-新教材高中化学第一章化学反应的热效应第一节第一课时反应热焓变学案新人教版选择性必修

PAGEPAGE15第一课时反应热焓变明课程标准扣核心素养1.能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学反应中能量变化的本质。2．认识能量的转化遵循能量守恒定律。3．能从多角度认识放热反应和吸热反应，知道中和反应反应热的测定方法。1.宏观辨识与微观探析：能从宏观上分析反应物总能量与生成物总能量对反应热的影响，能分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系。2．科学探究与创新意识：能依据中和反应反应热的测定原理，设计方案，独立完成实验，收集实验数据，并基于实验事实进行计算得出结论。eq\a\vs4\al(反应热及其测定)中和反应热的测定1．实验目的通过一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化，计算反应放出的热量，由此求得中和反应的反应热(简称中和热)。2．实验装置(简易量热计)3．实验步骤(1)反应物温度的测量。①用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸，打开杯盖，倒入量热计的内筒，盖上杯盖，插入温度计，测量并记录盐酸的温度。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。②用另一个量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，用温度计测量并记录NaOH溶液的温度。(2)反应后体系温度的测量。打开杯盖，将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒，立即盖上杯盖，插入温度计，用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化，将最高温度记为反应后体系的温度(t2)。(3)重复上述步骤(1)至步骤(2)两次。4．数据处理(1)取盐酸温度和NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1)。计算温度差(t2－t1)。(2)取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。(3)根据温度差和比热容等计算反应热。为了计算简便，可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水的相同，并忽略量热计的比热容，则：①50mL0.50mol·L－1盐酸的质量m1＝50g，50mL0.55mol·L－1NaOH溶液的质量m2＝50g。②反应后生成的溶液的比热容c＝4.18J/(g·℃)，50mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH溶液发生中和反应时放出的热量为：(m1＋m2)·c·(t2－t1)＝0.418(t2－t1)kJ。③生成1molH2O时放出的热量为eq\f(0.418（t2－t1）,0.025)_kJ。[问题探讨]1．实验装置中，内筒与外壳间填充大量泡沫塑料的目的是什么？提示：泡沫塑料起保温、隔热作用，目的是减少实验过程中热量的损失。2．实验中使用0.55mol·L－1NaOH溶液与0.50mol·L－1盐酸反应，而不是选用0.50mol·L－1NaOH溶液的原因是什么？提示：碱稍过量的原因是保证盐酸完全被中和。3．能否用铜质搅拌器代替玻璃搅拌器？提示：不能，原因是金属铜传热快，实验过程中会造成热量损失。4．实验过程中能否用醋酸代替盐酸，或用氨水代替NaOH溶液？若代替对实验结果会造成什么影响？提示：不能；弱酸、弱碱电离吸收热量，会使测得的中和热的数值偏小。5．酸、碱混合时，为何要把量筒中的NaOH溶液一次迅速倒入量热计的内筒中而不能缓慢分多次倒入？提示：本实验的关键是尽可能减少热量散失，若动作迟缓或分多次倒入，会使热量损失导致实验产生误差。6．若改用100mL0.50mol·L－1盐酸与100mL0.55mol·L－1NaOH溶液混合，所测中和热的数值是否为本实验结果的2倍？提示：否；中和热是指在稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1molH2O时的反应热，其数值与反应物的量的多少无关，故所测结果应与本次实验结果基本相同。1．