第1章 第1节 第2课时 化学反应的内能变化与焓变（Word教参）-【步步高】2024-2025学年高二化学选择性必修1学习笔记（鲁科版 京粤闽皖豫宁陕）

本讲义聚焦高中化学“化学反应的内能变化与焓变”核心内容，系统梳理从内能变化（ΔU）到焓变（ΔH）的逻辑关系，构建“定性辨识能量转化形式—定量计算焓变（键能与物质总焓）—规范书写热化学方程式”的递进式学习支架。 资料以核心素养为导向，通过微观键能计算焓变培养科学思维，用“五看”法则规范热化学方程式书写深化化学观念，题组分模块设计（反应热与内能、焓变与键能等）助力科学探究与实践。课中辅助教师突破重难点，课后帮助学生查漏补缺，提升解决实际问题能力。

第2课时　化学反应的内能变化与焓变 [核心素养发展目标]　1.能从宏观和微观的角度理解化学反应中能量变化的本质。2.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，建立从定性到定量描述化学反应中的能量变化的思维模型，掌握热化学方程式书写的方法和意义。 一、化学反应的内能变化 1．内能 2．化学反应中内能的变化 ΔU＝U(反应产物)－U(反应物) 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。 3．内能变化与反应热的关系 (1)化学反应体系与环境进行能量交换以热和功的形式呈现，化学反应内能的变化等于反应热和功的加和，则ΔU＝Q＋W。 (2)若反应中体系没有做功，则ΔU＝Q。 4．吸热反应和放热反应中内能变化特点 吸热反应 Q>0，ΔU>0，体系的内能增加 放热反应 Q<0，ΔU<0，体系的内能减少 (1)化学反应体系与环境进行能量交换的形式只有热能(　　) (2)内能的绝对值可以通过理论计算或实验测定得知(　　) (3)化学反应过程中内能的变化量就是反应热(　　) (4)等压条件下，反应热一定等于反应体系内能的变化(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)× 在恒温恒容的密闭体系中，H2(g)与I2(g)反应生成HI(g)，该反应体系的内能变化如图所示(没做电功等)，回答下列问题： (1)该反应体系的ΔU________(填“＞”“＜”或“＝”，下同)0。 (2)W______0。 (3)该反应体系的反应热Q＝________。 (4)下列关于该反应的叙述正确的是__________(填序号)。 ①反应物的总能量比反应产物的总能量高13 kJ ②断裂反应物中化学键所需的能量低于形成反应产物中化学键释放的能量 ③该反应不需要提供能量就能发生反应 ④反应开始前体系的内能等于反应物化学键中储存的总能量 答案　(1)＜　(2)＝　(3)－13 kJ　(4)①② 二、化学反应的焓变 1．焓与反应焓变 2．反应热与反应焓变的关系 (1)对于等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能(没有与电能、光能等其他形式的能量形式发生转化)，则反应焓变等于该反应的反应热，表达式：ΔH＝Qp。 (2)反应焓变与吸热反应和放热反应的关系 3．反应焓变(ΔH)与键能的关系 (1)键能：在25 ℃和101 kPa下，气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量，如图，表示“H—H”键能为436 kJ·mol－1。 (2)依据键能计算反应焓变 以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化为例说明，如图所示： ΔH＝(436＋243)kJ·mol－1－(431＋431)kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1。 计算结果表明：1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时，放出183 kJ的能量。 (1)化学反应过程与反应热的关系 (2)根据键能理论计算焓变 ΔH＝反应物的键能总和－反应产物的键能总和 (1)化学反应的焓变就是反应物总焓和反应产物总焓的差值(　　) (2)化学反应的反应热就是该反应的焓变(　　) (3)化学反应的焓变和反应物及反应产物的内能有关，受物质种类、数量、聚集状态影响，和反应条件无关(　　) (4)焓(H)只有正值，而焓变(ΔH)有正负之分，可以通过焓变来判断一个反应是吸热反应还是放热反应(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)√ 1．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的符号为“－” 答案　D 解析　B项，ΔH＞0时反应吸热，ΔH<0时反应放热，错误；C项，焓变有正、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反应产物的总焓，故该反应为放热反应，ΔH的符号为“－”，正确。 2．已知：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)，反应过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。 (1)a、b、c分别代表什么意义？ a：___________________________________________________________________； b：___________________________________________________________________； c：___________________________________________________________________。 (2)该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应，ΔH________(填“>”或“<”)0。 答案　(1)旧键断裂吸收的能量　新键形成放出的能量　反应热　(2)放热　< 三、热化学方程式 1．热化学方程式的概念及意义 (1)概念 把一个化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来的化学方程式。 (2)意义 热化学方程式不仅表明了物质的变化，还表明了焓变(能量变化)。 (3)实例：H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1表示的意义：在298 K、101 kPa下，1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(l)时，放出的热量是285.8 kJ。 2．热化学方程式的书写 (1)注明反应时的温度和压强，298 K(25 ℃)、101 kPa下进行的反应可不注明。 (2)注明反应物和反应产物的聚集状态：固态(s)、液态(l)、气态(g)、溶液(aq)。 (3)热化学方程式的化学计量数，可以是整数或分数。 (4)ΔH必须与化学方程式一一对应。 ΔH的单位中“mol－1”，指的是“每摩尔反应”，对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其ΔH也不同。 1．在25 ℃、101 kPa下，1 mol气态H2与0.5 mol气态O2反应生成1 mol液态H2O，放出285.8 kJ的热量。 (1)该反应的热化学方程式为________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)生成1 mol气态H2O时，放出的热量不同，其原因是________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)H2(g)＋ O2(g)===H2O(l)　ΔH ＝－285.8 kJ·mol－1 (2)H2O的聚集状态不同，其内能不同，因而尽管产物都是1 mol H2O，但放出的热量不同 2．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1，则将1 mol N2(g)和3 mol H2(g)置于密闭容器中，一定条件下充分反应，放出的热量_________(填“大于”“小于”或“等于”)92 kJ，理由是_______________________________________________________。 答案　小于　该反应是可逆反应，不能进行完全 3．判断下列热化学方程式的正误，错误的指明原因。 (1)2NO2===O2＋2NO　ΔH＝＋116.2 kJ·mol－1(　　) ________________________________________________________________________。 答案　×　物质未标明聚集状态 (2)3.2 g CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出178 kJ的热量，其热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ(　　) ________________________________________________________________________。 答案　×　数值正确，单位应为kJ·mol－1 (3)已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1，则NH3(g)N2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋46 kJ·mol－1(　　) ________________________________________________________________________。 答案　√ (4)2 mol HgO分解生成液态汞和氧气时，吸收181.4 kJ的热量，则HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝－90.7 kJ·mol－1(　　) ________________________________________________________________________。 答案　×　该反应吸热，ΔH应为“＋”值 判断热化学方程式的正误注意“五看” 一看方程式是否配平； 二看各物质的聚集状态是否正确； 三看ΔH的“＋”“－”符号是否正确； 四看反应热的单位是否为“kJ·mol－1”； 五看反应热的数值与化学计量数是否对应。 4．根据所给信息，书写对应的热化学方程式。 (1)11.2 L(标准状况)H2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体，放出91.5 kJ热量： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)已知1 mol C(s，石墨)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3 kJ热量： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67 kJ热量： ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)25 ℃、101 kPa下，强酸、强碱的稀溶液发生中和反应生成1 mol H2O(l)时，放出57.3 kJ热量：__________________________________________________________________。 (5)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1，请写出1 mol NH3分解对应的热化学方程式：______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－183 kJ·mol－1 (2)C(s，石墨)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1 (3)NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g)　ΔH＝－226.7 kJ·mol－1 (4)H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 (5)NH3(g)N2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋46 kJ·mol－1 (选择题1～8题，每小题6分，9～13题，每小题7分，共83分) 题组一　反应热与内能变化、反应焓变的关系 1．下列关于内能和焓变的说法正确的是(　　) A．化学反应过程中内能的变化等于焓变 B．气态水和液态水所具有的内能一定不相同 C．焓的大小受体系的温度、压强等因素的影响 D．内能只与物质的种类、数量以及聚集状态有关 答案　C 解析　相同条件下，等质量的气态水和液态水所具有的内能一定不相同，但题干未说明水的质量是否相同，因此不能比较二者内能的大小，B错误；内能除了与物质的种类、数量以及聚集状态有关外，还与体系的温度、压强有关，D错误。 2．下列说法正确的是(　　) A．质量相等而状态不同的同种物质，它们的焓相等 B．当反应放热时，ΔU＞0；反应吸热时，ΔU＜0(反应过程中体系没有做功) C．在一个确定的化学反应中，反应物的总焓与反应产物的总焓一定不同 D．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化 答案　C 解析　反应放热时ΔU＜0，吸热时ΔU＞0，B项错误；化学反应一定伴随能量变化，所以反应物的总焓与反应产物的总焓一定不同，C项正确；焓变是反应产物的总焓与反应物的总焓之差，不限制反应物或反应产物的量，D项错误。 3．如图是H2与Cl2发生反应生成HCl的途径和三个状态的能量，下列有关说法错误的是(　　) A．步骤2是放热过程 B．三个状态的能量E2最大 C．要实现步骤1的转化，必须加热 D．该反应的ΔH<0 答案　C 解析　步骤1为旧化学键断裂的过程，该过程吸收能量，步骤2为新化学键形成的过程，该过程放出能量，故三个状态的能量E2最大；该反应可通过燃烧实现，为放热反应，ΔH<0；要实现步骤1的转化可以通过点燃或光照等条件。 题组二　反应焓变与化学键变化的关系 4．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，已知下列化学键的键能(断裂或形成1 mol化学键所吸收或放出的热量)： 化学键 键能/(kJ·mol－1) H—H 436 N—H 391 N≡N 946 下列说法正确的是(　　) A．该反应为吸热反应 B．该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量 C．反应热Q＝＋92 kJ·mol－1 D．生成1 mol NH3放出92 kJ热量 答案　B 解析　反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)过程中，共断裂1 mol N≡N键和3 mol H—H键，形成6 mol N—H键，则断键共吸热946 kJ·mol－1×1 mol＋436 kJ·mol－1×3 mol＝2 254 kJ，形成N—H键共放热391 kJ·mol－1×6 mol＝2 346 kJ，由于放出的总热量＞吸收的总热量，故反应放热，放热反应的反应物的总能量高于反应产物的总能量，A项错误、B项正确；1 mol N2完全反应生成NH3的反应热Q＝－(2 346－2 254) kJ·mol－1＝－92 kJ·mol－1，C项错误；生成1 mol NH3时放出的热量为92 kJ·mol－1× mol＝46 kJ，D项错误。 5．中国研究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表所示： 化学键 H2O中H—O O2中O==O H2中H—H H2O2中O—O H2O2中O—H 键能/ (kJ·mol－1) 463 496 436 138 463 若反应过程中分解了2 mol水，则下列说法不正确的是(　　) A．总反应为2H2O2H2↑＋O2↑ B．过程Ⅰ吸收了926 kJ能量 C．过程Ⅱ放出了574 kJ能量 D．过程Ⅲ属于放热反应 答案　D 解析　由图可知，总反应为水分解生成氢气和氧气，反应的化学方程式为2H2O2H2↑＋O2↑，故A正确；过程Ⅰ为2 mol H2O变成2 mol氢原子和2 mol羟基，吸收的能量为463 kJ×2＝926 kJ，故B正确；过程Ⅱ为2 mol氢原子和2 mol羟基生成1 mol氢气和1 mol过氧化氢，放出的能量为436 kJ＋138 kJ＝574 kJ，故C正确；过程Ⅲ为1 mol过氧化氢变成1 mol氧气和1 mol氢气，断开1 mol H2O2中2 mol H—O键和1 mol O—O键，形成1 mol O2中O==O键和1 mol H2中H—H键，吸收的能量为463 kJ×2＋138 kJ＝1 064 kJ，放出的能量为496 kJ＋436 kJ＝932 kJ，吸收的能量大于放出的能量，该过程为吸热反应，故D错误。 