新教材适用2024-2025学年高中化学第1章化学反应的热效应第1节反应热第1课时反应热焓变学案新人教版选择性必修1

第一章化学反应的热效应情景切入从物质结构的角度看，化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键生成，因此几乎全部的化学反应都伴随着能量的释放或汲取。从煤、石油、自然气燃烧时产生的热能到各种化学电源产生的电能，化学反应产生的各种形式的能量是人类社会所需能量的重要来源。反过来，通过各种化学反应将其他形式的能量转化为化学能，化学又为人类创建了一个五彩缤纷的物质世界。学问导航本章内容探究化学反应中的能量改变和反应热的计算。本章学问在结构上分为二节：第一节主要学习反应热——反应热和焓变，热化学方程式和燃烧热；其次节主要学习反应热的计算。学法指导1．重温旧知，巧应用。回顾化学能与热能的已学学问，对于化学键与化学反应中能量改变的关系、化学能与热能的相互转化有了肯定相识，为进一步学习化学反应与能量奠定基础。2．理解本质，重联系。通过生活中常见的吸、放热反应及在生活中的应用实例，从化学键断裂角度、物质本身具有的能量角度理解吸、放热反应的实质。3．图示展示，印象增。以1molH2和1molCl2反应生成2molHCl为例，结合试验数据从微观的角度定量地探讨该反应中的能量改变，进一步探讨“质”“能”关系，运用简明的图示说明抽象的内容，留意学习过程和学问形成过程，加深印象。4．巧用网络，拓视野。充分利用网络了解煤、石油、自然气三大化石燃料的削减造成的能源危机，通过图片与声情并茂的视频加深对能源危机的相识与理解，激发探究利用新能源的热忱与决心。5．火眼金睛，明辨析。正确辨析“三热——反应热、燃烧热、中和热”，即利用概念从反应条件、反应物的用量、生成物的量、反应物和生成物的状态等方面正确辨析反应热、燃烧热、中和热，留意其区分与联系。6．紧扣特征，找规律。理解盖斯定律，可从语文角度“殊途同归”来理解，也可以从物理角度“位移和路程”来相识，也可以从化学角度与“铝三角、铁三角”等学问形成联系，既加深了对盖斯定律的相识，又增加对旧学问的理解和应用，又留意了学科之间的联系，学问得到了升华。7．巧用数学，提分数。盖斯定律还考查计算实力，能用数学学问奇妙计算，提高计算实力也是解决本部分内容的关键点。第一节反应热第1课时反应热焓变学习目标1．能辨识化学反应中的能量转化形式，能说明化学反应中能量改变的本质。2．结合真实情境中的应用实例，能从多角度相识放热反应和吸热反应。相识化学反应中能量改变在生活、生产中的应用。3．能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。核心素养1．通过分析“化学反应中的能量改变”，培育宏观辨识与微观探析实力。2．通过相识“化学改变的本质”，培育改变观念与平衡思想。我们知道在每届奥林匹克运动会上，都有一个庄重仪式——传递圣火，在这里火成为精神、文明的象征，并以此传递奥林匹克的宏大精神。事实上火在古代就是一种神圣的象征，火代表着创世、再生和光明，人们对火是又畏惧又崇拜。畏惧是因为她的威力，她能给人类带来巨大的灾难；崇拜是因为她能给人类带来温温煦光明，是她把人类从“茹毛饮血”带向文明。这里的“火”事实上就是化学反应中产生的能量。尽管随着科学发展，社会已逐步进入多能源时代，但是化学反应中的能量仍是目前主要的能量来源。自动加热饭盒是在一般饭盒的基础上加制一个加热盒而成的。在须要加热时，取一包发热粉倒入加热盒内，把饭盒按入加热盒，从旁边的缝中注入少量清水，在几分钟内就可使食品达到80℃。你能说明其中的原理是什么吗？新知预习一、反应热及其测定1．体系(系统)及环境：以盐酸与NaOH溶液的反应为例体系在热学中体系是与四周其他部分区分开来的依据须要所探讨的对象。如我们可将盐酸、NaOH溶液及发生的反应等看作一个反应体系，简称体系(又称系统)环境与体系相互影响的其他部分，如盛有溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境关联体系与环境之间存在物质交换或能量交换2．反应热：(1)定义：在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境汲取的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。(2)测定方法：用量热计干脆测定。3．中和反应反应热的测定：(1)中和热：稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。(2)试验原理：通过肯定量的强酸、强碱的稀溶液在反应前后温度的改变，计算反应放出的热量，由此求得中和热。(3)试验仪器装置：将下列试验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。(4)试验数据：测定反应的初始温度和终止温度，重复三次，代入公式Q＝cmΔt计算，则中和热＝eq\f(Q,n(H2O))。二、反应热与焓变1．反应热产生的缘由：化学反应前后体系的内能(符号为U)发生了改变。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(H)：与内能有关的物理量。3．焓变和反应热：概念肯定条件下，生成物与反应物焓值差，确定某一化学反应是放热反应还是吸热反应在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境汲取的热量符号及单位ΔH，kJ·mol－1恒压条件下用ΔH表示，单位：kJ·mol－1相互关系在等压条件下进行的化学反应(严格地说，对反应体系做功还有限定，中学阶段一般不考虑)，其反应热等于反应的焓变三、化学反应中能量改变的缘由1．微观上：(1)化学反应的本质：(2)化学键改变与反应热的关系：若Q1>Q2，反应汲取能量，ΔH>0，为吸热反应；若Q1<Q2，反应放出能量，ΔH<0，为放热反应。2．宏观上：(1)图示：(2)结论：反应物的总能量大于生成物的总能量为放热反应，体系能量降低；反应物的总能量小于生成物的总能量为吸热反应，体系能量上升。预习自测1．下列有关能量转化的相识不正确的是(A)A．燃料燃烧，只是将化学能转化为了热能B．人类运用照明设备，将电能转化为光能C．生物体内的化学改变过程在能量转化上比在体外发生的一些能量转化更为合理有效D．通过植物的光合作用，太阳能转化为化学能解析：燃烧是猛烈的发光放热的氧化还原反应，过程中化学能可以变为光能、热能等，故A错误；照明须要光能，人类运用照明设备是将电能转化为光能，故B正确；人体内的能量改变是一个能量均衡的转化过程，生物体内的化学改变过程在能量转化上比体外发生的一些能量转化更为合理、有效，故C正确；植物的光合作用是绿色植物和藻类利用叶绿素等光合色素和某些细菌利用其细胞本身，在可见光的照耀下，将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物，并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程，使得太阳能转化为了化学能，故D正确。2．依据如图所示的反应推断下列说法中错误的是(D)A．CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量B．该反应的焓变大于零C．该反应中有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂汲取能量，化学键生成放出能量D．由该反应可推出凡是须要加热才发生的反应均为吸热反应解析：反应吸热，生成物总能量高于反应物，A正确；反应吸热，焓变大于零，B正确；碳酸钙中既有离子键又有共价键，其分解时既有离子键断裂又有共价键断裂，C正确；某些放热反应也需加热，D错误。3．关于中和反应反应热的测定试验，下列说法正确的是(B)A．在试验中，温度计只运用2次B．为了使反应进行的更完全，可以使酸或碱适当过量C．向盛装酸的烧杯中加碱时要当心缓慢以免洒出D．用铜丝代替玻璃棒搅拌，会使测得的中和反应反应热数值偏大解析：试验须要重复测定多次取平均值法，故温度计须要运用多次，A说法错误；为了使一种反应物反应完全，应当使另一种物质过量，所以为了使反应进行的更完全，可以使酸或碱适当过量，B说法正确；为削减热量损失，向盛装酸的烧杯中加碱时要快速加入，且避开洒出，C说法错误；用铜丝代替玻璃棒搅拌，会导致能量损失高，测定的温度差减小，所以测定的中和反应反应热数值偏小，D说法错误。学问点1中和反应反应热的测定问题探究：1.试验中为何运用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？2．能否用浓硫酸代替盐酸？对结果会产生什么影响？3．能否用醋酸代替盐酸或用氨水代替NaOH溶液？对结果会产生什么影响？探究提示：1.碱过量的目的是保证盐酸完全反应。2．不能。浓硫酸溶解于水时放热，所以放出的热量偏多。3．不能。弱酸、弱碱电离吸热，所以测得的反应热数值偏小。学问归纳总结：1．试验原理：依据中和热的概念，通过自制量热计，测量肯定量的强酸、强碱的稀溶液在反应前后的温度改变，计算反应放出的热量，由此求得中和热。2．试验装置：3．试验步骤：(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，倒入量热计的内筒中，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溶液快速倒入量热计的内筒中，马上盖上杯盖，插入温度计，用玻璃搅拌器匀速搅拌。亲密关注温度改变，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)依据温度差和比热容等计算反应热。为了计算简便，可以近似地认为试验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水的相同，并忽视量热计的比热容，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·℃)－1，50mL0.50mol·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时对应的反应热为ΔH＝－eq\f(0.418(t2－t1),0.025)kJ·mol－1。典例1我们将稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热，已知在稀溶液中，强酸和强碱每生成1mol水放出57.3kJ的热量。如图是某化学小组组装的中和热简易测定装置。请回答有关中和反应的问题。(1)用0.1molBa(OH)2配成稀溶液与足量稀硝酸反应，能放出11.46kJ热量。(2)如图装置中仪器A的名称为玻璃搅拌器，作用是搅拌，使溶液充分混合。(3)若通过试验测定中和热的ΔH，其结果常常大于－57.3kJ·mol－1，其缘由可能是试验中不行避开地有少量热量损失。(4)用相同浓度和体积的氨水(NH3·H2O)代替NaOH溶液进行上述试验，测得中和热的数值会偏小(填“偏大”“偏小”或“无影响”)(提示：NH3·H2O电离吸热)。解析：(1)依据中和热的含义：H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol－1，所以0.1molBa(OH)2稀溶液与足量稀硝酸反应时生成0.2molH2O(l)，故放出的热量为11.46kJ。(2)由试验装置知，A为玻璃搅拌器，作用是搅拌，使溶液充分混合。(3)在测定中和热的试验中，削减热量损失是试验的关键，而在试验中会不行避开地有少量热量损失，导致结果常常大于－57.3kJ·mol－1。(4)用氨水代替NaOH(aq)，会使测得的中和热数值偏小，因为氨水(NH3·H2O)是弱碱，电离时需汲取热量。规律方法指导：1．酸碱溶液应当用强酸、强碱的稀溶液(0.1mol·L－1～0.5mol·L－1)。(1)测定中和反应反应热时不能用浓酸或浓碱，因浓酸或浓碱溶于水一般都要放热。(2)测定中和反应反应热时不能用弱酸或弱碱，因弱酸或弱碱在水溶液中不能完全电离，若改用弱酸或弱碱，它们电离时要汲取一部分热量。2．要运用同一支温度计：分别先后测量酸、碱及混合液的温度时，测定一种溶液后必需用水冲洗干净并用滤纸擦干。温度计的水银球部分要完全浸入溶液中，且要稳定一段时间再登记读数。3．试验中所用的盐酸和氢氧化钠溶液配好后要充分冷却至室温，才能运用。4．操作时动作要快，尽量削减热量的散失。5．试验时亦可选用浓度、体积都不相同的酸碱溶液进行中和反应反应热的测定，但在计算时，应取二者中量小的一种，因为过量的酸碱并不参加中和反应。变式训练❶如图是某爱好小组组装的中和热测定装置，分别取40mL0.50mol·L－1盐酸与40mL0.55mol·L－1氢氧化钠溶液进行中和热的测定，已知弱酸、弱碱电离须要吸热。下列说法错误的是(D)A．稍过量的氢氧化钠是为了确保盐酸完全反应B．仪器A的名称是玻璃搅拌器C．在测定中和热的每次试验中，至少须要测定并记录3次温度D．用氨水代替氢氧化钠溶液，其结果也是相同的解析：稍过量的氢氧化钠确保盐酸完全反应，A正确；仪器A的名称是玻璃搅拌器，用于搅拌，且不导热，B正确；在测定中和热的每次试验中，第一次测盐酸的起始温度，其次次测氢氧化钠溶液的起始温度，第三次测混合溶液的最高温度，C项正确；氨水电离时吸热，用氨水代替氢氧化钠溶液，测定结果偏小，D错误。学问点2放热反应和吸热反应问题探究：1.可燃物燃烧时，点燃后就不须要再加热，而有些反应必需持续加热，能否依据加热条件推断反应是吸热反应还是放热反应？放热反应加热的目的是什么？2．化合反应肯定是放热反应，分解反应肯定是吸热反应吗？举例说明。探究提示：1.持续用酒精灯加热，撤去酒精灯就停止的反应一般是吸热反应；起先用酒精灯加热，反应起先后，撤去酒精灯仍能接着反应的是放热反应。放热反应加热的目的一般是引发反应进行或加快反应速率。2．不肯定。C(s)＋CO2(g)2CO(g)属于化合反应，但反应吸热；2H2O22H2O＋O2↑属于分解反应，但反应放热。学问归纳总结：1．用E(反应物)、E(生成物)分别代表反应物、生成物的总能量；Q(吸)、Q(放)分别代表反应物断键汲取的热量、生成物成键放出的热量。放热反应吸热反应定义放出热量的化学反应汲取热量的化学反应宏观角度比较E(反应物)>E(生成物)E(反应物)<E(生成物)图示微观角度Q(吸)<Q(放)Q(吸)>Q(放)表示方法ΔH<0ΔH>02．常见的放热反应、吸热反应：放热反应吸热反应①大多数化合反应②全部燃烧反应③酸碱中和反应④金属与水或酸的置换反应①大多数分解反应②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应③C和CO2或H2O(g)的反应典例2已知某化学反应A2(g)＋2B2(g)=2AB2(g)(AB2的分子结构为B—A—B)的能量改变如图所示，下列有关叙述中正确的是(C)A．该反应的进行肯定须要加热B．该反应的ΔH＝－(E1－E2)kJ·mol－1C．该反应为吸热反应D．断裂1molA—A键和2molB—B键，放出E1kJ能量解析：A项，由反应前后能量守恒可知，反应物能量之和小于生成物能量之和，反应是吸热反应，吸热反应不肯定都要加热，例如氢氧化钡晶体和氯化铵在常温下就能反应，故A项错误；B项，该反应的焓变＝断裂化学键汲取能量－形成化学键放出能量，所以焓变ΔH＝＋(E1－E2)kJ·mol－1，故B项错误；C项，反应是吸热反应，故C项正确；D项，断裂化学键汲取热量，所以断裂1molA—A键和2molB—B键汲取E1kJ能量，故D项错误。规律方法指导：(1)反应是吸热反应还是放热反应，取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小。(2)反应是吸热反应还是放热反应，与反应条件无必定关系。(3)E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，ΔH＝E1－E2。(4)催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。变式训练❷下列图示改变为吸热反应的是(A)ABCD解析：常见的放热反应有：燃烧、金属与酸反应、金属与水反应、酸碱中和反应、铝热反应和绝大多数化合反应等；常见的吸热反应有：绝大数分解反应、某些化合反应(如碳与二氧化碳的反应)、碳与水蒸气的反应、氯化铵晶体与Ba(OH)2·8H2O的反应等。图中反应物的总能量小于生成物的总能量，为吸热反应，故A符合题意；图中反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，故B不符合题意；浓硫酸稀释放热，为物理过程，故C不符合题意；Zn与稀盐酸反应为放热反应，故D不符合题意。学问点3化学反应中能量改变的缘由问题探究：依据下图你能表示出Ⅰ、Ⅱ的反应热吗？探究提示：图ⅠΔH＝E1－E2图ⅡΔH＝E2－E1学问归纳总结：1．化学反应的基本特征：一是物质发生了改变，二是能量发生了改变。2．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反应的能量改变(如图所示)：化学键反应中能量改变1molA—B化学键反应中能量改变H—H汲取436kJ共汲取679kJCl—Cl汲取243kJH—Cl放出431kJ共放出862kJ结论H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)的反应热ΔH＝－183kJ·mol－13．图示：化学反应过程中的能量改变如图所示：其中，E1′表示活化能，E1′与E2′的差值表示反应热。上述反应过程表示该反应为放热反应。4．焓变的两种计算方法：(1)依据物质具有的能量来计算。ΔH＝E(总生成物)－E(总反应物)(2)依据化学键键能来计算。ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝反应物断键汲取的总能量－生成物成键放出的总能量[特殊提示](1)断裂化学键须要汲取能量(E1)，形成化学键能够放出能量(E2)，推断反应是放热还是吸热，关键看E1与E2的相对大小，其中二者的差值即为反应热。(2)利用键能计算ΔH需明确反应中各物质的结构式。如H2O写成H—O—H，NH3写成，CH4写成,1molH2O含2molH—O键，1molNH3含3molH—N键，1molCH4含4molH—C键，然后依据各物质的物质的量计算其键能之和。典例3如图所示N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中能量改变，推断下列说法错误的是(D)A．直观看，该反应中反应物断键汲取的总能量高于生成物形成键放出的总能量B．2mol气态氧原子结合生成O2(g)时，能放出498kJ能量C．断裂1molNO分子中的化学键，须要汲取632kJ能量D．1molN2和1molO2的反应热ΔH＝－180kJ·mol－1解析：焓变＝反应物断裂化学键汲取的能量－生成物形成化学键放出的能量，N2＋O2=2NOΔH＝946kJ·mol－1＋498kJ·mol－1－2×632kJ·mol－1＝＋180kJ·mol－1，反应是吸热反应，该反应中反应物断键汲取的总能量高于生成物形成键放出的总能量，故A正确；1molO2(g)汲取498kJ能量形成2molO原子，原子结合形成分子的过程是化学键形成过程，是放热过程，2molO原子结合生成1molO2(g)时须要放出498kJ能量，故B正确；形成2molNO放热2×632kJ能量，所以1molNO分子中的化学键断裂时须要汲取632kJ能量，故C正确；由选项A的分析可知，1molN2和1molO2的反应热ΔH＝＋180kJ·mol－1，故D错误。规律方法指导：(1)分析反应物与生成物能量相对大小，推断反应为吸热反应还是放热反应。(2)明确ΔH的计算方法：ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。变式训练❸已知断开1molH2(g)中H—H键须要汲取436kJ能量。依据能量改变示意图，下列说法正确的是(A)A．化学反应：H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)，是放热反应B．生成lmolCl2(g)中的Cl—Cl键需汲取243kJ能量C．断开lmolHCl(g)中的H—Cl键需释放432kJ能量D．2molHCl(g)的总能量大于1molH2(g)和1molCl2(g)的总能量解析：从图中得，反应物的总能量高于生成物的总能量，是放热反应，A项正确；生成Cl—Cl键需放出能量，B项错误；断开H—Cl键需汲取能量，C项错误；从图中得，反应物的总能量高于生成物的总能量，2molHCl(g)的总能量小于1molH2(g)和1molCl2(g)的总能量，D项错误。可逆反应的ΔH和实际汲取或放出热量的区分不论化学反应是否可逆，热化学方程式中的ΔH都表示反应依据化学计量数所表示的物质的量完全进行所放出或汲取的热量。如2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－197kJ·mol－1是指2molSO2(g)和1molO2(g)完全转化为2molSO3(g)时放出的热量为197kJ。若在相同的温度和压强下，向某容器中加入2molSO2(g)和1molO2(g)，反应达到平衡时放出的热量为Q，因反应不能进行彻底，故Q<197kJ。1．下列说法正确的是(C)A．须要加热才能进行的反应肯定是吸热反应，放热反应不须要加热B．化学反应只能将化学能转化成光能或热能C．化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量改变的主要缘由D．依据能量守恒定律，反应物的总能量等于生成物的总能量解析：化学反应的热效应与反应条件无关，有的吸热反应在常温下也可进行，如NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的反应；有的放热反应却须要加热，如铝热反应，A错误；化学能转化的能量形式是多样的，可以是光能、电能、热能等，B错误；化学反应中总是有化学键的断裂和形成，在断键时汲取能量，成键时释放能量，导致在化学反应中放热或吸热，C正确；由于任何化学反应都会伴随能量的改变，依据能量守恒定律可知反应物的总能量肯定不等于生成物的总能量，D错误。2．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改变的是(D)解析：A＋B→X为吸热反应，A＋B的总能量小于X的总能量，解除选项A、C；X→C为放热反应，则X的能量大于C的总能量，解除选项B，故选D。3．利用如图所示装置测定中和热的试验步骤如下：①用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸倒入内筒中，测出盐酸温度；②用另一量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入内筒中，设法使之混合匀称，测得混合液最高温度。回答下列问题：(1)现将肯定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1L1mol·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为ΔH1＝ΔH2<ΔH3。(2)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容为4.18kJ·kg－1·℃－1。为了计算中和热，某学生试验记录数据如下：试验序号起始温度t1/℃终止温度t2/℃盐酸氢氧化钠溶液混合溶液120.020.123.2220.220.423.4320.520.623.6依据该学生的试验数据计算，该试验测得的中和热ΔH＝－51.8kJ·mol－1(结果保留一位小数)。(3)若计算生成1molH2O时的放出的热量小于57.3kJ，产生偏差的缘由可能是acdef(填字母)。a．试验装置保温、隔热效果差b．量取盐酸的体积时仰视读数c．分多次把NaOH溶液倒入盛有盐酸的内筒中d．用温度计测定盐酸起始温度后干脆测定