1.1 化学反应与能量变化 第1课时（同步讲义）化学沪科版2020选择性必修1

第一章 化学反应的热效应 1.1 化学反应与能量变化 第1课时 系统的内能 教学目标 1. 理解能量守恒定律在化学反应中的应用； 2. 知道内能的含义； 3. 知道化学反应中的能量转化形式； 4. 了解反应焓变与反应热的关系。 重点和难点 重点：反应热的计算； 难点：能量守恒的应用。 ◆知识点一 系统的内能 1.系统与环境 在自然科学研究中，被研究的对象称为 系统 。系统以外的，与系统相关的其他部分称为 环境 。例如，研究盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液就是系统，而盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等便是环境。 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， （2）内能的变化：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） 根据能量守恒定律， ΔU = Q + W 。 特别提醒 1．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．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， 3. 内能变化：ΔU=U(生成物)-U(反应物) 内能变化与能量变化的关系：U(反应产物)＞U(反应物) 反应吸收能量 U(反应产物)＜U（反应物） 反应释放能量 即学即练 1．热力学温度，又称开尔文温标，简称开氏温标，是国际单位制七个基本物理量之一。开尔文(LordKelvin)被称为热力学之父，他将第一和第二热力学定律公式化。下列关于反应ΔU的说法中，正确的是_____。 A．ΔU>0时，反应放出能量 B．ΔU<0时，反应放出能量 C．ΔU=Q D．ΔU=ΔH 【答案】B 2. 下列关于内能和内能变化的叙述正确的是 A. 内能是体系内物质所含的能量总和 B. 内能只与物质的种类、数量以及聚集状态有关 C. 系统的内能可以通过实验测得 D. 内能变化就是反应热 【答案】A 【解析】选项A是正确的。选项B，内能不仅受与物质的种类、数量、聚集状态有关，还与温度、压强等有关，B错。选项C，系统内能的绝对值无法直接获得，实验的方法可以测出内能的变化，即ΔU，C错。选项D，内能变化是反应热与做功之和，即ΔU = Q + W，D错。答案为A。 ◆知识点二 化学反应的热效应 1．反应热的概念 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 ，用符号Q 表示。系统从环境 吸热 ，则 Q>0 ；系统对环境 放热 ，则 Q<0 。 2．从微观角度理解反应热产生的原因 （1）化学键与能量的关系 化学反应的本质是化学键的断裂和形成。断裂原有的化学键需要 吸收能量 ，生成新的化学键会释放能量 ，化学键的变化是化学反应中能量变化的主要原因。 （2） 键能：标准状况下，将1 mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量，单位（kJ·mol-1）。 特别提醒 根据键能计算反应热的方法 （1）正确书写化学方程式； （2）分析断裂或形成的化学键的数目； （3）代入公式计算：Q＝E1(断裂反应物化学键吸收总能量)－E2形成(反应产物化学键释放总能量)。 即学即练 1. 合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH3，放出92.2 kJ热量。 （1）若起始时向容器内放入2 mol N2和6 mol H2，达平衡后放出的热量为Q，则Q________（填“>”“<”或“＝”）184.4 kJ。 （2）已知 1 mol N—H键断裂吸收的能量等于________kJ。 【答案】< 391 【解析】（1）2 mol N2和6 mol H2若完全反应，则放出的热量为184.4 kJ，但合成氨反应是可逆反应，所以放热小于184.4 kJ。 （2）在反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)中，断开反应物的化学键吸收能量为945.8 kJ+436 kJ×3 = 2253.8 kJ， 形成生成物的化学键放出能量为6EN-H，所以有：6EN-H-2253.8 kJ=92.2 kJ，求得EN-H=391 kJ。 2. 已知：N2(g)+3H2(g) ===2NH3(g) ΔH= - 92.4 kJ·mol-1。若断裂1 mol N≡N、1 mol N-H需要吸收的能量分 别为945.6 kJ、391 kJ，则断裂1 mol H-H需要吸收的能量是 A．618.4 kJ B．436 kJ C．256 kJ D．1308 kJ 【答案】B 【解析】化学反应的过程就是原子重新组合的过程，在这个过程中要断裂反应物化学键，同时形成生成物的化学键。反应热等于断裂反应物化学键吸收的总能量与形成生成物化学键释放的总能量的差，则[945.6 kJ +3×E(H-H)]-6×391 kJ =-92.4 kJ，解得E(H-H)=436 kJ，故合理选项是B。 ◆知识点三 从宏观角度理解反应热产生的原因 1. 化学反应的热效应决定于反应物总能量和生成物总能量相对大小。 2. 以能量为纵坐标，放热反应和吸热反应的简单示意图如下： 反应物的总能量大于生成物的总能量 反应物的总能量小于生成物的总能量 特别提醒 1．若反应物总能量＞生成物总能量，则反应释放能量。 2．若反应物总能量＜生成物总能量，则反应吸收能量。 即学即练 1. 在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下图： 若E1＞E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是____________。 