第一章 第一节 第1课时 反应热 焓变 学案-2026-2027学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第一章　化学反应的热效应 第一节　反应热　第1课时　反应热　焓变 教师版（含答案与解析） 一、三维目标 1．知识与技能 ● 知道化学反应中能量变化的常见形式，了解反应热的含义，能正确区分体系与环境； ● 以中和反应反应热的测定为例，理解反应热测定的原理、装置与数据处理方法，会分析误差； ● 能从宏观（反应物与生成物总能量）和微观（化学键的断裂与形成）两个角度理解焓变（ΔH），并能进行键能的简单计算。 2．过程与方法 ● 经历“提出问题→实验测量→数据处理→得出结论”的探究过程，体会定量实验与控制变量的科学方法； ● 通过能量变化图、键能示意图等模型，建立从宏观现象到微观本质的分析思路，学会用图表表达和解释化学问题。 3．情感态度与价值观 ● 通过了解化学反应热在能源、生产、生活中的广泛应用，认识化学对社会发展的重要贡献，发展学习化学的兴趣； ● 在实验数据的测量与处理中，养成严谨求实、精益求精的科学态度，树立节能与环保意识。 二、教学重点与难点 项目 具体内容 教学重点 反应热与焓变的含义；中和反应反应热的测定原理、操作与数据处理；放热反应、吸热反应的判断。 教学难点 从化学键断裂与形成（键能）的微观角度理解反应热的实质；测定实验的误差分析；ΔH的符号判断与键能计算。 三、教学过程　·　知识梳理与典例探究 知识点一　反应热及其测定 1．体系与环境 在研究化学反应的能量变化时，被研究的对象称为体系（又称系统），如试管中的盐酸、NaOH溶液以及发生的反应；与体系相互影响的其他部分称为环境，如盛溶液的试管（烧杯）、空气等。 图1　体系与环境示意图（以盐酸与NaOH溶液的反应为例） 2．反应热的含义 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。这里的“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。许多反应热可以通过量热计直接测定。 3．实验探究——中和反应反应热的测定 利用简易量热计，测量盐酸与NaOH溶液反应前后的温度，根据温度差和比热容等计算反应热。简易量热计主要由内筒、外壳、隔热层、杯盖、温度计和玻璃搅拌器组成。 图2　简易量热计示意图 【实验步骤】①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸，倒入量热计内筒，盖好杯盖，测量并记录盐酸的温度，用水把温度计上的酸冲洗干净、擦干；②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液，测量并记录其温度；③打开杯盖，将NaOH溶液一次迅速倒入内筒，立即盖盖、插入温度计，用玻璃搅拌器匀速搅拌，记录体系的最高温度（t₂）；④重复上述操作两次。 【数据处理】取盐酸温度与NaOH溶液温度的平均值作为反应前体系的温度（t₁），计算温度差（t₂−t₁），取三次测量的平均值。设酸、碱稀溶液的密度均为1 g·cm⁻³，反应后溶液的比热容 c＝4.18 J·g⁻¹·℃⁻¹，则反应放出的热量 Q＝c·m·(t₂−t₁)，再除以生成水的物质的量，即得中和反应反应热。 【特别提醒】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 H₂O时，放出57.3 kJ的热量，即 ΔH＝−57.3 kJ·mol⁻¹。 4．实验注意事项与误差分析 操作或因素 对温度差 Δt 的影响 对 |ΔH| 的影响 隔热层保温效果差、不盖杯盖 热量散失，Δt 偏小 偏小 NaOH溶液缓慢或分多次倒入 热量散失，Δt 偏小 偏小 用铜（金属）丝代替玻璃搅拌器 铜导热，热量损失，Δt 偏小 偏小 改用弱酸、弱碱（醋酸、氨水） 弱酸（碱）电离吸热，Δt 偏小 偏小 改用浓酸、浓碱 浓溶液稀释时放热，Δt 偏大 偏大 NaOH稍过量（或盐酸稍过量） 保证一方完全反应，无影响 无影响 说明：使酸或碱适当过量，目的是保证另一种反应物完全反应；酸碱应使用稀的强酸、强碱；整套动作要快，尽量减少热量散失；应使用同一支温度计，每次用后洗净擦干。 【例题1】实验室用50 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸、50 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液和如图所示简易量热计进行中和反应反应热的测定实验。 (1) 从实验装置看，图中缺少的一种玻璃仪器是________；装置中隔热层的作用是________________。 (2) 三次实验测得温度差分别为3.15 ℃、3.10 ℃、3.05 ℃，则平均温度差为________℃。 (3) 若改用60 mL 1.0 mol·L⁻¹盐酸跟50 mL 1.1 mol·L⁻¹ NaOH溶液反应，与上述实验相比，中和反应反应热数值________（填“增大”“减小”或“不变”），理由是________________。 (4) 将一定量的稀NaOH溶液、稀Ca(OH)₂溶液、稀氨水分别与1 L 1 mol·L⁻¹稀盐酸恰好完全反应，反应热分别为ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃，则三者大小关系为________。 图3　简易量热计 【答案】(1) 玻璃搅拌器；保温、隔热，减少热量损失　(2) 3.1　(3) 不变；中和反应反应热是指酸与碱发生中和反应生成1 mol H₂O时所放出的热量，与酸、碱的用量无关　(4) ΔH₁＝ΔH₂＜ΔH₃ 【解析】(4)中NaOH、Ca(OH)₂均为强碱，与等量盐酸完全中和时放出的热量相同；NH₃·H₂O是弱碱，其电离过程需要吸热，使中和反应放出的热量减少，故放热时ΔH为负、放热越少ΔH越大，所以ΔH₁＝ΔH₂＜ΔH₃。 【变式1-1】利用如图所示装置测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热，下列说法正确的是 A．向盐酸中加入氢氧化钠溶液时应缓慢倒入 B．揭开杯盖，用玻璃搅拌器搅拌，让溶液混合均匀 C．不能用环形铜丝搅拌器代替环形玻璃搅拌器 D．改用等浓度的氨水代替氢氧化钠溶液对实验结果无影响 【答案】C 【解析】缓慢倒入或揭开杯盖都会造成热量散失，使测定结果偏小，A、B错误；铜丝是热的良导体，用其代替玻璃搅拌器会造成热量损失，C正确；NH₃·H₂O是弱电解质，电离吸热，改用氨水会使测得的反应热数值偏小，D错误。 【变式1-2】某实验小组用0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液50 mL与0.50 mol·L⁻¹盐酸50 mL置于简易量热计中测定中和反应反应热，三次实验的平均温度差为3.4 ℃。已知盐酸、NaOH溶液的密度均近似为1.00 g·cm⁻³，中和后混合液的比热容 c＝4.18×10⁻³ kJ·g⁻¹·℃⁻¹，则该反应的反应热 ΔH 为（保留小数点后1位） A．−56.8 kJ·mol⁻¹ B．−57.3 kJ·mol⁻¹ C．−28.4 kJ·mol⁻¹ D．−1.42 kJ·mol⁻¹ 【答案】A 【解析】反应后溶液质量 m＝(50＋50) mL×1.00 g·cm⁻³＝100 g，放出热量 Q＝4.18×10⁻³ kJ·g⁻¹·℃⁻¹×100 g×3.4 ℃＝1.4212 kJ；生成水的物质的量 n＝0.05 L×0.50 mol·L⁻¹＝0.025 mol，故 ΔH＝−Q/n＝−1.4212/0.025 kJ·mol⁻¹≈−56.8 kJ·mol⁻¹。 知识点二　焓变　吸热反应与放热反应 1．内能、焓与焓变 内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质聚集状态等影响。焓（符号H）是与物质内能有关的物理量。在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，用符号ΔH表示，常用单位为 kJ·mol⁻¹（或 kJ/mol）。 2．焓变与吸热反应、放热反应的关系 ΔH＝H(生成物)−H(反应物)。当反应体系放热时其焓减小，ΔH为负值，即ΔH＜0；当反应体系吸热时其焓增大，ΔH为正值，即ΔH＞0。 图4　化学反应中焓的变化示意图 3．常见的放热反应与吸热反应 类别 常见反应举例 放热反应 ①所有的燃烧反应；②酸碱中和反应；③金属与酸（或水）的置换反应；④大多数化合反应；⑤铝热反应。 吸热反应 ①大多数分解反应；②Ba(OH)₂·8H₂O与NH₄Cl的反应；③C与CO₂（或水蒸气）的反应；④以C、H₂、CO为还原剂的某些氧化还原反应。 【易错警示】反应是吸热还是放热，与反应条件（是否需要加热）没有必然联系。需要加热的反应不一定是吸热反应（如燃烧、铝热反应均需引燃但放热）；常温下能发生的反应也不一定是放热反应（如Ba(OH)₂·8H₂O与NH₄Cl常温反应但吸热）。物质具有的能量越低，其稳定性越强。 【例题2】下列过程的能量变化与如图所示相符的是 A．生石灰与水的反应 B．锌粒与稀盐酸反应 C．碳酸钙高温分解 D．酸碱中和反应 图5　反应过程与能量变化 【答案】C 【解析】由图可知生成物的总能量大于反应物的总能量，该反应为吸热反应。生石灰与水、锌与稀盐酸、酸碱中和均为放热反应，碳酸钙高温分解为吸热反应，故选C。 【变式2-1】下列民俗、诗句、谚语中包含吸热反应的是 A．千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲 B．民间焰火之最——确山打铁花 C．只要功夫深，铁杵磨成针 D．春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干 【答案】A 【解析】A项描述碳酸钙高温煅烧分解，为吸热反应；B项打铁花是铁水燃烧，D项蜡烛燃烧，均为放热反应；C项铁杵磨成针只是物质形态变化，属于物理变化。 【变式2-2】反应 A＋B→C 分两步进行：①A＋B→X；②X→C。反应过程中的能量变化如图所示，下列叙述正确的是 A．A＋B→C 的反应一定要加热才能发生 B．物质A、B、X、C中，C最不稳定 C．A和B的总能量大于C的总能量 D．①②两步反应均为放热反应 图6　两步反应的能量变化 【答案】C 【解析】反应的吸、放热与反应条件无关，A错误；物质能量越低越稳定，C的能量最低、最稳定，B错误；由图知A和B的总能量大于C的总能量，C正确；第①步A、B总能量小于X，为吸热反应，第②步X能量高于C，为放热反应，D错误。 