学年高二化学鲁科版选修4讲义第一章 第1节 第1课时化学反应的反应热.docx

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学年高二化学鲁科版选修4讲义第一章第1节第1课时化学反应的反应热

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第1节　化学反应的热效应

第1课时　化学反应的反应热

[学习目标定位]　1.知道化学反应中能量变化的实质，能说出反应热、放热反应、吸热反应等概念。

2.明确测定反应热的要点，学会测定反应热的基本原理和方法。

一　化学反应的反应热

1．化学反应的基本特征：

一是物质发生了变化，即有新物质生成；二是能量发生了变化，即吸收能量或放出能量。

如：

H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）反应的能量变化如下图所示：

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

2．化学反应中的能量变化有多种形式，但通常主要表现为热量的变化。

因此化学反应分为两类：

放热反应和吸热反应。

下列图中，图1表示放热反应，图2表示吸热反应。

（1）放热反应：

放出热量的化学反应。

（2）吸热反应：

吸收热量的化学反应。

3．反应热的概念：

当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称为反应热。

（1）表示方法：

用符号Q表示；Q>0，反应吸热；Q<0，反应放热。

（2）单位：

J·mol－1或kJ·mol－1。

（3）意义：

定量描述化学反应释放或吸收的热能。

归纳总结

化学反应的反应热

（1）反应热描述的是化学反应前后的热量变化，任何化学反应都有反应热。

（2）常见的放热反应：

①燃烧反应；②中和反应；③物质的缓慢氧化反应；④原电池反应；⑤活泼金属与水或酸的反应；⑥大多数化合反应；⑦大多数置换反应。

（3）常见的吸热反应：

①多数分解反应；②以H2、CO、C等为还原剂的氧化还原反应；③氯化铵固体与氢氧化钡晶体等固态铵盐与碱的反应。

1．下列说法不正确的是（　　）

A．需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应

B．任何放热反应在常温条件下一定能发生

C．反应物所具有的总能量和反应产物所具有的总能量的相对大小决定了反应是放热反应还是吸热反应

D．吸热反应在一定条件下（如高温、加热等）才能发生

答案　B

解析　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；化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，反应是放热还是吸热主要取决于反应物和反应产物所具有的总能量的相对大小；放热反应和吸热反应在一定条件下才能发生。

2．CO（g）与H2O（g）反应的能量变化如下图所示，有关两者反应的说法正确的是（　　）

A．该反应为吸热反应

B．1molCO（g）和1molH2O（g）具有的总能量大于1molCO2（g）和1molH2（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，反应产物的总能量比反应物的总能量低，反应为放热反应，放热反应也有可能需要加热后才能进行；当1molCO2（g）和1molH2（g）反应生成1molCO（g）和1molH2O（g）时，要吸收41kJ热量。

二　反应热的测定

1．反应热的数据可以运用理论计算求得，也可以通过实验测得。

测定反应热的仪器——量热计，如下图所示。

（1）根据图示，填空。

（2）测定方法：

将反应物溶液加入到量热计内筒并迅速混合，搅拌，测量反应前后溶液温度的变化值。

（3）计算公式：

Q＝－C（T2－T1）。

其中C表示溶液及量热计的热容，T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。

2．测定中和反应的反应热

（1）中和反应的反应热可以用实验的方法测得。

先将反应器置于绝热容器中，然后在反应器中使酸、碱稀溶液混合，发生中和反应，放出的热传入水（稀溶液）中，测量出水（稀溶液）的温度变化，根据水的质量、比热等可求出反应放出的热量。

（2）实验仪器装置

①将下列实验装置中各仪器（或物品）的名称填在横线上。

②实验过程中，还需要的其他仪器有50mL量筒（2只）。

（3）实验测量数据

①初始温度（T1）

测量方法是用一量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸，倒入小烧杯中并测量其温度；用另一量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液并测量其温度，取两温度平均值为T1。