【答案】降低　放热　反应物的部分内能通过化学反应转化为热能释放到环境中 2. 已知反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)为放热反应，则下列说法中正确的是 A．反应过程中的能量变化关系可用右图表示 B．甲烷燃烧时化学能转化为热能和光能 C．断开反应物中旧化学键吸收的能量大于形成生成物中 化学键放出的能量 D．该反应发生断裂的化学键有离子键和共价键 【答案】B 【解析】此反应为放热反应，图中不能准确表示反应过程中的能量变化情况，A项错误；甲烷燃烧时化学能转化为热能和光能，B项正确；放热反应断开反应物中旧化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量，C项错误；该反应中只有共价键断裂，D项错误。答案为B。 一、反应热的计算 根据键能计算反应热的方法 （1）正确书写化学方程式； （2）分析断裂或形成的化学键的数目； （3）代入公式计算：Q＝E1(断裂反应物化学键吸收总能量)－E2形成(反应产物化学键释放总能量)。 实践应用 1．在和的条件下，和完全反应生成的能量变化如图所示，下列说法不正确的是 A．断开中的化学键需要吸收的能量 B．的能量比的能量低 C．和完全反应生成是放热反应 D．该化学反应能量变化的主要原因是共价键断裂和形成时的能量变化 【答案】B 【解析】A．由图可知，形成释放的能量，则断开中的化学键需要吸收 的能量，A正确； B．根据图示可判断，的能量比和的总能量低，但不能判断 的能量比的能量低，B错误； C．根据计算，断裂和中的化学键要吸收能量，形成中的化学键要释放能量，所以是放热反应，C正确； D．该化学反应能量变化的主要原因是共价键断裂和形成时的能量变化，D正确； 故选B。 2．甲醇（结构式“”）是重要的化工原料，也是重要的燃料。在催化剂作用下利用CO、 制备甲醇的反应为：   已知化学键的键能如下 化学键 H—H H—C H—O C—O （CO中） 键能 436 413 465 343 1076 该反应的热效应为 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】=反应物的总键能-生成物的总键能=(1076+2×436-3×413-343-465)=-99； 答案选D。 3. 2A(g)B(g)+Q(Q>0)；下列能量变化示意图正确的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】根据热化学方程式2A(g) ⇌B(g)+Q(Q>0)可知：该反应是2molA气体发生反应产生1molB气体，放出热量Q，反应物的能量比生成物的能量高，且同一种物质在气态时能量高于在液体时能量； 故选B。 2、 键能与稳定性比较 ①ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和 ②键能越大，物质能量越低，越稳定；反之键能越小，物质能量越高，越不稳定 实践应用 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总能量高于反应物总能量 C．反应3O2(g)=2O3(g)的ΔH>0，则O3比O2稳定 D．气态水比液态水稳定 【答案】B 【解析】A．浓硫酸溶于水是物理过程，并非化学反应，因此不属于放热反应，A错误； B．碳酸钙分解为吸热反应，吸热反应中生成物总能量高于反应物总能量，B正确； C．ΔH＞0说明反应吸热，O3能量高于O2，能量越低越稳定，因此O2比O3稳定，C错误； D．液态水能量低于气态水，能量越低越稳定，因此液态水更稳定，D错误； 故选B。 2．汽车发动机工作会引发的反应，其能量变化如图所示。已知：断开中化学键需吸收能量，断开中化学键需吸收能量。下列说法错误的是 A．该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量 B．具有的能量一定高于所具有的能量 C．形成中化学键需要放出能量 D．比更稳定 【答案】B 【解析】A. 由图可知，和的总能量低于的总能量，反应物的总能量低于生成物的总能量，A正确； B．由图知，具有的能量一定高于和所具有的能量，和所具有的能量无法比较，B错误； C．形成中的化学键释放的能量为，C正确； D．已知：断开中化学键需吸收能量，断开中化学键需吸收能量，断开的化学键需要更多的能量，比更稳定，D正确； 故答案选B。 考点一 内能及内能变化 【例1】回答下列问题： （1）一定压强下，0℃时 1.0 mol 的水和 0℃时 1.0 mol 的冰， 哪个系统的内能更大？ （2）一定压强下，25℃时 1.0 mol 的水和 25℃时 10.0 mol 的水，哪个系统的内能更大？ （3）等物质的量的下列物质中，内能最大的是 A. 水蒸气 B. 液态水 C. 冰 D. 冰水混合物 【答案】（1）1.0 mol 的水 （2）10.0 mol 的水 （3）A 解题要点 相同量的同一物质，内能的大小为：气态＞液态＞固态 条件相同的同一物质，物质的量越多，内能越大。 【变式1-1】下列关于反应 ΔU 的说法中，正确的是 A．ΔU > 0 时，反应释放能量    B．ΔU < 0 时，反应释放能量 C．ΔU = Q          D．ΔU = ΔH 【答案】B 【解析】根据ΔU=U(生成物)-U(反应物)，对于选项B，若ΔU < 0，则U(生成物) <U(反应物)，所以反应释放能量。内能的变化ΔU = Q + W，所以选项C、D都错。答案选B。 考点二 反应热与键能 【例2】由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．和如图中完全反应放出139kJ能量 B．反应物能量之和大于生成物能量之和 C．反应生成时有4mole-转移 D．断键吸收能量之和小于成键释放能量之和 【答案】C 【解析】A．根据能量变化图，N2O(g)＋NO(g) =N2(g)＋NO2(g)ΔH=(209－348)kJ·mol−1=－139kJ·mol−1，A正确； B．