人教版高中化学选修4课堂学案第1课时焓变反应热

14/1515/15/第1课时焓变反应热[目标导航]1.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。2.通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3.了解热化学方程式的含义并能正确书写热化学方程式。一、化学反应的实质与特征1．实质：反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成。2．特征：既有物质变化，又伴有能量变化；能量转化主要表现为热量的变化。二、焓变反应热1．焓与焓变2．反应热一定温度下，化学反应所释放或吸收的热量称为反应热。研究证明，化学反应在恒压条件下的反应热与焓变相同。(1)反应热的单位和焓变一样，为kJ/mol或kJ·mol－1；(2)反应热描述的是化学反应前后的热量变化；(3)任何化学反应都有反应热。3．反应热和焓变的关系反应热焓变含义化学反应中吸收或放出的热量化学反应中生成物所具有的焓与反应物所具有的焓之差二者的相互联系ΔH是化学反应在恒定压强下(即敞口容器中进行的化学反应)且不与外界进行电能、光能等其他能量的转化时的反应热，即恒压条件下进行的反应的反应热等于焓变ΔH4.常见的放热反应和吸热反应(1)常见的放热反应有：①活泼金属与H2O或酸的反应，如2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑；②酸碱中和反应，如2KOH＋H2SO4=K2SO4＋2H2O；③燃烧反应，如2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2；④多数化合反应，如Na2O＋H2O=2NaOH，CaO＋H2O=Ca(OH)2；⑤铝热反应，如2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Fe。(2)常见的吸热反应有：①多数分解反应，如CaCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑；②2NH4Cl(s)＋Ba(OH)2·8H2O(s)=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O；③C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2；④CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO。【合作探究】1．化学反应放热还是吸热是否与反应条件有关？答案反应吸热还是放热与是否加热等条件无直接关系。2．任何物质都具有一定的能量，怎样从物质所具有的总能量上理解放热反应和吸热反应？答案如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，发生化学反应时，有一部分能量就会以热能的形式释放出来，表现为放热反应；若反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，发生化学反应时，就会从环境吸收一部分能量，表现为吸热反应。三、热化学方程式1．概念表示参加反应的物质的量与反应热的关系的化学方程式。2．意义热化学方程式既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。3．热化学方程式与普通化学方程式的区别化学方程式热化学方程式化学计量数只能是整数，既表示微粒个数又表示该物质的物质的量既可以是整数，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化学式后注明ΔH的正负号、数值及单位无必须注明意义表明了化学反应中的物质变化既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【合作探究】1．H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.5kJ·mol－1，表示的意义是什么？答案表示在25℃，101kPa时，1molH2与eq\f(1,2)molO2完全反应生成液态水时放出的热量为285.5kJ。2．ΔH的单位中mol－1的含义是什么？答案反应焓变单位中的mol－1表明参加反应的各物质的量与化学方程式中各物质的化学式的化学计量数相同。例如：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH(298K)＝－285.8kJ·mol－1，表示298K时，1molH2(g)与0.5molO2(g)反应生成1molH2O(l)，放热285.8kJ。一、焓变、反应热的产生原因【例1】由下图分析，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。答案D【归纳总结】焓变与反应物、生成物能量的关系一个化学反应是吸收能量还是放出能量，由反应物的总能量(∑E反)与生成物的总能量(∑E生)的相对大小来决定。若∑E反＞∑E生，则会放出能量；若∑E反＜∑E生，则需要吸收能量，如下图所示。变式训练1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解析根据反应物和生成物能量的高低来分析、解决问题。化学反应都伴随能量变化，当反应物的总能量高于生成物的总能量时，该反应为放热反应；当反应物的总能量低于生成物的总能量时，该反应为吸热反应。反应①的ΔH>0，为吸热反应，故可排除A项和C项；反应②的ΔH<0，为放热反应，B项错误，故选D。【例2】已知H—H键键能为436kJ·mol－1，H—N键键能为391kJ·mol－1，根据化学方程式：N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3ΔH＝－92.4kJ·mol－1，则N≡N键键能是()A．431kJ·mol－1B．945.6kJ·mol－1C．649kJ·mol－1D．869kJ·mol－1解析ΔH＝反应物键能总和－生成物的键能总和。所以－92.4kJ·mol－1＝E(N≡N)＋3×436kJ·mol－1－2×391kJ·mol－1×3。E(N≡N)＝945.6kJ·mol－1。答案B【规律总结】反应热与键能的关系(1)化学键的断裂要吸收能量，形成新化学键要释放能量，若反应物断键所吸收的总能量大于生成物成键所释放的总能量，则为吸热反应，反之则为放热反应。