第1章 第1节 第1课时 反应热 焓变-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固Word教参（人教版2019）

第一节　反应热 第1课时　反应热　焓变 学习目标 评价目标 1．知道内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、物质的聚集状态等影响 2．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 3．能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学变化中能量变化的本质 1．理解反应热测定的原理和方法，会分析产生误差的原因，不断完善和改进测定方法 2．能从宏观和微观的角度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 3．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 知识点一　反应热及其测定 1．体系与环境(以盐酸与NaOH溶液的反应为例) 2．体系与环境的热量交换——反应热 (1)热量：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许多反应热可以通过__量热计__直接测定。 3．中和反应反应热的测定 (1)测定原理 环境温度不变时，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。 (2)实验装置 简易量热计示意图 (3)实验步骤及注意事项 ①反应前体系的温度：分别测量质量为m1 g的稀盐酸与质量为m2 g的稀NaOH溶液的温度，平均值记为反应前体系的温度(t1 ℃)。 ②反应后体系的温度：迅速混合并__搅拌__，将__最高__温度记为反应后体系的温度(t2 ℃)。 ③重复操作两次。 (4)实验数据处理 反应后生成的溶液的比热容为c J/(g·℃)，生成1 mol H2O时放出的热量Q＝____ 知识点二　反应热与焓变 1．内能与焓变 (1)内能：体系内物质的各种　能量　的总和，符号为U，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。 (2)焓：一个与内能有关的物理量，符号为　H　。 (3)焓变 在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，符号为　ΔH　；单位为　kJ/mol　(或　kJ·mol-1　)。 (4)焓变与放热反应、吸热反应的关系 ①放热反应的ΔH为　负　值，ΔH　<　0； ②吸热反应的ΔH为　正　值，ΔH　>　0。 化学反应中焓的变化示意图 2．从微观角度认识反应热的实质 (1)实例分析 以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)(25 ℃，101 kPa下)的能量变化为例。 化学键 断裂或形成1 mol 化学键 反应中能量变化 H—H 吸收　436　kJ能量 共吸收　679　kJ能量 Cl—Cl 吸收　243　kJ能量 H—Cl 放出　431　kJ能量 共放出　862　kJ能量 结论 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应热ΔH＝－183 kJ·mol-1 (2)结论：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。 探本思辨 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)化学变化中的能量变化都是化学能与热能间的相互转化。(　×　) (2)加热条件下发生的反应均为吸热反应。(　×　) (3)在一个化学反应中，当反应物总焓大于生成物总焓时，反应放热，ΔH为负值。(　√　) (4)浓硫酸溶于水，体系的温度升高，该过程属于放热反应。(　×　) (5)中和反应反应热的测定实验中，玻璃搅拌器换成铜质搅拌器效果更好。(　×　) (6)中和反应反应热的测定实验中，应将50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液分多次倒入小烧杯。(　×　) 2．(1)中和反应反应热的测定实验中，若用0.55 mol·L-1 KOH溶液代替0.55 mol·L-1 NaOH 溶液，对反应热的测定结果会产生影响吗？为什么？ (2)中和反应反应热的测定实验中，若用浓硫酸代替盐酸，对结果会产生什么影响？若用醋酸代替盐酸，对结果会产生什么影响？若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定中和反应的反应热，对结果会产生什么影响？ 答案：(1)无影响。因为强酸、强碱的稀溶液反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量是相同的，与用KOH溶液还是用NaOH溶液以及酸、碱的用量无关。 (2)浓硫酸溶于水时放热，所测反应热的数值偏大。醋酸是弱酸，电离吸热，所测反应热的数值偏小。若用稀硫酸和稀Ba(OH)2溶液测定中和反应的反应热，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。 