学年高中化学第1章化学反应与能量转化第1节化学反应的热效应第1课时化学反应的反应热焓变教学.docx

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学年高中化学第1章化学反应与能量转化第1节化学反应的热效应第1课时化学反应的反应热焓变教学

第1节化学反应的热效应

第1课时化学反应的反应热、焓变

[课标要求]

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。

了解反应热、焓变的概念及表示方法，了解焓变与反应热、物质的能量之间的关系。

3．了解定量测定反应热的基本原理和实验方法。

1．反应热是指当一个化学反应在一定温度下进行时，反应释放或

吸收的热量。

2．反应热可用量热计测量，计算公式：

Q＝－c（T2－T1）。

3．焓是用来描述物质具有的能量的物理量。

焓变ΔH＝H反应产物－

H反应物，ΔH>0时为吸热反应，ΔH<0时为放热反应。

4．反应热与化学键能的关系：

ΔH＝反应物断键吸收的能量总和－反应产物成键放出的能量总和

1．概念：

当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。

2．符号：

用Q表示，反应吸热时，Q为正值；反应放热时，Q为负值。

3．单位：

kJ·mol－1或J·mol－1。

4．热化学：

用实验方法和理论方法研究反应热的化学分支称为热化学。

[特别提醒]

（1）物理变化中的能量变化不是反应热。

如物质的三态变化、NH4NO3溶于水吸热、浓H2SO4稀释放热等。

（2）反应放热或吸热与反应条件无关。

1．下列关于反应热的说法正确的是（　　）

①通常情况下，化学反应中能量的转化主要是化学能和热能之间的转化　②同一化学反应在不同温度下进行，反应热的数值不同　③反应热通常用Q表示，反应放热时，Q为负值，反应吸热时，Q为正值

A．只有③　　　　　　　　B．只有①②

C．只有①③D．全部正确

解析：

选D　通常情况下，化学反应中能量的转化主要是化学能和热能之间的转化，几乎所有的化学反应都伴随着热量的释放或吸收，故①正确。

反应热定量描述一定温度下化学反应释放或吸收的热量，一般规定，吸热时Q为正值，放热时Q为负值，并且可通过实验测得，故②③也正确。

2．下列说法正确的是（　　）

A．化学反应都伴随着能量变化

B．伴有能量变化的物质变化都是化学变化

C．化学反应可能发生颜色变化，有颜色变化的物质变化一定是化学变化

D．碘升华时放出能量

解析：

选A　物质发生化学变化时，光、电、热等能量可转化为化学能，化学能也可转化为光、电、热等能量，A项正确；有些物理变化也伴随着能量变化，如物质三态之间的变化，B项错误；化学反应可能发生颜色变化，如H2＋I2===2HI,2NO＋O2===2NO2，但有颜色变化的物质变化不一定是化学变化，如活性炭使红墨水退色，C项错误；碘升华吸收能量，故D项错误。

1．主要仪器

用于测定反应热的仪器称为量热计，由内、外两个筒组成，内筒为反应容器，外筒起保温作用。

2．原理

反应热的计算公式为Q＝－c（T2－T1），式中C代表体系的热容，T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。

