2024-2025学年高中化学第一章化学反应与能量第一节第1课时焓变反应热学案新人教版选修4

PAGE12-第1课时焓变反应热学习目标核心素养1.知道化学反应中能量转化的缘由和常见的能量转化形式。2．记住常见的放热反应和吸热反应。3．理解反应热和焓变的含义，会用反应热的表达式进行计算。4．能结合能量改变图像分析放热反应和吸热反应。1.宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观的角度理解化学反应中能量改变的本质。2．改变观念与平衡思想：能辨识化学反应中的能量转化形式，形成能量是可以相互转化的观念，体会引入焓变概念的价值。一、焓变反应热1．焓变①焓(H)：与内能有关的物理量。②焓变(ΔH)：生成物与反应物的焓值差，确定了某一化学反应是吸热反应还是放热反应。2．反应热①概念：化学反应过程中所放出或汲取的能量。②与焓变的关系：恒压条件下的反应热等于焓变，单位kJ·mol－1。二、化学反应过程中能量改变的缘由1．微观角度①化学反应的本质及特点②举例(以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反应的能量改变为例)2.宏观角度3．结论：ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝反应物键能总和－生成物键能总和三、化学反应过程中能量改变的表示2．举例1molC和1molH2O(g)反应生成1molCO和1molH2，需汲取131.5kJ的热量，则该反应的反应热ΔH＝＋131.5_kJ·mol－1。探究点一吸热反应和放热反应1．放热反应与吸热反应的比较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形成缘由反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量与化学键强弱的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时汲取的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时汲取的总能量表示方法ΔH<0ΔH>0图像表示说明1.(1)对于放热反应，由于反应后放出热量(释放给环境)而使反应体系的能量降低，故ΔH<0，即ΔH为“－”。(2)对于吸热反应，由于反应汲取来自环境的能量而使反应体系的能量上升，故ΔH>0，即ΔH为“＋”。2．同一个反应向正逆两个方向进行时，一个方向释放能量，另一个方向必定汲取能量，但能量的肯定值相等。2.常见的吸热反应和放热反应(1)常见的放热反应①全部的燃烧反应：木炭、H2、CH4等在O2中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧。②酸碱中和反应：H＋＋OH－=H2O。③大多数化合反应。特例：C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高温))2CO(吸热反应)。④铝热反应：如2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高温))Al2O3＋2Fe。⑤金属与酸的反应：如Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑。(2)常见的吸热反应①大多数分解反应：如NH4Cleq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋HCl↑。②以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应：如C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up17(高温))CO＋H2；CO＋CuOeq\o(=,\s\up17(△))Cu＋CO2。③某些晶体间的反应：如Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。3．吸热反应和放热反应的推断(1)理论分析推断法①ΔH＝化学键断裂汲取的能量－化学键生成释放的能量，当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。②ΔH＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量，当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。③ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和。反应物的键能越小，稳定性越弱，破坏它须要的能量就越小；生成物的键能越大，稳定性越强，形成它释放的能量就越大，所以当ΔH>0时，反应吸热，当ΔH<0时，反应放热。④依据反应物和生成物的相对稳定性推断：由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应。(2)反应条件推断法一个化学反应起先须要加热，而停止加热后，反应亦可进行，则为放热反应；若反应须要持续不断地加热才能进行，则为吸热反应。(3)依据规律推断法①常见的放热反应类型有：a.