反应热 焓变 导学案 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1+

1.1.1反应热焓变学习目标1.能从宏观和微观的角度理解化学变化中能量变化的本质,正确认识和判断放热反应和吸热反应。(宏观辨识与微观探析)2.能辨识化学反应中的能量转化形式,形成能量可以相互转化的观念,正确理解反应热和焓变的概念。(变化观念与平衡思想)3.理解中和反应反应热测定的原理和方法,会分析产生误差的原因,不断完善和改进测定方法。(科学探究与创新意识)【教材认知·内化必备知识】一、反应热及其测定1.体系与环境——以盐酸与NaOH溶液的反应为例(1)体系(系统):被研究的物质系统(2)环境:与体系相互影响的其他部分热量是指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(1)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。(2)反应热的测定方法:利用量热计直接测定。[思考]如图操作,用手触摸烧杯外壁,可感觉到有明显的热量放出,该过程中放出的热量属于反应热吗?为什么?提示:不属于。浓硫酸溶于水不是化学变化,所以放出的热量不属于反应热。3.中和反应反应热的测定(1)实验装置(2)测定过程(3)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,反应后生成的溶液的比热容c=4.18J·g-1·℃-1。温度平均值:反应前体系为t1,反应后体系为t2。该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是0.418(t2-t1)kJ,中和反应反应热为-0.418(t(4)结论25℃和101kPa下,强酸的稀溶液与强碱稀溶液发生中和反应生成1molH2O时,放出57.3kJ的热量。[思考]实验中为何使用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?提示:碱过量的目的是保证盐酸完全被中和。二、反应热与焓变1.化学反应产生反应热的原因:化学反应前后体系的内能发生了变化。内能受温度、压强和物质的聚集状态等影响。2.焓与焓变(1)焓与焓变(2)反应热与焓变的关系3.从微观角度认识反应热的实质(1)以H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)(25℃,101kPa下)的能量变化为例:断裂H—H键、Cl—Cl键分别吸收436kJ、243kJ能量,生成H—Cl键放出431kJ能量。结论:H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应热ΔH=-183kJ·mol-1

(2)化学反应中能量变化的主要原因是化学键断裂和形成时的能量变化。[思考]化学反应中焓变可以为零吗?提示:化学反应中反应物转化为生成物时,一定会有能量的变化,即焓变不可能为零。4.记忆常见的放热反应和吸热反应(1)放热反应:①可燃物的燃烧;②酸碱中和反应;③大多数化合反应;④金属与酸的置换反应;⑤物质的缓慢氧化等。(2)吸热反应:①大多数分解反应;②盐的水解;③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应;④碳和水蒸气、C和CO2的反应等。5.理解反应过程与反应热的关系图示意义a表示正反应的活化能;b表示逆反应的活化能;c表示该反应的反应热ΔH图1:ΔH=(a-b)kJ·mol-1=-ckJ·mol-1,表示放热反应图2:ΔH=(a-b)kJ·mol-1=+ckJ·mol-1,表示吸热反应【质疑辨析】(1)伴有能量变化的物质变化都是化学变化。 (×)提示:物理变化也可能伴有能量变化。(2)化学变化中的能量变化都表现为热量的变化。 (×)提示:化学变化中的能量变化还可以表现为光能、电能的变化。(3)反应热、焓变均指化学反应中的热量变化,常用单位为kJ。 (×)提示:反应热、焓变均指化学反应中的能量变化,常用单位为kJ·mol-1。(4)吸热反应的ΔH<0,放热反应的ΔH>0。 (×)提示:吸热反应:ΔH>0,放热反应:ΔH<0。(5)焓变一定等于反应热。 (×)提示:只有等压条件下的反应热才能等于焓变。【合作探究·形成关键能力】探究任务一:中和反应反应热的测定【导学探究】实验情境某学校化学兴趣小组的同学利用如图装置测定中和反应反应热,实验步骤如下:①用量筒量取50mL0.5mol·L-1稀盐酸倒入小烧杯中,测出稀盐酸的温度;②用另一个量筒量取50mL0.55mol·L-1NaOH溶液,并用另一温度计测出其温度;③将NaOH溶液倒入小烧杯中,设法使之混合均匀,测出混合液的最高温度。探究点一:明确测定中和反应的反应热所用仪器1.装置中的环形玻璃搅拌器能否用金属(不与酸、碱反应)质搅拌器代替?______(填“能”或“不能”)。