3．利用简易量热计测定室温下中和反应的反应热

（1）实验药品

1．0mol·L－1盐酸，1.0mol·L－1NaOH溶液，1.0mol·L－1硝酸，1.0mol·L－1氨水，1.0mol·

L－1KOH溶液。

（2）实验步骤

①向量热计内筒中加入盐酸100mL，搅拌后测初始温度T1。

②向烧杯中加入NaOH溶液100mL，调节温度为T1。

③快速将烧杯中碱液倒入量热计中，盖好杯盖，匀速搅拌，记录体系的最高温度T2。

④根据溶液温度升高的数值，计算中和反应的反应热，

ΔH＝

kJ·mol－1。

⑤用同样方法测定KOH溶液与盐酸反应、NaOH溶液与硝酸反应、盐酸与氨水的反

应热。

（3）数据处理

实验

溶液温度/K

温度变化

ΔT/K

反应热

kJ·mol－1

T1

T2

一组

NaOH＋HCl

二组

KOH＋HCl

三组

NaOH＋HNO3

四组

HCl＋NH3·H2O

1．以上四组实验，测得热效应相等吗？

提示：

实验测得前三组中和反应的反应热相同，第四组中和反应的反应热最小。

2．实验操作一般重复2～3次的目的是什么？

提示：

多次计算求平均值，以减少实验过程中的误差。

1．强酸和强碱的稀溶液发生中和反应，其反应热是相等的，都约是57.3kJ·mol－1。

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）

ΔH＝－57.3kJ·mol－1

2．强酸和弱碱或弱酸和强碱的稀溶液发生中和反应，反应热一般小于57.3kJ·mol－1，因为弱电解质的电离是吸热的。

3．中和反应的实质是H＋和OH－化合生成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反应热之内。

4.测定中和反应的反应热需注意的几个问题

（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）读取中和反应的温度（t2）是反应混合液的最高温度。

（5）不能用弱酸或弱碱，因弱酸、弱碱电离时吸收热量而使测量数值偏低。

（6）反应热的数值是57.3kJ·mol－1，测定时与强酸、强碱的用量无关。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）中和反应反应热与酸的强弱有关，而与浓度无关。

（×）

（2）10mL1.0mol·L－1的NaOH溶液与10mL1.0mol·L－1的盐酸混合，20mL1.0mol·

L－1的NaOH溶液与20mL1.0mol·L－1的盐酸混合，反应热后者是前者的2倍。

（√）

（3）在稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1，若将含0.5molH2SO4的浓H2SO4与含1molNaOH的溶液混合，放出的热量大于57.3kJ。

（√）

（4）测定中和反应的反应热时，将碱缓慢倒入酸中，所测温度值偏小。

（√）

2．实验室利用如图装置进行中和反应反应热的测定。

回答下列问题：

（1）为准确测定实验数据，起始时盐酸与烧碱温度相同，而终止温度与起始温度之差（t1－t2）分别为①2.3℃，②2.4℃，③2.9℃，则最终代入计算式的温度差的平均值为________℃。

（2）在操作正确的前提下提高中和反应反应热测定的准确性的关键是_______________。

（3）如果用0.50mol·L－1的盐酸和氢氧化钠固体进行实验，则实验中所测出的中和反应反应热的热值将________（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

解析：

（1）所测温度2.9℃与其他温度相差太大，应舍去，代入计算式的温度差应取①和②的平均值。

（2）该实验的关键是温度的测定，在操作正确的前提下提高中和热测定的准确性的关键是提高装置的保温效果。

（3）因为固体NaOH溶于水放热，所以如果用0.50mol·L－1的盐酸和氢氧化钠固体进行实验，则实验中所测出的“中和热”的热值将偏大。

答案：

（1）2.35　

（2）提高装置的保温效果　（3）偏大

[方法技巧]

