化学新设计人教版选修四讲义化学反应与能量第一节第1课时

14/1413/14/第一节化学反应与能量的变化第1课时焓变反应热课程目标核心素养建构1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2.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。[知识梳理]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ΔH3.吸热反应和放热反应放热反应：形成生成物释放的总能量大于破坏反应物吸收的总能量。反应放出能量而使体系的能量降低。ΔH为“－”或ΔH＜0。吸热反应：形成生成物释放的总能量小于破坏反应物吸收的总能量。反应吸收能量而使体系的能量升高。ΔH为“＋”或ΔH＞0。【自主思考】1.任何化学反应一定伴随能量的变化吗？提示一定。2.化学反应放热还是吸热是否与反应条件有关？提示反应吸热还是放热与是否加热等条件无直接关系。[效果自测]1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)所有的化学反应都伴有能量的变化，伴有能量变化的一定是化学反应。()(2)反应热是指1mol物质参加反应时的能量变化。()(3)加热条件下发生的反应均为吸热反应。()(4)在一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”。()(5)放热反应的ΔH＜0；而吸热反应的ΔH＞0。()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√2.在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下图：(1)若E1＞E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是__________________________________________________________________。(2)若E1＜E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是__________________________________________________________________。答案(1)降低放热反应物的部分内能通过化学反应转化为热能释放给环境(2)升高吸热反应物从环境中吸收能量探究一、反应热与自身能量、化学键的关系及简单计算【合作交流】1.若反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应还是吸热反应？提示放热反应。2.反应热与化学键键能有何关系？提示反应热＝断裂化学键吸收的总能量－形成化学键放出的总能量。【点拨提升】1.反应热与自身能量的关系2.化学键与化学反应中能量变化的关系化学反应过程是原子重新组合的过程，反应物分子内化学键的断裂需要吸收能量，生成新物质时形成新的化学键要放出能量。二者的能量差，就决定了能量的变化。(1)当E1＞E2时，反应吸收能量；(2)当E1＜E2时，反应释放能量。3.ΔH的计算方法(1)ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量。(2)ΔH＝断键吸收的总能量－成键释放的总能量。【特别提醒】(1)破坏反应物中的化学键吸收的能量越小，说明反应物越不稳定，本身的能量越高。(2)形成生成物的化学键放出的能量越多，说明生成物越稳定，本身的能量越低。【典题例证1】下列说法正确的是()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＜0C.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；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，成键时释放能量，所以D错。答案C【变式训练1】已知化学反应A2(g)＋B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示，判断下列叙述中正确的是()A.每生成2分子AB吸收bkJ热量B.该反应热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能量解析观察题给图像可以得到，上述反应的反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，其中反应热ΔH＝＋(a－b)kJ·mol－1。化学反应过程中，化学键断裂为吸热过程，化学键形成为放热过程。答案B探究二、吸热反应与放热反应比较【合作交流】1.需加热的反应一定是吸热反应吗？常温下进行的反应一定是放热反应吗？提示不一定。2.常见的吸热和放热反应有哪些？提示常见的吸热反应：大多数分解反应，Ba(OH)·8H2O与NH4Cl反应、C或CO与CuO、CO2或H2O(g)的反应等。常见的放热反应：中和反应、金属与水或酸、燃烧、化合反应(大多数)、铝热反应等。【点拨提升】类型比较放热反应吸热反应图示实例①大多数化合反应②中和反应③金属与水或酸的反应④燃烧反应⑤铝热反应①大多数分解反应②Ba(OH)2·8H2O晶体与氯化铵的反应③以C、CO为还原剂的氧化还原反应(除燃烧)【特别提醒】吸热反应与放热反应与条件无必然的联系。需加热的反应不一定是吸热反应。有的反应开始时需加热，但反应发生后会放出一定的热量，能够维持该反应继续进行，如C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2。【典题例证2】由图分析，下列说法正确的是()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＋CΔH＜0C.A具有的焓高于B和C具有的焓的总和D.A→B＋CΔH＞0，则B＋C→AΔH＜0解析由图可看出，B和C的焓之和高于A的焓，则反应B＋C→A一定是放热反应，ΔH＜0；反之，A→B＋C的反应一定是吸热反应。根据能量守恒定律，两反应吸收和放出的能量一定相等。