反应热(1)体系与环境——以盐酸与NaOH溶液之间的反应为例(2)体系与环境的热量交换——反应热①热量：因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量。②反应热：在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。2．中和热(1)概念：在25℃和101kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol水时所放出的热量。(2)数值：57.3kJ·mol－1。3．中和热的测定(以NaOH溶液与盐酸反应为例)(1)测定步骤(2)数据处理中和热＝eq\f(（m1＋m2）·c·（t2－t1）×10－3,n（H2O）)kJ·mol－1，其中(m1＋m2)表示溶液质量，c为比热容，c＝4.18J/(g·℃)。(3)注意问题①实验中要用强酸、强碱的稀溶液(0.1～0.5mol·L－1)。②操作时动作要快，尽量减少热量的损失，使用绝热装置，避免热量散发到反应体系外。③测量盐酸的温度后，要将温度计上的酸冲洗干净后，再测量NaOH溶液的温度，避免酸、碱在温度计的表面反应放热而影响测量结果。④读取的中和反应的温度(t2)是反应混合液的最高温度。⑤测定中和热不能用弱酸或弱碱，因为弱酸、弱碱电离时吸收热量而会使测量数值偏低。⑥中和热的数值是57.3kJ·mol－1，测定时与强酸、强碱的用量无关。(4)误差分析看实验中有哪些因素能使(t2－t1)出现误差。若(t2－t1)偏大，则中和热数值偏大；若(t2－t1)偏小，则中和热数值偏小。1．用50mL0.50mol·L－1的盐酸与50mL0.55mol·L－1的NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量计算反应热。下列关于实验和中和反应的说法正确的是()A．如图条件下实验过程中没有热量损失B．玻璃搅拌器可用铜质材料代替C．中和反应的逆反应是吸热反应D．在25℃和101kPa下，强酸和强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时，放出57.3kJ·mol－1的热量解析：选C隔热层只能减少热量损失，无法避免热量损失，故图中条件下实验过程中一定有热量损失，A错误；铜有良好的传热性，用铜质材料代替玻璃搅拌器会增加热量损失，故不能用铜质材料代替玻璃搅拌器，B错误；中热反应是放热反应，则中和反应的逆反应为吸热反应，C正确；由中和热的定义可知，强酸和强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O时，放出57.3kJ的热量，D错误。2．在测定中和热的实验中，下列说法正确的是()A．使用玻璃搅拌器是为了加快反应速率，减小实验误差B．为准确测定反应混合溶液的温度，实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触C．用0.5mol·L－1NaOH溶液分别与0.5mol·L－1的盐酸、醋酸溶液反应，如所取的溶液体积相等，则测得的中和热数值相同D．在测定中和热实验中需要使用的仪器有量筒、烧炋、酒精灯、温度计等解析：选A玻璃搅拌器起搅拌作用，能加快反应速率，减小实验误差，故A正确；温度计用来测烧杯内的混合液的温度，其水银球不能接触烧杯底部，故B错误；中和热是强酸和强碱的稀溶液反应生成1mol水时放出的热量，与酸、碱的用量无关，但是选择弱酸醋酸时，反应过程中，醋酸电离要吸热，测得的中和热数值不同，故C错误；中和热测定用不到酒精灯，故D错误。eq\a\vs4\al(反应热与焓变)1．反应热产生的原因化学反应前后体系的内能(符号为U)发生了变化。内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。2．焓与焓变(1)焓：是与内能有关的物理量，符号为eq\a\vs4\al(H)。(2)焓变：同一反应中生成物与反应物的焓值之差，符号为ΔH，单位为kJ·mol－1或_kJ/mol。数学表达式为ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。3．反应热与焓变的关系在等压条件下进行的化学反应，其焓变等于该反应的反应热。由于化学反应大多是在敞口容器中进行的，故反应体系的压强与外界压强相等，即反应是在等压条件下进行的。所以如不作特殊说明，化学反应的反应热等于该反应的焓变(ΔH)。因此，高中阶段学习中的反应热用ΔH表示。4．