提示:不能。金属质搅拌器易导热,造成实验过程中热量损失。探究点二:掌握测定中和反应的反应热所用装置2.在如图所示的装置中分别进行中和反应反应热的测定,图1和图2两个装置测定的结果是否相同?哪个结果更接近于真实值?为什么?提示:两种装置测定的结果不同。用图2装置测定中和反应的反应热更接近于真实值,因为图2装置热量损失少。探究点三:理解测定中和反应的反应热的正确操作3.某同学倒入NaOH溶液时为使反应均匀,分多次缓慢加入。这种操作______(填“正确”或“错误”)。提示:错误。将NaOH溶液一次迅速倒入,可减少实验中热量的散失。

探究点四:计算中和反应的反应热4.化学小组实验记录数据如表:实验序号初始温度t1/℃最高温度t2/℃盐酸和氢氧化钠溶液混合溶液120.0523.35220.3023.55320.5523.75(1)反应前后温度变化的平均值是________。

提示:三次实验反应前后温度差分别为3.30℃、3.25℃和3.20℃,故平均温差为3.25℃。(2)近似认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水相同,并忽略量热计的比热容,则实验所用的盐酸和NaOH溶液的质量都为50g,反应后生成的溶液的比热容c=4.18J·g-1·℃-1。依据实验数据计算,该实验测得的中和反应的反应热ΔH=________。

提示:-54.34kJ·mol-1。该实验中盐酸和NaOH溶液反应生成0.025mol水,放出的热量=100g×4.18J·g-1·℃-1×3.25℃=1358.5J,则实验测得的中和反应的反应热ΔH=-1358.5J0.025mol【归纳总结】1.对中和反应反应热的理解(1)中和反应的实质是H++OH-===H2O。若反应过程中有其他物质生成(如生成不溶性物质、难电离物质等),这部分反应热不在中和反应的反应热之内。(2)测量中和热的实验中不能用弱酸或弱碱,因为弱酸、弱碱电离时吸收热量,会使测得的热量数值偏低,ΔH偏高。2.中和反应反应热的测定减少实验误差的方法[易错提醒]测定中和反应反应热的易错点(1)不能用浓硫酸代替稀硫酸,因为浓硫酸稀释放热,会使测得的热量数值偏高,ΔH偏低。(2)在25℃和101kPa下,强酸的稀溶液和强碱的稀溶液发生中和反应生成1molH2O放出57.3kJ的热量,与测定时强酸或强碱的种类、用量无关。【针对训练】(2024·广州高二检测)用50mL0.5mol·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,故题图条件下实验过程中有热量损失,A错误;铜具有良好的导热性,用铜质材料代替环形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;中和反应是放热反应,则中和反应的逆反应是吸热反应,C正确;热量的常用单位是kJ而不是kJ·mol-1,D错误。方法导引测定中和反应的反应热需注意的几个问题(1)简易量热计的保温隔热效果要好。(2)实验中要用强酸和强碱的稀溶液。(3)读取中和反应的温度(t2)是反应混合液的最高温度。(4)实验操作动作要迅速,尽量减少热量损失。【补偿训练】中和反应的反应热的测定实验中的下列有关叙述正确的是()A.测定中和反应的反应热时,需要用到托盘天平B.若用50mL0.55mol·L-1的氢氧化钠溶液,分别与50mL0.50mol·L-1的盐酸和50mL0.50mol·L-1的硝酸充分反应,两反应测定的反应热不相等C.实验时需要记录初始温度t1和最高温度t2D.做一次实验根据公式即可得出中和反应的反应热【解析】选C。测定中和反应的反应热时,所用稀溶液应用量筒量取,不需用托盘天平;氢氧化钠溶液稍过量,能使反应进行完全,由于参加反应的n(H+)和n(OH-)相等,测得的反应热也相等;反应热可通过前后体系温度的变化来计算,实验时需记录初始温度t1和最高温度t2;需做2~3次求平均值。探究任务二:反应热放热反应与吸热反应【导学探究】探究点一:知道化学反应存在能量变化的原因1.我国新一代运载火箭的发动机主要采用液氢、液氧作为推进剂,发生的反应为2H2+O22H2O。(1)从化学键的角度分析为什么化学反应中一定存在能量的变化?提示:旧键断裂时吸收的能量与新键形成时放出的能量不相等,所以任何化学反应都有能量变化。(2)该反应中断裂化学键吸收的能量多还是形成化学键释放的能量多?提示:该反应生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量。探究点二:判断放热反应和吸热反应2.火箭发射时,氢气与氧气的反应________(填“放热”或“吸热”)反应。

