第一章第一节第1课时.docx

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第一章第一节第1课时

第一节　化学反应与能量的变化

第1课时　焓变　反应热

[学习目标定位]　1.熟知能量转化形式及反应热和焓变的含义、吸热反应和放热反应的本质。

2.学会热化学方程式的书写与应用。

一　焓变　反应热

1．化学反应的基本特征：

一是物质发生了变化，二是能量发生了变化。

2．H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）反应的能量变化如图所示：

由图可知，1molH2分子中的化学键断裂吸收的能量是436_kJ，1molCl2分子中的化学键断裂吸收的能量是243_kJ，2molHCl分子中的化学键形成释放的能量是862_kJ，则H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）的反应放出的热量为183_kJ。

3．反应热、焓变的概念

（1）反应热是化学反应在一定条件下所释放或吸收的热量，符号是ΔH，单位是kJ·mol－1或kJ/mol。

（2）焓（H）是与内能有关的物理量，焓变（ΔH）是生成物与反应物的焓值差。

4．ΔH的正、负和吸热、放热反应的关系

（1）放热反应是反应完成时，生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量的反应。

由于反应后放出热量（释放给环境）而使反应体系的能量降低，故ΔH<（填“<”或“>”）0，即ΔH为－（填“＋”或“－”）。

（2）吸热反应是反应完成时，生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量的反应。

由于反应时吸收环境能量而使反应体系的能量升高，故ΔH>（填“<”或“>”）0，即ΔH为＋（填“＋”或“－”）。

5．有下列反应：

①氧化钙与水反应　②碳酸氢钠受热分解

③硫酸与氢氧化钠溶液混合　④燃烧煤炭取暖　⑤钠与水反应　⑥胆矾受热失去结晶水，其中为吸热反应的是②⑥，放热反应的是①③④⑤。

1.反应热与焓变的关系

2．焓变与物质化学键断裂与形成的关系

ΔH＝反应物总键能－生成物总键能。

3．焓变与反应物、生成物能量的关系

ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。

1．化学反应A2（g）＋B2（g）===2AB（g）的能量变化如图所示。

下列有关叙述正确的是（　　）

A．每生成2molAB（g）吸收bkJ热量

B．反应热ΔH＝＋（a－b）kJ·mol－1

C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

D．断裂1molA—A键和1molB—B键，放出akJ能量

答案　B

解析　根据图像可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应是吸热反应，每生成2molAB（g）吸收（a－b）kJ热量，A、C项错误；根据反应热等于生成物总能量与反应物总能量的差值可知，该反应热ΔH＝＋（a－b）kJ·mol－1，B项正确；化学键断裂吸收能量，D项错误。

2．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：

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生成物的总能量

C．反应热ΔH＝92kJ·mol－1

D．生成1molNH3放出92kJ热量

答案　B

解析　反应N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）过程中，共断裂1molN≡N键和3molH—H键，形成6molN—H键，则断键共吸热为946kJ·mol－1×1mol＋436kJ·mol－1×3mol＝2254kJ，形成N—H键共放热为391kJ·mol－1×6mol＝2346kJ，由于放出热量＞吸收热量，故反应放热，放热反应的反应物的总能量高于生成物的总能量，A项错误，B项正确；1molN2完全反应生成NH3的反应热为ΔH＝－（2346－2254）kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1，C项错误；生成1molNH3时放出的热量为ΔE＝92kJ·mol－1×

mol＝46kJ，D项错误。

二　热化学方程式

1．热化学方程式的概念及意义

（1）热化学方程式是表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。

（2）热化学方程式的意义：

不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化，还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。

