第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量變化

第一章化學(xué)反應(yīng)與能量

第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量變化

第1課時(shí)焓變反應(yīng)熱

三維目標(biāo)知識(shí)與技能1．了解反應(yīng)熱和焓變的含義，了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化2．理解吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的實(shí)質(zhì)(重點(diǎn))過(guò)程與方法1．從化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)即舊鍵斷裂與新鍵形成的角度研究反應(yīng)熱產(chǎn)生的原因2．從反應(yīng)體系能量的升高與降低角度認(rèn)識(shí)ΔH的“＋”與“－”3．通過(guò)分析反應(yīng)過(guò)程中的能量變化領(lǐng)悟化學(xué)反應(yīng)中能量守恒的思想情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)了解簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)，結(jié)合物質(zhì)結(jié)構(gòu)，體會(huì)化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣

思維激活

現(xiàn)在新興的“即食即熱型快餐盒”使用起來(lái)非常方便，適合外出旅行使用。其內(nèi)層是用鋁箔包裹的并已加工好的真空包裝食品；外層則是分別包裝的兩包化學(xué)物質(zhì)，一包是生石灰，另一包是水。使用時(shí)拉動(dòng)預(yù)留在外的拉線使這兩種化學(xué)物質(zhì)混合，幾分鐘后，飯菜就變得熱騰騰的。你知道這是為什么嗎？

自學(xué)導(dǎo)引

一、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的能量變化

1．化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中能量變化的表現(xiàn)形式化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，不僅有物質(zhì)的變化，還有能量的變化。這種能量的變化常以熱能、電能、光能等形式表現(xiàn)出來(lái)。

2．放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)

釋放熱量的化學(xué)反應(yīng)叫做放熱反應(yīng)；吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)叫做吸熱反應(yīng)。

3．化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中物質(zhì)變化與能量變化的關(guān)系化學(xué)反應(yīng)中，能量的釋放或吸收是以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)的，能量的多少則以反應(yīng)物和產(chǎn)物的質(zhì)量為基礎(chǔ)。

思考題1

下列說(shuō)法中不正確的是(

)

A．化學(xué)變化過(guò)程是原子的重新組合過(guò)程

B．化學(xué)反應(yīng)可分為吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)

C．化學(xué)反應(yīng)中能量變化的多少與其反應(yīng)物的質(zhì)量有關(guān)

D．化學(xué)變化中的能量變化都是以熱能形式表現(xiàn)出來(lái)的

答案

D

二、反應(yīng)熱、焓變

1．反應(yīng)熱：在反應(yīng)過(guò)程中所釋放或吸收的能量，以熱量來(lái)表示，叫做反應(yīng)熱，又稱為焓變，符號(hào)用ΔH表示，單位常采用kJ/mol或(kJ·mol－1)。

2．以1molH2與1molCl2反應(yīng)生成2molHCl時(shí)放出184.6kJ的熱量為例，從微觀角度解釋化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的能量變化。解答此反應(yīng)過(guò)程的能量變化可表示如下：

(1)化學(xué)鍵斷裂時(shí)需要吸收能量,吸收的總能量為679

kJ。

(2)化學(xué)鍵形成時(shí)需要釋放能量釋放的總能量為862

kJ。

(3)反應(yīng)熱的計(jì)算：862kJ－679kJ＝183kJ，即放出183kJ的能量。顯然，分析結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的該反應(yīng)的反應(yīng)熱184.6kJ·mol－1很接近(一般用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)表示反應(yīng)熱)。

3．ΔH的正負(fù)和吸放熱反應(yīng)的關(guān)系

(1)放熱反應(yīng)：反應(yīng)完成時(shí)，生成物釋放的總能量大于反應(yīng)物吸收的總能量。由于反應(yīng)后放出熱量(釋放給環(huán)境)而使反應(yīng)體系的能量降低，故ΔH＜0或ΔH為“－”。

(2)吸熱反應(yīng)：反應(yīng)完成時(shí)，生成物釋放的總能量小于反應(yīng)物吸收的總能量。由于反應(yīng)后吸收環(huán)境熱量而使反應(yīng)體系的能量升高，故ΔH＞0或ΔH為“＋”。

思考題2

下列說(shuō)法中正確的是(

)