即E总(断键)＞E总(成键)，为吸热反应；E总(断键)＜E总(成键)，为放热反应。ΔH＝E总(断键)－E总(成键)。(2)以H2与Cl2反应生成HCl为例来说明：上面分析过程可归纳如下表化学键吸收能量放出能量断开1molH—H436kJ－1molCl—Cl243kJ－形成2molH—Cl－2×431kJH2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)放出的能量为183kJ(3)利用键能计算反应热时，要准确判断化学键断裂或生成的数量。变式训练2(2016·石家庄二中)通常人们把拆开1mol某化学键时吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键吸收的能量与反应中形成新化学键释放的能量的差。一些化学键的键能数据如表所示：化学键C—HC—FH—FF—F键能/(kJ·mol－1414489565155根据键能数据估算反应CH4(g)＋4F2(g)=CF4(g)＋4HF(g)的反应热ΔH为()A．－1940kJ·mol－1B．1940kJ·mol－1C．－485kJ·mol－1D.485kJ·mol－1答案A解析化学反应的反应热等于断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键放出的能量的差，根据键能数据可知，所求反应的反应热ΔH＝414kJ·mol－1×4＋155kJ·mol－1×4－489kJ·mol－1×4－565kJ·mol－1×4＝－1940kJ·mol－1。二、热化学方程式的书写及判断(一)热化学方程式的书写【例3】写出下列反应的热化学方程式：(1)1molC2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出1366.8kJ热量：_______________________________________________________________________________________。(2)1molC(石墨)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3kJ热量：_____________________________________________________________________________。(3)1.7gNH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67kJ的热量：_______________________________________________________________________________________。解析已知反应物的物质的量及放出或吸收的热量，要写出热化学方程式，关键是要确定与方程式中的化学计量数相对应的ΔH。(1)C2H5OH燃烧的化学方程式为C2H5OH＋3O2eq\o(→,\s\up7(点燃))2CO2＋3H2O，那么，相应的热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1366.8kJ·mol－1。(2)1molC(石墨)完全反应吸收131.3kJ热量，则相应的热化学方程式为C(石墨，s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.3kJ·mol－1。(3)1.7gNH3的物质的量为0.1mol，则4molNH3发生反应放出的热量为22.67kJ×40＝906.8kJ，1molNH3完全反应放出的热量为226.7kJ。那么相应的热化学方程式为4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－906.8kJ·mol－1或NH3(g)＋eq\f(5,4)O2(g)=NO(g)＋eq\f(3,2)H2O(g)ΔH＝－226.7kJ·mol－1。答案(1)C2H5OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1366.8kJ·mol－1(2)C(石墨，s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝＋131.3kJ·mol－1(3)NH3(g)＋eq\f(5,4)O2(g)=NO(g)＋eq\f(3,2)H2O(g)ΔH＝－226.7kJ·mol－1【方法总结】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)在方程式右端注明能量的变化：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数值与正反应的相等、符号相反。变式训练3根据要求，写出下列反应的热化学方程式：(1)1molC2H4(g)与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和H2O(l)，放出1411kJ的热量。________________________________________________________________________。(2)1molAl(s)与适量O2(g)发生反应，生成Al2O3(s)，放出834.9kJ的热量。________________________________________________________________________(3)23g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃，恰好完全反应，生成27g液态水和22.4LCO2(标准状况)并放出683.5kJ的热量。________________________________________________________________________答案(1)C2H4(g)＋3O2(g)=2CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－1411kJ·mol－1(2)2Al(s)＋3/2O2(g)=Al2O3(s)ΔH＝1669.8kJ·mol－1(3)C2H6O(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1367kJ·mol－1解析(3)结合题意，首先确定某液态有机物的化学式为C2H6O，书写出化学方程式后注明每种物质的状态，再计算ΔH即可。