例如：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1表示的意义是在25℃、101kPa下，1_mol气态H2与

mol气态O2反应生成1_mol液态水时，放出的热量是285.8kJ。

2．热化学方程式的书写方法要求

（1）遵循一般化学方程式的书写规则（一般不写反应条件）。

（2）在方程式右端注明热量的变化：

吸热反应，ΔH>0；放热反应，ΔH<0。

（3）要注明反应物和生成物的聚集状态。

（4）化学计量数只表示物质的量，因此可以是整数，也可以是分数。

（5）化学计量数改变，ΔH要相应改变；逆反应的ΔH数值与正反应的相等、符号相反。

热化学方程式与普通化学方程式的区别

普通化学方程式

热化学方程式

化学计量数

是整数，既表示微粒个数又表示该物质的物质的量

可以是整数也可以是分数，只表示物质的物质的量

状态

不要求注明

必须在分子式后注明

ΔH正负号及单位

无

必须注明

意义

表明了化学反应中的物质变化

不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化

遵循规律

原子守恒

原子守恒和能量守恒

3．下列对H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH（298K）＝－184.6kJ·mol－1的叙述正确的是（　　）

A．1分子H2和Cl2反应，放出热量184.6kJ

B．1molH2（g）完全反应生成2molHCl（g），放出的热量为184.6kJ

C．在101kPa、25℃的条件下，1molH2（g）和1molCl2（g）完全反应生成2molHCl（g）放出的热量为184.6kJ

D．在101kPa、25℃的条件下，1molH2（g）和1molCl2（g）完全反应生成2molHCl（g）吸收的热量为184.6kJ

答案　C

解析　反应方程式中ΔH的值与具体化学反应相对应，在反应中各物质前的化学计量数不再表示粒子数目，只表示物质的“物质的量”，A错误；在描述反应时应说明外界条件，而B中没有温度和压强，B错误；ΔH＜0时，反应放热而非吸热，D错误。

4．在常温常压下，1gH2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体，放出92.3kJ的热量。

下列热化学方程式中正确的是（　　）

A．H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－92.3kJ·mol

B．H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）ΔH＝＋92.3kJ·mol－1

C．H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）ΔH＝＋184.6kJ·mol－1

D．2HCl（g）===H2（g）＋Cl2（g）ΔH＝＋184.6kJ·mol－1

答案　D

解析　H2在Cl2中燃烧生成HCl气体，1gH2燃烧放出92.3kJ的热量，则1mol（2g）H2燃烧放出184.6kJ的热量，化学反应放出热量，ΔH为“－”。

则H2在Cl2中燃烧生成HCl气体的热化学方程式为H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－184.6kJ·mol－1。

一个放热反应的逆反应是吸热反应，并且在其他条件相同时，ΔH是原ΔH的相反数。

则该题的四个选项中只有D是正确的。

方法总结　“五看”法判断热化学方程式的正误

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“＋”“－”符合是否正确；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。

1．下列图示变化为吸热反应的是（　　）

答案　A

解析　A项中的图像表示生成物的能量比反应物的能量高，故为吸热反应；B项中的图像表示反应物的能量比生成物的能量高，故为放热反应；C项中浓硫酸溶于水放热，不是化学变化；D项中锌与盐酸反应是放热反应。

2．CO（g）与H2O（g）反应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．CO（g）和H2O（g）具有的总能量大于CO2（g）和H2（g）具有的总能量

C．该反应不需要加热就能进行

D．1molCO2（g）和1molH2（g）反应生成1molCO（g）和1molH2O（g）要放出41kJ热量

答案　B

解析　由能量变化可知，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；当1molCO2（g）和1molH2（g）反应生成1molCO（g）和1molH2O（g）时，要吸收41kJ热量。

3．热化学方程式C（s）＋H2O（g）===CO（g）＋H2（g）

ΔH＝＋131.3kJ·mol－1表示（　　）

A．碳和水反应吸收131.3kJ能量

B．1mol碳和1mol水反应生成1mol一氧化碳和1mol氢气并吸收131.3kJ热量

C．1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气，吸收热量131.3kJ

D．1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3kJ

答案　C

解析　依据反应热的概念，反应热表示按照热化学方程式中化学计量数的物质的量反应时，吸收或放出的热量，单位是kJ·mol－1，该热化学方程式表示：

1mol固态碳和1mol水蒸气反应生成1mol一氧化碳气体和1mol氢气，并吸收131.3kJ的热量。

特别要指明各物质的状态。

4．下列热化学方程式或叙述正确的是（　　）

A．1mol液态肼（N2H4）在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642kJ热量：

N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝＋642kJ·mol－1

B．12g石墨转化为CO时，放出110.5kJ热量：

2C（石墨，s）＋O2（g）===2CO（g）　ΔH＝－110.5kJ·mol－1

C．已知：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－286kJ·mol－1，则2H2O（l）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝＋572kJ·mol－1