根据能量变化图，反应物的总能量大于生成物的总能量，此反应属于放热反应，B正确； C．化学方程式：N2O＋NO=N2＋NO2，生成1molN2时转移电子2mol，C错误； D．断键吸收能量，成键释放能量，此反应是放热反应，因此断键吸收能量之和小于成键释放能量之和，D正确； 故选C。 解题要点 1. 反应物的总能量大于生成物的总能量，此反应属于放热反应. 2. 反应的反应热=断键吸收的总能量-成键放出的总能量. 3. 断键吸收能量，成键释放能量，断键吸收能量之和小于成键释放能量之和.此反应是放热反应. 【变式2-1】已知化学反应的能量变化如图所示，下列叙述正确的是 A．反应每生成分子吸收能量 B．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 C．该反应的反应热 D．断裂键和键，释放能量 【答案】C 【解析】A．依据图像分析，和反应生成吸收能量，A错误； B．依据图像分析，该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，B错误； C．该反应的反应热=断键吸收的总能量-成键放出的总能量，所以反应热，C正确； D．断裂键和键，吸收 能量，D错误； 故选。 【变式2-2】已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量。根据反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的能量变化示意图，下列说法不正确的是 A．H2(g)和Cl2(g)反应形成2 mol HCl(g)释放184.4 kJ的能量 B．1 mol HCl(g)反应形成H2(g)和Cl2(g)吸收92.2 kJ的能量 C．断裂化学键所需的能量：1 mol HCl(l)大于断裂1 mol HCl(g) D．断开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量 【答案】C 【解析】A．由图可知H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g) H=679.1kJ/mol-863.5kJ/mol═ -184.4kJ/mol，即H2(g)和Cl2(g)反应形成2 mol HCl(g)释放184.4 kJ的能量，A正确； B．由选项A可知H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)H=-184.4kJ/mol，则2HCl(g)=H2(g)+Cl2(g)△H═+184.4kJ/mol,即HCl(g)═H2(g)+Cl2(g)H=+92.2kJ•mol-1，即1 mol HCl(g)反应形成H2(g)和Cl2(g)吸收92.2 kJ的能量，B正确； C．相同的化学键键能不随着状态改变而改变，即断裂化学键所需的能量：1 mol HCl(l)等于断裂1 mol HCl(g)，C错误； D．由图象可知，断开 1 mol Cl2(g)和1molH2(g)中的化学键需要吸收 697.1kJ 的能量，结合题干已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量，所以断开 1 mol H2(g)中的化学键需要吸收(697.1-242.7)kJ=436.4kJ 的能量，D正确； 故答案为：C。 考点三 反应热与总能量的关系 【例3】化学反应伴随能量的变化。下列说法错误的是 A．化学键断裂可能发生化学反应 B．化学反应必然伴随能量的变化 C．石墨转化为金刚石需要吸收能量，说明金刚石比石墨稳定 D．灼热的铂丝与、混合气接触，铂丝保持红热，说明所发生的反应是放热反应 【答案】C 【解析】A．化学键断裂可能发生化学反应，如氢气和氧气反应生成水，有化学键断裂的过程也可能不是化学变化，如HCl溶于水A正确； B．化学反应过程中有旧键的断裂与新键的形成，必然伴随能量的变化，B正确； C．石墨转化为金刚石需要吸收能量，说明等质量的石墨具有的总能量比金刚石的低，能量越低越稳定，因此石墨比金刚石稳定，C错误； D．灼热的铂丝催化NH3与O2反应，铂丝保持红热，则表明反应提供热量，从而说明氨的催化氧化反应是放热反应，D正确； 故选C。 解题要点 1. 能量越低越稳定. 2. 化学键断裂可能发生化学反应也可能不是化学变化. 3. 化学反应过程中有旧键的断裂与新键的形成，必然伴随能量的变化. 【变式3-1】在催化剂作用下，和合成的反应历程及能量变化如图所示。 已知：。*表示被吸附在催化剂表面，表示被吸附在催化剂表面的。下列叙述正确的是 A．在上述反应历程中能垒最大值为 B． C．上述反应过程中存在非极性键的断裂与极性键的形成 D．相同条件下，比稳定 【答案】AC 【解析】A．从给出的能垒图可看出，沿反应途径各局部最低谷与其后过渡态的最大能量差为，A正确； B．由图中反应物能量规定为，最终产物的能量为，说明该反应总体放热，对应，B错误； C．反应过程中要断裂分子（为非极性键），并生成、等极性键，C正确； D．图中（被吸附于催化剂表面的甲醇）能量为，低于的，故更稳定， D错误； 故选AC。 【变式3-2】下列图示与对应的叙述不相符的是      A．a图可表示Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应的能量变化 B．b图可知，相同条件下，石墨比金刚石更稳定 C．c图可知，滴加少量硫酸铜溶液(a)可催化锌与稀硫酸反应 D．d图可知，该反应放出的能量为：E4-E1-E3＋E2 【答案】C 【解析】A．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应吸热，图中生成物的总能量高于反应物的总能，反应吸热，A正确； B．能量越低越稳定，由图可知石墨的能量低于金刚石，石墨更稳定，B正确； C．滴加少量硫酸铜溶液，形成了Zn－Cu原电池，进而加快了锌与稀硫酸的反应速率，C错误； D．