②终止温度（T2）

测量方法是把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯中。

用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记录终止温度为T2。

③重复实验操作，记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据。

（4）实验数据处理

盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1g·cm－3，反应后溶液的比热容4.18J·K－1·g－1。

该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是0.418（T2－T1）kJ，中和反应的反应热为16.72（T2－T1）kJ·mol－1[或Q＝－

kJ·mol－1]。

归纳总结

中和反应的反应热的测定实验步骤

3．为了测定酸碱反应的中和热，计算时至少需要的数据是（　　）

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：

g）　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．①②③⑥B．①③④⑤

C．③④⑤⑥D．全部

答案　C

解析　根据ΔH＝－

kJ·mol－1可知，C正确。

4．50mL1.0mol·L－1盐酸跟50mL1.1mol·L－1氢氧化钠溶液在图示装置中进行中和反应，并通过测定反应过程中所放出的热量来计算中和反应的反应热。

试回答下列问题：

（1）大小烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是。

（2）（填“能”或“不能”）将环形玻璃搅拌棒改为环形铜棒，其原因是

。

（3）大烧杯上如不盖泡沫塑料盖板，对求得反应热数值的影响是（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。

（4）如果改用60mL1.0mol·L－1盐酸跟50mL1.1mol·L－1氢氧化钠溶液进行反应，则与上述实验相比，所放出热量（填“增加”、“减少”或“不变”），理由是

。

答案　

（1）减少热量散失　

（2）不能　铜棒传导热的能力较强，使热量散失较多　（3）偏低　（4）增加　反应消耗的酸、碱增多，放出热量增加

解析　中和反应的反应热测定实验，一是要防止热量散失，如大烧杯上加盖泡沫塑料盖板、两个烧杯口要相平、在两个烧杯之间填充碎泡沫塑料或碎纸片、用环形玻璃搅拌棒搅拌而不能用金属棒（丝）搅拌、实验时动作要迅速等；二是酸、碱溶液浓度宜小不宜大，温度计读数要准确等。

加过量碱溶液可使酸完全反应，碱过量对中和反应的反应热测定没有影响。

1．下列说法正确的是（　　）

A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

B．化学反应中的能量变化都表现为热量变化

C．任何放热反应在常温下一定能发生

D．反应物和反应产物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热

答案　D

解析　化学反应的能量变化可以表现为很多方面，如转化为热能、电能、光能等。

反应是放热还是吸热主要取决于反应物和反应产物所具有的总能量的相对大小。

放热反应和吸热反应都是在一定条件下发生的，反应开始需要加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。

2．下列变化中属于吸热反应的是（　　）

①液态水汽化　②将胆矾加热变为白色粉末　③葡萄糖在人体内氧化分解　④氯酸钾分解制氧气　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰

A．①②B．②③

C．①④⑤D．②④

答案　D

解析　①不属于化学反应；③⑤属于放热反应。

3．下列说法不正确的是（　　）

A．反应产物总能量一定低于反应物总能量

B．反应热的大小与反应物和反应产物的能量有关

C．化学反应放热还是吸热与反应条件（是否需要加热等）无关

D．停止加热后仍能进行的反应一般为放热反应

答案　A

解析　反应产物的总能量不一定低于反应物总能量，A项不正确。

4．已知C（石墨，s）===C（金刚石，s）（吸热反应），P4（白磷，s）===4P（红磷，s）（放热反应），下列判断正确的是（　　）

A．说明金刚石的能量比石墨低

B．说明红磷比白磷稳定

C．说明红磷比金刚石稳定

D．此种变化为物理变化

答案　B

解析　同素异形体属于不同的物质，它们之间的转化属于化学变化，能量越低的物质越稳定。

40分钟课时作业

[经典基础题]

1．下列对化学反应的认识错误的是（　　）

A．会引起化学键的变化

B．会产生新的物质

C．必然引起物质状态的变化

D．必然伴随着能量的变化

答案　C

解析　化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，而化学变化中的反应物和反应产物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故C项错。