答案D【变式训练2】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.乙醇的燃烧C.铝粉与氧化铁粉末反应 D.氧化钙与水反应解析生成物总能量高于反应物总能量，则该反应是吸热反应。常见的吸热反应有水煤气的制取、大多数的分解反应、C与CO2的反应等。答案A1.已知：①能量越低的物质就越稳定，②白磷转化成红磷是放热反应。据此，下列判断或说法中正确的是()A.在相同的条件下，红磷比白磷能量高B.在相同的条件下，白磷比红磷稳定C.红磷和白磷的结构不同D.红磷容易发生自燃而白磷则不会自燃解析白磷转化成红磷是放热反应，故白磷的能量比红磷的高。能量越高物质越不稳定，则A、B、D都不正确。答案C2.下列说法中不正确的是()A.分解反应大多数是吸热反应B.氢氧化钾与硝酸的反应是放热反应C.燃料有足够的空气就能充分燃烧D.放热反应的过程，都可以看成是“贮存”在物质内部的能量转化为热能、光能、电能等被释放出来的过程解析分解反应大多需提供热量破坏化学键，因而多数是吸热反应，A项正确；酸碱中和反应是典型的放热反应，B项正确；物质要燃烧，首先要达到着火点，即达到所需要的温度，其次要有足够的空气或其他反应物，C项错误；因化学反应的过程是“贮存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来的过程，或者是热能、电能或光能转化为物质内部的能量(化学能)被储存起来的过程，D项正确。答案C3.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。答案D4.我国成功发射的“天宫一号”飞行器的外壳覆盖了一种新型结构陶瓷材料，其主要成分是氮化硅，该陶瓷材料可由石英固体与焦炭颗粒在高温的氮气流中通过如下反应制得：3SiO2＋6C＋2N2eq\o(=,\s\up7(高温))Si3N4＋6CO该反应变化过程中的能量变化如图所示。回答以下问题。(1)上述反应中的还原剂是________，还原产物是________。(2)该反应________(填“吸热”或“放热”)，反应热ΔH________0(填“＞”、“＜”或“＝”)。解析(1)3SiO2＋6C＋2N2eq\o(=,\s\up7(高温))Si3N4＋6CO，反应中碳元素的化合价由0价升高到＋2价，氮元素的化合价由0价降低到－3价。故反应中的还原剂是C，还原产物为Si3N4。(2)该反应过程中，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，ΔH＜0。答案(1)CSi3N4(2)放热＜课时作业1.下列反应中反应物总能量高于生成物总能量的是()A.二氧化碳与碳反应生成一氧化碳B.碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气C.碳酸钙受热分解D.盐酸与氢氧化钠反应解析反应物总能量高于生成物总能量的反应是放热反应。答案D2.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，反应物的总能量小于生成物的总能量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。答案C3.下列说法中正确的是()A.焓变是指1mol物质参加反应时放出的能量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解析放热反应的ΔH<0，吸热反应的ΔH>0，B错；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，D错；焓变是指在一定条件下化学反应的反应热，不仅是指1mol物质参加反应时放出的能量，A错。答案C4.如图是一个一次性加热杯的示意图。当水袋破裂时，水与固体碎块混合，杯内食物温度逐渐上升。制造此加热杯可选用的固体碎块是()A.硝酸铵 B.氯化镁C.生石灰 D.食盐解析此加热杯中固体碎块在溶于水时应放出大量的热。答案C5.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能量解析N4与白磷(P4)结构相似，均以分子形式存在，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。答案D6.下图所表示的反应是吸热反应的是()解析只有反应物的能量低于生成物的能量时，反应物变成生成物时才吸热。答案A7.已知化学反应2C(s)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO(g)，2CO(g)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2(g)都是放热反应，据此判断，下列说法中正确的是(其他条件相同)()A.28gCO所具有的能量一定高于44gCO2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.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与生成CO时放出的热量一样多解析对于放热反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。由于Ceq\o(→,\s\up7(O2))CO放热，COeq\o(→,\s\up7(O2))CO2放热，所以Ceq\o(→,\s\up7(O2))CO2比Ceq\o(→,\s\up7(O2))CO放出的热量要多，故D不正确。反应2CO(s)＋O2(g)eq\o(=,\s\up7(点燃))2CO2(g)中，CO并不是反应物的全部，所以28gCO所具有的能量不一定高于44gCO2所具有的能量，故A项不正确，同理C不正确。答案B8.已知H—H键键能(化学键断裂时吸收或形成时释放的能量)为436kJ/mol，N—H键键能为391kJ/mol，根据热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)=2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ/mol，可知N≡N键的键能是()A.431kJ/mol B.946kJ/molC.649kJ/mol D.896kJ/mol解析本题主要考查利用化学键键能计算化学反应的能量变化，ΔH＝－(生成物键能总和－反应物键能总和)＝－[6EN—H－(3×EH—H＋EN≡N)]，得EN≡N＝6×EN—H－3×EH—H＋ΔH＝6×391kJ/mol－3×436kJ/mol－92.4kJ/mol≈946kJ/mol。