题组三　热化学方程式 6．工业生产水煤气的反应为C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.4 kJ·mol－1，下列判断正确的是(　　) A．反应物能量总和大于反应产物能量总和 B．CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(l)　ΔH＝－131.4 kJ·mol－1 C．该反应生成1 mol H2(g)吸收131.4 kJ热量 D．该反应生成1体积CO(g)吸收131.4 kJ热量 答案　C 解析　A项，由题中信息知合成水煤气的反应为吸热反应，故可判断反应物总能量小于反应产物总能量；B项，生成的H2O为液态时，ΔH<－131.4 kJ·mol－1；D项，应为生成1 mol CO(g)吸收131.4 kJ热量。 7．根据碘与氢气反应的热化学方程式： ①I2(g)＋H2(g)2HI(g)　ΔH＝－9.48 kJ·mol－1 ②I2(s)＋H2(g)2HI(g)　ΔH＝＋26.48 kJ·mol－1 下列判断正确的是(　　) A．254 g I2(g)中通入2 g H2(g)，反应放热9.48 kJ B．1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ C．4 mol HI(g)分解为I2(g)和H2(g)吸收9.48 kJ能量 D．反应②的反应物总能量比反应①的反应物总能量低 答案　D 解析　A项，因为是可逆反应，不能进行完全，所以放出的热量小于9.48 kJ，错误；B项，1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差26.48 kJ－(－9.48 kJ)＝35.96 kJ，错误；D项，等量的同一物质，固态物质的能量比气态物质的能量低，反应②的反应物总能量比反应①的反应物总能量低，正确。 8．N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时，放出133.5 kJ热量。则下列热化学方程式正确的是(　　) A.N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋267 kJ·mol－1 B．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534 kJ·mol－1 C．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋534 kJ·mol－1 D．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－133.5 kJ·mol－1 答案　B 解析　该反应为放热反应，A、C项错误；0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时放出133.5 kJ热量，则1 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时放出的热量为534 kJ，B项正确、D项错误。 9．现有如下3个热化学方程式： H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1＝－a kJ·mol－1① H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝－b kJ·mol－1② 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3＝－c kJ·mol－1③ 则由下表所列的原因能推导出后面结论的是(　　) 选项 原因 结论 A H2的燃烧是放热反应 a、b、c均大于零 B ①和②中物质的化学计量数相同 a＝b C ①和③中H2O的状态不同，化学计量数不同 a、c不会有任何关系 D ③的化学计量数是②的2倍 ΔH2＜ΔH3 答案　A 解析　①②中由于生成的水的状态不同，故ΔH不同，即a、b也不同，B项错误；①③中由于气态水转化为液态水要放热，故c＞2a，C项错误；②③中因ΔH3＝2ΔH2，且ΔH2、ΔH3均为负值，故ΔH2＞ΔH3，D项错误。 10．25 ℃时，一定量的甲烷与a L(已折合成标准状况)空气的混合气体充分反应，甲烷恰好完全燃烧，恢复至25 ℃时，放出b kJ的热量。假设空气中氧气的体积分数是，则下列热化学方程式正确的是(　　) A．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－b kJ·mol－1 B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－ kJ·mol－1 C．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－ kJ·mol－1 D．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝＋ kJ·mol－1 答案　C 解析　甲烷与氧气反应的化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)，空气中氧气的体积为 L，n(O2)＝＝ mol，即一定量的CH4与 mol O2恰好完全燃烧放出b kJ热量，则1 mol CH4与2 mol O2恰好完全燃烧放出 kJ热量，即甲烷燃烧的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－ kJ·mol－1。 11．