D．已知：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1，则在一定条件下向密闭容器中充入0.5molN2（g）和1.5molH2（g）充分反应放出46.2kJ的热量

答案　C

解析　A项，放出热量，ΔH<0，正确的热化学方程式为N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－642kJ·mol－1；B项，2C（石墨，s）＋O2（g）===2CO（g）的ΔH应是2mol，即24g石墨转化为CO时的反应热，即ΔH＝－221kJ·mol－1；C项，根据热化学方程式的含义知，若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH数值也加倍；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但绝对值不变，据此可判断该项正确；D项，N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1表示1molN2（g）与3molH2（g）完全反应生成2molNH3（g）时放出92.4kJ的热量，但合成氨反应是可逆反应，0.5molN2（g）与1.5molH2（g）充分反应后生成的NH3（g）的物质的量小于1mol，故放出的热量小于46.2kJ。

5．已知下列化学键的键能：

化学键　　　键能（kJ·mol－1）

H—H436

N—H391

N≡N946

（1）通过计算判断合成氨反应是放热还是吸热？

（2）1molN2完全反应生成NH3的反应热为________，1molH2完全反应生成NH3的反应热为________。

（3）写出合成氨的热化学方程式：

______________________________________________。

答案　

（1）放热。

（2）ΔH＝－92kJ·mol－1

ΔH＝－30.7kJ·mol－1

（3）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92kJ·mol－1

解析　

（1）反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）过程中，共断裂1molN≡N键和3molH—H键，形成6molN—H键，则断键共吸热为946kJ·mol－1×1mol＋436kJ·mol－1×3mol＝2254kJ，形成N—H键共放热为391kJ·mol－1×6mol＝2346kJ，由于放出热量＞吸收热量，故反应放热。

（2）1molN2完全反应生成NH3的反应热为ΔH＝－（2346－2254）kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1，而1molH2只与

molN2反应，所以1molH2完全反应生成NH3的反应热为ΔH＝－92kJ·mol－1×

≈－30.7kJ·mol－1。

（3）由

（2）分析可知，1molN2完全反应，对应的反应热ΔH＝－92kJ·mol－1，可写出热化学方程式。

6．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

（1）1molN2（g）与适量H2（g）反应，生成NH3（g），放出92.2kJ热量。

（2）1molCu（s）与适量O2（g）反应，生成CuO（s），放出157kJ热量。

答案　

（1）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

ΔH＝－92.2kJ·mol－1

（2）Cu（s）＋

O2（g）===CuO（s）　ΔH＝－157kJ·mol－1

解析　此类题的思路：

首先根据题意写出物质的变化过程，如

（1）中：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），并定N2前化学计量数为1，此时的ΔH即为－92.2kJ·mol－1，再在前部分的基础上加上ΔH＝－92.2kJ·mol－1即可。

[基础过关]

题组1　反应热与焓变

1．下列关于吸热反应和放热反应的说法正确的是（　　）

A．需加热才能发生的反应一定是吸热反应

B．任何放热反应在常温条件下一定能发生

C．反应物和生成物分别具有的总能量决定了反应是放热反应还是吸热反应

D．当ΔH＜0时表明反应为吸热反应

答案　C

解析　放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。

反应开始时需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，如碳的燃烧反应属于放热反应，但需要加热或点燃才能发生，故A、B项错误；吸热反应的ΔH＞0，D项错误。

2．由图分析，有关叙述正确的是（　　）

A．A―→B＋C和B＋C―→A两个反应吸收或放出的能量不等

B．A―→B＋C是放热反应

C．A具有的能量高于B和C具有的能量总和

D．A―→B＋C是吸热反应，则B＋C―→A必然是放热反应

答案　D

解析　本题考查化学反应中的能量变化，由图可知，B＋C的能量高于A的能量，则反应B＋C―→A一定是放热反应；反之，A―→B＋C则是吸热反应。

根据能量守恒定律，两反应的反应热在数值上相等，符号相反。

题组2　热化学方程式的意义及书写

3．H2和I2在一定条件下发生反应：

H2（g）＋I2（g）2HI（g）　ΔH＝－akJ·mol－1。

已知：

（a、b、c均大于零）

下列说法不正确的是（　　）

A．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

B．断开1molH—H键和1molI—I键所需能量大于断开2molH—I键所需能量

C．断开2molH—I键所需能量约为（a＋b＋c）kJ

D．向密闭容器中加入2molH2和2molI2，充分反应后放出的热量小于2akJ

答案　B

解析　A项，反应热ΔH＝E（生成物）－E（反应物），该反应放热，ΔH＜0，所以E（反应物）＞E（生成物），正确；B项，从键能角度看，ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，所以反应物总键能小于生成物总键能，即断开1molH—H键和1molI—I键所需能量小于断开2molH—I键所需能量，错误；C项，（b＋c）kJ－生成物总键能＝－akJ，则生成物总键能＝（a＋b＋c）kJ，正确；D项，由热化学方程式知2molH2和2molI2完全反应放出的热量为2akJ，但该反应是可逆反应，反应不能完全进行到底，所以放出的热量小于2akJ，正确。

4．下列热化学方程式书写正确的是（　　）

A．2SO2＋O2

2SO3　ΔH＝－196.6kJ·mol－1

B．H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）ΔH＝－285.8kJ·mol－1

C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ

D．C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝＋393.5kJ·mol－1

答案　B

解析　A项中反应物和生成物都未标明聚集状态；C项中ΔH的单位不正确；D项中为放热反应，ΔH符号应为“－”。

5．今有如下三个热化学方程式：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝akJ·mol－1

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝bkJ·mol－1

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝ckJ·mol－1

关于它们的下列表述正确的是（　　）

A．它们都是吸热反应

B．a、b和c均为正值

C．反应热的关系：

a＝b

D．反应热的关系：

2b＝c

答案　D

解析　A项，H2燃烧属于放热反应；B项，放热反应的焓变为负值；C项，生成1molH2O（g）放出热量比生成1molH2O（l）放出热量少，所以a＞b；D项，状态相同，由于化学计量数成2倍关系，所以2b＝c。

6．下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系。

据此判断下列说法中正确的是（　　）

A．石墨转变为金刚石是吸热反应

B．白磷比红磷稳定

C．S（g）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH1

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH2　则ΔH1>ΔH2

D．CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）　ΔH>0

答案　A

解析　A项，由图像可知石墨的能量比金刚石的低，因此由石墨转变为金刚石是吸热反应，正确；B项，由图像可知白磷具有的能量比红磷的高，根据能量越低越稳定的原理，错误；C项，由图像知|ΔH1|>|ΔH2|，由于ΔH1、ΔH2均小于零，故ΔH1<ΔH2，错误；D项，由图像可知反应CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）为放热反应，ΔH<0，错误。

题组3　反应热与化学键的关系

7．已知：

①1molH2分子中化学键断裂时吸收436kJ的能量，②1molI2（g）中化学键断裂时吸收151kJ的能量，③由H原子和I原子形成1molHI气态分子时释放299kJ的能量。

下列热化学方程式正确的是（　　）

A．2HI（g）===H2（g）＋I2（g）　ΔH＝＋11kJ·mol－1

B．H2（g）＋I2（g）===2HI（g）　ΔH＝－22kJ·mol－1

C．H2（g）＋I2（g）===2HI（g）　ΔH＝＋288kJ·mol－1

D．H2（g）＋I2（g）===2HI（g）　ΔH＝－144kJ·mol－1

答案　A

解析　反应热＝反应物的键能和－生成物的键能和，故2HI（g）===H2（g）＋I2（g）的焓变：

ΔH＝2×299kJ·mol－1－（436kJ·mol－1＋151kJ·mol－1）＝＋11kJ·mol－1；根据热化学方程式的含义可知，H2（g）＋I2（g）===2HI（g）　ΔH＝－11kJ·mol－1。