故选B。答案B9.已知：P4(g)＋6Cl2(g)=4PCl3(g)ΔH＝akJ·mol－1，P4(g)＋10Cl2(g)=4PCl5(g)ΔH＝bkJ·mol－1，P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为ckJ·mol－1，PCl3中P—Cl键的键能为1.2ckJ·mol－1。下列叙述正确的是()A.P—P键的键能大于P—Cl键的键能B.可求Cl2(g)＋PCl3(g)=PCl5(s)的反应热ΔHC.Cl—Cl键的键能为(b－a＋5.6c)/4kJ·mol－1D.P—P键的键能为(5a－3b＋12c)/8kJ·mol－1解析根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。A.根据Cl原子半径小于P原子半径，可判断P—P键键长大于P—Cl键键长，所以P—P键的键能小于P—Cl键的键能，故A错误；B.根据盖斯定律可得Cl2(g)＋PCl3(g)=PCl5(g)ΔH＝(b－a)/4kJ·mol－1，但不知PCl5(g)转化为PCl5(s)时的热效应，故B错误；C.由B选项分析得出的热化学方程式可得：(b－a)/4＝x(Cl—Cl键的键能)＋3×1.2c－5c，x＝(b－a)/4＋1.4c，故C正确；D.由P4(g)＋6Cl2(g)=4PCl3(g)ΔH＝akJ·mol－1可知：a＝6y(P—P键的键能)＋6×eq\f(（b－a＋5.6c）,4)－12×1.2c，得：y＝eq\f(2.5a＋6c－1.5b,6)，D错误。答案C10.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()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。答案D11.某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是()A.该反应为放热反应B.催化剂能改变该反应的焓变C.催化剂能降低该反应的活化能D.逆反应的活化能大于正反应的活化能解析解本题的关键是正确理解图像的意义。不难看出，E1＞E2，正反应的活化能大于逆反应的活化能，ΔH＝E1－E2＞0，故该反应为吸热反应，故A、D均错。催化剂能降低反应的活化能，但不能改变反应的焓变，故B错，C对。答案C12.已知：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)，反应过程中的能量变化如图所示，则：(1)a、b、c分别代表什么意义？a__________________________________________________________________；b__________________________________________________________________；c___________________________________________________________________。(2)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH________0(填“＞”或“＜”)。解析(1)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)与2H(g)＋O(g)之间的能量差是H2→2H(g)和eq\f(1,2)O2(g)→O(g)过程中断开H—H键和O＝O键需吸收的能量和。所以a代表旧键断裂吸收的能量，b代表2H(g)和O(g)结合成H2O(g)所放出的能量，c则代表断键所吸收的能量与成键所释放的能量之差，即反应热。(2)由图可知该反应中反应物总能量高于生成物总能量，所以该反应为放热反应，ΔH＜0。答案(1)旧键断裂吸收的能量新键形成放出的能量反应热(2)放热＜13.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.H2 B.Cl2C.Br2 D.I2(2)下列氢化物本身具有的能量最低的是________。A.HCl B.HBrC.HI D.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__________。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，本身能量越低，由表知H2应具有最低能量。(2)氢化物越稳定，本身能量越低，故选D。(3)由表可知，反应物X2和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。答案(1)A(2)D(3)放热(4)Cl214.在研究化学反应中的能量变化时我们通常做如图所示的实验：在一个小烧杯里，加入约20g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]，将小烧杯放在事先已滴有3～4滴水的玻璃片(或三合板)上，然后再加入约10gNH4Cl晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌。试回答下列问题：(1)实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是_______________________________________________________________________________________________。(2)如果实验中没有看到“结冰”现象，可能的原因(回答出三个以上的原因)_______________________________________________________________________________________________________________________