高中化学选修四 化学反应的焓变.docx

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高中化学选修四化学反应的焓变

第一单元　化学反应中的热效应

第1课时　化学反应的焓变

[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　化学反应的焓变

1．阅读课本，完成下列问题：

（1）化学反应过程中既有物质变化，又有能量变化。

（2）依据化学反应中的热效应，可将化学反应分为两类：

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。

（3）N2（g）＋O2（g）===2NO（g）反应的能量变化如图所示：

由图可知：

1molN2分子中的化学键断裂吸收的能量是946_kJ；

1molO2分子中的化学键断裂吸收的能量是498_kJ；

2molNO分子中的化学键形成释放的能量是1264_kJ；

则N2（g）＋O2（g）===2NO（g）的反应吸收的热量为180_kJ。

2．反应热、焓变的概念

（1）反应热是化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，所吸收或放出的热量。

（2）在恒温、恒压条件下，化学反应过程中吸收或释放的热量称为反应的焓变（即：

化学反应中生成物所具有的焓与反应物所具有的焓之差）。

符号是ΔH，单位是kJ·mol－1。

3．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，反应物的总能量大于生成物的总能量的反应。

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<0（填“<”或“>”，下同）。

（2）吸热反应是反应完成时，反应物的总能量小于生成物的总能量的反应。

由于反应时吸收环境能量而使反应体系的能量升高，故ΔH>0。

4．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。

归纳总结

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．已知反应X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是（　　）

A．X的能量一定高于M

B．Y的能量一定高于N

C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量

D．因为是放热反应，故不必加热就可以发生

答案　C

解析　一个化学反应是放热还是吸热，决定于所有反应物的总能量之和与所有生成物的总能量之和的相对大小，前者大的为放热反应，后者大的为吸热反应。

所以，放热反应中每种反应物的能量不一定比每种生成物的能量都高。

放热反应也往往需要加热才能进行，如炭的燃烧；吸热反应不一定都需要加热，如Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，不用加热就能发生。

2．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。

二　热化学方程式

1．氢气与碘蒸气化合反应的能量（或热量）变化，可用下式表示：

H2（g）＋I2（g）

2HI（g）　ΔH＝－14.9kJ·mol－1，它与化学方程式H2＋I2

2HI相比较而言，其特点为

（1）指明了反应时的温度和压强：

若在25℃、101kPa时进行的反应，可不注明。

（2）用括号注明了各物质反应时的状态：

s（固体）、l（液体）、g（气体）或aq（溶液）。

（3）在方程式的右边注明了ΔH的数值、正负号（正号常省略）及单位。

2．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。

如：

H2（g）＋

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

3．热化学方程式的书写方法及要求

（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数值与正反应的数值相等、符号相反。

4．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）完全反应，生成NH3（g），放出92.2kJ热量。

（2）24gC（石墨）与足量的H2O（g）完全反应，生成CO（g）和H2（g），吸收262.6kJ的热量。

答案　

（1）N2（g）＋3H2（g）===2NH3（g）　ΔH＝－92.2kJ·mol－1

（2）2C（石墨，s）＋2H2O（g）===2CO（g）＋2H2（g）　ΔH＝262.6kJ·mol－1

归纳总结

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（正号常省略）

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．工业生产水煤气的反应为C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）　ΔH＝131.4kJ·mol－1。

下列判断正确的是（　　）

A．水煤气反应中，生成1molH2（g）吸收131.4kJ热量

B．CO（g）＋H2（g）C（s）＋H2O（g）　ΔH＝131.4kJ·mol－1

C．水煤气反应中生成1体积CO（g）吸收131.4kJ热量

D．反应物能量总和大于生成物能量总和

答案　A

解析　A项，根据热化学方程式分析，生成1摩尔氢气，吸收131.4kJ的热量，正确；B项，方程式中反应物和生成物互换，反应热为－131.4kJ·mol－1，错误；C项，生成1体积一氧化碳气体，不一定吸收131.4kJ的热量，错误；D项，反应为吸热反应，反应物的能量小于生成物的能量，错误。

4．H2（g）与Cl2反应生成HCl（g）过程中的能量变化如下图所示：

写出该反应的热化学方程式____________________________________________________。

答案　H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）　ΔH＝－183kJ·mol－1

1．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。

2．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”，所以A错；在描述反应时应说明外界条件，而B中没有温度和压强；ΔH＜0时，反应放热而非吸热，D错误。