知识点三　反应热与化学键键能 1．从微观角度理解反应热的实质 化学反应的实质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键断裂时需要吸收能量，化学键形成时会释放能量；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。 图7　H₂(g)＋Cl₂(g)＝2HCl(g)的能量变化示意图 以H₂与Cl₂反应为例：断裂1 mol H—H键、1 mol Cl—Cl键共吸收能量 436 kJ＋243 kJ＝679 kJ；形成2 mol H—Cl键共释放能量 431 kJ×2＝862 kJ。则 ΔH＝679 kJ·mol⁻¹−862 kJ·mol⁻¹＝−183 kJ·mol⁻¹，与实验测得的−184.6 kJ·mol⁻¹很接近。 2．键能与焓变的计算 键能是指断开（或形成）1 mol 化学键所吸收（或释放）的能量，单位为 kJ·mol⁻¹。焓变的两种计算方法： ● 根据物质具有的能量：ΔH＝E(生成物总能量)−E(反应物总能量)； ● 根据化学键键能：ΔH＝反应物的键能总和−生成物的键能总和＝断键吸收的总能量−成键释放的总能量。 【规律小结】键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定，而该物质本身具有的能量越低；ΔH只与体系的始态和终态有关，与反应途径、反应条件（如使用催化剂）无关。 【例题3】已知 H₂(g)＋Br₂(g)＝2HBr(g)　ΔH＝−102 kJ·mol⁻¹，其他相关数据如下表，则表中 a 为 A．404 B．260 C．230 D．200 　　H—H键能436；H—Br键能369；Br—Br键能 a（单位均为 kJ·mol⁻¹）。 【答案】D 【解析】ΔH＝反应物键能总和−生成物键能总和＝[(436＋a)−2×369] kJ·mol⁻¹＝−102 kJ·mol⁻¹，解得 a＝200。 【变式3-1】物质变化常伴随能量变化，如图表示N₂(g)和O₂(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化情况，判断下列说法错误的是 A．该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量 B．2 mol气态氧原子结合生成O₂(g)时，能放出498 kJ能量 C．断裂1 mol NO分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量 D．1 mol N₂(g)和1 mol O₂(g)反应生成2 mol NO(g)的 ΔH＝−180 kJ·mol⁻¹ 图8　N₂与O₂反应的能量变化 【答案】D 【解析】ΔH＝(946＋498−2×632) kJ·mol⁻¹＝＋180 kJ·mol⁻¹，为吸热反应，反应物总能量低于生成物总能量，A正确、D错误；同一化学键断键吸收与成键放出的能量相等，故B、C正确。 【变式3-2】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（H—O键能463、H—H键能436、O—O键能138、O＝O键能496，单位 kJ·mol⁻¹）。若反应过程中分解了2 mol H₂O，则下列说法不正确的是 A．总反应为 2H₂O → 2H₂↑＋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】总反应为水在光催化下分解为氢气和氧气，A正确；过程Ⅰ为2 mol H₂O断裂2 mol H—O键，吸收463×2＝926 kJ，B正确；过程Ⅱ形成1 mol H—H键和1 mol O—O键，放出436＋138＝574 kJ，C正确；过程Ⅲ中断裂2 mol H—O键和1 mol O—O键吸收(463×2＋138)＝1064 kJ，形成1 mol O＝O键和1 mol H—H键放出(496＋436)＝932 kJ，吸收大于放出，过程Ⅲ为吸热反应，D错误。 四、课堂练习　（限时8分钟，检验当堂学习效果） 【练习1】在用简易量热计测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热实验中，将NaOH溶液倒入盐酸中的正确操作是 A．沿玻璃棒缓慢倒入 B．分三次倒入 C．一次迅速倒入 D．一边搅拌一边滴入 【答案】C 【解析】为减少实验过程中热量散失，应将NaOH溶液一次迅速倒入盐酸中，故选C。 【练习2】下列关于中和反应反应热测定实验的说法正确的是 A．温度计能代替玻璃搅拌器，用于搅拌反应物 B．强酸与强碱反应生成1 mol H₂O(l)释放的热量都约为57.3 kJ C．测定实验中，读取混合溶液不再变化的温度为终止温度 D．某同学测得生成1 mol H₂O(l)放热52.3 kJ，造成该结果的原因不可能是所用酸、碱溶液浓度过大 【答案】D 【解析】温度计只能测温不能搅拌，A错误；浓硫酸等与NaOH反应生成1 mol水时放热可大于57.3 kJ，B错误；应读取混合溶液的最高温度为终止温度，C错误；酸碱浓度过大时稀释放热，测得数值应偏大，故52.3 kJ偏小不可能由浓度过大引起，D正确。 