提示:放热。由于该反应的反应物能量比生成物能量高,所以该反应是放热反应。探究点三:理解ΔH的判断与计算3.煅烧石灰石的反应过程中的能量变化如图所示。该反应的ΔH=___________kJ·mol-1(用含E1、E2的代数式表示),ΔH=______0(填“>”或“<”)。

提示:该反应的ΔH为(E1-E2)kJ·mol-1,是吸热反应,ΔH>0。【归纳总结】焓变与物质能量变化的关系类型放热反应吸热反应关系反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量图示【针对训练】(2024·珠海高二检测)化学反应可以提供人类生活和生产活动的必要能量。反应A+BCΔH<0分两步进行,①A+BXΔH>0,②XCΔH<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】选D。总反应焓变小于0,为放热反应,所以A+B的能量高于C,第①步反应焓变大于0,为吸热反应,所以A+B的能量低于X,第②步反应焓变小于0,为放热反应,所以X的能量高于C,综上所述图像D符合,故选D。【补偿训练】1.一定条件下,A与B反应可生成C和D,其能量变化如图所示:A+B反应物总能量为(1)下列有关反应A+B===C+D的说法正确的是________(选填字母)。

A.反应前后原子的种类和数目一定不变B.该反应若有热量变化,则一定是氧化还原反应C.若该反应为放热反应,则不需要加热反应就一定能进行D.反应物的总质量、总能量与生成物的总质量、总能量均相等(2)若H1<H2,则生成物的总能量________(填“>”“<”或“=”)反应物的总能量,反应热ΔH________0(填“>”“<”或“=”),该反应________(填“放热”或“吸热”)。

【解析】(1)根据质量守恒定律,反应前后元素原子的种类及数目均不会改变;并非氧化还原反应才有热量变化,任何化学反应均伴随着热量的变化;反应前对反应物加热,只是为了达到反应的条件,与反应是否属于放热反应没有必然的联系;根据能量守恒定律:反应物的总能量=生成物的总能量+放出的能量(或“-吸收的能量”)。(2)ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=H2-H1>0,推知ΔH>0。答案:(1)A(2)>>吸热[借题发挥](1)若将“H1<H2”改为“H1>H2”,则反应A+B===C+D的反应焓变ΔH________(填“>”“<”或“=”)0。