3．已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)，反应过程中能量变化如图所示，回答下列问题。 (1)a、b、c分别代表什么意义？ a表示　反应中旧键断裂吸收的总能量　； b表示　反应中新键形成放出的总能量　； c表示　反应热　。 (2)该反应是放热反应还是吸热反应？ 　放热反应　，ΔH　<　(填“<”或“>”)0。 (3)a、b、c的关系式为　c＝b－a　。 【解析】(1)H2(g)和O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是H2(g)→2H(g)和O2(g)→O(g)过程中，断裂H—H和O==O吸收的能量，故a代表旧化学键断裂时吸收的能量，b代表2H(g)和O(g)结合成H2O(g)中的化学键时放出的能量，c代表断裂旧化学键吸收的能量与形成新化学键释放的能量之差，即反应热。(2)由图示可知，H2(g)和O2(g)的总能量比H2O(g)的总能量高，即反应物的总能量比生成物的总能量高，因此该反应为放热反应，焓变ΔH<0。(3)c代表断裂旧化学键吸收的能量与形成新化学键释放的能量之差，即c＝b－a。 放热反应与吸热反应 角度1：放热反应与吸热反应的比较 项目 放热反应 吸热反应 含义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应 形成原因 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 与化学键 的关系 生成物成键时释放的总能量大于反应物断键时吸收的总能量 生成物成键时释放的总能量小于反应物断键时吸收的总能量 表示方法 ΔH为“－”或ΔH＜0 ΔH为“＋”或ΔH＞0 反应过程 图示 常见反应 举例 ①大多数化合反应 ②所有的燃烧及缓慢氧化反应 ③酸碱中和反应 ④活泼金属与酸或H2O的反应，如Mg＋2H＋===Mg2+＋H2↑ ⑤铝热反应，如2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe ⑥少数分解反应，如2H2O2===2H2O＋O2↑ ①大多数分解反应，如 NH4ClNH3↑＋HCl↑ ②少数化合反应，如C＋CO22CO ③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应 ④C＋H2O(g)CO＋H2 ⑤NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑ 例1 下列过程中能量变化与图像不相符的是(　D　) 选项 A B C D 反应 NaOH和 盐酸反应 碳酸钙的 分解 Cl2和H2 反应 Na和水 反应 图像 【解析】 NaOH和盐酸的反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故A正确；碳酸钙的分解反应是吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，故B正确；Cl2和H2的反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故C正确；钠和水的反应是放热反应，反应物的总能量应大于生成物的总能量，故D错误。 角度2：放热反应和吸热反应判断的方法 (1)条件判断法：依据反应条件判断。通常需要持续加热的反应为吸热反应。有些反应要在点燃、加热或高温的条件下进行，但反应引发后无须再提供能量或反应混合物能保持红热的反应是放热反应。 (2)图像判断法：依据能量变化图像判断。反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应为放热反应；反之，则为吸热反应。 (3)数据判断法：依据断键和成键所吸收和释放的能量数据判断。如果旧键断裂吸收的能量大于新键形成释放的能量，则为吸热反应；反之，为放热反应。 (4)经验判断法：物质的燃烧反应、酸碱中和反应、金属与酸(或水)反应、大多数化合反应等为放热反应；盐的分解，铵盐与碱的复分解反应，以C、CO、H2等作还原剂的氧化还原反应等通常为吸热反应。 例2 如图所示，在101 kPa时，ΔH1＝－393.5 kJ· mol-1，ΔH2＝－395.4 kJ· mol-1。下列说法中正确的是(　C　) A． 断裂金刚石和石墨中的化学键要放出能量 B． 石墨转化成金刚石需要吸收热量，是物理变化 C． 石墨比金刚石稳定 D． 1 mol金刚石与1 mol O2的总能量低于1 mol CO2的总能量 【解析】 化学反应中旧键断裂吸收能量，则断裂金刚石和石墨中的化学键要吸收能量，故A错误；石墨转化为金刚石发生的是化学反应，属于化学变化，故B错误；1 mol金刚石的能量高于1 mol石墨的能量，物质的能量越高越不稳定，则石墨比金刚石稳定，故C正确；由图知1 mol金刚石与1 mol O2的总能量高于1 mol CO2的总能量，故D错误。 1．[2023·宁波中学检测]中华传统文化蕴含着丰富的化学知识，下列诗句中主要涉及吸热反应的是(　B　) A． 白居易《赋得古原草送别》：“野火烧不尽，春风吹又生。” B． 于谦《石灰吟》：“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。” C． 