【练习3】判断正误（正确的画“√”，错误的画“×”）： (1) 测定中和反应反应热时，混合溶液温度不再变化时的温度为终止温度。（　　） (2) 完成一次中和反应反应热测定，温度计至少需测定温度4次。（　　） (3) 若没有玻璃搅拌器，可用铜质搅拌器代替。（　　） 【答案】(1)×　(2)×　(3)× 【解析】(1)应以混合溶液的最高温度为终止温度；(2)一次实验需测盐酸、NaOH起始温度和混合液最高温度共3次，且通常重复3次；(3)铜导热，会造成热量损失，不能代替。 【练习4】下列过程中 ΔH 小于零的是 A．Ba(OH)₂与NH₄Cl固体混合 B．氯化铵分解得氨气 C．碳酸钙分解得二氧化碳 D．实验室用锌与稀硫酸制备氢气 【答案】D 【解析】ΔH小于零为放热反应。Ba(OH)₂·8H₂O与NH₄Cl反应、氯化铵分解、碳酸钙分解均为吸热反应；锌与稀硫酸制氢气为放热反应，故选D。 【练习5】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】只有在等压条件下内能变化才等于焓变，A错误；未说明水的质量是否相同，不能比较气态水与液态水内能大小，B错误；内能除与物质种类、数量、聚集状态有关外，还受温度、压强影响，故C正确、D错误。 【练习6】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（反应物总焓大于生成物总焓）的反应为放热反应，ΔH为“−” 【答案】D 【解析】ΔH与化学计量数有关、与反应物实际用量无关，A错误；ΔH＞0吸热、ΔH＜0放热，B错误；放热越多ΔH越小，C错误；反应物总焓大于生成物总焓时为放热反应，ΔH为负，D正确。 五、课后作业　（A组·基础巩固　B组·能力提升） A组　基础巩固 【作业1】为测定酸碱反应的反应热，计算时至少需要的数据是：①酸的浓度和体积；②碱的浓度和体积；③比热容；④量热器的质量；⑤反应前后溶液温度变化；⑥操作所需时间 A．①②③⑤ B．①③④⑥ C．③④⑤⑥ D．全部 【答案】A 【解析】由 ΔH 的计算公式可知，至少需要比热容、酸和碱的浓度与体积、反应前后温度变化，据此计算溶液质量和生成水的物质的量，不需要量热器质量和操作时间。 【作业2】分别取40 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸与40 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液进行中和反应反应热测定，下列说法错误的是 A．加入稍过量NaOH的目的是确保盐酸完全反应 B．仪器A（环形）的名称是玻璃搅拌器 C．测完盐酸温度后，把温度计上的酸用水冲洗干净再测NaOH温度 D．用稀醋酸代替稀盐酸，结果一样 【答案】D 【解析】醋酸是弱酸，电离时吸收部分热量，会使测得的反应热数值偏小，D错误；其余各项均正确。 【作业3】中和反应反应热测定实验中，下列操作一定会降低实验准确性的是 A．实验过程中使用同一支温度计测量温度 B．NaOH溶液倒入内筒时有少量溅出 C．反应后读取温度计的最高温度 D．测HCl的温度计用水洗净后再测NaOH温度 【答案】B 【解析】NaOH溅出会使参与反应的碱减少、放出热量减少，产生误差，B符合题意；其余操作均为正确操作。 【作业4】下列仪器中名称为“玻璃搅拌器”的是（环形、带玻璃环的搅拌装置） A．锥形瓶 B．胶头滴管 C．环形玻璃搅拌器 D．250 mL容量瓶 【答案】C 【解析】C项为（环形）玻璃搅拌器，A为锥形瓶，B为胶头滴管，D为容量瓶。 【作业5】用简易装置测定盐酸与NaOH溶液反应的中和反应反应热，下列说法不正确的是 A．将盐酸、NaOH溶液及发生的反应看成体系 B．盐酸与NaOH反应放热使体系温度升高 C．碎泡沫塑料的作用是保温、隔热 D．反应时将NaOH溶液分多次倒入小烧杯中 【答案】D 【解析】为减少热量散失，应将NaOH溶液一次迅速倒入，分多次倒入会造成热量损失，D错误。 【作业6】下列说法正确的是 A．图1（反应物能量高）为放热反应，放热反应不需要加热就能反应 B．图2（生成物能量高）为吸热反应，分解反应均为吸热反应 C．反应热描述化学反应前后的热量变化，任何化学反应都有反应热 D．浓硫酸溶于水温度升高，该过程属于放热反应，可用图1表示 【答案】C 【解析】有些放热反应也需加热（如铝热反应），A错误；少数分解反应放热（如H₂O₂分解），B错误；化学反应一定伴随能量变化，C正确；浓硫酸溶于水是物理变化，不是化学反应的放热反应，D错误。 【作业7】已知在25 ℃、101 kPa下，1 mol氢气在氧气中燃烧生成气态水的能量变化如图所示，下列说法正确的是 A．H₂O(g)分解为H₂(g)与O₂(g)时放出热量 B．甲、乙、丙中物质总能量：乙＞甲＞丙 C．H₂(g)具有的能量高于H₂O(g)具有的能量 D．乙→丙若生成液态水，释放能量将小于930 kJ 图9　H₂燃烧的能量变化 【答案】B 【解析】H₂O(g)分解为H₂、O₂时吸热，A错误；甲→乙吸收能量、乙→丙释放能量，故总能量乙＞甲＞丙，B正确；比较能量应看体系总能量而非单一物质，C错误；气态水液化还会放热，生成液态水时释放能量应大于930 kJ，D错误。 