(二)热化学方程式的正误判断【例4】已知在25℃、101kPa下，1gC8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ的热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是()A．C8H18(l)＋eq\f(25,2)O2(g)=8CO2(g)＋9H2O(g)ΔH＝－48.40kJ·mol－1B．C8H18(l)＋eq\f(25,2)O2(g)=8CO2(g)＋9H2O(l)ΔH＝－5517.6kJ·mol－1C．C8H18(l)＋eq\f(25,2)O2(g)=8CO2(g)＋9H2O(l)ΔH＝＋5517.6kJ·mol－1D．C8H18(l)＋eq\f(25,2)O2(g)=8CO2(g)＋9H2O(l)ΔH＝－48.40kJ·mol－1解析在25℃、101kPa下，1molC8H18燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为eq\f(48.40kJ,1g)×114g＝5517.6kJ。解答该题关键要看三点：eq\x(一看各物质的状态)→A项中H2O的状态标错。eq\x(二看ΔH正负号)→反应放热，ΔH＜0，C项错误。eq\x(\a\al(三看热量数值与化,学计量数是否对应))→A、D项中显然不对应，错误。答案B【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“＋”、“－”符号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变式训练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·molB．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝＋92.3kJ·mol－1C．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝＋184.6kJ·mol－1D．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。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是吸热反应，也可能是放热反应。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－1C．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。3．已知2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1，则下列关于热化学方程式2H2O(l)=2H2(g)＋O2(g)的ΔH的说法中正确的是()A．方程式中的化学计量数表示分子数B．该反应ΔH大于零C．该反应ΔH＝－571.6kJ·mol－1D．该反应可表示36g水分解时的热效应答案B解析在书写热化学方程式时，若反应物和生成物对换，则ΔH的符号相反，数值不变，故B正确，C不正确；D项未注明水为液态。[基础过关]一、放热反应和吸热反应1．下列说法不正确的是()A．化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化B．对于ΔH>0的反应，反应物的能量小于生成物的能量C．放热反应都不需要加热就能发生D．吸热反应在一定条件(如常温、加热等)下也能发生答案C解析化学反应中既有物质变化，又有能量变化，A正确；ΔH>0的反应为吸热反应，则反应物的能量小于生成物的能量，B正确；有些放热反应需要加热或点燃才能引发，C错误；有些吸热反应如Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl在常温下就能反应，D正确。2．下列反应属于吸热反应的是()A．炭燃烧生成一氧化碳B．中和反应C．锌粒与稀硫酸反应制取H2D．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应答案D解析物质燃烧、酸碱中和、金属与水或酸的置换反应都为放热反应。二、反应热、焓变3．下列说法中正确的是()A．焓变是指1mol物质参加反应时的能量变化B．反应放热时，ΔH>0；反应吸热时，ΔH<0C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓与生成物的总焓一定不同D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓总是高于生成物的总焓答案C解析放热反应的ΔH<0，吸热反应的ΔH>0；在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓不一定高于生成物的总焓；焓变是指在一定条件下化学反应的反应热，不仅是指1mol物质参加反应时的能量变化。4．在相同条件下，下列两个反应放出的热量分别用ΔH1和ΔH2表示：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH12H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2则()A．ΔH2>ΔH1B．ΔH1>ΔH2C．ΔH1＝ΔH2D．无法确定答案B解析气态水液化时释放能量，放热越少，ΔH越大。5.科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子，其结构为正四面体(如图所示)，与白磷分子相似。已知断裂1molN—N键吸收193kJ热量，断裂1molN≡N键吸收941kJ热量，则()A．N4的熔点比P4高B．1molN4气体转化为N2时要吸收724kJ能量C．N4是N2的同系物D．1molN4气体转化为N2时要放出724kJ能量答案D解析N4与白磷(P4)结构相似，均为分子晶体，由于N4相对分子质量小于P4，故其分子间作用力弱于P4，其熔点低于P4，A错；N4与N2互为同素异形体，而不是同系物，C错；从结构图中可看出，一个N4分子中含有6个N—N键，根据N4(g)=2N2(g)ΔH，有ΔH＝6×193kJ·mol－1－2×941kJ·mol－1＝－724kJ·mol－1，故B项错误，D项正确。三、热化学方程式6．已知H2(g)＋F2(g)=2HF(g)ΔH＝－270kJ·mol－1，下列说法正确的是()A．2L氟化氢气体分解成1L氢气与1L氟气吸收270kJ热量B．