焓变与放热反应、吸热反应的关系反应类型放热反应吸热反应图像焓变(ΔH)ΔH的符号为“－”，即ΔH<0，反应体系对环境放热，其焓减小ΔH的符号为“＋”，即ΔH>0，反应体系从环境中吸热，其焓增大例如：1molH2与0.5molO2完全反应生成1mol液态水时放出285.8kJ的热量，则该反应的焓变ΔH＝－285.8__kJ·mol－1。反应热和焓变的关系反应热焓变不同点概念化学反应释放或吸收的热量化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差相同点单位kJ·mol－1(或kJ/mol)“＋”“－”的意义“＋”表示反应吸热，“－”表示反应放热数据来源可以通过实验直接测得，也可以利用已知数据通过计算求得联系在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，如敞口容器中进行的化学反应注意①焓、焓变、反应热代表的意义不同。②焓(H)只有正值，而焓变(ΔH)有正负之分。③可以通过焓变来判断一个反应是吸热反应还是放热反应。④任何化学反应都有反应热。⑤物质三态之间变化的焓变不能叫反应热，反应热是化学变化的焓变[名师点拨](1)焓研究的对象是物质，焓变研究的对象是某一个化学变化过程。(2)当反应物总焓(总能量)大于生成物总焓(总能量)时，ΔH<0，该反应为放热反应；反之则为吸热反应，ΔH>0。1．下列说法正确的是()A．焓变是指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．在加热条件下发生的反应均为吸热反应D．一个化学反应中，当反应物能量大于生成物能量时ΔH的符号为“－”解析：选D焓变与反应物的状态、反应物的物质的量、反应温度及压强有关，反应物的量越多则焓变值越大，A错误；当反应放热时ΔH<0，反应吸热时ΔH>0，B错误；反应的焓变与反应的条件是否加热没有直接关系，加热条件下发生的反应不一定是吸热反应，C错误；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为负值，反之反应吸热，ΔH为正值，D正确。2．下列变化一定为放热的化学反应的是()A．H2O(g)=H2O(l)放出44kJ热量B．ΔH>0的化学反应C．形成化学键时共放出能量862kJ的化学反应D．能量变化如图所示的化学反应解析：选DH2O(g)=H2O(l)为物理变化，A项错误；ΔH>0，反应吸收热量，B项错误；不知道断裂化学键时吸收能量的情况，无法确定反应是放热还是吸热，C项错误；由题图可知H(生成物)<H(反应物)，ΔH＝H(生成物)－H(反应物)<0，反应放热，D项正确。eq\a\vs4\al(化学反应中能量变化的原因)[情境素材]纯净的H2可以在Cl2中安静地燃烧，发出苍白色火焰，反应生成的气体是HCl，它在空气中与水蒸气结合形成白雾。下面是反应H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)的能量变化示意图：[情境探究]1．断裂1molH—H、1molCl—Cl吸收的总能量是多少？形成2molH—Cl放出的能量是多少？由此判断该反应的ΔH是多少？提示：断键吸收的总能量为436kJ＋243kJ＝679kJ。形成化学键放出的总能量为431kJ×2＝862kJ。故H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反应放出的热量为862kJ－679kJ＝183kJ，即反应的ΔH＝－183kJ·mol－1。2．根据图示中数据判断2HCl(g)=H2(g)＋Cl2(g)的焓变ΔH是多少？与问题1中的ΔH相比，得出的结论是什么？提示：ΔH＝断裂化学键吸收的总能量－形成化学键放出的总能量＝(431kJ·mol－1×2)－(436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1)＝＋183kJ·mol－1。正、逆反应的焓变(ΔH)数值相等，符号相反。3．H2(g)和Cl2(g)在光照条件下也可以发生上述反应，那么该反应的ΔH是否发生变化？为什么？提示：焓变不发生变化，ΔH仍为－183kJ·mol－1；因为化学反应的焓变与反应条件无关。1．焓变产生的微观原因化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键的形成，旧化学键断裂需要吸收能量，新化学键形成需要放出能量，化学键断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。2．焓变产生的宏观原因从物质内能角度分析，若化学反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，反应物转化为生成物时放出热量，则为放热反应，反应的ΔH的符号为“－”；反之，则为吸热反应，反应的ΔH的符号为“＋”。