B组　能力提升 【作业8】将 V₁ mL 1.00 mol·L⁻¹ HCl溶液和 V₂ mL 未知浓度NaOH溶液混合均匀并测量记录溶液温度（始终保持 V₁＋V₂＝50），结果如图所示。下列叙述正确的是 A．做该实验时环境温度为22 ℃ B．该实验表明化学能可以转化为热能 C．NaOH溶液浓度约为1.00 mol·L⁻¹ D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应 图10　混合溶液温度随V₁的变化 【答案】B 【解析】22 ℃时反应已经发生，故环境温度低于22 ℃，A错误；溶液温度升高说明反应放热，化学能转化为热能，B正确；V₁＝30 mL时温度最高，说明此时恰好中和，由 30×1.00＝20×c(NaOH)，得 c(NaOH)≈1.50 mol·L⁻¹，C错误；有水生成的反应不一定都放热（如氢气还原氧化铜），D错误。 【作业9】肼（N₂H₄）是一种高能燃料，有关反应的能量变化如图所示。已知断裂1 mol化学键所需能量：N≡N为942、O＝O为500、N—N为154，则断裂1 mol N—H键所需能量（kJ）为 A．194 B．391 C．516 D．658 图11　肼反应的能量变化 【答案】B 【解析】反应 N₂H₄(g)＋O₂(g)＝N₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH₁＝−534 kJ·mol⁻¹。设断裂1 mol N—H键吸收 x kJ，则 ΔH＝[(154＋4x＋500)−2752] kJ·mol⁻¹＝−534 kJ·mol⁻¹，解得 x≈391。 【作业10】某学生通过测定反应过程中放出的热量计算中和反应反应热，将100 mL 0.5 mol·L⁻¹盐酸与100 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液在简易量热计中反应（c＝4.18 J·g⁻¹·℃⁻¹），回答： (1) 装置中缺少的一种玻璃仪器是________。 (2) 若不盖杯盖，生成1 mol H₂O(l)时所测得的 ΔH 将________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 (3) 改用80 mL盐酸和80 mL NaOH溶液反应，与上述实验相比，所放出的热量________（填“相等”或“不相等”）。 (4) 若用100 mL 0.5 mol·L⁻¹醋酸与100 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH反应，体系温度升高3.0 ℃，该过程放出的热量为________kJ。 (5) 下列说法正确的是________（填字母）：A.向内筒加稀碱应迅速加入；B.量筒中剩余盐酸应冲洗入内筒；C.内筒未烘干对ΔH无影响。 【答案】(1) 玻璃搅拌器　(2) 偏大　(3) 不相等　(4) 2.508　(5) A 【解析】(2)不盖盖热量散失、放热减少，因ΔH为负，数值上ΔH偏大；(3)用量不同，生成水的量不同，放出热量不相等；(4)溶液质量约200 g，Q＝4.18×200×3.0 J＝2508 J＝2.508 kJ；(5)加碱应迅速，A正确。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第一章　化学反应的热效应 第一节　反应热　第1课时　反应热　焓变 学生版（课后核对·独立作答） 一、三维目标 1．知识与技能 ● 知道化学反应中能量变化的常见形式，了解反应热的含义，能正确区分体系与环境； ● 以中和反应反应热的测定为例，理解反应热测定的原理、装置与数据处理方法，会分析误差； ● 能从宏观（反应物与生成物总能量）和微观（化学键的断裂与形成）两个角度理解焓变（ΔH），并能进行键能的简单计算。 2．过程与方法 ● 经历“提出问题→实验测量→数据处理→得出结论”的探究过程，体会定量实验与控制变量的科学方法； ● 通过能量变化图、键能示意图等模型，建立从宏观现象到微观本质的分析思路，学会用图表表达和解释化学问题。 3．情感态度与价值观 ● 通过了解化学反应热在能源、生产、生活中的广泛应用，认识化学对社会发展的重要贡献，发展学习化学的兴趣； ● 在实验数据的测量与处理中，养成严谨求实、精益求精的科学态度，树立节能与环保意识。 二、教学重点与难点 项目 具体内容 教学重点 反应热与焓变的含义；中和反应反应热的测定原理、操作与数据处理；放热反应、吸热反应的判断。 教学难点 从化学键断裂与形成（键能）的微观角度理解反应热的实质；测定实验的误差分析；ΔH的符号判断与键能计算。 三、教学过程　·　知识梳理与典例探究 知识点一　反应热及其测定 1．体系与环境 在研究化学反应的能量变化时，被研究的对象称为体系（又称系统），如试管中的盐酸、NaOH溶液以及发生的反应；与体系相互影响的其他部分称为环境，如盛溶液的试管（烧杯）、空气等。 图1　体系与环境示意图（以盐酸与NaOH溶液的反应为例） 2．反应热的含义 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。这里的“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。