由图可知，反应A→C释放能量，反应A→C分为A→B和B→C两个过程，其中A→B过程吸收的能量为E1- E2，B→C过程放出的能量为E4- E3，故反应放出的总能量为E4- E3-（E1- E2），D正确； 故答案选C。 基础达标 1. 下列关于反应热和焓变的说法正确的是 A．任何条件下，焓变完全等于反应热 B．放热反应的ΔH＜0，吸热反应的ΔH>0 C．所有化学反应的反应热都可以通过实验直接测得 D．生成物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＜0 【答案】B 【解析】A．焓变（ΔH）仅在恒压条件下等于反应热，其他条件（如恒容）下不成立，A错误； B．ΔH为生成物总焓减反应物总焓，放热时反应物总焓更高，ΔH＜0，吸热时ΔH>0，B正确； C．不是所有化学反应的反应热都可以通过实验直接测得，如碳不完全燃烧生成CO的反应热无法直接测定，需间接计算，C错误； D．ΔH为生成物总焓减反应物总焓，当生成物的总能量大于反应物的总能量时，反应吸热，ΔH＞0，D错误； 故选B。 2．下列关于化学反应与能量的说法中，不正确的是 A．Al与盐酸的反应属于放热反应 B．化学反应总是伴随着能量的变化 C．当反应物的总能量高于生成物的总能量时，反应向环境放出能量 D．CO2与C的反应属于放热反应 【答案】D 【解析】A．Al与盐酸反应释放热量，属于放热反应，A正确； B．化学反应中化学键断裂和形成必然伴随能量变化，B正确； C．反应物总能量高于生成物时，多余能量以热等形式释放，C正确； D．CO2与C在高温下生成CO的反应是吸热反应，D错误； 故选D。 3．下列说法正确的是 A．常温下，若反应不能自发进行，则该反应的 B．研究  该反应发生的条件，可以解决含碳燃料不充分燃烧引起的环境问题 C．熵增的反应都是自发的，自发反应的现象一定非常明显 D．已知  ，该反应吸热，一定不能自发进行 【答案】A 【解析】A．常温下，反应A(s)+B(g)=C(g) + D(g)的ΔS＞0，而该反应不能自发进行，故该反应的ΔH-TΔS＞0，故该反应的ΔH＞0，故A正确； B．反应2CO(g)→2C(s)+O2(g)的ΔH＞0、ΔS＜0，故ΔH-TΔS一定大于0，该反应一定不能自发进行，故研究该过程发生的条件不能解决含碳燃料不充分燃烧引起的环境问题，故B错误； C．熵增的反应的ΔS＞0，但ΔH-TΔS不一定小于0，故熵增的反应不一定都是自发的，且自发反应的现象不一定非常明显，故C错误； D．反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)的ΔH＞0，故该反应是吸热反应，且ΔS＞0，故该反应在高温下有ΔH-TΔS＜0，在高温下可以自发进行，故D错误； 故答案为A。 4．下列反应或过程中能量的变化如图所示的是 A． B． C． D． 【答案】C 【分析】根据图形可知反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应，据此信息解答。 【解析】A．一氧化碳与氧化铜共热反应生成铜和二氧化碳的反应为吸热反应，A不符合题意； B．碳酸钙受热分解生成氧化钙和二氧化碳的反应为吸热反应，B不符合题意； C．稀硫酸和氢氧化钠溶液生成硫酸钠和水的中和反应为放热反应，C符合题意； D．氯化铵与八水氢氧化钡反应生成氯化钡、氨气和水的反应为吸热反应，D不符合题意； 故答案为：C。 5．下列变化过程中∆H<0的是 A．电解Al2O3得到Al和O2 B．碳和水蒸气制备水煤气 C．镁与稀盐酸反应 D．液体水的汽化 【答案】C 【解析】A．电解Al2O3得到Al和O2是吸热反应，ΔH>0，故A不选； B．碳和水蒸气高温反应生成CO和氢气是吸热反应，ΔH>0，故B不选； C．镁与稀盐酸反应是放热反应，ΔH<0，故C选； D．液体汽化是吸热过程，ΔH>0，故D不选； 故选：C。 6．HCl是重要的化工原料，可由反应制得，该反应为放热反应。关于该反应，下列说法正确的是 A．可用如图表示物质的能量变化 B．断开键会释放能量 C．断开键会吸收能量 D．形成键会吸收能量 【答案】C 【解析】A．图中表示的是反应物和生成物的能量变化图，A错误； B．断开H－H键会吸收能量，B错误； C．断开Cl－Cl键会吸收能量，C正确； D．形成H−Cl键会释放能量，D错误； 故选C。 7．已知：共价键、、键能分别为、、，则反应的等于 A． B． C． D． 【答案】D 【解析】反应热等于断裂共价键的键能与形成共价键的键能之差，，D项正确；故选D。 8．用催化加氢可以制取乙烯，其热化学方程式为： ；相关化学键的键能如下表所示： 化学键 键能（kJ/mol） 803 436 414 464 则表中的为 A．766 B．154 C．890 D．2622 【答案】A 【解析】由表中数据可知，  ，求出的键能为 故选A。 9．下列关于能量的说法中正确的是 A．物质发生化学变化都伴随着能量变化 B．放热反应不需要加热就能发生，吸热反应需要加热才能发生 C．物质的物理变化过程中没有能量的变化 D．吸热反应的热效应与反应的过程有关 【答案】A 【解析】A．化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成，化学反应中一定伴随能量变化，故A正确； B．有的放热反应，需要加热，达到反应的温度，如甲烷的燃烧，吸热反应不一定需要加热才能发生，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应，常温就能发生，故B错误； C．物质的物理变化过程中也有能量的变化，如液态水转化为气态水过程中吸收能量，故C错误； D．化学反应的热效应与反应过程无关，只与反应的始末状态有关，故D错误； 故选A。 10．历史上曾用“地康法”制氯气，相关反应为，已知相关化学键的键能(E)如表所示。