提示:ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量=H2-H1<0。(2)若将“A与B反应可生成C和D”改为“C和D反应生成A和B”(其余内容均不变化),此时反应为吸热反应还是放热反应?提示:放热反应。A+B===C+D为吸热反应,则C+D===A+B为放热反应。2.一定条件下,气态反应物和生成物的相对能量与反应历程如图所示。下列说法错误的是()A.E1-E4=E2-E5B.Cl(g)为历程Ⅱ的催化剂C.相同条件下,历程Ⅰ、Ⅱ中O3的平衡转化率相同D.两个进程中速率最快的一步反应的ΔH=(E3-E2)kJ·mol-1【解析】选D。A.由图可知,Cl(g)是历程Ⅱ的催化剂,催化剂不能改变反应的反应热,则历程Ⅰ、Ⅱ的反应热相等,即为E1-E4=E2-E5,A正确;B.根据反应历程可知,Cl(g)是历程Ⅱ的催化剂,B正确;C.催化剂不能改变反应的始态和终态,不能改变反应物的平衡转化率,即相同条件下O3的平衡转化率为历程Ⅰ等于历程Ⅱ,C正确;D.由图可知,历程Ⅱ中的第二步反应活化能小于第一步反应的活化能,反应的活化能越低,反应速率越快,则历程Ⅰ、历程Ⅱ中速率最快的一步反应的焓变为(E2-E3)kJ·mol-1,D错误。【链接高考·明晰高考方向】【真题示例】【典例】(2021·浙江1月选考改编)在298.15K、100kPa条件下,1molN2(气态)和3molH2(气态)反应生成2molNH3(气态)的ΔH=-92.4kJ·mol-1,N2(气态)、H2(气态)和NH3(气态)的比热容分别为29.1、28.9和35.6J·K-1·mol-1。一定压强下,反应中,反应物[1molN2(气态)和3molH2(气态)]、生成物[2molNH3(气态)]的能量随温度T的变化示意图合理的是()

[解题思维]解答本题的思维流程如下:提取关键点(1)ΔH=-92.4kJ·mol-1;(2)比热容分别为29.1、28.9和35.6J·K-1·mol-1转化知识点(1)N2和H2生成NH3为放热反应;(2)升高温度,比热容大的物质能量升高较快排除障碍点如反应为放热反应,则反应物总能量大于生成物总能量【解析】选B。该反应为放热反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,根据题目中给出的反应物与生成物的比热容可知,升高温度比热容大的(反应物)能量升高较快,反应结束后反应放出的热量也会增大,比较4个图像B符合题意。【对点演练】1.(2023·昆明高二检测)已知碘化氢分解吸热,分以下两步完成:2HI(g)H2(g)+2I·(g)、2I·(g)I2(g),下列图像最符合上述反应历程的是()【解析】选A。根据题干描述,碘化氢分解的总反应是吸热的,而第二步2I·(g)I2(g)是成键过程,一定是放热,故第一步必然吸热。结合图像,第一步吸热,第二步放热,总反应吸热,符合上述分析,故A符合题意;根据图像,总反应是放热反应,不符合上述分析,故B不符合题意;根据图像,第二步吸热,不符合上述分析,故C不符合题意;根据图像,第一步放热,第二步吸热,不符合上述分析,故D不符合题意。2.科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程如图所示,下列说法正确的是()A.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程B.CO和O生成了具有极性共价键的CO2C.在该过程中,CO断键形成C和OD.CO和O生成CO2是吸热反应,ΔH>0【解析】选B。根据题给图示可知,状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程,A项错误;根据题给图示可知,CO与O反应生成CO2,CO2中含有极性共价键,B项正确;根据题给图示可知,反应过程中CO中的化学键没有断裂,C项错误;根据题给图示可知,状态Ⅰ的总能量高于状态Ⅲ的总能量,CO和O生成CO2的反应是放热反应,ΔH<0,D项错误。【课堂检测·诊断学习效果】(2023·广州高二检测)硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的一种原理是粗硅冶炼:①SiO2+2CSi+2CO↑;精炼硅:②Si+3HClSiHCl3+H2;③SiHCl3+H2Si+3HCl。化学反应与能量变化如图所示,回答下列问题:(1)①是________(填“吸热”或“放热”,下同)反应,②是________反应,③是________反应。

(2)反应②破坏反应物中的化学键所吸收的能量________(填“大于”或“小于”)