许多反应热可以通过量热计直接测定。 3．实验探究——中和反应反应热的测定 利用简易量热计，测量盐酸与NaOH溶液反应前后的温度，根据温度差和比热容等计算反应热。简易量热计主要由内筒、外壳、隔热层、杯盖、温度计和玻璃搅拌器组成。 图2　简易量热计示意图 【实验步骤】①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸，倒入量热计内筒，盖好杯盖，测量并记录盐酸的温度，用水把温度计上的酸冲洗干净、擦干；②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液，测量并记录其温度；③打开杯盖，将NaOH溶液一次迅速倒入内筒，立即盖盖、插入温度计，用玻璃搅拌器匀速搅拌，记录体系的最高温度（t₂）；④重复上述操作两次。 【数据处理】取盐酸温度与NaOH溶液温度的平均值作为反应前体系的温度（t₁），计算温度差（t₂−t₁），取三次测量的平均值。设酸、碱稀溶液的密度均为1 g·cm⁻³，反应后溶液的比热容 c＝4.18 J·g⁻¹·℃⁻¹，则反应放出的热量 Q＝c·m·(t₂−t₁)，再除以生成水的物质的量，即得中和反应反应热。 【特别提醒】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 H₂O时，放出57.3 kJ的热量，即 ΔH＝−57.3 kJ·mol⁻¹。 4．实验注意事项与误差分析 操作或因素 对温度差 Δt 的影响 对 |ΔH| 的影响 隔热层保温效果差、不盖杯盖 热量散失，Δt 偏小 偏小 NaOH溶液缓慢或分多次倒入 热量散失，Δt 偏小 偏小 用铜（金属）丝代替玻璃搅拌器 铜导热，热量损失，Δt 偏小 偏小 改用弱酸、弱碱（醋酸、氨水） 弱酸（碱）电离吸热，Δt 偏小 偏小 改用浓酸、浓碱 浓溶液稀释时放热，Δt 偏大 偏大 NaOH稍过量（或盐酸稍过量） 保证一方完全反应，无影响 无影响 说明：使酸或碱适当过量，目的是保证另一种反应物完全反应；酸碱应使用稀的强酸、强碱；整套动作要快，尽量减少热量散失；应使用同一支温度计，每次用后洗净擦干。 【例题1】实验室用50 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸、50 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液和如图所示简易量热计进行中和反应反应热的测定实验。 (1) 从实验装置看，图中缺少的一种玻璃仪器是________；装置中隔热层的作用是________________。 (2) 三次实验测得温度差分别为3.15 ℃、3.10 ℃、3.05 ℃，则平均温度差为________℃。 (3) 若改用60 mL 1.0 mol·L⁻¹盐酸跟50 mL 1.1 mol·L⁻¹ NaOH溶液反应，与上述实验相比，中和反应反应热数值________（填“增大”“减小”或“不变”），理由是________________。 (4) 将一定量的稀NaOH溶液、稀Ca(OH)₂溶液、稀氨水分别与1 L 1 mol·L⁻¹稀盐酸恰好完全反应，反应热分别为ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃，则三者大小关系为________。 图3　简易量热计 【变式1-1】利用如图所示装置测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热，下列说法正确的是 A．向盐酸中加入氢氧化钠溶液时应缓慢倒入 B．揭开杯盖，用玻璃搅拌器搅拌，让溶液混合均匀 C．不能用环形铜丝搅拌器代替环形玻璃搅拌器 D．改用等浓度的氨水代替氢氧化钠溶液对实验结果无影响 【变式1-2】某实验小组用0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液50 mL与0.50 mol·L⁻¹盐酸50 mL置于简易量热计中测定中和反应反应热，三次实验的平均温度差为3.4 ℃。已知盐酸、NaOH溶液的密度均近似为1.00 g·cm⁻³，中和后混合液的比热容 c＝4.18×10⁻³ kJ·g⁻¹·℃⁻¹，则该反应的反应热 ΔH 为（保留小数点后1位） A．−56.8 kJ·mol⁻¹ B．−57.3 kJ·mol⁻¹ C．−28.4 kJ·mol⁻¹ D．−1.42 kJ·mol⁻¹ 知识点二　焓变　吸热反应与放热反应 1．内能、焓与焓变 内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质聚集状态等影响。焓（符号H）是与物质内能有关的物理量。在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，用符号ΔH表示，常用单位为 kJ·mol⁻¹（或 kJ/mol）。 2．焓变与吸热反应、放热反应的关系 ΔH＝H(生成物)−H(反应物)。当反应体系放热时其焓减小，ΔH为负值，即ΔH＜0；当反应体系吸热时其焓增大，ΔH为正值，即ΔH＞0。 图4　化学反应中焓的变化示意图 3．