则该反应的为 化学键 Cl―Cl O=O O―H H―Cl 247 497 463 431 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】＝反应物总键能－生成物总键能＝氢氯键键能×4+氧氧双键键能×1－氯氯键键能×2－氢氧键键能×4＝431×4＋497×1－247×2－463×4＝－125kJ/mol； 故答案选B； 综合应用 11．催化还原是重要的烟气脱硝技术，其反应过程与能量关系如图甲所示，催化还原的反应历程如图乙所示。下列说法正确的是 A．图甲反应中既有极性共价键的断裂和形成，又有非极性共价键的断裂和形成 B．和的总能量要大于和的总能量 C．图甲所示热化学方程式为 D．图乙中总反应为 【答案】B 【解析】A．NH3和NO反应生成氮气和水，没有非极性共价键的断裂，故A错误； B．根据图甲，NH3和NO反应生成氮气和水为放热反应，和的总能量要大于和的总能量，故B正确； C．根据图甲，NH3和NO反应生成氮气和水为放热反应，图甲所示热化学方程式为，故C错误； D．根据图示，图乙中总反应为，故D错误； 选B。 12．碳的两种同素异形体金刚石和石墨晶体结构如图(石墨晶体中是由一个个正六边形组成的片层结构，层与层之间靠微弱的范德华力结合)，下列说法正确的是 A．根据：C(金刚石，s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH=-395.41 kJ·mol-1，C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.5 kJ·mol-1，说明金刚石比石墨稳定，石墨转变为金刚石为放热反应 B．相同质量的金刚石与石墨晶体中，所含共价键数相同 C．估计金刚石与石墨的熔、沸点均较高，硬度均较大 D．现代科技已经实现了石墨制取金刚石，该过程属于化学变化 【答案】D 【解析】A．根据盖斯定律，由，，用第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得：；，这表明石墨转变为金刚石为吸热反应。能量越低越稳定，金刚石转化为石墨放热，说明石墨能量更低，更稳定，A错误； B．金刚石中每个碳原子形成4个共价键，每个共价键被2个碳原子共用，所以1个碳原子实际拥有2个共价键；石墨中每个碳原子形成3个共价键，每个共价键被2个碳原子共用，所以1个碳原子实际拥有1.5个共价键。相同质量的金刚石和石墨，物质的量相同，但所含共价键数不同，B错误； C．金刚石是原子晶体，熔、沸点较高，硬度较大；而石墨晶体中是由一个个正六边形组成的片层结构，层与层之间靠微弱的范德华力结合，所以石墨的硬度较小，C错误； D．石墨和金刚石是碳元素的两种不同单质，石墨制取金刚石有新物质生成，该过程属于化学变化，D正确； 综上，答案是D。 13．已知：  。下列有关说法正确的是 A．该反应过程的能量变化可用上图表示 B．   C．完全分解产生和，放出热量 D．在相同条件下，和的能量总和大于的能量 【答案】D 【解析】A．是放热反应，该反应过程的能量变化不能用上图表示，故A错误； B．气态HF的能量大于液态HF的能量，所以  ，故B错误； C．是放热反应，完全分解产生和，吸收热量，故C错误； D．是放热反应，在相同条件下，和的能量总和大于的能量，故D正确； 选D。 14．和CO是环境污染性气体，可在催化剂表面转化为无害气体，其总反应为： ，有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。下列说法正确的是 A．为该反应的催化剂 B． C．反应过程中只涉及极性键的断裂和形成 D．、CO的键能总和大于、的键能总和 【答案】A 【解析】A．先消耗后生成，说明为该反应的催化剂，故A正确； B．根据盖斯定律：ΔH=ΔH1+ΔH2，ΔH=正反应活化能-逆反应活化能=Ea-Eb=-226kJ/mol，故B错误； C．反应过程中形成N≡N，有非极性键的形成，故C错误； D．该反应为放热反应，则N2O、CO的键能总和小于CO2、N2的键能总和，故D错误； 故选：A。 15．碳(C)与氧气反应的焓变如图所示，已知键能为akJ/mol，键能为bkJ/mol，则中碳氧键键能(单位：kJ/mol)为 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】由图可知，反应的焓变为，反应的焓变等于反应物键能总和减去生成物键能总和，设中碳氧键键能为x kJ/mol，则，x=； 故选 B。 拓展培优 16．中国科研人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。 已知：几种物质中化学键的键能如下表所示。 化学键 H2O中H-O键 O2中O=O键 H2中H-H键 H2O2中O-O键 H2O2中O-H键 键能/(kJ·mol-1) 463 496 436 138 463 若反应过程中分解了2 mol水，则下列说法正确的是 A．总反应为2H2OH2↑＋O2↑ B．过程Ⅰ放出了926 kJ能量 C．过程Ⅲ属于吸热反应 D．过程Ⅱ吸收了574 kJ能量 【答案】C 【解析】A．该反应总反应为水在光照条件下分解为氢气和氧气，化学方程式为2H2O2H2↑＋O2↑，故A错误； B．过程I中断裂2mol水中的H-O键，吸收能量为2mol×463kJ/mol=926kJ，故B错误； C．过程Ⅲ可知，H2O2中的O-O、O-H键断裂，O=O、H-H键形成，过程Ⅲ的∆H=138+2×463-436-496=+132 kJ/mol，是吸热反应，故C正确； D．过程Ⅱ为2-OH+2H=H2+H2O2，ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和，ΔH=(463×2-436-138-463×2)kJ/mol=-574kJ/mol，放出574 kJ能量，故D错误； 故答案选C。 17．一定条件下，与发生加成反应有①、②两种可能，反应进程中能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．生成等物质的量 比吸收的热量更多 B．