中和热测量的误差分析方法

（1）分析误差原理

根据中和热ΔH（即生成1mol水时的反应热）计算公式：

ΔH＝

，若实验过程导致放热（Q）变小，则中和热（ΔH）偏大；反之若实验过程导致放热（Q）变大，则中和热（ΔH）偏小。

（2）产生误差的原因

①量取溶液的体积不准确。

②温度计的读数有误。

③实验过程中有液体溅在外面。

④混合酸、碱溶液时，动作缓慢。

⑤隔热操作不到位，致使实验过程中热量损失。

⑥测过盐酸后的温度计未用水清洗便立即去测碱的温度。

1．焓

（1）概念：

用来描述物质所具有的能量的物理量，用符号H表示。

（2）意义：

相同量的不同物质所具有的能量不同，其焓不同。

2．焓变

（1）概念：

反应产物总焓与反应物总焓之差。

（2）表达式：

ΔH＝H（反应产物）－H（反应物），

单位：

_kJ·mol－1或J·mol－1。

（3）与反应热的关系

等压条件下，反应中的能量变化全部转化为热能时，焓变与化学反应的反应热相等，数学表达式为ΔH＝Qp。

[特别提醒]　物质所聚集的状态不同，所具有的能量也不同，“焓”也不同，一般来说气态>液态>固态。

1．焓变与反应吸热或放热的关系是什么？

提示：

ΔH>0为吸热反应，ΔH<0为放热反应。

2．化学键的形成和断裂时，与能量有什么关系？

反应的焓变与其又有什么关系？

提示：

化学键形成时放出能量，化学键断裂时吸收能量，反应的焓变等于两者之差。

3．化学反应的焓变与反应条件有什么关系？

提示：

焓变与物质的状态有关，与反应条件无关。

1．焓变与吸热反应、放热反应的关系

2．焓变与化学键变化的关系

化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因（如下）。

吸收能量E1

↓

反应物

反应产物

↓

放出能量E2

E1>E2　反应吸收能量　ΔH>0

E1

即：

ΔH＝反应物的化学键断裂吸收的能量总和－反应产物的化学键形成时放出的能量总和。

3．焓变与物质能量变化的关系

放热反应

吸热反应

关系

反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量

反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量

表示

方法

ΔH<0

ΔH>0

图示

4．ΔH的计算方法

（1）ΔH＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量。

（2）ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量。

1．“焓”是指（　　）

A．物质所具有的能量　　　

B．反应热的变化

C．化学键所具有的能量

D．物质的一种化学性质

解析：

选A　“焓”描述的是物质所具有的能量，是物质固有的性质。

2．已知某反应的焓变小于零，下列说法正确的是（　　）

A．该反应为放热反应

B．该反应为吸热反应

C．反应产物的焓大于反应物的焓

D．反应物的总能量小于反应产物的总能量

解析：

选A　ΔH＝H（反应产物）－H（反应物），ΔH<0时，为放热反应。

反应产物的总焓小于反应物的总焓，反应物的总能量大于反应产物的总能量。

3．下表为H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）的能量变化，填写空白处。

化学键

反应中能量变化

1molA—B化学键

反应中能量变化

H—H

吸收436kJ

吸收243kJ

共吸收________kJ

Cl—Cl

H—Cl

放出431kJ

共放出________kJ

结论

1molH2（g）和1molCl2（g）完全反应生成2molHCl（g）放出________kJ的热量

解析：

共吸收能量：

436kJ＋243kJ＝679kJ；

共放出能量：

2×431kJ＝862kJ，

共吸收能量－共放出能量＝679kJ－862kJ＝－183kJ，即反应生成2molHCl时放出183kJ热量。

答案：

679　862　183

[三级训练·节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．下列关于能量的变化及反应热的说法中正确的是（　　）

A．任何化学反应都有反应热

B．某些化学键形成时吸收能量，某些化学键断裂时放出能量

C．形成新化学键不一定放出能量

D．有热量变化的过程一定有化学键的断裂与形成

解析：

选A　断裂化学键一定吸收能量，形成化学键一定放出能量；有热量变化的过程可能是物理变化，如浓硫酸溶于水放出热量。

2．下列反应中生成物的总能量大于反应物总能量的是（　　）

A．氢气在氧气中燃烧

B．铁丝在氧气中燃烧

C．硫在氧气中燃烧

D．焦炭在高温下与水蒸气反应

解析：

选D　焦炭在高温下与水蒸气反应为吸热反应，则生成物总能量大于反应物总

能量。

3．下列示意图能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢过程中能量变化的是（　　）

解析：

选B　氢气与氯气分子中旧化学键断裂需要吸收能量，而氯化氢分子中新化学键形成要释放能量，该反应放热，因此断裂旧键吸收的能量小于形成新键放出的能量，B项

正确。

4．下列有关叙述正确的是（　　）

A．如右图所示，测定中和反应的反应热时，大小两烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是固定小烧杯

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T2

D．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　碎泡沫塑料的作用是保温；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：

Q＝－C（T2－T1），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。

5．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程，化学键的键能是形成（或拆开）1mol化学键时释放（或吸收）的能量。

已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能P－P：

198kJ·mol－1，P－O：

360kJ·mol－1，O===O：

498kJ·mol－1。

则反应：

P4（白磷）＋3O2===P4O6的能量变化为__________________________________________________，

其反应的ΔH________0（填“大于”或“小于”）。

解析：

旧键断裂需吸收能量，新键形成释放能量，化学反应是吸热还是放热决定于二者的相对大小，由题意得反应断键吸收的能量为6×198kJ＋3×498kJ＝2682kJ，形成新键释放的能量为12×360kJ＝4320kJ，所以反应释放能量1638kJ，ΔH小于零。

