高中化学选修4导学案第一章 《化学反应与能量》核心知识辅导+基础过关测试整理精品.docx

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高中化学选修4导学案第一章《化学反应与能量》核心知识辅导+基础过关测试整理精品

高中化学选修4导学案+基础过关测试（整理精品）

第一章化学反应与能量

第一节　化学反应与能量的变化

第1课时　焓变　反应热

1、了解化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式。

2、认识化学反应过程中物质和能量的变化。

3、了解反应热和焓变的含义。

4、知道反应热与反应物、生成物总能量的关系。

　焓变　反应热

1．焓变

（1）焓：

与内能有关的物理量，符号：

H。

（2）焓变：

生成物与反应物之间的焓值差，符号：

ΔH，单位：

kJ·mol－1（或kJ/mol）。

2．反应热

（1）概念：

化学反应过程中所释放或吸收的热量，单位：

kJ·mol－1（或kJ/mol）。

（2）与焓变的关系：

恒压条件下的反应热等于焓变。

3．化学反应中能量变化的原因

（1）微观角度——化学键的变化

若Q1>Q2，反应吸收能量，ΔH>0，为吸热反应；

若Q1

（2）宏观角度——反应物与生成物能量相对高低

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；

反应物的总能量小于生成物的总能量为吸热反应。

4．化学反应过程中能量变化的表示

（1）放热反应：

ΔH为“－”或ΔH<0，体系能量降低。

（2）吸热反应：

ΔH为“＋”或ΔH>0，体系能量升高。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）所有的化学反应都伴有能量的变化，伴有能量变化的一定是化学反应。

（　　）

（2）反应热是指1mol物质参加反应时的能量变化。

（　　）

（3）加热条件下发生的反应均为吸热反应。

（　　）

（4）在一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”。

（　　）

（5）在确定的化学反应体系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定不同。

（　　）

答案：

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）√

2．在日常生活和学习中，我们经常接触到下列反应：

①化石燃料燃烧　②强酸、强碱的中和反应　③用C和H2O在高温下制水煤气　④锌和盐酸反应制氢气　⑤氢氧化钡晶体和氯化铵晶体研磨放出氨气　⑥煅烧石灰石

其中属于放热反应的有________，属于吸热反应的有________。

答案：

①②④　③⑤⑥

1．放热反应与吸热反应对比

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吸收的热量、生成物成键放出的热量。

类别

项目

放热反应

吸热反应

定义

放出能量的化学反应

吸收能量的化学反应

宏观

角度

比较

E（反应物）>E（生成物）

E（反应物）

图示

微观角度

Q（吸）

Q（吸）>Q（放）

表示方法

ΔH<0

ΔH>0

2.常见的放热反应和吸热反应

（1）常见的放热反应

①活泼金属与H2O或酸的反应，如2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑。

②所有酸碱中和反应，如2KOH＋H2SO4===K2SO4＋2H2O。

③所有燃烧反应，如2CO＋O2

2CO2。

④绝大多数化合反应，如CaO＋H2O===Ca（OH）2。

⑤部分特殊反应，如铝热反应、过氧化钠与水或CO2的反应、氨的催化氧化等。

（2）常见的吸热反应

①绝大多数分解反应，如CaCO3

CaO＋CO2↑。

②铵盐与碱的反应，如

2NH4Cl（s）＋Ba（OH）2·8H2O（s）===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。

③以C、CO和H2为还原剂的氧化还原反应，如

C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g）。

（1）任何化学反应一定伴随着能量变化，但伴随能量变化的物质变化不一定都是化学变化。

如水蒸气变成液态水放热，属于物理变化。

（2）化学反应的能量变化主要表现为热量变化，但并不完全是热量变化，还有光能、电能等。

（3）反应条件与该反应能量变化之间没有必然联系，因此，不能根据反应条件来判断一个反应是放热反应还是吸热反应。

有些放热反应需加热才能进行，如碳的燃烧；有些吸热反应常温下即可进行，如Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应。