常见的放热反应与吸热反应 类别 常见反应举例 放热反应 ①所有的燃烧反应；②酸碱中和反应；③金属与酸（或水）的置换反应；④大多数化合反应；⑤铝热反应。 吸热反应 ①大多数分解反应；②Ba(OH)₂·8H₂O与NH₄Cl的反应；③C与CO₂（或水蒸气）的反应；④以C、H₂、CO为还原剂的某些氧化还原反应。 【易错警示】反应是吸热还是放热，与反应条件（是否需要加热）没有必然联系。需要加热的反应不一定是吸热反应（如燃烧、铝热反应均需引燃但放热）；常温下能发生的反应也不一定是放热反应（如Ba(OH)₂·8H₂O与NH₄Cl常温反应但吸热）。物质具有的能量越低，其稳定性越强。 【例题2】下列过程的能量变化与如图所示相符的是 A．生石灰与水的反应 B．锌粒与稀盐酸反应 C．碳酸钙高温分解 D．酸碱中和反应 图5　反应过程与能量变化 【变式2-1】下列民俗、诗句、谚语中包含吸热反应的是 A．千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲 B．民间焰火之最——确山打铁花 C．只要功夫深，铁杵磨成针 D．春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干 【变式2-2】反应 A＋B→C 分两步进行：①A＋B→X；②X→C。反应过程中的能量变化如图所示，下列叙述正确的是 A．A＋B→C 的反应一定要加热才能发生 B．物质A、B、X、C中，C最不稳定 C．A和B的总能量大于C的总能量 D．①②两步反应均为放热反应 图6　两步反应的能量变化 知识点三　反应热与化学键键能 1．从微观角度理解反应热的实质 化学反应的实质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键断裂时需要吸收能量，化学键形成时会释放能量；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。 图7　H₂(g)＋Cl₂(g)＝2HCl(g)的能量变化示意图 以H₂与Cl₂反应为例：断裂1 mol H—H键、1 mol Cl—Cl键共吸收能量 436 kJ＋243 kJ＝679 kJ；形成2 mol H—Cl键共释放能量 431 kJ×2＝862 kJ。则 ΔH＝679 kJ·mol⁻¹−862 kJ·mol⁻¹＝−183 kJ·mol⁻¹，与实验测得的−184.6 kJ·mol⁻¹很接近。 2．键能与焓变的计算 键能是指断开（或形成）1 mol 化学键所吸收（或释放）的能量，单位为 kJ·mol⁻¹。焓变的两种计算方法： ● 根据物质具有的能量：ΔH＝E(生成物总能量)−E(反应物总能量)； ● 根据化学键键能：ΔH＝反应物的键能总和−生成物的键能总和＝断键吸收的总能量−成键释放的总能量。 【规律小结】键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定，而该物质本身具有的能量越低；ΔH只与体系的始态和终态有关，与反应途径、反应条件（如使用催化剂）无关。 【例题3】已知 H₂(g)＋Br₂(g)＝2HBr(g)　ΔH＝−102 kJ·mol⁻¹，其他相关数据如下表，则表中 a 为 A．404 B．260 C．230 D．200 　　H—H键能436；H—Br键能369；Br—Br键能 a（单位均为 kJ·mol⁻¹）。 【变式3-1】物质变化常伴随能量变化，如图表示N₂(g)和O₂(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化情况，判断下列说法错误的是 A．该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量 B．2 mol气态氧原子结合生成O₂(g)时，能放出498 kJ能量 C．断裂1 mol NO分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量 D．1 mol N₂(g)和1 mol O₂(g)反应生成2 mol NO(g)的 ΔH＝−180 kJ·mol⁻¹ 图8　N₂与O₂反应的能量变化 【变式3-2】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（H—O键能463、H—H键能436、O—O键能138、O＝O键能496，单位 kJ·mol⁻¹）。若反应过程中分解了2 mol H₂O，则下列说法不正确的是 A．总反应为 2H₂O → 2H₂↑＋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 四、课堂练习　（限时8分钟，检验当堂学习效果） 【练习1】在用简易量热计测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的反应热实验中，将NaOH溶液倒入盐酸中的正确操作是 A．沿玻璃棒缓慢倒入 B．分三次倒入 C．一次迅速倒入 D．一边搅拌一边滴入 【练习2】下列关于中和反应反应热测定实验的说法正确的是 A．温度计能代替玻璃搅拌器，用于搅拌反应物 B．强酸与强碱反应生成1 mol H₂O(l)释放的热量都约为57.3 kJ C．测定实验中，读取混合溶液不再变化的温度为终止温度 D．