答案：

释放1638kJ的能量　小于

1．下列变化会放出热量的是（　　）

A．酒精用于降温　　　　　B．冰雪的融化

C．氢分子变成氢原子D．镁和盐酸反应

解析：

选D　酒精用于降温、冰雪融化的过程中，均需要吸收体系的热量，均属于吸热过程，A、B项错误。

氢分子变成氢原子需要断裂H—H键，断键吸收热量，C项错误。

镁与盐酸的反应是放热反应，D项正确。

2．下列各图中，表示吸收能量的反应的图是（　　）

解析：

选A　当E生成物>E反应物时，反应为吸热反应。

3．下列说法正确的是（　　）

①物质发生反应时放出的热量来源于对反应的加热

②化学反应除了生成新物质外，还发生能量变化

③化学反应过程中放出或吸收的热量，都是物质本身所具有的能量变化的表现

④化学反应总是放出热量

A．①②　　　　　　　　　B．③④

C．②③D．②④

解析：

选C　化学反应热效应与反应条件无关，①错。

部分化学反应放出热量，部分化学反应吸收热量，④错。

4．下列反应既属于氧化还原反应，又是放热反应的是（　　）

A．铝片与稀盐酸的反应

B．灼热的炭与CO2的反应

C．Ca（OH）2与NH4Cl的反应

D．盐酸与氢氧化钠发生中和反应

解析：

选A　选项B、C为吸热反应，选项D不是氧化还原反应。

5．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D　H2O（g）―→H2O（l）为物理变化；ΔH>0的化学反应为吸热反应；形成化学键时共放出能量862kJ的化学反应的ΔH不能确定是大于零还是小于零；当H反应物>H反应产物时，ΔH<0，反应放热。

6．参照反应Br＋H2―→HBr＋H的能量对反应过程的示意图，下列叙述中正确的是（　　）

A．正反应为吸热反应

B．正反应为放热反应

C．反应物的总能量高于生成物的总能量

D．断裂反应物中化学键吸收能量小于形成生成物中化学键放出能量

解析：

选A　A项，反应中，反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，正确；B、C错误；D项，反应为吸热反应，断裂化学键吸收能量大于形成化学键放出能量，错误。

7．在测定中和热的实验中，计算反应热时需要的数据有（　　）

①酸的浓度和体积　②碱的浓度和体积　③比热容

④反应后所得溶液的质量　⑤生成水的物质的量

⑥反应前后溶液的温度差　⑦操作所需的时间

A．①②③⑥B．①③④⑤

C．③④⑤⑥D．①②③④⑥

解析：

选C　在中和热的测定实验中，反应热的计算公式是ΔH＝－

，其中m是酸溶液和碱溶液的质量之和，即反应后溶液的总质量；c是反应溶液的比热容，近似等于水的比热容，为4.18×10－3kJ/（g·℃）；Δt是反应体系的温度变化；n是生成水的物质的量。

8．已知反应X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是（　　）

A．X的能量一定高于M

B．Y的能量一定高于N

C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量

D．因该反应为放热反应，故不必加热就可发生

解析：

选C　放热反应指反应物的总能量高于生成物的总能量，所以X和Y的总能量高于M和N的总能量，C项正确；A项，X的能量不一定高于M的能量，错误；B项，Y的能量不一定高于N的能量，错误；D项，放热反应有些也需要加热，错误。

9．已知：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（g），反应过程中能量变化如图，问：

（1）a、b、c分别代表什么意义？

a________________________________________________________________________；

b________________________________________________________________________；

c________________________________________________________________________。

（2）该反应是放热反应还是吸热反应？

_________________________________________。

ΔH________0（填“<”或“>”）

（3）a、b、c的关系式为________。

解析：

H2（g）和

O2（g）与2H（g）和O（g）之间的能量之差是H2（g）→2H（g）和

O2（g）→O（g）过程中断裂H—H键和O===O键吸收的能量，故a代表旧化学键断裂时吸收的能量，b代表2H（g）和O（g）结合成H2O（g）中的化学键时放出的能量，c代表断裂旧化学键吸收的能量与形成新化学键释放的能量之差即b－a＝c，由题图可知该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应，ΔH<0。