　某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是（　　）

A．反应过程可表示为

―→

―→

B．E1为反应物的能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能

C．正反应的热效应为ΔH＝E1－E2，且E2>E1，所以正反应为放热反应

D．此图中逆反应的热效应为ΔH＝E1－E2，逆反应为吸热反应

[解析]　A项，结合图像知其正确。

B项，反应物分子转变为活化分子所需要的最低能量即正反应的活化能，B项正确。

C项，由图可知，正反应的热效应为ΔH＝E1－E2，且E2>E1，所以正反应为放热反应，C项正确。

D项，题图中逆反应的热效应ΔH＝E2－E1，为吸热反应，D项错误。

[答案]　D

（1）由上述例题中的图示可知，因为反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应不需要加热就可以进行，这种说法是否正确？

（2）试从能量高低判断，上题中反应物和生成物哪个较为稳定？

答案：

（1）不正确。

反应物和生成物总能量的相对高低与反应是否需要加热无关。

（2）能量越低越稳定，故生成物较稳定。

　吸热反应和放热反应的判断

1．（2017·北京西城区高二检测）从如图所示的某气体反应的能量变化分析，以下判断错误的是（　　）

A．这是一个放热反应

B．该反应可能需要加热

C．生成物的总能量低于反应物的总能量

D．反应物比生成物更稳定

解析：

选D。

因反应物的总能量高于生成物的总能量，故反应放热，且生成物比反应物更稳定，A、C项正确，D项不正确；反应是否需要加热与反应吸、放热无必然联系，B项正确。

2．下列化学反应属于吸热反应的是（　　）

A．盐酸与烧碱溶液的反应

B．Al与稀盐酸的反应

C．C＋CO2

2CO

D．葡萄糖在人体内氧化分解

解析：

选C。

酸碱中和反应、活泼金属与酸的反应均属于放热反应；葡萄糖在人体内氧化分解，为人的生命活动提供能量，也属于放热反应；C与CO2反应需持续加热，属于吸热反应。

　焓变与物质能量的关系

3．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．生成物的焓大于反应物的焓

D．反应物的总能量小于生成物的总能量

解析：

选A。

ΔH＜0表示反应放热。

4．由图分析，下列说法正确的是（　　）

A．A→B＋C和B＋C→A两个反应吸收或放出的能量不等

B．A→B＋C　ΔH＜0

C．A具有的焓高于B和C具有焓的总和

D．A→B＋C　ΔH＞0，B＋C→A　ΔH＜0

解析：

选D。

由图可看出，B＋C的焓高于A的焓，则反应B＋C→A一定是放热反应，ΔH＜0；反之，A→B＋C的反应一定是吸热反应，ΔH>0。

根据能量守恒定律，两反应吸收或放出的能量一定相等。

（1）物质越稳定，则自身具有的能量越低。

（2）放热反应是体系反应后放出能量而使体系的能量降低，ΔH＜0，物质的稳定性增强。

如A→B　ΔH＜0，则稳定性B＞A。

（3）吸热反应是反应通过加热、光照等外界条件吸收能量而使体系的能量升高，ΔH＞0，物质的稳定性减弱。

如A→B　ΔH＞0，则稳定性A＞B。

（4）通常条件下，反应热就是焓变。

（5）任何化学反应都有反应热，即都有焓变（ΔH≠0）。

（6）ΔH的大小与反应条件无关。

　键能与反应热（ΔH）

1．化学反应的本质

化学反应是旧键断裂，新键形成的过程。

2．ΔH与键能的关系

（1）键能：

拆开（或形成）1mol化学键吸收（或放出）的能量，单位：

kJ/mol（或kJ·mol－1）。

（2）ΔH与化学键键能的关系：

ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。

实例说明：

以H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）反应的能量变化为例

化学键

反应中能量变化

断裂或形成1mol化学键的能量变化

断裂或形成化学键的总能量变化

H—H

吸收436kJ

共吸收679kJ

Cl—Cl

吸收243kJ

H—Cl

放出431kJ

共放出862kJ

结论

H2（g）＋Cl2（g）===2HCl（g）的反应热ΔH＝－183kJ/mol

3.图示

化学反应过程中的能量变化可用如图表示：

其中，E′1表示活化能（或反应物断键吸收的热量），E′2表示生成物成键放出的热量，E′1与E′2的差值表示反应热。

上述反应过程表示该反应为放热反应。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）。

（1）化学反应的本质是旧键断裂和新键形成。

（　　）

（2）氯化氢溶于水，化学键发生断裂，是化学变化。

（　　）

（3）反应物断键吸收的总能量高于生成物成键放出的总能量的反应是吸热反应。

（　　）

（4）化学反应是放出热量还是吸收热量，关键是看断裂化学键吸收能量E1和形成化学键放出能量E2的相对大小。

（　　）

（5）物质能量越高越稳定。

（　　）

（6）物质所含化学键键能越大越稳定。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）×　（3）√　（4）√　（5）×　（6）√

