鲁科版选修4高中化学学案汇编.docx

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鲁科版选修4高中化学学案汇编

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。

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。

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。

3．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。

探究点一　化学反应的反应热

1．化学反应中存在两大变化，即物质变化和能量变化。

由于拆开不同的化学键消耗的能量不同，形成不同的化学键释放的能量也不同，所以化学反应中总会伴随有能量的变化，最终的反应结果表现为吸收能量或放出能量。

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：

（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。

[归纳总结]

（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）对于一个给定的化学反应，反应热与反应物的物质的量、状态及反应条件（如温度、压强、溶液的浓度等）有关。

[活学活用]

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生成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生成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。

探究点二　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50_mL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C＝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

[活学活用]

2．50mL1.0mol·L－1盐酸跟50mL1.1mol·L－1氢氧化钠溶液在“探究点二－2”中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．下列说法不正确的是（　　）

A．化学反应除了生成新物质外，都伴随着能量的变化

B．放热反应不需要加热就可以发生

C．反应条件是加热的反应不一定都是吸热反应

D．化学反应是放热还是吸热，取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量的相对大小

答案　B

2．吸热反应一定是（　　）

A．释放能量

B．能量无变化

C．反应物的总能量低于生成物的总能量

D．反应物的总能量高于生成物的总能量

答案　C

3．下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是（　　）

A．碳酸钙受热分解

B．乙醇燃烧

C．铝粉与氧化铁粉末反应

D．氧化钙溶于水

答案　A

4．在做测定中和反应的反应热实验时，应使用仪器的正确组合是（　　）

①天平　②量筒　③烧杯　④滴定管　⑤温度计　⑥试管　⑦酒精灯

A．①②④⑤B．②③⑤

C．②③④⑦D．全部

答案　B

5．

（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

[基础过关]

一、反应热的概念

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生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故C项错。

2．下列叙述正确的是（　　）

A．物质燃烧都是吸热反应

B．化学反应总是伴随着能量的变化

C．化学反应中放出的能量一定等于吸收的能量

D．化学反应中放出的热量才是反应热

答案　B

3．下列各项与反应热的大小无关的是（　　）

A．反应物的状态

B．温度

C．反应物的物质的量

D．表示反应热的单位

答案　D

4．下列反应中，生成物总能量大于反应物总能量的是（　　）

A．氢气在氧气中燃烧

B．铁丝在氧气中燃烧

C．硫在氧气中燃烧

D．二氧化碳通过炽热的焦炭

答案　D

二、放热反应和吸热反应的判断

5．下列属于吸热反应的是（　　）

①Al＋HCl

②Ba（OH）2·8H2O＋NH4Cl

③水受热分解

④CaO＋H2O

A．①②B．①③C．②③D．①④

答案　C

6．下列过程属于放热反应的是（　　）

A．用石灰石烧制石灰

B．在生石灰中加水

C．浓硫酸的稀释

D．硫酸铵与氢氧化钙的反应

答案　B

解析　浓硫酸的稀释放热但不是化学反应。

7．下列反应是放热反应，但不是氧化还原反应的是（　　）

A．铝片与稀硫酸的反应

B．氢氧化钡与硫酸的反应

C．灼热的炭与二氧化碳的反应

D．甲烷在氧气中燃烧

答案　B

8．“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。

吸食时将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合后摇动即会制冷。

该化学物质是（　　）

A．氯化钠B．固体硝酸铵

C．固体氢氧化钠D．生石灰

答案　B

解析　氯化钠溶解几乎没有能量的变化，固体氢氧化钠溶于水放出大量的热，生石灰与水反应放热，铵盐类溶于水一般吸热。

三、反应热的测定

9．在做中和反应的反应热的测定实验时，使用下列用品不是为了减少实验误差的是（　　）

A．碎泡沫塑料B．环形玻璃搅拌棒

C．底部垫纸条D．两个量筒

答案　B

10．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。

11．用50mL0.50mol·L－1盐酸和50mL0.55mol·L－1NaOH溶液反应，实验中测得起始温度为20.1℃，终止温度为23.4℃，反应后溶液的比热容为4.18J·g－1·℃－1，盐酸和NaOH溶液的密度都近似认为是1g·cm－3，则中和反应生成1mol水时放热（　　）

A．55.2kJB．391kJC．336kJD．1.38kJ

答案　A

解析　代入Q＝－kJ·mol－1计算即可。

12．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　从图中曲线可以看出，温度为22℃时，V1为5mL，则V2为45mL，此时已经开始发生反应，所以22℃一定不是室温，A错；曲线随V1增多而升高，随反应的进行，溶液温度升高，说明反应放热，化学能转化为热能，B正确；当V1＝30mL时温度最高，说明此时两者恰好完全反应，则[NaOH]＝＝1.5mol·L－1，C错；该实验不能证明有水生成的其他反应也是放热的，D错。

[能力提升]

13．反应C（石墨）C（金刚石）是吸热反应，由此可知（　　）

①石墨比金刚石稳定

②石墨没有金刚石稳定

③石墨和金刚石可以相互转化

④石墨和金刚石不可以相互转化

A．①③B．②④C．①④D．②③

答案　A

解析　C（石墨）的总能量小于C（金刚石）的总能量，能量高的物质不稳定。

14．固体碘在受热时发生升华现象，有关叙述正确的是（　　）

A．碘受热升华，吸收热量，但发生的是物理变化

B．碘受热升华，吸收热量，发生了吸热反应

C．碘受热升华，未破坏共价键，不供应热量也能发生

D．碘受热升华，热能转化为化学能

答案　A

15．已知1gH2完全燃烧生成水蒸气放出热量121kJ，且O2中1molO===O键完全断裂时吸收热量496kJ，水蒸气中形成1molH—O键时放出热量463kJ，则H2中1molH—H键断裂时吸收的热量为（　　）