反应刚开始时，产物中的比例更大 C．适当提高反应温度，可以提高产物中的比例 D．反应①、反应②对应生成物的总键能相同 【答案】C 【解析】A．焓变在给定反应中，只与始态和终态有关，与中间状态无关，根据图像可知，两个反应均为放热反应，生成等物质的量 CH3CHClCH3( g)比CH3CH2CH2Cl(g)放出的热量更多，故A错误； B．反应②的活化能比反应①的活化能低，化学反应速率快，因此相同条件下，CH3CHClCH3( g)的生成速率大于CH3CH2CH2Cl(g)，反应刚开始时，产物中CH3CHClCH3( g)比例更大，故B错误； C．生成CH3CHClCH3( g)时焓变更小，升温时产生的逆向移动效应更明显，相对CH3CH2CH2Cl(g)生成率更大，升高温度，平衡逆向进行，可以提高CH3CH2CH2Cl(g)的比例，故C正确； D．反应的焓变反应物的总键能-生成物的总键能，两个反应反应物相同，，则反应②对应生成物的总键能更大，故D错误； 故答案为C。 18．在标准压强101kPa、298K下，由最稳定的单质生成1mol物质B的反应焓变，叫做物质B的标准摩尔生成焓，用符号表示。部分物质的如图所示，已知：、、的标准摩尔生成焓为0，下列有关判断正确的是 A．根据图中信息，可判断热稳定性： B．；ΔH >-483.6kJ·mol-1 C．2mol的键能小于1mol与1mol的键能之和 D．燃烧热的热化学方程式为 ΔH =-534.2kJ·mol-1 【答案】C 【解析】A．的标准摩尔生成焓为，的标准摩尔生成焓为，和反应生成放热，而生成吸热，则的能量比低，热稳定性：，A错误； B．由图中信息知： ，因为的能量低于，所以，B错误； C．的标准摩尔生成焓为，则 ，由反应物的总键能-生成物的总键能，则的键能小于与的键能之和，C正确； D．标准燃烧热的热化学方程式为，标准摩尔生成焓为，标准摩尔生成焓为，可以求出 ，因为的能量低于，D错误； 故答案选C。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第一章 化学反应的热效应 1.1 化学反应与能量变化 第1课时 系统的内能 教学目标 1. 理解能量守恒定律在化学反应中的应用； 2. 知道内能的含义； 3. 知道化学反应中的能量转化形式； 4. 了解反应焓变与反应热的关系。 重点和难点 重点：反应热的计算； 难点：能量守恒的应用。 ◆知识点一 系统的内能 1.系统与环境 在自然科学研究中，被研究的对象称为________。系统以外的，与系统相关的其他部分称为________。例如，研究盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液就是系统，而盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等便是环境。 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________表示， （2）内能的变化：系统内能的变化用符号________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） 根据能量守恒定律，________________。 特别提醒/易错提醒/教材延伸 1．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．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， 3. 内能变化：ΔU=U(生成物)-U(反应物) 内能变化与能量变化的关系：U(反应产物)＞U(反应物) 反应吸收能量 U(反应产物)＜U（反应物） 反应释放能量 即学即练 1．热力学温度，又称开尔文温标，简称开氏温标，是国际单位制七个基本物理量之一。开尔文(LordKelvin)被称为热力学之父，他将第一和第二热力学定律公式化。下列关于反应ΔU的说法中，正确的是_____。 A．ΔU>0时，反应放出能量 B．ΔU<0时，反应放出能量 C．ΔU=Q D．ΔU=ΔH 2. 下列关于内能和内能变化的叙述正确的是 A. 内能是体系内物质所含的能量总和 B. 内能只与物质的种类、数量以及聚集状态有关 C. 系统的内能可以通过实验测得 D. 内能变化就是反应热 ◆知识点二 化学反应的热效应 1．反应热的概念 在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热称为________________，也称________，用符号Q 表示。系统从环境________，则________；系统对环境________，则________。 2．从微观角度理解反应热产生的原因 （1）化学键与能量的关系 化学反应的本质是化学键的断裂和形成。断裂原有的化学键需要________，生成新的化学键会________，化学键的变化是化学反应中能量变化的主要原因。 （2） 键能：标准状况下，将1 mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量，单位（kJ·mol-1）。 特别提醒 根据键能计算反应热的方法 （1）正确书写化学方程式； （2）分析断裂或形成的化学键的数目； （3）代入公式计算：Q＝E1(断裂反应物化学键吸收总能量)－E2形成(反应产物化学键释放总能量)。 即学即练 1. 合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH3，放出92.2 kJ热量。 （1）若起始时向容器内放入2 mol N2和6 mol H2，达平衡后放出的热量为Q，则Q________（填“>”“<”或“＝”）184.4 kJ。 （2）已知 1 mol N—H键断裂吸收的能量等于________kJ。 2. 已知：N2(g)+3H2(g) ===2NH3(g) ΔH= - 92.4 kJ·mol-1。