2．下列反应中反应物总能量小于反应产物总能量的是（　　）

A．Fe粉与硫粉混合加热

B．常温下将氢氧化钡晶体与氯化铵粉末混合反应

C．将铁片投入到稀硝酸溶液中

D．Al粉与NaOH溶液反应

答案　B

3．下列说法正确的是（　　）

A．放热反应不需要加热即可发生

B．常温下不需要加热就能发生的反应一定是放热反应

C．反应物的总能量低于反应产物的总能量时，一定不能发生反应

D．反应放热还是吸热取决于反应物和反应产物所具有的总能量的相对大小

答案　D

解析　反应放热还是吸热取决于反应物和反应产物所具有的总能量的相对大小，反应物的总能量低于反应产物的总能量时的反应为吸热反应，反之为放热反应。

有的放热反应需要加热才能进行。

常温下不需要加热就能发生的反应也可能是吸热反应。

4．下列说法不正确的是（　　）

A．化学反应放热还是吸热与反应条件无关

B．在加热条件下进行的反应不一定是吸热反应

C．所有的燃烧反应都是放热反应

D．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化

答案　D

5．已知化学反应2C（s）＋O2（g）

2CO（g）、2CO（g）＋O2（g）

2CO2（g）都是放热反应。

据此判断，下列说法中不正确的是（　　）

A．12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量

B．56gCO和32gO2所具有的总能量大于88gCO2所具有的总能量

C．12gC和32gO2所具有的总能量大于44gCO2所具有的总能量

D．将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多

答案　A

解析　放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。

C和CO的燃烧反应都是放热反应，C＋O2

CO2必然是放热反应，因此，B、C两项的说法正确；12gC并不代表反应物的全部，O2也是反应物，所以A项的说法不正确；由于C

CO放出热量，CO

CO2放出热量，所以C

CO2比C

CO放出的热量要多，即D项说法正确。

6．下列反应中既是氧化还原反应，又是吸热反应的是（　　）

A．铝与稀盐酸反应

B．灼热的炭与二氧化碳反应

C．甲烷在空气中燃烧

D．Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应

答案　B

7．从如图所示的某气体反应的能量变化分析，以下判断错误的是（　　）

A．这是一个放热反应

B．该反应可能需要加热

C．反应产物的总能量低于反应物的总能量

D．反应物比反应产物更稳定

答案　D

解析　由图可知，该反应反应物的能量高于反应产物的能量，故该反应为放热反应，A和C正确；放热反应不一定需要加热条件，故B项正确；物质能量越低越稳定，反应产物比反应物稳定，故D项不正确。

8．化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，下列图示能表示Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应过程中能量变化的是（　　）

答案　A

解析　Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应过程中吸收热量，即反应产物的总能量大于反应物的总能量。

9．在进行中和热的测定中，下列操作错误的是（　　）

A．反应前酸、碱溶液的温度要相同

B．测量溶液的温度计要一直插在溶液中

C．为了使反应均匀进行，可以向酸（碱）中分次加入碱（酸）

D．为了使反应更完全，可以使酸或碱适当过量

答案　C

解析　分次加入混合时，容易造成热量损失，使测试结果不准确。

10．将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。

然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。

由此可见下列说法不正确的是（　　）

A．NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应

B．该反应中，热能转化为反应产物内部的能量

C．反应物的总能量高于反应产物的总能量

D．反应的化学方程式为NH4HCO3＋HCl===NH4Cl＋CO2↑＋H2O

答案　C

解析　醋酸逐渐凝固说明反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低，即NH4HCO3与HCl的反应为吸热反应，A项正确；因反应为吸热反应，即吸收的热量转化为反应产物内部的能量，故B项正确；因反应为吸热反应，则反应后反应产物的总能量高于反应物的总能量，C项错误；NH4HCO3和盐酸的反应：

NH4HCO3＋HCl===NH4Cl＋CO2↑＋H2O，D项正确。

11．将V1mL1.00mol·L－1HCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示（实验中始终保持V1＋V2＝50mL）。