如下图所示为化学变化过程中的能量变化。3．计算焓变的两种方法(1)宏观角度计算：ΔH＝生成物总焓－反应物总焓。(2)微观角度计算：ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。可以简单记忆为反应热(ΔH)等于反应物断键吸热与生成物成键放热的代数和，吸热取“＋”值，放热取“－”值。例如，已知N≡N的键能为941kJ·mol－1，N—N的键能为193kJ·mol－1，且N4的空间构型为正四面体形()，则反应2N2(g)=N4(g)的反应热ΔH＝2×941kJ·mol－1－6×193kJ·mol－1＝＋724kJ·mol－1。[名师点拨](1)正、逆反应的ΔH数值相等，但符号相反。(2)可逆反应的反应热(ΔH)是指反应物完全转化成生成物时的理论数据。(3)物质本身能量越低越稳定，如石墨转化成金刚石是吸热反应(ΔH>0)，则金刚石的能量更高，故石墨的稳定性大于金刚石的稳定性。1．下列说法正确的是()A．化学键的断裂与形成与反应放热和吸热无关B．放热反应的发生无需任何条件C．所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒定律D．化学变化一定有化学键的断裂和形成，有化学键断裂或生成一定发生了化学变化解析：选C旧键断裂吸收能量，新键形成放出能量，当吸收的能量大于放出的能量时反应吸热，反之则放热，所以化学键的断裂与形成与反应放热和吸热有关，故A错误；某些放热反应需要一定条件引发，如燃烧需要温度达到可燃物的着火点，故B错误；所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒定律，C正确；有化学键的断裂或形成不一定发生了化学变化，如HCl溶于水时共价键断裂，但并没有发生化学变化，故D错误。2．已知：2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1下列说法不正确的是()A．该反应是氧化还原反应B．破坏1molH—O键需要的能量是463.4kJC．H2O(g)=H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝＋241.8kJ·mol－1D．H2(g)中的H—H比H2O(g)中的H—O牢固解析：选D该反应中元素的化合价发生改变，是氧化还原反应，A说法正确；根据旧键断裂吸收能量，新键形成释放能量可知，H—O的键能＝eq\f(2×436kJ·mol－1＋498kJ·mol－1＋483.6kJ·mol－1,4)＝463.4kJ·mol－1，故破坏1molH—O键需要的能量是463.4kJ，B说法正确；已知2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1，则H2O(g)=H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝＋241.8kJ·mol－1，C说法正确；H2(g)中的H—H的键能为436kJ·mol－1，H2O(g)中的H—O的键能为463.4kJ·mol－1，则H2(g)中的H—H比H2O(g)中的H—O稳定性差，D说法错误。3．在一定条件下，A和B反应可生成C和D，其能量变化如下：(1)下列有关反应A＋B=C＋D的说法正确的是________(填字母)。A．反应前后原子的种类和数目一定不变B．该反应若有能量变化，则一定是氧化还原反应C．该反应若为放热反应，则不需加热反应就一定发生D．反应物的总质量与生成物的总质量一定相等，且遵循能量守恒定律(2)若E1<E2，则该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应，该反应的反应热ΔH＝________。解析：(1)每个反应都遵循质量守恒和能量守恒定律，原子数目和种类不会改变，A、D项正确；任何化学反应都伴随着能量变化，不一定为氧化还原反应，B项错误；某一反应是放热反应还是吸热反应，与反应条件无关，加热是为了使旧化学键断裂，引发化学反应，C项错误。(2)若E1<E2，反应吸收能量，ΔH＝(E2－E1)kJ·mol－1>0；相反若E1>E2，反应放出能量，ΔH＝(E2－E1)kJ·mol－1<0。答案：(1)AD(2)吸热(E2－E1)kJ·mol－1eq\a\vs4\al(分析与推理能力)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：________________________________________________________________________。提示：旧键断裂吸收的能量新键形成放出的能量反应热(2)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH________0(填“>”或“<”)。提示：放热<1．反应热(ΔH)＝(a－b)kJ·mol－1。2．反应热(ΔH)取决于反应物具有的总能量和生成物具有的总能量。3．加入催化剂可以使反应历程—能量曲线的“山峰”降低，改变了反应历程，但加入催化剂前后反应物和生成物的总能量差不变，即前后的“落差”不变，故加入催化剂不影响反应的ΔH，如图所示(图中b表示加入催化剂后的能量变化)。1．反应2H2O2(l)2H2O(l)＋O2(g)的能量变化如图所示，下列说法正确的是()A．因为是分解反应，所以该反应吸热B．由途径a变成b改变了反应的热效应C．1molH2O2(l)的能量高于1molH2O(l)的能量D．该反应说明H2O2(l)比H2O(l)稳定解析：选C据图可知该反应的反应物的总能量高于生成物的总能量，所以为放热反应，故A错误；据图可知途径a变为b时反应物和生成物的能量没有发生变化，所以不改变反应的热效应，故B错误；据图可知2molH2O2(l)的能量高于2molH2O(l)＋1molO2(g)的能量，所以1molH2O2(l)的能量高于1molH2O(l)的能量，故C正确；能量越低越稳定，所以H2O(l)更稳定，故D错误。2．异丁烯与氯化氢发生加成反应过程的体系能量变化如图所示，下列叙述正确的是()A．产物②比产物①更稳定B．此过程中只发生了非极性键的断裂C．异丁烯与氯化氢的加成反应为吸热反应D．1mol产物①或②中均含有7mol共价键解析：选A能量越低，物质越稳定，根据图示可知，产物②比产物①的能量更低，故产物②比产物①更稳定，A正确；根据反应原理可知，反应过程中有碳碳键的断裂和氢氯键的断裂，故B错误；根据图示可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应为放热反应，C错误；根据产物的结构式可知，1mol产物①或②中均含有13mol共价键，D错误。3．如图是1molNO2和1molCO反应生成CO2和NO过程中能量变化的示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：____________________________________________________________________________________________________________________。解析：由图可知其热化学方程式为NO2(g)＋CO(g)=CO2(g)＋NO(g)ΔH＝E1－E2＝134kJ·mol－1－368kJ·mol－1＝－234kJ·mol－1。答案：NO2(g)＋CO(g)=CO2(g)＋NO(g)ΔH＝－234kJ·mol－1[分级训练·课课过关]1．下列有关化学能与热能的说法错误的是()A．燃烧反应都属于放热反应B．化学反应必然伴随着能量的变化C．吸热反应是指需要加热才能进行的反应D．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因解析：选C物质的燃烧过程伴随能量的释放，燃烧反应都属于放热反应，故A正确；化学反应一定伴随物质的变化和能量的变化，能量变化是化学反应的基本特征之一，故B正确；并不是所有的吸热反应都需要加热，如氯化铵和氢氧化钡晶体之间的反应是吸热的，但是不需要任何条件即可发生，故C错误；化学键旧键断裂吸收能量，新键形成释放能量，化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，故D正确。2．下列关于反应ΔU的说法中正确的是()A．ΔU<0时，反应吸收能量B．ΔU>0时，反应释放能量C．化学反应体系处于静止状态时，ΔU＝Q＋WD．ΔU＝ΔH解析：选CΔU＝U(生成物)－U(反应物)，ΔU>0时，反应吸收能量，反之，ΔU<0时，反应释放能量，若化学反应体系处于静止状态时，则ΔU＝Q＋W，ΔU为物体内能的变化值，而ΔH表示反应热，两者不一定相等，故选C。3．如图所示，下列有关化学反应和能量变化的说法正确的是()A．图a表示的是吸热反应的能量变化B．图b中生成物比反应物稳定C．图b可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化D．图a不需要加热就一定能发生，图b一定需要加热才能发生解析：选C图a中反