某同学测得生成1 mol H₂O(l)放热52.3 kJ，造成该结果的原因不可能是所用酸、碱溶液浓度过大 【练习3】判断正误（正确的画“√”，错误的画“×”）： (1) 测定中和反应反应热时，混合溶液温度不再变化时的温度为终止温度。（　　） (2) 完成一次中和反应反应热测定，温度计至少需测定温度4次。（　　） (3) 若没有玻璃搅拌器，可用铜质搅拌器代替。（　　） 【练习4】下列过程中 ΔH 小于零的是 A．Ba(OH)₂与NH₄Cl固体混合 B．氯化铵分解得氨气 C．碳酸钙分解得二氧化碳 D．实验室用锌与稀硫酸制备氢气 【练习5】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、压强等因素影响 D．内能只与物质的种类、数量以及聚集状态有关 【练习6】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（反应物总焓大于生成物总焓）的反应为放热反应，ΔH为“−” 五、课后作业　（A组·基础巩固　B组·能力提升） A组　基础巩固 【作业1】为测定酸碱反应的反应热，计算时至少需要的数据是：①酸的浓度和体积；②碱的浓度和体积；③比热容；④量热器的质量；⑤反应前后溶液温度变化；⑥操作所需时间 A．①②③⑤ B．①③④⑥ C．③④⑤⑥ D．全部 【作业2】分别取40 mL 0.50 mol·L⁻¹盐酸与40 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液进行中和反应反应热测定，下列说法错误的是 A．加入稍过量NaOH的目的是确保盐酸完全反应 B．仪器A（环形）的名称是玻璃搅拌器 C．测完盐酸温度后，把温度计上的酸用水冲洗干净再测NaOH温度 D．用稀醋酸代替稀盐酸，结果一样 【作业3】中和反应反应热测定实验中，下列操作一定会降低实验准确性的是 A．实验过程中使用同一支温度计测量温度 B．NaOH溶液倒入内筒时有少量溅出 C．反应后读取温度计的最高温度 D．测HCl的温度计用水洗净后再测NaOH温度 【作业4】下列仪器中名称为“玻璃搅拌器”的是（环形、带玻璃环的搅拌装置） A．锥形瓶 B．胶头滴管 C．环形玻璃搅拌器 D．250 mL容量瓶 【作业5】用简易装置测定盐酸与NaOH溶液反应的中和反应反应热，下列说法不正确的是 A．将盐酸、NaOH溶液及发生的反应看成体系 B．盐酸与NaOH反应放热使体系温度升高 C．碎泡沫塑料的作用是保温、隔热 D．反应时将NaOH溶液分多次倒入小烧杯中 【作业6】下列说法正确的是 A．图1（反应物能量高）为放热反应，放热反应不需要加热就能反应 B．图2（生成物能量高）为吸热反应，分解反应均为吸热反应 C．反应热描述化学反应前后的热量变化，任何化学反应都有反应热 D．浓硫酸溶于水温度升高，该过程属于放热反应，可用图1表示 【作业7】已知在25 ℃、101 kPa下，1 mol氢气在氧气中燃烧生成气态水的能量变化如图所示，下列说法正确的是 A．H₂O(g)分解为H₂(g)与O₂(g)时放出热量 B．甲、乙、丙中物质总能量：乙＞甲＞丙 C．H₂(g)具有的能量高于H₂O(g)具有的能量 D．乙→丙若生成液态水，释放能量将小于930 kJ 图9　H₂燃烧的能量变化 B组　能力提升 【作业8】将 V₁ mL 1.00 mol·L⁻¹ HCl溶液和 V₂ mL 未知浓度NaOH溶液混合均匀并测量记录溶液温度（始终保持 V₁＋V₂＝50），结果如图所示。下列叙述正确的是 A．做该实验时环境温度为22 ℃ B．该实验表明化学能可以转化为热能 C．NaOH溶液浓度约为1.00 mol·L⁻¹ D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应 图10　混合溶液温度随V₁的变化 【作业9】肼（N₂H₄）是一种高能燃料，有关反应的能量变化如图所示。已知断裂1 mol化学键所需能量：N≡N为942、O＝O为500、N—N为154，则断裂1 mol N—H键所需能量（kJ）为 A．194 B．391 C．516 D．658 图11　肼反应的能量变化 【作业10】某学生通过测定反应过程中放出的热量计算中和反应反应热，将100 mL 0.5 mol·L⁻¹盐酸与100 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH溶液在简易量热计中反应（c＝4.18 J·g⁻¹·℃⁻¹），回答： (1) 装置中缺少的一种玻璃仪器是________。 (2) 若不盖杯盖，生成1 mol H₂O(l)时所测得的 ΔH 将________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。 (3) 改用80 mL盐酸和80 mL NaOH溶液反应，与上述实验相比，所放出的热量________（填“相等”或“不相等”）。 (4) 若用100 mL 0.5 mol·L⁻¹醋酸与100 mL 0.55 mol·L⁻¹ NaOH反应，体系温度升高3.0 ℃，该过程放出的热量为________kJ。 (5) 下列说法正确的是________（填字母）：A.向内筒加稀碱应迅速加入；B.量筒中剩余盐酸应冲洗入内筒；C.内筒未烘干对ΔH无影响。 学科网（北京）股份有限公司 $