于谦《咏煤炭》：“爝火燃回春浩浩，洪炉照破夜沉沉。” D． 李商隐《无题·相见时难别亦难》：“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干。” 【解析】 野草燃烧的反应为放热反应，A不符合题意；碳酸钙高温发生分解的反应是吸热反应，B符合题意；煤炭燃烧的反应为放热反应，C不符合题意；蜡烛燃烧的反应为放热反应，D不符合题意。 2．[2023·学军中学检测]工业上常用接触法制备硫酸，其中关键步是SO2在V2O5催化作用下与空气中的O2在接触室发生可逆反应：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)，该反应的ΔH＝－196 kJ·mol-1。下列关于SO2催化氧化生成SO3的说法正确的是(　D　) A． 反应物总能量小于生成物总能量 B． 反应物键能总和大于生成物键能总和 C． V2O5的使用降低了该反应的焓变 D． 反应消耗1 mol SO2时放出热量为98 kJ 【解析】 题述反应为放热反应，所以反应物总能量大于生成物总能量，A错误；反应热ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能，又ΔH＜0，反应物键能总和小于生成物键能总和，B错误；根据题意知，V2O5为催化剂，所以V2O5的使用不改变该反应的焓变，C错误；根据ΔH的含义知，反应消耗1 mol SO2时放出热量为98 kJ，D正确。 3．CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示。下列有关该反应的说法正确的是(　B　) A． 该反应为吸热反应 B． 1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量 C． 该反应不需要加热就能进行 D． 1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量 【解析】 由能量变化示意图可知，生成物的总能量比反应物的总能量低，该反应为放热反应，但并不是不需要加热，A、C错误，B正确；当1 mol CO2 (g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)时，要吸收41 kJ热量，D错误。 化学变化过程中的能量变化 角度1：从微观视角认识反应热产生的原因 化学反应的本质是化学键的断裂和形成，断裂化学键时需要吸收能量(用E1表示)，形成化学键时释放出能量(用E2表示)，如图1所示。化学反应过程中形成化学键、断裂化学键能量变化与焓变关系：ΔH＝E1－E2，放热反应过程中能量变化如图2所示。 图1 图2 例1 (1)在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2，相关化学键的键能数据如下表。 化学键 N≡N H—H N—H 键能/(kJ·mol-1) 946.0 436.0 390.8 则反应2NH3(g)⥫⥬N2(g)＋3H2(g)的ΔH＝　＋90.8　kJ·mol-1。 (2)根据键能数据可知CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反应热ΔH＝　－1 940 kJ·mol-1　。 化学键 C—H C—F H—F F—F 键能/(kJ·mol-1) 414 489 565 155 【解析】 (1)ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，根据化学方程式以及表格中数据可得ΔH＝390.8 kJ·mol-1×3×2－(946 kJ·mol-1＋436.0 kJ·mol-1×3)＝＋90.8 kJ·mol-1。 (2)ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和＝(4×414＋4×155－4×489－4×565)kJ·mol-1＝－1 940 kJ·mol-1。 角度2：中和反应反应热的测定 1．提高中和反应反应热测定值准确度的措施 (1)原理方面 ①为使测得的数据更准确，酸、碱溶液应当使用强酸、强碱的稀溶液。测定实验中若用弱酸或弱碱，因其电离吸热使测定数值偏小；若用浓酸或浓碱，因其溶解放热使测定数值偏大。 ②为保证盐酸被完全中和，碱的浓度应稍大。 (2)操作方面 ①酸、碱溶液混合要迅速，防止热量散失。 ②在测量反应混合液的温度时，温度计不要贴在容器壁上或插入容器底部，要随时读取温度值，记录下最高温度值。 (3)仪器方面 ①不可将温度计当搅拌器使用；玻璃搅拌器应上下移动。 ②应使用玻璃搅拌器，不能用金属质搅拌器代替。 2．误差分析 依据ΔH＝－进行分析： (1)若n(H2O)不变，Q的实验值偏大，则ΔH偏小；Q的实验值偏小，则ΔH偏大。 (2)若Q不变，n(H2O)的实验值偏大，则ΔH偏大；n(H2O)的实验值偏小，则ΔH偏小。 (3)如实验过程中保温措施不好，Q的实验值偏小，则ΔH偏大。 例2 某实验小组设计用50 mL 1.0 mol/L盐酸与50 mL 1.1 mol/L氢氧化钠溶液在如图所示装置中进行中和反应。试回答下列问题。 简易量热计示意图 (1)仪器a的名称为　玻璃搅拌器　。 (2)在反应中若因为有放热现象，而造成少量盐酸在反应中挥发，则测得的中和反应反应热数值　偏小　(填“偏大”“偏小”或“不变”)。 (3)该实验小组做了3次实验，每次取溶液各50 mL，并记录如下原始数据。 实验 序号 起始温度t1/℃ 终止温度(t2)/℃ 温差(t2－t1)/℃ 盐酸 NaOH 溶液 平均值 1 25.1 24.9 25.0 31.6 6.6 2 25.1 25.1 25.1 31.8 6.7 3 25.1 25.1 25.1 31.9 6.8 已知盐酸、NaOH溶液的密度近似为1 g/mL，中和后混合液的比热容c＝4.18×10-3 kJ/(g·℃)，则测得中和反应反应热ΔH＝　－56.01　kJ/mol(结果精确到0.01)。 【解析】 (1)根据量热计的构造可知，仪器a是玻璃搅拌器。(2)由于二者发生中和反应放出热量，使HCl挥发逸出，反应的HCl的物质的量偏少，则放出的热量就偏少，最终导致测定的中和反应反应热数值偏小。(3)3次实验的前后温度差分别为6.6 ℃、6.7 ℃、6.8 ℃，3次实验数据均有效，平均值为6.7 ℃，50 mL 1.0 mol/L盐酸与50 mL 1.1 mol/L氢氧化钠溶液的质量和m＝100 mL×1 g/mL ＝100 g，c＝4.18×10-3 kJ/(g·℃)，反应生成H2O的物质的量n(H2O)＝1.0 mol/L×0.05 L＝0.05 mol，代入公式Q＝cmΔt可得生成0.05 mol 的水放出热量Q＝4.18×10-3 kJ/(g·℃)×100 g×6.7 ℃＝2.800 6 kJ，所以生成1 mol水放出热量Q总＝≈56.01 kJ，即该实验测得的中和反应反应热ΔH＝－56.01 kJ/mol。 1．为了测定酸、碱中和反应的反应热，计算时至少需要的数据是(　C　) ①酸溶液的浓度和体积　②碱溶液的浓度和体积　③比热容　④反应后溶液的质量(单位：kg)　⑤生成水的物质的量　⑥反应前后温度变化　⑦操作所需的时间 A．①②③⑥ B．①③④⑤ C．③④⑤⑥ D．全部 【解析】 根据ΔH＝－kJ·mol-1可知，C正确。 2．[2023·湖州中学检测]已知N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)的反应热ΔH＝－92.4 kJ·mol-1，25 ℃和101 kPa时，1 mol共价键断裂吸收的能量如下表： 共价键 H—H N—H 能量/(kJ·mol-1) 436 391 则形成1 mol N≡N释放的能量为(　A　) A．945.6 kJ B．965.4 kJ C．869 kJ D．649 kJ 【解析】 根据N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)的反应热ΔH＝－92.4 kJ·mol-1，焓变等于反应物的键能之和减去生成物的键能之和，形成1 mol N≡N释放的能量为(－92.4 kJ)＋6×391 kJ－3×436 kJ＝945.6 kJ。 3．实验室用50 mL 0.5 mol/L盐酸、50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液和如图所示装置进行中和反应反应热的测定实验，得到的数据如表所示。 实验 次数 起始温度t1/℃ 终止温度t2/℃ 盐酸 NaOH溶液 1 20.2 20.3 23.7 2 20.3 20.5 23.8 3 21.5 21.6 24.9 (1)从实验装置上看，图中缺少的一种玻璃仪器是　玻璃搅拌器　。 (2)经数据处理，t2－t1＝3.4 ℃，则该实验测得的ΔH＝　－56.8　 kJ/mol[溶液密度按1 g/cm3计算，反应后混合溶液的比热容按4.18 J/(g·℃)计算，结果保留三位有效数字]。 (3)若用0.5 mol/L盐酸与NaOH固体进行实验，则实验测得的反应热ΔH1　＜　(填“＞”“＜”或“＝”)ΔH。 【解析】 酸与碱发生中和反应时，为保证酸完全反应，碱适当过量，根据公式Q＝c·m·Δt计算生成0.025 mol H2O放出的热量，最后根据中和反应反应热的概念求出反应热，进行中和反应反应热测定时，为使反应快速进行，要使用玻璃搅拌器搅拌，反应的酸、碱的物质的量多少不同，反应放出的热量不同，但中和反应反应热相同，NaOH固体溶解放出热量，放出的热量越多，则反应热就越小。(1)从实验装置上看，图中缺少的一种玻璃仪器是玻璃搅拌器。(2)HCl、NaOH发生中和反应生成NaCl、H2O，化学方程式为HCl＋NaOH===NaCl＋H2O，二者反应的物质的量相等。n(HCl)＝0.5 mol/L×0.05 L＝0.025 mol，n(NaOH)＝0.55 mol/L×0.05 L＝0.027 5 mol，n(HCl)＜n(NaOH)，碱过量，反应产生H2O的物质的量以不足量的HCl为标准计算，酸、碱稀溶液密度可看作与水相同，则根据Δt＝t2－t1＝3.4 ℃，结合公式Q＝c·m·Δt＝4.18 J/(g·℃)×100 g×3.4 ℃＝1 421.2 J＝1.421 2 kJ，n(H2O)＝n(HCl)＝0.025 mol，则该实验测得的ΔH＝－≈－56.8 kJ/mol。(3)NaOH固体溶解在水中放出热量，则若用0.5 mol/L盐酸与NaOH固体进行实验，测得反应放出的热量会增加，反应放出的热量越多，则反应热就越小，因此实验测得的反应热ΔH1＜ΔH。 温馨说明：课后请完成高效作业1 学科网（北京）股份有限公司 $$