已知：①2NO2(g)N2O4(g)　ΔH1＜0；②2NO2(g)N2O4(l)　ΔH2＜0。下列能量变化示意图正确的是(　　) 答案　A 解析　根据题中两个热化学方程式可知，NO2转化为N2O4为放热反应，说明2 mol NO2具有的能量大于1 mol N2O4具有的能量，又因为1 mol气态N2O4的能量高于1 mol液态N2O4的能量，所以只有A选项中的图像符合题意。 12．反应A＋B―→C(ΔH＜0)分两步进行：①A＋B―→X(ΔH＞0)，②X―→C(ΔH＜0)。下列示意图能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　) 答案　D 解析　由A＋B―→X为吸热反应，可知X的能量高于A＋B的能量，可排除A项和C项；由总反应A＋B―→C为放热反应，可知C的能量小于A＋B的能量，故B项错误、D项正确。 13．CO(g)与H2O(g)反应过程的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是(　　) A．该反应为吸热反应 B．1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)所具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量 C．反应的热化学方程式为CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝＋41 kJ·mol－1 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的热量 答案　B 解析　由图可知，反应物的总能量大于反应产物的总能量，为放热反应，故A项错误；放热反应的焓变为负值，则热化学方程式为CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ·mol－1，故C项错误；由C项分析可知，1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要吸收41 kJ热量，故D项错误。 14．(8分)写出下列反应的热化学方程式： (1)1 mol N2(g)与适量O2(g)反应生成NO(g)，需吸收180.5 kJ的热量：____________ ________________________________________________________________________。 (2)2 mol Cu(s)与适量O2(g)反应生成CuO(s)，放出314 kJ热量：_________________ ________________________________________________________________________。 (3)1 g硫粉在氧气中充分燃烧放出9.36 kJ热量：______________________________ ________________________________________________________________________。 (4)4 g CO在氧气中完全燃烧生成CO2，放出9.6 kJ热量：______________________。 答案　(1)N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1 (2)2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s)　ΔH＝－314 kJ·mol－1 (3)S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－299.52 kJ·mol－1 (4)2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－134.4 kJ·mol－1 解析　(3)1 g硫粉在氧气中充分燃烧放出9.36 kJ热量，则1 mol S(s)完全燃烧放出的热量为9.36 kJ×32＝299.52 kJ，其热化学方程式为S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－299.52 kJ·mol－1。(4)4 g CO在氧气中完全燃烧生成CO2，放出9.6 kJ热量，故2 mol CO完全燃烧放出的热量为9.6 kJ××2＝134.4 kJ，故CO完全燃烧的热化学方程式：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－134.4 kJ·mol－1。 15．(9分，每空3分)(1)S8分子可形成单斜硫和斜方硫，转化过程如下：S(s，单斜)S(s，斜方)　ΔH＝－0.398 kJ·mol－1，则S(单斜)、S(斜方)相比，较稳定的是______________[填“S(单斜)”或“S(斜方)”]。 (2)在一定条件下，S8(s)和O2(g)发生反应依次转化为SO2(g)和SO3(g)。反应过程和能量关系可用图示简单表示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。 ①写出表示S8(s)燃烧的热化学方程式：______________________________________。 ②写出SO3(g)分解生成SO2(g)和O2(g)的热化学方程式：_______________________。 答案　(1)S(斜方)　(2)①S8(s)＋8O2(g)===8SO2(g)　ΔH＝－8a kJ·mol－1 ②SO3(g)SO2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋b kJ·mol－1 学科网（北京）股份有限公司 $