2．根据下列图示能量变化，计算NO与CO2反应的反应热ΔH＝____。

解析：

ΔH＝E1－E2＝368kJ·mol－1－134kJ·mol－1＝＋234kJ·mol－1。

答案：

＋234kJ·mol－1

关于焓变与化学键键能的相互计算

1．依据“ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能”计算反应热。

2．根据热化学方程式中各物质的计量数，计算反应物的总键能和生成物的总键能。

3．注意ΔH的符号，计算结果为负值，则ΔH为“－”，反之为“＋”。

4．明确每个反应物和生成物分子中的化学键条数

（1）利用键能求反应热时应先写出参加反应的各物质的结构式，如NH3写成

，1molNH3中有3molN—H键，然后根据各物质的物质的量计算其键能。

（2）含有双键或三键的，如

、

，应用

或

的键能，不能用C—C键的键能乘以2或3来计算。

　SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。

已知：

1molS（s）转化为气态硫原子吸收能量280kJ，断裂1molF—F、S—F键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。

则S（s）＋3F2（g）===SF6（g）的反应热ΔH为（　　）

A．－1780kJ/mol　　　　B．－1220kJ/mol

C．－450kJ/molD．＋430kJ/mol

[解析]　S（s）＋3F2（g）===SF6（g）的反应过程中旧键断裂吸收的能量为280kJ/mol＋160kJ/mol×3＝760kJ/mol，新键生成放出的能量为330kJ/mol×6＝1980kJ/mol，反应放出（1980－760）kJ＝1220kJ的能量，ΔH＝－1220kJ/mol。

[答案]　B

反应：

SF6（g）===S（s）＋3F2（g）的反应热ΔH为____kJ/mol。

解析：

反应方向相反的反应，ΔH的绝对值相同，符号相反，故该反应的ΔH＝＋1220kJ/mol。

答案：

＋1220

　根据键能计算反应热

1．如图为N2（g）和O2（g）反应生成NO（g）过程中的能量变化，则该反应的反应热为（　　）

A．－180kJ·mol－1　　　　B．＋180kJ·mol－1

C．＋812kJ·mol－1D．－812kJ·mol－1

解析：

选B。

反应化学方程式为N2（g）＋O2（g）===2NO（g），则ΔH＝（946＋498－2×632）kJ·mol－1＝＋180kJ·mol－1。

2．白磷与氧气可发生如下反应：

P4＋5O2===P4O10。

已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P键akJ/mol、P—O键bkJ/mol、PO键ckJ/mol、OO键dkJ/mol。

根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是（　　）

A．（6a＋5d－4c－12b）kJ/mol

B．（4c＋12b－6a－5d）kJ/mol

C．（4c＋12b－4a－5d）kJ/mol

D．（4a＋5d－4c－12b）kJ/mol

解析：

选A。

一个P4分子中含有6个P—P键，一个O2分子中含有1个O===O键，一个P4O10分子中含有12个P—O键和4个P===O键。

反应P4＋5O2===P4O10中，反应物键能总和为（6a＋5d）kJ/mol，生成物键能总和为（12b＋4c）kJ/mol，ΔH＝（6a＋5d－12b－4c）kJ/mol。

　根据反应热计算某些键能

3．[2015·高考全国卷Ⅰ，28－（3）]已知反应2HI（g）===H2（g）＋I2（g）的ΔH＝＋11kJ·mol－1，1molH2（g）、1molI2（g）分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI（g）分子中化学键断裂时需吸收的能量为___kJ。

解析：

设1molHI（g）分子中化学键断裂吸收的能量为x，则2x－436kJ－151kJ＝＋11kJ，x＝299kJ。

答案：

299

4．已知1molX2（g）完全燃烧生成X2O（g）放出热量akJ，且氧气中1molOO键完全断裂时吸收能量bkJ，X2O中1molX—O键形成时放出能量ckJ，则X2中1molX—X键断裂时吸收的能量为（　　）

A．（4c－b＋2a）kJB.

kJ

C．（4c＋b－2a）kJD.

kJ

解析：

选B。

本题考查了键能与反应中能量变化的关系。

1molX2完全燃烧生成X2O（g），放出热量为akJ，则2X2（g）＋O2（g）===2X2O（g）　ΔH＝－2akJ/mol，设1molX—X键断裂时吸收能量为QkJ，有2Q＋b－4c＝－2a，求得Q＝

，所以B项正确。

重难易错提炼

1.理解化学反应中能量变化的“两原因”

（1）反应物和生成物本身的总能量不同。

（2）旧键断裂吸收的能量与新键形成放出的能量不同。

2.反应热“三要素”

（1）符号：

ΔH。

（2）单位：

kJ/mol。

（3）正、负号：

ΔH<0为放热反应；ΔH>0为吸热反应。

3.反应热计算“两公式”

（1）ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。

（2）ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

课后达标检测

[基础巩固]

1．如图所示是四位同学在学习了“化学反应与能量的变化”后所产生的相关认识，其中一定正确的是（　　）

解析：

选B。

中和反应、缓慢氧化反应均是放热反应，但都不会发光，A项错误；在吸热反应中，从外界吸收的能量转化为新物质的化学能，B项正确；有些放热反应需要在高温条件下才能进行，如铝热反应，而有些吸热反应在常温下就能进行，如Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应，C项错误；由燃烧反应是放热反应，且反应过程中部分化学能转化为光能可知，D项错误。

2．“不用开水，不用火电，自热米饭真方便！

”这是某品牌“自热米饭”的广告词。

加热米饭的热量来自饭盒内贮存的某些特殊物质，当这些物质混合后就会发生剧烈的变化而释放出大量热量，则这些特殊物质最可能是（　　）

A．浓硫酸和水　　　　B．生石灰和水

C．硝酸铵和水D．烧碱和水

解析：

选B。

浓硫酸与水混合，生石灰与水混合均会放出大量热量，但生石灰价格较浓硫酸便宜、易贮存，且浓硫酸的强腐蚀性应避免在食品设备中使用，故A项错误，B项正确；硝酸铵溶于水吸收热量，NaOH溶于水放出的热量无法满足需要，并且NaOH具有腐蚀性，故C、D项错误。

3．下列图示变化为吸热反应的是（　　）

解析：

选A。

A项中的图像表示生成物的总能量比反应物的总能量高，故为吸热反应；B项中的图像表示反应物的总能量比生成物的总能量高，故为放热反应；C项中浓硫酸溶于水放热，不是化学变化；D项中锌与盐酸反应是放热反应。

4．下列说法正确的是（　　）

A．光合作用是由化学能转化为热能的过程

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的差值来决定

解析：

选D。

光合作用是由光能转化为化学能的过程，A项错误。

当反应放热时，ΔH<0；反应吸热时，ΔH>0，B项错误。

只有在等压条件下，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反应还是放热反应，取决于生成物和反应物的焓的差值，D项正确。

5．根据如图所示的反应，判断下列说法中错误的是（　　）

A．1molCO2（g）和1molCaO（s）的总能量大于1molCaCO3（s）的能量

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，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量

D．由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应

解析：

选D。

因为碳酸钙受热分解是吸热反应，1molCO2（g）和1molCaO（s）的总能量大于1molCaCO3（s）的能量，焓变大于零，A、B项正确；C项，在CaCO3中，Ca2＋和CO

之间存在离子键，CO

中，C与O之间存在共价键，故反应中有离子键断裂也有共价键断裂，断键吸收能量，成键放出能量，C项正确；需要加热才发生的反应不一定为吸热反应，如碳的燃烧反应就是放热反应，D项错误。

6．C（s）＋H2O（g）

CO（g）＋H2（g）是吸热反应，则CO（g）＋H2（g）

C（s）＋H2O（g）是（　　）

A．放热反应，也是氧化还原反应

B．吸热反应，也是置换反应

C．既不是放热反应，也不是吸热反应

D．无法判断是放热反应还是吸热反应

解析：

选A。

C（s）与H2O（g）高温下的反应为吸热反应，则其逆反应一定为放热反应，且CO（g）＋H2（g）

C（s）＋H2O（g）又是氧化还原反应。

7．对于反应3A===2B，根据如图所示，下列说法不正确的是（　　）

A．该反应为吸热反应

B．该反应一定有能量转化成了化学能

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，所以该反应不需要加热

解析：

选D。

由题图可知，反应物的总能量小于生成物的总能量，故该反应是吸热反应，一定有能量转化成化学能，A、B项正确；物质本身所含有的能量越低，该物质越稳定，C项正确。

8．已知化学反应A2（g）＋B2（g）===2AB（g）的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是（　　）