A．920kJB．557kJ

C．436kJD．188kJ

答案　C

解析　反应的热化学方程式为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－484kJ·mol－1,1molH—H键断裂时吸收的热量为（2×2×463kJ－484kJ－496kJ）÷2＝436kJ。

16．计算1molH2和1molCl2反应生成2molHCl的反应热为______________。

（已知：

1molH—H键断开需要吸收436kJ的能量，1molCl—Cl键断开需要吸收243kJ的能量，1molH—Cl键断开需要吸收431kJ的能量）

答案　－183kJ·mol－1

解析　生成2molHCl分子即形成2molH—Cl键放出431kJ·mol－1×2mol＝862kJ的能量，所以，该反应H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）的反应热：

反应物的键能总和－生成物的键能总和＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－862kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1。

[拓展探究]

17．如右图

所示，把试管放入盛有25℃澄清饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几块镁条，再用滴管滴入5mL的盐酸于试管中。

试回答下列问题：

（1）实验中观察到的现象有_________________________________。

（2）产生上述实验现象的原因是活泼金属镁与酸反应放出氢气，且反应放热；_________________________________________________________________。

（3）写出有关的离子方程式______________________________________________。

（4）由实验可知，MgCl2和H2的总能量________（填“大于”、“小于”或“等于”）镁条和盐酸的总能量。

（5）如将本题中“25℃澄清饱和石灰水”换成“20℃的碳酸饮料”进行探究实验，实验中观察到的另一现象是______________________________________________________。

其原因是_____________________________________________________________。

答案　

（1）试管中有气泡冒出，烧杯中石灰水变浑浊

（2）当温度升高时氢氧化钙的溶解度降低

（3）Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑

（4）小于　（5）试管和烧杯中都有气体冒出　碳酸受热分解会放出CO2气体

第2课时　焓变　热化学方程式

[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。

1．化学反应能量的变化，通常主要表现为热量的变化。

比较化学反应过程中能量的变化并判断反应类型（吸热反应和放热反应）。

（1）从化学键的角度理解

反应物、生成物中化学键的变化关系

反应类型

断裂旧化学键吸收的总能量<生成新化学键释放的总能量

放热反应

断裂旧化学键吸收的总能量>生成新化学键释放的总能量

吸热反应

（2）从物质储存化学能的角度理解

反应物、生成物储存的化学能的大小关系

反应类型

反应物的总能量>生成物的总能量

放热反应

反应物的总能量<生成物的总能量

吸热反应

2.反应热是当化学反应在一定温度下进行时，反应吸收或释放的热量。

对于一个给定的化学反应，其反应热与反应物的物质的量、状态及反应条件（如温度、压强、溶液的浓度等）有关。

探究点一　化学反应的焓变

1．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。

2．焓、焓变的概念

（1）焓是用来描述物质所具有的能量的物理量，符号为H。

（2）焓变是在恒压条件下进行的化学反应的热效应（化学反应中反应产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或J·mol－1。

3．问题思考与讨论

（1）焓变（ΔH）与反应热（Q）关系如何？

答案　对等压条件下的化学反应，假定反应中物质的能量变化全部是热能，则该反应的反应热就等于反应前后物质的焓变，数学表达式Qp＝ΔH（Qp表示在等压条件下化学反应的反应热）。

（2）焓变（ΔH）与吸热反应、放热反应有怎样的关系？

答案　ΔH>0，反应产物的焓大于反应物的焓，反应吸收热量，此反应为吸热反应。

ΔH<0，反应产物的焓小于反应物的焓，反应放出热量，此反应为放热反应。

[归纳总结]

ΔH、Q都可以表示吸热反应、放热反应，二者表示角度不同，结果一致。

[活学活用]

1．由右图分析，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。

2．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反应还是吸热反应，决定于所有反应物的能量之和与所有生成物的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。

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。

探究点二　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＋I22HI相比较而言，其特点为

（1）指明了反应的温度和压强：

若在298K、100kPa时进行的反应，可不注明。

（2）注明了各物质的状态：

s（固体）、l（液体）或g（气体）。

（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。

3．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与正反应的ΔH数值相等、符号相反。

[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，只表示该物质的物质的量

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

[活学活用]

3．H2（g）＋O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ·mol－1表示的意义是在298K、100kPa下，________气态H2与________气态O2反应生成________时，________的热量是285.8kJ。

答案　1mol　mol　1mol液态水　放出

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）起反应，生成NH3（g），放出92.2kJ热量。

（2）1molN2（g）与适量O2（g）起反应，生成NO2（g），吸收68kJ热量。

（3）1molCu（s）与适量O2（g）起反应，生成CuO（s），放出157kJ热量。

答案　

（1）N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）

ΔH＝－92.2kJ·mol－1

（2）N2（g）＋2O2（g）===2NO2（g）　ΔH＝68kJ·mol－1

（3）Cu（s）＋O2（g）===CuO（s）　ΔH＝－157kJ·mol－1

解析　解此类题的思路：

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。

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．反应物和生成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生成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