或“少”)，可能的原因是 。 (5)由该反应过程可知，在化学反应中，旧化学键 (填“一定”或“不一定”)完全断裂，但一定有新化学键的 。 15．为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如下三套实验装置： (1)上述装置中，不能用来证明“锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应”的是 (填序号)。 (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晶体与氯化铵固体搅拌反应，U形管中可观察到的现象是 。 (3)除了图示某些装置，还有其它方法能证明超氧化钾粉末与水的反应是放热反应还是吸热反应：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 反应(填“放热”或“吸热”)。 16．填空 (1)S(单斜)和S(正交)是硫的两种同素异形体。 已知：①　； ②)　。 则S(单斜，s)=S(正交，s)　 S(单斜，s)和S(正交，s)中更稳定的是 。 (2)有科学家预言，氢能将成为21世纪的主要能源，而且是一种理想的绿色能源。若1mol氢气完全燃烧生成1mol气态水放出241kJ的热最，已知键能为，键能为，计算键能为 。 (3)已知：　 　 　 则的 ，若将23g液态无水酒精完全燃烧，并恢复到室温，则整个过程中放出的热量为 kJ。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$