A．每生成2分子AB吸收bkJ热量

B．该反应热ΔH＝＋（a－b）kJ/mol

C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

D．断裂1molA—A键和1molB—B键，放出akJ热量

解析：

选B。

观察题给图像可以得到，题图所述反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，其中反应热ΔH＝＋（a－b）kJ/mol。

化学反应过程中，化学键断裂为吸热过程，化学键形成为放热过程。

9．（2017·洛阳高二统考）氢气和氟气在黑暗处混合即可发生爆炸而释放出大量的热量。

在反应过程中，断裂1molH2中的化学键消耗的能量为Q1kJ，断裂1molF2中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1molHF中的化学键释放的能量为Q3kJ。

下列关系式中正确的是（　　）

A．Q1＋Q2<2Q3B．Q1＋Q2>2Q3

C．Q1＋Q2>Q3D．Q1＋Q2

解析：

选A。

由反应热与键能的关系可知H2（g）＋F2（g）===2HF（g）的ΔH＝（Q1＋Q2－2Q3）kJ/mol，又因为该反应可放出大量的热，即ΔH<0，故Q1＋Q2<2Q3，A正确。

10．已知H2（g）＋

O2（g）===H2O（g），反应过程中的能量变化如图所示。

（1）a、b、c分别代表的意思是______________、___________、__________________。

（2）该反应是____（填“吸热”或“放热”）反应，ΔH____（填“<”或“>”）0。

解析：

（1）a代表旧键断裂所吸收的能量，b代表新键形成所放出的能量，c则代表断键吸收的能量与成键释放的能量之差。

（2）由图可知该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，所以该反应为放热反应，ΔH<0。

答案：

（1）旧键断裂吸收的能量　新键形成放出的能量　反应热

（2）放热　<

11．一定条件下，A与B反应可生成C和D，其能量变化如图所示。

（1）下列有关反应A＋B===C＋D的说法正确的是____（填序号）。

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发生

D．反应物的总质量、总能量与生成物的总质量、总能量分别相等

（2）若E1”“<”或“＝”）反应物的总能量，反应热ΔH____（填“>”“<”或“＝”）0。

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；并非只有氧化还原反应才有热量变化；反应前给反应物加热，只是为了达到反应所需的条件，与反应是否是放热反应没有必然的联系；根据能量守恒定律有反应物的总能量＝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＝E2－E1>0，即ΔH>0。

答案：

（1）A　

（2）>　>

[能力提升]

12．（2017·启东高二月考）研究表明，化学反应中能量变化的本质是化学键的形成和断裂过程中释放和吸收能量。

如图表示反应2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）的能量变化，下列有关说法中错误的是（　　）

A．图中的①是指吸收能量，②是指放出能量

B．图示说明反应2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）是一个吸热反应

C．图示说明化学键的形成与断裂是化学反应中发生能量变化的根本原因

D．③中a为484

解析：

选B。

A项，断键吸收能量，成键释放能量，正确；B项，由图可知反应物的总能量高于生成物的总能量，应为放热反应，错误；D项，a＝1852－1368＝484，正确。

13．NF3是一种温室气体，其存储能量的能力是CO2的12000～20000倍，在大气中的寿命可长达740年，如表所示是几种化学键的键能：

化学键

N≡N

F—F

N—F

键能（kJ/mol）

946

154.8

283.0

下列说法中正确的是（　　）

A．过程N2（g）―→2N（g）放出能量

B．过程N（g）＋3F（g）―→NF3（g）放出能量

C．反应N2（g）＋3F2（g）===2NF3（g）的ΔH＞0

D．NF3吸收能量后如果没有化学键的断裂与生成，仍可能发生化学反应

解析：

选B。

断裂化学键的过程，吸收能量，A错误；形成化学键的过程，放出能量，B正确；C项，反应的ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，则ΔH＝946kJ/mol＋3×154.8kJ/mol－6×283.0kJ/mol＝－287.6kJ/mol，因此ΔH＜0，C错误；化学反应过程中必有化学键的断裂与生成，D错误。

14．肼（H2NNH2）是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。

已知断裂1mol化学键所需的能量（kJ）：

NN键为