3．依据实验数据，写出下列反应的热化学方程式。

（1）1molC2H4（g）与适量O2（g）完全反应，生成CO2（g）和H2O（l），放出1411kJ的热量。

________________________________________________________________________

（2）1molC2H5OH（l）与适量O2（g）完全反应，生成CO2（g）和H2O（l），放出1366.8kJ的热量。

________________________________________________________________________

（3）2molAl（s）与适量O2（g）完全发生反应，生成Al2O3（s），放出1669.8kJ的热量。

________________________________________________________________________

（4）18g葡萄糖与适量O2（g）完全反应，生成CO2（g）和H2O（l），放出280.4kJ的热量。

________________________________________________________________________

（5）2.3g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃，恰好完全燃烧，生成2.7g水和2.24LCO2（标准状况）并放出68.35kJ的热量。

________________________________________________________________________

答案　

（1）C2H4（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－1411kJ·mol－1

（2）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1366.8kJ·mol－1

（3）2Al（s）＋

O2（g）===Al2O3（s）

ΔH＝－1669.8kJ·mol－1

（4）C6H12O6（s）＋6O2（g）===6H2O（l）＋6CO2（g）

ΔH＝－2804kJ·mol－1

（5）C2H6O（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1367kJ·mol－1

4．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）计算：

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________。

答案　

（1）放热。

（2）ΔH＝－92kJ·mol－1

ΔH＝－30.7kJ·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。

40分钟课时作业

[经典基础题]

题组1　反应热的判断

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．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（　　）

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；而由总反应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。

题组2　热化学方程式的意义及判断

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＝bD．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．图像中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，A项正确；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，B项错误；C项，由图像知|ΔH1|>|ΔH2|，由于ΔH1、ΔH2均小于零，故ΔH1<ΔH2，C项错误；D项，由图像可知反应CO（g）＋H2O（g）===CO2（g）＋H2（g）为放热反应，ΔH<0，D项错误。

题组3　反应热与化学键的关系

7．已知H—H键键能（断裂时吸收或生成时释放的能量）为436kJ·mol－1，H—N键键能为391kJ·mol－1，根据热化学方程式：

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4kJ·mol－1。

则N≡N键的键能是（　　）

A．431kJ·mol－1B．945.6kJ·mol－1

C．649kJ·mol－1D．896kJ·mol－1

答案　B

解析　设氮氮叁键的键能为x，根据ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和，即x＋3×436kJ·mol－1－2×3×391kJ·mol－1＝－92.4kJ·mol－1，解得x＝945.6kJ·mol－1，选项B正确。

8．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＝反应物的键能和一生成物的键能和，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。

9．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。

10．肼（H2NNH2）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。

[能力提升题]

11．写出下列反应的热化学方程式。

（1）实验测得25℃、101kPa时，1molC完全燃烧放出393.5kJ的热量，写出C燃烧的热化学方程式：

_____________________________________。

（2）由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8kJ，写出该反应的热化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）3molNO2气体溶于水生成HNO3和NO气体，放出138kJ热量：

______________。

答案　

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

（2）H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ·mol－1

（3）3NO2（g）＋H2O（l）===2HNO3（aq）＋NO（g）　ΔH＝－138kJ·mol－1

12．回答下列问题：

（1）在25℃、101kPa下，16g的甲醇（CH3OH）完全燃烧生成CO2和液态水时放出352kJ的热量，则表示甲醇燃烧的热化学方程式为_______________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）化学反应中放出的热能（焓变，ΔH）与反应物和生成物的键能（E）有关。

已知：

H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）

ΔH＝－185kJ·mol－1

E（H—H）＝436kJ·mol－1

E（Cl—Cl）＝243kJ·mol－1

则E（H—Cl）＝______________________。

答案　

（1）2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝－1408kJ·mol－1　

（2）432kJ·mol－1

解析　

（1）16g甲醇的物质的量为0.5mol，完全燃烧放出热量为352kJ，则甲醇燃烧的热化学方程式为2CH3OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋4H2O（l）　ΔH＝－352kJ·mol－1×4＝－1408kJ·mol－1。

（2）由于ΔH＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×E（H—Cl）＝－185kJ·mol－1，可知E（H—Cl）＝432kJ·mol－1。

13．根据图示回答问题：

（1）化学反应N2＋3H2===2NH3的能量变化