若断裂1 mol N≡N、1 mol N-H需要吸收的能量分 别为945.6 kJ、391 kJ，则断裂1 mol H-H需要吸收的能量是 A．618.4 kJ B．436 kJ C．256 kJ D．1308 kJ ◆知识点三 从宏观角度理解反应热产生的原因 1. 化学反应的热效应决定于反应物总能量和生成物总能量相对大小。 2. 以能量为纵坐标，放热反应和吸热反应的简单示意图如下： 反应物的总能量大于生成物的总能量 反应物的总能量小于生成物的总能量 特别提醒 1．若反应物总能量＞生成物总能量，则反应释放能量。 2．若反应物总能量＜生成物总能量，则反应吸收能量。 即学即练 1. 在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下图： 若E1＞E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是____________。 2. 已知反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)为放热反应，则下列说法中正确的是 A．反应过程中的能量变化关系可用右图表示 B．甲烷燃烧时化学能转化为热能和光能 C．断开反应物中旧化学键吸收的能量大于形成生成物中 化学键放出的能量 D．该反应发生断裂的化学键有离子键和共价键 一、反应热的计算 根据键能计算反应热的方法 （1）正确书写化学方程式； （2）分析断裂或形成的化学键的数目； （3）代入公式计算：Q＝E1(断裂反应物化学键吸收总能量)－E2形成(反应产物化学键释放总能量)。 实践应用 1．在和的条件下，和完全反应生成的能量变化如图所示，下列说法不正确的是 A．断开中的化学键需要吸收的能量 B．的能量比的能量低 C．和完全反应生成是放热反应 D．该化学反应能量变化的主要原因是共价键断裂和形成时的能量变化 2．甲醇（结构式“”）是重要的化工原料，也是重要的燃料。在催化剂作用下利用CO、 制备甲醇的反应为：   已知化学键的键能如下 化学键 H—H H—C H—O C—O （CO中） 键能 436 413 465 343 1076 该反应的热效应为 A． B． C． D． 3. 2A(g)B(g)+Q(Q>0)；下列能量变化示意图正确的是 A． B． C． D． 2、 键能与稳定性比较 ①ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和 ②键能越大，物质能量越低，越稳定；反之键能越小，物质能量越高，越不稳定 实践应用 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总能量高于反应物总能量 C．反应3O2(g)=2O3(g)的ΔH>0，则O3比O2稳定 D．气态水比液态水稳定 2．汽车发动机工作会引发的反应，其能量变化如图所示。已知：断开中化学键需吸收能量，断开中化学键需吸收能量。下列说法错误的是 A．该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量 B．具有的能量一定高于所具有的能量 C．形成中化学键需要放出能量 D．比更稳定 考点一 内能及内能变化 【例1】回答下列问题： （1）一定压强下，0℃时 1.0 mol 的水和 0℃时 1.0 mol 的冰， 哪个系统的内能更大？ （2）一定压强下，25℃时 1.0 mol 的水和 25℃时 10.0 mol 的水，哪个系统的内能更大？ （3）等物质的量的下列物质中，内能最大的是 A. 水蒸气 B. 液态水 C. 冰 D. 冰水混合物 解题要点 相同量的同一物质，内能的大小为：气态＞液态＞固态 条件相同的同一物质，物质的量越多，内能越大。 【变式1-1】下列关于反应 ΔU 的说法中，正确的是 A．ΔU > 0 时，反应释放能量    B．ΔU < 0 时，反应释放能量 C．ΔU = Q          D．ΔU = ΔH 考点二 反应热与键能 【例2】由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。下列说法错误的是 A．和如图中完全反应放出139kJ能量 B．反应物能量之和大于生成物能量之和 C．反应生成时有4mole-转移 D．断键吸收能量之和小于成键释放能量之和 解题要点 1. 反应物的总能量大于生成物的总能量，此反应属于放热反应. 2. 反应的反应热=断键吸收的总能量-成键放出的总能量. 3. 断键吸收能量，成键释放能量，断键吸收能量之和小于成键释放能量之和.此反应是放热反应. 【变式2-1】已知化学反应的能量变化如图所示，下列叙述正确的是 A．反应每生成分子吸收能量 B．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 C．该反应的反应热 D．断裂键和键，释放能量 【变式2-2】已知断开1 mol Cl2(g)中的化学键需要吸收242.7 kJ的能量。根据反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的能量变化示意图，下列说法不正确的是 A．H2(g)和Cl2(g)反应形成2 mol HCl(g)释放184.4 kJ的能量 B．1 mol HCl(g)反应形成H2(g)和Cl2(g)吸收92.2 kJ的能量 C．断裂化学键所需的能量：1 mol HCl(l)大于断裂1 mol HCl(g) D．断开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收436.4 kJ的能量 考点三 反应热与总能量的关系 【例3】化学反应伴随能量的变化。下列说法错误的是 A．化学键断裂可能发生化学反应 B．化学反应必然伴随能量的变化 C．石墨转化为金刚石需要吸收能量，说明金刚石比石墨稳定 D．灼热的铂丝与、混合气接触，铂丝保持红热，说明所发生的反应是放热反应 解题要点 1. 能量越低越稳定. 2. 化学键断裂可能发生化学反应也可能不是化学变化. 3. 化学反应过程中有旧键的断裂与新键的形成，必然伴随能量的变化. 