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溶液的浓度约为1.00mol·L－1

D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应

答案　B

解析　实验所测量的温度不是环境温度，而是反应后溶液的温度；根据图像，当V1＝30mL时，反应混合液温度最高，说明此时二者恰好完全反应，V2＝20mL，1.00mol·L－1×30mL＝c（NaOH）×20mL，c（NaOH）＝1.5mol·L－1；NH4Cl（s）与Ba（OH）2·8H2O（s）的反应也有水生成，但该反应是吸热反应。

[能力提升题]

12．

（1）写出下列反应的化学方程式：

①将0.02mol·L－1盐酸与0.02mol·L－1氢氧化钠溶液等体积混合：

。

②将0.01mol·L－1硫酸与0.02mol·L－1氢氧化钠溶液等体积混合：

。

（2）上述两反应，若从物质类别的变化分析，其反应类型是；若从能量的变化分析，其反应类型是。

（3）上述两反应的离子方程式是，

两反应过程中的热量变化（填“相同”或“不同”），你判断的依据是

。

答案　

（1）①HCl＋NaOH===NaCl＋H2O

②H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O

（2）中和反应　放热反应　（3）H＋＋OH－===H2O　相同　参加两反应的H＋、OH－的数目都相同

13．某学习小组设计以下实验，探究化学反应中的热效应，把试管放入盛有25℃的饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管往其中滴加5mL盐酸。

试回答下列问题：

（1）实验中观察到的现象是

。

（2）产生上述现象的原因是

。

（3）写出有关反应的离子方程式：

。

（4）由实验推知，MgCl2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）试管中镁片逐渐溶解，并有气体产生，烧杯中石灰水变浑浊

（2）镁与稀盐酸反应是放热反应，该反应放出的热量使石灰水温度升高，Ca（OH）2的溶解度随温度的升高而减小，故变浑浊

（3）Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑

（4）小于

解析　镁与盐酸反应是放热反应，镁与盐酸反应产生的热量使石灰水的温度升高，Ca（OH）2的溶解度随温度的升高而减小，气体的溶解度也随温度的升高而减小。

14．把温度为13.0℃、浓度为1.0mol·L－1的酸溶液和1.1mol·L－1的碱溶液各50mL混合（溶液密度均为1g·mL－1，所生成溶液的比热容为4.184J·g－1·°C－1），轻轻搅动。

测得酸碱混合液的温度变化数据如下：

反应物

起始温度t1/℃

终了温度t2/℃

中和热kJ·mol－1

HCl＋NaOH

13.0

19.8

ΔH1

HCl＋NH3·H2O

13.0

19.3

ΔH2

（1）试计算上述两组实验测出的中和热：

ΔH1＝；

ΔH2＝。

（2）实验中碱液过量的目的是。

（3）两组实验结果有差异的原因是。

答案　

（1）－56.9kJ·mol－1　－52.7kJ·mol－1

（2）使盐酸完全反应，提高实验的准确度

（3）NaOH是强电解质，NH3·H2O是弱电解质，继续电离时吸收热量

解析　

（1）根据给出的酸和碱的物质的量，酸为0.050mol，碱为0.055mol，碱是过量的，应以酸计算，算出生成0.050mol水放出的热量，进而得出生成1mol水放出的热量，即可得出两组实验测出的中和热数值。

|ΔH1|＝

＝5.69×104J·mol－1＝56.9kJ·mol－1；

|ΔH2|＝

＝5.27×104J·mol－1＝52.7kJ·mol－1。

（2）碱液过量是为了提高实验准确度，保证盐酸完全反应；NH3·H2O易挥发，也使NH3·H2O浓度下降，故应过量。

（3）NaOH是强碱，在水溶液中完全电离，跟HCl中和时放热较多；NH3·H2O是弱碱，只有小部分电离，发生电离时要吸热，中和时放热较少。