答案：

（1）反应中旧键断裂吸收的总能量　反应中新键形成放出的总能量　反应热

（2）放热反应　<　（3）c＝b－a

10.如右图所示，把试管放入盛有25℃饱和Ca（OH）2溶液的烧杯中，试管开始放入几小块镁片，再用滴管滴5mL盐酸于试管中。

请回答下列问题：

（1）实验中观察到的现象是______________________。

（2）产生上述现象的原因是______________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）写出有关的离子方程式：

_______________________________________________。

（4）由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________（填“大于”“小于”或“等于”，下同）镁片和盐酸的总能量，ΔH________0。

解析：

Mg与稀盐酸反应生成H2，试管中有气泡产生，反应放热，体系温度升高，Ca（OH）2的溶解度降低，析出晶体。

放热反应生成物的总能量小于反应物的总能量，ΔH<0。

答案：

（1）镁片上有大量气泡产生，镁片逐渐溶解，烧杯中液体变浑浊

（2）镁与盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，Ca（OH）2在水中的溶解度随温度的升高而降低，故析出Ca（OH）2晶体

（3）Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑

（4）小于　　小于

1．下列说法正确的是（　　）

A．反应热是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<0

C．任何条件下，化学反应的焓变都等于化学反应的反应热

D．在一定条件下，某一化学反应是吸热反应还是放热反应，由生成物与反应物的焓值差来决定

解析：

选D　化学反应过程中释放或吸收的热量称为反应热，A项错误；当反应放热时ΔH<0，反应吸热时ΔH>0，B项错误；只有在恒压条件下，化学反应的焓变才等于化学反应的反应热，C项错误；一个化学反应是吸热还是放热，取决于生成物和反应物的焓值差，也可以根据断键时吸收的能量与成键时放出的能量的相对大小判断，D项正确。

2．对于放热反应H2＋Cl2

2HCl，下列说法正确的是（　　）

A．该反应涉及离子键和共价键的断裂与形成

B．该反应中，化学能只转变为热能

C．断开1molH—H键和1molCl—Cl键所吸收的总能量，小于形成1molH—Cl键所放出的能量

D．反应物所具有的总能量高于产物所具有的总能量

解析：

选D　A项，H2与Cl2含有的化学键为共价键，该反应只涉及共价键的断裂与形成，错误；B项，该反应的化学能可以转化为热能，也可以转化为光能、电能等其他形式的能量，错误；C项，该反应为放热反应，所以断开1molH—H键和1molCl—Cl键所吸收的总能量，小于形成2molH—Cl键所放出的能量，错误；D项，因为反应为放热反应，所以反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，正确。

3．在进行中和热的测定中，下列操作错误的是（　　）

A．反应前酸、碱溶液的温度要相同

B．环形玻璃棒搅拌能加快反应速率，减少实验误差

C．为了使反应均匀进行，可以向酸（碱）中分次加入碱（酸）

D．为了使反应更完全，可以使酸或碱适当过量

解析：

选C　A项，反应前酸、碱溶液温度要相同，不同时误差较大，正确；B项，环形玻璃棒搅拌能加快反应速率，减小实验误差，正确；C项，分次加入混合时，容易造成热量损失，使测定结果不准确，错误；D项，为了使反应进行更完全，可以使酸（碱）适当过量，正确。

4.已知反应CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）为放热反应，则下列说法中正确的是（　　）

A．反应过程中的能量变化关系可用右图表示

B．甲烷燃烧时化学能转化为热能和光能

C．断开反应物中旧化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量

D．该反应发生断裂的化学键有离子键和共价键

解析：

选B　此反应为放热反应，图中不能准确表示反应过程中的能量变化情况，A项错误；甲烷燃烧时化学能转化为热能和光能，B项正确；放热反应断开反应物中旧化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量，C项错误；该反应中只有共价键断裂，D项错误。

5．已知一定条件下断裂或形成某些化学键