【变式3-1】在催化剂作用下，和合成的反应历程及能量变化如图所示。 已知：。*表示被吸附在催化剂表面，表示被吸附在催化剂表面的。下列叙述正确的是 A．在上述反应历程中能垒最大值为 B． C．上述反应过程中存在非极性键的断裂与极性键的形成 D．相同条件下，比稳定 【变式3-2】下列图示与对应的叙述不相符的是      A．a图可表示Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应的能量变化 B．b图可知，相同条件下，石墨比金刚石更稳定 C．c图可知，滴加少量硫酸铜溶液(a)可催化锌与稀硫酸反应 D．d图可知，该反应放出的能量为：E4-E1-E3＋E2 基础达标 1. 下列关于反应热和焓变的说法正确的是 A．任何条件下，焓变完全等于反应热 B．放热反应的ΔH＜0，吸热反应的ΔH>0 C．所有化学反应的反应热都可以通过实验直接测得 D．生成物的总能量大于反应物的总能量时，ΔH＜0 2．下列关于化学反应与能量的说法中，不正确的是 A．Al与盐酸的反应属于放热反应 B．化学反应总是伴随着能量的变化 C．当反应物的总能量高于生成物的总能量时，反应向环境放出能量 D．CO2与C的反应属于放热反应 3．下列说法正确的是 A．常温下，若反应不能自发进行，则该反应的 B．研究  该反应发生的条件，可以解决含碳燃料不充分燃烧引起的环境问题 C．熵增的反应都是自发的，自发反应的现象一定非常明显 D．已知  ，该反应吸热，一定不能自发进行 4．下列反应或过程中能量的变化如图所示的是 A． B． C． D． 5．下列变化过程中∆H<0的是 A．电解Al2O3得到Al和O2 B．碳和水蒸气制备水煤气 C．镁与稀盐酸反应 D．液体水的汽化 6．HCl是重要的化工原料，可由反应制得，该反应为放热反应。关于该反应，下列说法正确的是 A．可用如图表示物质的能量变化 B．断开键会释放能量 C．断开键会吸收能量 D．形成键会吸收能量 7．已知：共价键、、键能分别为、、，则反应的等于 A． B． C． D． 8．用催化加氢可以制取乙烯，其热化学方程式为： ；相关化学键的键能如下表所示： 化学键 键能（kJ/mol） 803 436 414 464 则表中的为 A．766 B．154 C．890 D．2622 9．下列关于能量的说法中正确的是 A．物质发生化学变化都伴随着能量变化 B．放热反应不需要加热就能发生，吸热反应需要加热才能发生 C．物质的物理变化过程中没有能量的变化 D．吸热反应的热效应与反应的过程有关 10．历史上曾用“地康法”制氯气，相关反应为，已知相关化学键的键能(E)如表所示。则该反应的为 化学键 Cl―Cl O=O O―H H―Cl 247 497 463 431 A． B． C． D． 综合应用 11．催化还原是重要的烟气脱硝技术，其反应过程与能量关系如图甲所示，催化还原的反应历程如图乙所示。下列说法正确的是 A．图甲反应中既有极性共价键的断裂和形成，又有非极性共价键的断裂和形成 B．和的总能量要大于和的总能量 C．图甲所示热化学方程式为 D．图乙中总反应为 12．碳的两种同素异形体金刚石和石墨晶体结构如图(石墨晶体中是由一个个正六边形组成的片层结构，层与层之间靠微弱的范德华力结合)，下列说法正确的是 A．根据：C(金刚石，s)＋O2(g)=CO2(g)　ΔH=-395.41 kJ·mol-1，C(石墨，s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.5 kJ·mol-1，说明金刚石比石墨稳定，石墨转变为金刚石为放热反应 B．相同质量的金刚石与石墨晶体中，所含共价键数相同 C．估计金刚石与石墨的熔、沸点均较高，硬度均较大 D．现代科技已经实现了石墨制取金刚石，该过程属于化学变化 13．已知：  。下列有关说法正确的是 A．该反应过程的能量变化可用上图表示 B．   C．完全分解产生和，放出热量 D．在相同条件下，和的能量总和大于的能量 14．和CO是环境污染性气体，可在催化剂表面转化为无害气体，其总反应为： ，有关化学反应的物质变化过程及能量变化过程分别如图甲、乙所示。下列说法正确的是 A．为该反应的催化剂 B． C．反应过程中只涉及极性键的断裂和形成 D．、CO的键能总和大于、的键能总和 15．碳(C)与氧气反应的焓变如图所示，已知键能为akJ/mol，键能为bkJ/mol，则中碳氧键键能(单位：kJ/mol)为 A． B． C． D． 拓展培优 16．中国科研人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。 已知：几种物质中化学键的键能如下表所示。 化学键 H2O中H-O键 O2中O=O键 H2中H-H键 H2O2中O-O键 H2O2中O-H键 键能/(kJ·mol-1) 463 496 436 138 463 若反应过程中分解了2 mol水，则下列说法正确的是 A．总反应为2H2OH2↑＋O2↑ B．过程Ⅰ放出了926 kJ能量 C．过程Ⅲ属于吸热反应 D．过程Ⅱ吸收了574 kJ能量 17．一定条件下，与发生加成反应有①、②两种可能，反应进程中能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．生成等物质的量 比吸收的热量更多 B．反应刚开始时，产物中的比例更大 C．适当提高反应温度，可以提高产物中的比例 D．反应①、反应②对应生成物的总键能相同 18．在标准压强101kPa、298K下，由最稳定的单质生成1mol物质B的反应焓变，叫做物质B的标准摩尔生成焓，用符号表示。部分物质的如图所示，已知：、、的标准摩尔生成焓为0，下列有关判断正确的是 A．根据图中信息，可判断热稳定性： B．；ΔH >-483.6kJ·mol-1 C．2mol的键能小于1mol与1mol的键能之和 D．燃烧热的热化学方程式为 ΔH =-534.2kJ·mol-1 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $$