新人教版高中化学选修4第一章化学反应与能量第一节第1课时焓变反应热学案.docx

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新人教版高中化学选修4第一章化学反应与能量第一节第1课时焓变反应热学案

第1课时　焓变　反应热

学习目标

核心素养

1.知道化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式。

2．记住常见的放热反应和吸热反应。

3．理解反应热和焓变的含义，会用反应热的表达式进行计算。

4．能结合能量变化图像分析放热反应和吸热反应。

1.宏观辨识与微观探析：

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．变化观念与平衡思想：

能辨识化学反应中的能量转化形式，形成能量是可以相互转化的观念，体会引入焓变概念的价值。

一、焓变　反应热

1．焓变

①焓（H）：

与内能有关的物理量。

②焓变（ΔH）：

生成物与反应物的焓值差，决定了某一化学反应是吸热反应还是放热反应。

2．反应热

①概念：

化学反应过程中所放出或吸收的能量。

②与焓变的关系：

恒压条件下的反应热等于焓变，单位kJ·mol－1。

二、化学反应过程中能量变化的原因

1．微观角度

①化学反应的本质及特点

②举例（以H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）反应的能量变化为例）

2.宏观角度

3．结论：

ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝反应物键能总和－生成物键能总和

三、化学反应过程中能量变化的表示

2．举例

1molC和1molH2O（g）反应生成1molCO和1molH2，需吸收131.5kJ的热量，则该反应的反应热ΔH＝＋131.5_kJ·mol－1。

探究点一　　　　　　　　吸热反应和放热反应

1．放热反应与吸热反应的比较

放热反应

吸热反应

定义

放出热量的化学反应

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

键强弱

的关系

生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量

生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量

表示方法

ΔH<0

ΔH>0

图像表示

说明

1.

（1）对于放热反应，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<0，即ΔH为“－”。

（2）对于吸热反应，由于反应吸收来自环境的能量而使反应体系的能量升高，故ΔH>0，即ΔH为“＋”。

2．同一个反应向正逆两个方向进行时，一个方向释放能量，另一个方向必然吸收能量，但能量的绝对值相等。

2.常见的吸热反应和放热反应

（1）常见的放热反应

①所有的燃烧反应：

木炭、H2、CH4等在O2中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧。

②酸碱中和反应：

H＋＋OH－===H2O。

③大多数化合反应。

特例：

C＋CO2

2CO（吸热反应）。

④铝热反应：

如2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe。

⑤金属与酸的反应：

如Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。

（2）常见的吸热反应

①大多数分解反应：

如NH4Cl

NH3↑＋HCl↑。

②以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应：

如C＋H2O（g）

CO＋H2；CO＋CuO

Cu＋CO2。

③某些晶体间的反应：

如Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。

3．吸热反应和放热反应的判断

（1）理论分析判断法

①ΔH＝化学键断裂吸收的能量－化学键生成释放的能量，当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。

②ΔH＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量，当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。

③ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和。

反应物的键能越小，稳定性越弱，破坏它需要的能量就越小；生成物的键能越大，稳定性越强，形成它释放的能量就越大，所以当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。

④根据反应物和生成物的相对稳定性判断：

由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应。

（2）反应条件判断法

一个化学反应开始需要加热，而停止加热后，反应亦可进行，则为放热反应；若反应需要持续不断地加热才能进行，则为吸热反应。

（3）根据规律判断法

①常见的放热反应类型有：

a.金属与H2O或酸的反应；b.酸碱中和反应；c.燃烧反应；d.多数化合反应。

②常见的吸热反应类型有：

a.多数分解反应；b.C参与的一些反应，如C＋H2O

CO＋H2、CO2＋C

2CO；c.NH4Cl与Ba（OH）2·8H2O的反应。

1．有能量变化的过程不是发生吸热反应就是发生放热反应吗？

提示：

不能将反应类型（放热反应或吸热反应）与能量变化过程等同起来。

化学反应中必然有能量的变化，但发生能量变化的却不一定是化学反应。

如NaOH固体溶于水、水蒸气转化为液态水时放出能量，但以上过程是放热的物理变化过程而不是发生放热反应；NH4NO3固体溶于水、碘升华、水蒸发时吸收能量，但以上过程是吸热的物理变化过程而不是发生吸热反应。

2．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应，放热反应在常温条件下一定很容易发生吗？

提示：

反应的热效应与反应的条件无必然联系。

常温下能进行的反应可能是放热反应（如中和反应），也可能是吸热反应[如NH4Cl与Ba（OH）2·8H2O的反应]。

加热条件下进行的反应，可能是吸热反应，如C＋CO2

2CO；也可能是放热反应，如C＋O2

CO2（移去热源后仍能进行）。

持续加热才能继续进行的反应是吸热反应。

所以，反应吸热还是放热是由反应物总能量与生成物总能量的相对大小决定的。

【例1】　化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A．该反应是吸热反应

B．断裂1molA—A键和1molB—B键能放出xkJ能量

C．形成2molA—B键需要放出ykJ的能量

D．2molAB的总能量高于1molA2和1molB2的总能量

【思路分析】　判断反应吸热还是放热时，只需比较起始和终了状态的能量高低，起始时能量高于结束时的能量，反应放热，反之吸热。

图中最高处并不是反应结束，而是反应的过渡阶段。

【解析】　从能量变化图上可以看出，反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D错；反应物断键时要吸收能量，B错；形成化学键要放出能量，C正确。

【答案】　C

根据下图提供的信息，下列所得结论不正确的是（　D　）

A．该反应为吸热反应

B．该图可以表示石灰石高温分解

C．反应物比生成物稳定

D．因为生成物的总能量高于反应物的总能量，所以该反应一定需要加热

解析：

A.反应物总能量低于生成物总能量，该反应为吸热反应，A正确；B.石灰石高温分解是吸热反应，该图可以表示石灰石高温分解，B正确；C.能量越低越稳定，反应物比生成物稳定，C正确；D.反应条件与反应是放热反应或吸热反应没有关系，D错误，答案选D。

探究点二　　　　　　　　ΔH的含义和简单计算

1．反应热与物质固有能量、化学稳定性、键能之间的关系

（1）

（2）同一种物质在不同状态本身固有能量：

>

>

（3）

2．反应热的单位kJ/mol或kJ·mol－1的含义

并不是指每1mol具体物质反应时伴随的能量变化是多少kJ，而是指给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化。

式中的“mol－1”不能理解为每摩尔反应物或生成物，可以理解为“每摩尔反应”。

例如，反应2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）的ΔH＝－571.6kJ·mol－1，是指每摩尔反应——“2molH2（g）与1molO2（g）反应生成2molH2O（l）”的焓变，而H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）的ΔH＝－285.8kJ·mol－1是指每摩尔反应——“1molH2（g）与

molO2（g）反应生成1molH2O（l）”的焓变。

3．ΔH的简单计算

（1）由反应物、生成物的能量计算ΔH

ΔH＝E（生成物）－E（反应物）

若E（生成物）

若E（生成物）>E（反应物），ΔH>0，为吸热反应。

（2）由键能计算ΔH

ΔH＝断裂化学键吸收的总能量－形成化学键所释放的总能量

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和

反应物的键能总和>生成物的键能总和，反应吸热；反应物的键能总和<生成物的键能总和，反应放热。

1．“任何化学反应均伴随旧化学键的断裂和新化学键的形成，所以任何化学反应均有反应热”。

这句话正确吗？

提示：

正确。

能量的变化与键能有关，反应物的键能之和与生成物的键能之和是不相等的。

另外，从能量的角度分析，反应物和生成物所具有的能量不同，根据能量守恒定律，在任何化学反应中都会伴随能量的变化。

2．反应的焓变与反应热有什么关系，二者一定相等吗？

提示：

（1）我们可以借助于反应焓变示意图理解反应焓变与反应热之间的关系。

ΔH＝E（生成物）－E（反应物）

（2）对于等压条件下的化学反应，若只存在化学能与热能之间的相互转化，则该反应的反应热等于焓变，表示为Qp＝ΔH（Qp为等压反应热）。

【例2】　已知某化学反应A2（g）＋2B2（g）===2AB2（g）（AB2的分子结构为B—A—B）的能量变化如图所示。

下列有关叙述中正确的是（　　）

A．该反应的进行一定需要加热

B．该反应的ΔH＝－（E1－E2）kJ/mol

C．该反应中反应物的键能总和大于生成物的键能总和

D．断裂1molA—A键和2molB—B键放出E1kJ能量

【思路分析】　对于放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，吸热反应则反之；焓变等于反应物的总键能减去生成物的总键能，或者生成物的总能量减去反应物的总能量。

【解析】　由图可知该反应是吸热反应，但吸热反应不一定需要加热，A错误。

该反应的发生需要先破坏反应物中的化学键，吸收E1kJ的能量，再形成生成物中的化学键，释放E2kJ的能量，则反应的ΔH＝（E1－E2）kJ/mol，B错误。

焓变等于反应物的总键能与生成物的总键能之差，又由于该反应是吸热反应，即焓变ΔH>0，所以反应物的总键能大于生成物的总键能，C正确。

断裂化学键需要吸热，D错误。

【答案】　C

根据下图所示的N2（g）和O2（g）反应生成NO（g）过程中能量变化情况，判断下列说法错误的是（　D　）

A．直观看，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．2mol气态氧原子结合生成O2（g）时，能放出498kJ能量