金属与H2O或酸的反应；b.酸碱中和反应；c.燃烧反应；d.多数化合反应。②常见的吸热反应类型有：a.多数分解反应；b.C参与的一些反应，如C＋H2Oeq\o(=,\s\up17(高温))CO＋H2、CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))2CO；c.NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O的反应。1．有能量改变的过程不是发生吸热反应就是发生放热反应吗？提示：不能将反应类型(放热反应或吸热反应)与能量改变过程等同起来。化学反应中必定有能量的改变，但发生能量改变的却不肯定是化学反应。如NaOH固体溶于水、水蒸气转化为液态水时放出能量，但以上过程是放热的物理改变过程而不是发生放热反应；NH4NO3固体溶于水、碘升华、水蒸发时汲取能量，但以上过程是吸热的物理改变过程而不是发生吸热反应。2．须要加热才能发生的反应肯定是吸热反应，放热反应在常温条件下肯定很简洁发生吗？提示：反应的热效应与反应的条件无必定联系。常温下能进行的反应可能是放热反应(如中和反应)，也可能是吸热反应[如NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O的反应]。加热条件下进行的反应，可能是吸热反应，如C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高温))2CO；也可能是放热反应，如C＋O2eq\o(=,\s\up17(点燃))CO2(移去热源后仍能进行)。持续加热才能接着进行的反应是吸热反应。所以，反应吸热还是放热是由反应物总能量与生成物总能量的相对大小确定的。【例1】化学反应A2＋B2=2AB的能量改变如图所示，则下列说法正确的是()A．该反应是吸热反应B．断裂1molA—A键和1molB—B键能放出xkJ能量C．形成2molA—B键须要放出ykJ的能量D．2molAB的总能量高于1molA2和1molB2的总能量【思路分析】推断反应吸热还是放热时，只需比较起始和终了状态的能量凹凸，起始时能量高于结束时的能量，反应放热，反之吸热。图中最高处并不是反应结束，而是反应的过渡阶段。【解析】从能量改变图上可以看出，反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D错；反应物断键时要汲取能量，B错；形成化学键要放出能量，C正确。【答案】C依据下图供应的信息，下列所得结论不正确的是(D)A．该反应为吸热反应B．该图可以表示石灰石高温分解C．反应物比生成物稳定D．因为生成物的总能量高于反应物的总能量，所以该反应肯定须要加热解析：A.反应物总能量低于生成物总能量，该反应为吸热反应，A正确；B.石灰石高温分解是吸热反应，该图可以表示石灰石高温分解，B正确；C.能量越低越稳定，反应物比生成物稳定，C正确；D.反应条件与反应是放热反应或吸热反应没有关系，D错误，答案选D。探究点二ΔH的含义和简洁计算1．反应热与物质固有能量、化学稳定性、键能之间的关系(1)eq\x(\a\al(化学性质越,活泼稳定))eq\x(\a\al(物质本身固有,能量越高低))eq\x(\a\al(化学键总键,能越小大))eq\x(\a\al(生成时释放或破坏时,汲取能量越小大))(2)同一种物质在不同状态本身固有能量：eq\x(气态)>eq\x(液态)>eq\x(固态)(3)eq\x(\a\al(总键能大、能量低、,化学性质稳定))eq\o(,\s\up17(吸热),\s\do15(放热))eq\x(\a\al(总键能小、能量高、,化学性质不稳定))2．反应热的单位kJ/mol或kJ·mol－1的含义并不是指每1mol详细物质反应时伴随的能量改变是多少kJ，而是指给定形式的详细反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量改变。式中的“mol－1”不能理解为每摩尔反应物或生成物，可以理解为“每摩尔反应”。例如，反应2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)的ΔH＝－571.6kJ·mol－1，是指每摩尔反应——“2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(l)”的焓变，而H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)的ΔH＝－285.8kJ·mol－1是指每摩尔反应——“1molH2(g)与eq\f(1,2)molO2(g)反应生成1molH2O(l)”的焓变。3．ΔH的简洁计算(1)由反应物、生成物的能量计算ΔHΔH＝E(生成物)－E(反应物)若E(生成物)<E(反应物)，ΔH<0，为放热反应。若E(生成物)>E(反应物)，ΔH>0，为吸热反应。(2)由键能计算ΔHΔH＝断裂化学键汲取的总能量－形成化学键所释放的总能量ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和反应物的键能总和>生成物的键能总和，反应吸热；反应物的键能总和<生成物的键能总和，反应放热。1．“任何化学反应均伴随旧化学键的断裂和新化学键的形成，所以任何化学反应均有反应热”。