综上分析，A项正确。

8．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。

已知：

1molS（s）转化为气态硫原子吸收能量280kJ，断裂1molF—F、S—F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。

则反应S（s）＋3F2（g）===SF6（g）的反应热ΔH为（　　）

A．－1780kJ·mol－1B．－1220kJ·mol－1

C．－450kJ·mol－1D．＋430kJ·mol－1

答案　B

解析　利用ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和进行计算。

ΔH＝280kJ·mol－1＋3×160kJ·mol－1－6×330kJ·mol－1＝－1220kJ·mol－1，可知B项正确。

9．标准状态下，气态分子断开1mol化学键的焓变称为键焓。

已知H—H、H—O和O===O键的键焓分别为436kJ·mol－1、463kJ·mol－1和495kJ·mol－1，下列热化学方程式正确的是（　　）

A．H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）ΔH＝－485kJ·mol－1

B．H2O（g）===H2（g）＋

O2（g）ΔH＝＋485kJ·mol－1

C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）ΔH＝＋485kJ·mol－1

D．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）ΔH＝－485kJ·mol－1

答案　D

解析　根据题中所给数据，可以计算出2molH2和1molO2完全反应生成2molH2O（g）产生的焓变是436kJ·mol－1×2＋495kJ·mol－1－463kJ·mol－1×4＝－485kJ·mol－1，所以该过程的热化学方程式为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－485kJ·mol－1，D正确。

10．肼（H2N－NH2）是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。

已知断裂1mol化学键所需的能量（kJ）：

NN为942、O===O为500、N—N为154，则断裂1molN—H键所需的能量（kJ）是（　　）

A．194B．391

C．516D．658

答案　B

解析　ΔH1表示1molN2H4（g）和1molO2（g）完全反应生成1molN2（g）和2molH2O（g）的焓变，该反应为放热反应；ΔH2表示2molN（g）、4molH（g）和2molO（g）形成1molNN和4molH—O键的焓变，该过程放出能量；ΔH3表示断开4molN—H键、1molN—N键和1molO===O键得到2molN（g）、4molH（g）和2molO（g）的焓变，该过程吸收能量。

因此ΔH1＝ΔH3－（－ΔH2），ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝－534kJ·mol－1－（－2752kJ·mol－1）＝＋2218kJ·mol－1，断裂1molN—H键所需的能量＝（2218kJ－500kJ－154kJ）×

＝391kJ。

[能力提升]

11．如图是一个简易测量物质反应是吸热反应还是放热反应的实验装置，利用此装置可以很方便地测得某反应是放热反应还是吸热反应。

将镁片加入小试管内，然后注入足量的盐酸，请根据要求完成下列问题：

（1）有关反应的离子方程式是_________________________________________，

试管中看到的现象是________________________________________。

（2）U形管中液面A________（填“上升”或“下降”），原因是__________________；

说明此反应是________（填“放热”或“吸热”）反应。

（3）由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________（填“大于”“小于”或“等于”）镁片和盐酸的总能量。

答案　

（1）Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑　镁片溶解，有气泡产生　

（2）下降　反应放出的热量使锥形瓶内气压增大　放热　（3）小于

解析　镁片与盐酸的反应是放热反应，是由于反应物的总能量高于生成物的总能量，放出的热量使锥形瓶内气压增大，导致U形管左端液面下降，右端液面上升。

12．根据图示回答问题：

（1）化学反应N2＋3H2===2NH3的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是________（填字母）。

A．N2（g）＋3H2（g）===2NH3（l）

ΔH＝2（a－b－c）kJ·mol－1

B．N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）

ΔH＝2（b－a）kJ·mol－1

C.

N2（g）＋

H2（g）===NH3（l）

ΔH＝（