C．断裂1molNO分子中的化学键，需要吸收632kJ能量

D．反应N2＋O2===2NO的反应热ΔH＝＋180kJ·mol－1

解析：

A.直观看，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，故A正确；B.互逆过程的热量变化，ΔH数值相等，正、负相反，故B、C正确；D.热化学方程式中的物质需要标明状态，故D错误。

1．下列说法正确的是（　C　）

A．焓变单位中kJ·mol－1，是指1mol物质参加反应时的能量变化

B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0

C．一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”

D．一个化学反应中，生成物总键能大于反应物的总键能时，反应吸热，ΔH为“＋”

解析：

焓变单位中的kJ·mol－1，是指每摩尔具体的反应，不一定指参加反应的物质，A错；反应放热时ΔH<0，反应吸热时ΔH>0，B错；在反应中物质所具有的总能量减少，反应就放热，反之就吸热，C对；化学反应的实质是旧化学键的断裂，新化学键的形成，断键时吸收能量，成键时放热，所以D错。

2．下列关于ΔH的说法正确的是（　D　）

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为“－”

解析：

A项，ΔH与化学方程式中的化学计量数有关，与反应物的用量无关，A项错误。

B项，ΔH>0时反应吸热，ΔH<0时反应放热，B项错误。

C项，反应热有正、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，C项错误。

D项，由于反应物的总焓大于生成物的总焓，故由反应物转化为生成物时，该反应为放热反应，ΔH为“－”，D项正确。

3．下列变化中，属于吸热反应的是（　B　）

①液态水汽化　②将胆矾加热变为白色粉末

③浓H2SO4稀释　④KClO3分解制O2

⑤生石灰跟水反应生成熟石灰

⑥CaCO3高温分解　⑦CO2＋C

2CO　⑧Ba（OH）2·8H2O与固体NH4Cl混合　⑨C＋H2O（g）

CO＋H2

⑩Al与HCl反应

A．①②④⑥⑦⑧⑨B．②④⑥⑦⑧⑨

C．①④⑥⑧D．①②④⑧⑨

解析：

①③属于物理变化，不属于化学反应，CaO与水反应生成Ca（OH）2，产生大量热，属于放热反应。

⑩金属与酸的反应一般为放热反应。

4．下列说法正确的是（　D　）

A．反应热就是反应中放出的能量

B．在任何条件下，化学反应的焓变都等于化学反应的反应热

C．由C（s，石墨）===C（s，金刚石）　ΔH＝＋1.9kJ·mol－1可知，金刚石比石墨稳定

D．等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多

解析：

反应过程中所放出或吸收的热量都是反应热，因此A错；等压条件下的反应热在不做其他功的情况下，才等于焓变，故B错；由C（s，石墨）===C（s，金刚石）　ΔH＝＋1.9kJ·mol－1可知，金刚石能量高，没有石墨稳定，故C错；因为硫固体变为硫蒸气要吸热，所以等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多，故D正确。

5．反应A＋B―→C（ΔH<0）分两步进行：

①A＋B―→X（ΔH>0），②X―→C（ΔH<0）。

下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是（　D　）

解析：

A＋B―→X为吸热反应，故X的能量高于A和B的总能量，可排除A项和C项；总反应A＋B―→C为放热反应，故C的能量低于A和B的总能量，故B项错误，D项正确。

6．某化学反应的能量变化如图所示。

下列有关叙述正确的是（　D　）

A．该反应为放热反应

B．E2kJ·mol－1可表示形成新的化学键所释放的能量

C．该反应的反应热ΔH＝（E1－E2）kJ·mol－1

D．加入催化剂可同时降低E1、E2

解析：

A项，反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应为吸热反应，A项错误。

B项，E2kJ·mol－1可表示断裂旧化学键时吸收的能量，B项错误。

C项，该反应的反应热ΔH＝＋（E2－E1）kJ·mol－1，C项错误。

D项，加入催化剂能同时降低正、逆反应的活化能，D项正确。

7．

（1）已知氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。

在反应过程中，破坏1molH2中的化学键消耗的能量为Q1kJ，破坏1molCl2中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1molHCl中的化学键释放的能量为Q3kJ，下列关系式正确的是（　D　）

A．Q1＋Q2>Q3B．Q1＋Q2>2Q3

C．Q1＋Q2

（2）用图示把化学反应中的能量变化表示出来（以能量为纵坐标、反应过程为横坐标）。

答案：

如下图

（3）生成1molHCl需要放出（填“放出”或“吸收”）Q3－

（Q1＋Q2）kJ的能量。

解析：

正确理解化学反应中化学键的断裂和形成与反应热的关系。