这句话正确吗？提示：正确。能量的改变与键能有关，反应物的键能之和与生成物的键能之和是不相等的。另外，从能量的角度分析，反应物和生成物所具有的能量不同，依据能量守恒定律，在任何化学反应中都会伴随能量的改变。2．反应的焓变与反应热有什么关系，二者肯定相等吗？提示：(1)我们可以借助于反应焓变示意图理解反应焓变与反应热之间的关系。ΔH＝E(生成物)－E(反应物)(2)对于等压条件下的化学反应，若只存在化学能与热能之间的相互转化，则该反应的反应热等于焓变，表示为Qp＝ΔH(Qp为等压反应热)。【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()A．该反应的进行肯定须要加热B．该反应的ΔH＝－(E1－E2)kJ/molC．该反应中反应物的键能总和大于生成物的键能总和D．断裂1molA—A键和2molB—B键放出E1kJ能量【思路分析】对于放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，吸热反应则反之；焓变等于反应物的总键能减去生成物的总键能，或者生成物的总能量减去反应物的总能量。【解析】由图可知该反应是吸热反应，但吸热反应不肯定须要加热，A错误。该反应的发生须要先破坏反应物中的化学键，汲取E1kJ的能量，再形成生成物中的化学键，释放E2kJ的能量，则反应的ΔH＝(E1－E2)kJ/mol，B错误。焓变等于反应物的总键能与生成物的总键能之差，又由于该反应是吸热反应，即焓变ΔH>0，所以反应物的总键能大于生成物的总键能，C正确。断裂化学键须要吸热，D错误。【答案】C依据下图所示的N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中能量改变状况，推断下列说法错误的是(D)A．直观看，该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量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．反应N2＋O2=2NO的反应热ΔH＝＋180kJ·mol－1解析：A.直观看，该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，故A正确；B.互逆过程的热量改变，ΔH数值相等，正、负相反，故B、C正确；D.热化学方程式中的物质须要标明状态，故D错误。1．下列说法正确的是(C)A．焓变单位中kJ·mol－1，是指1mol物质参与反应时的能量改变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，是指每摩尔详细的反应，不肯定指参与反应的物质，A错；反应放热时ΔH<0，反应吸热时ΔH>0，B错；在反应中物质所具有的总能量削减，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，断键时汲取能量，成键时放热，所以D错。2．下列关于ΔH的说法正确的是(D)A．反应过程中，消耗的反应物越多，ΔH越大B．ΔH>0时反应放热，ΔH<0时反应吸热C．ΔH越大，说明反应放出的热量越多D．能量改变如图所示的化学反应为放热反应，ΔH为“－”解析：A项，ΔH与化学方程式中的化学计量数有关，与反应物的用量无关，A项错误。B项，ΔH>0时反应吸热，ΔH<0时反应放热，B项错误。C项，反应热有正、负，反应放出的热量越多，ΔH越小，反应汲取的热量越多，ΔH越大，C项错误。D项，由于反应物的总焓大于生成物的总焓，故由反应物转化为生成物时，该反应为放热反应，ΔH为“－”，D项正确。3．下列改变中，属于吸热反应的是(B)①液态水汽化②将胆矾加热变为白色粉末③浓H2SO4稀释④KClO3分解制O2⑤生石灰跟水反应生成熟石灰⑥CaCO3高温分解⑦CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))2CO⑧Ba(OH)2·8H2O与固体NH4Cl混合⑨C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up17(高温))CO＋H2⑩Al与HCl反应A．①②④⑥⑦⑧⑨B．②④⑥⑦⑧⑨C．①④⑥⑧D．①②④⑧⑨解析：①③属于物理改变，不属于化学反应，CaO与水反应生成Ca(OH)2，产生大量热，属于放热反应。⑩金属与酸的反应一般为放热反应。4．下列说法正确的是(D)A．反应热就是反应中放出的能量B．在任何条件下，化学反应的焓变都等于化学反应的反应热C．由C(s，石墨)=C(s，金刚石)ΔH＝＋1.9kJ·mol－1可知，金刚石比石墨稳定D．等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多解析：反应过程中所放出或汲取的热量都是反应热，因此A错；等压条件下的反应热在不做其他功的状况下，才等于焓变，故B错；由C(s，石墨)=C(s，金刚石)ΔH＝＋1.9kJ·mol－1可知，金刚石能量高，没有石墨稳定，故C错；因为硫固体变为硫蒸气要吸热，所以等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多，故D正确。5．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