1mol氢气与1mol氟气反应生成2mol液态氟化氢放出的热量小于270kJC．在相同条件下，1mol氢气与1mol氟气的能量总和大于2mol氟化氢气体的能量D．1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270kJ热量答案C解析在热化学方程式中，ΔH的值与具体化学反应相对应，各物质前的计量数不再表示粒子数目，只表示物质的“物质的量”，故A、D错误；HF(g)→HF(l)会放出热量，故B项中放出热量应大于270kJ，B错；因该反应放热，故C正确。7．根据热化学方程式：S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝akJ·mol－1(a＝－297.2)。分析下列说法，其中不正确的是()A．S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应B．S(g)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝bkJ·mol－1，则a>bC．1molSO2(g)所具有的能量低于1molS(s)与1molO2(g)所具有的能量之和D．16g固态硫在空气中充分燃烧，可吸收148.6kJ的热量答案D解析由题中条件可知：反应的热效应ΔH＝akJ·mol－1＝－297.2kJ·mol－1，可知该反应的正反应为放热反应，故D错误。8．由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放出241.8kJ的热量，1g水蒸气转化为液态水放出2.45kJ的热量，则下列热化学方程式书写正确的是()A．H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.9kJ·mol－1B．H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－241.8kJ·mol－1C．H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝＋285.9kJ·mol－1D．H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝＋241.8kJ·mol－1答案A解析放热反应ΔH为“－”，C、D错；1mol水蒸气转化为相同条件下的1mol液态水时要放出44.1kJ的热量，可求出ΔH为－285.9kJ·mol－1，B错，故选A项。9．化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是()A．N2(g)＋3H2(g)2NH3(l)ΔH＝2(a－b－c)kJ·mol－1B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝2(b－a)kJ·mol－1C.eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(l)ΔH＝(b＋c－a)kJ·mol－1D.eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)ΔH＝(a＋b)kJ·mol－1答案A解析eq\f(1,2)molN2(g)与eq\f(3,2)molH2(g)完全反应生成1molNH3(g)时放热(b－a)kJ，生成1molNH3(l)时放热(b＋c－a)kJ，故A正确。[能力提升]10．根据下图所示，写出反应的热化学方程式并回答问题。(1)反应过程Ⅰ的热化学方程式为_____________________________________________________________________________________________________________________________。(2)反应过程Ⅱ的热化学方程式为____________________________________________________________________________________________________________________________。(3)Q与Q1的关系：Q________(填“＞”、“＜”或“＝”)Q1。答案(1)H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－QkJ·mol－1(2)2HCl(g)=H2(g)＋Cl2(g)ΔH＝Q1kJ·mol－1(3)＝解析(1)据图Ⅰ中信息可知H2和Cl2为反应物，HCl为生成物，反应过程中释放能量。(2)据图Ⅱ中信息可知HCl为反应物，H2和Cl2为生成物，反应过程中E(反应物)＜E(生成物)，故吸收能量。(3)Ⅰ、Ⅱ两反应互为逆过程，故热化学方程式中各物质的计量数相等时，其放出和吸收的热量数值相等。11．下表中的数据是断裂1mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：物质Cl2Br2I2H2HClHIHBr键能/kJ·mol－1243193151436431298366根据上述数据回答下列问题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是________。A．H2B．Cl2C．Br2D．I2(2)下列氢化物本身具有的能量最低的是________。A．HClB．HBrC．HID．HF(3)X2＋H2=2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出的热量最多的是__________。答案(1)A(2)D(3)放热(4)Cl2解析(1)破坏物质中的化学键消耗能量越多，说明原物质越稳定，本身能量越少，由表知H2应具有最低能量。(2)物质越不活泼，与H2形成氢化物越不稳定，本身能量越高，故选D。(3)由表可知，反应物X2＋H2的能量都小于其氢化物2倍的能量，故均为放热反应。(4)由表可知，反应物1molCl2和1molH2所具有的能量与2molHCl的能量相差最大，故放热最多。12．已知：在热力学标准状态(298K、1.01×105Pa)下，由稳定的单质发生反应生成1mol化合物的反应热叫该化合物的生成热(ΔH)。下图为氧族元素氢化物a、b、c、d的生成热数据示意图。试完成下列问题：(1)写出氧族元素中含有18e－的两种氢化物的电子式：__________________________。(2