A．焓變是指1mol物質(zhì)參加反應(yīng)時(shí)的能量變化

B．當(dāng)反應(yīng)放熱時(shí)ΔH＞0，當(dāng)反應(yīng)吸熱時(shí)ΔH＜0

C．在加熱條件下發(fā)生的反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)

D．一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)反應(yīng)物能量大于生成物能量時(shí)，反應(yīng)放熱，ΔH為“－”

答案

D

名師解惑

一、放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的比較

［特別提醒］

比較ΔH的大小時(shí)，要連同“＋”、“－”包含在內(nèi)，類(lèi)似于數(shù)學(xué)上的正負(fù)數(shù)比較。如果只比較反應(yīng)放出熱量的多少，則只須比較數(shù)值大小，與“＋”、“－”無(wú)關(guān)。

二、中學(xué)常見(jiàn)的放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)

1．放熱反應(yīng)：燃燒、中和反應(yīng)、金屬的氧化、金屬與酸或水的反應(yīng)、由不穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定物質(zhì)的反應(yīng)等。

2．吸熱反應(yīng)：鹽類(lèi)的水解、C與CO2或H2O的反應(yīng)、CaCO3的分解、Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)、由穩(wěn)定物質(zhì)轉(zhuǎn)變成不穩(wěn)定物質(zhì)的反應(yīng)等。

［特別提醒］

①化學(xué)反應(yīng)總體遵循“分吸合放”規(guī)律，即大多數(shù)分解反應(yīng)吸熱，大多數(shù)化合反應(yīng)放熱，且化學(xué)反應(yīng)中吸熱反應(yīng)占少數(shù)，所以務(wù)必記住常見(jiàn)的吸熱反應(yīng)。

②放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)必須屬于化學(xué)變化。如醋酸的電離雖然要吸熱，但不能稱為吸熱反應(yīng)，只能稱為吸熱過(guò)程；同樣，水蒸氣轉(zhuǎn)變成液態(tài)水，也不能稱為放熱反應(yīng)。

三、用化學(xué)鍵鍵能(拆開(kāi)1mol化學(xué)鍵所吸收的能量)如何估算化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)？

化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是原子重新組合的過(guò)程，反應(yīng)物分子內(nèi)化學(xué)鍵的斷裂需要吸收能量，生成新物質(zhì)時(shí)形成新的化學(xué)鍵要放出能量，二者的能量差，就決定了能量的變化。因此用化學(xué)鍵鍵能的大小可粗略計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，公式為：ΔH＝反應(yīng)物的鍵能總和－生成物的鍵能總和。

四、在加熱條件下進(jìn)行的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)嗎？

不同化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件不同，有的常溫下就可以發(fā)生，有的則需要加熱。因此往往容易把在加熱條件下進(jìn)行的反應(yīng)認(rèn)為是吸熱反應(yīng)，而在常溫下進(jìn)行的反應(yīng)認(rèn)為是放熱反應(yīng)。其實(shí)兩者之間無(wú)必然聯(lián)系，常溫下進(jìn)行的反應(yīng)可能是放熱反應(yīng)，如中和反應(yīng)；也可能是吸熱反應(yīng)，如NH4Cl與Ba(OH)2·8H2O的反應(yīng)。加熱條件下進(jìn)行的反應(yīng)，可能是吸熱反應(yīng)，如C＋CO22CO；也可能是放熱反應(yīng)，如C＋O2CO2。兩者的區(qū)別是放熱反應(yīng)撤去熱源后仍能進(jìn)行，吸熱反應(yīng)必須持續(xù)加熱才能繼續(xù)進(jìn)行。由上可見(jiàn)，反應(yīng)吸熱還是放熱與反應(yīng)條件無(wú)關(guān)，而是由反應(yīng)物總能量與生成物總能量的高低決定的。

典例導(dǎo)析

知識(shí)點(diǎn)1：對(duì)放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)概念的考查

例1

下列過(guò)程能肯定是放熱反應(yīng)的是(

)

A．燃燒B．分解C．凝華D．溶解

解析反應(yīng)是放熱還是吸熱主要取決于反應(yīng)物和生成物所具有的總能量的相對(duì)大小。凝華和溶解均屬物理變化，C、D不符合題意；大多數(shù)分解反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，如NH4HCO3分解；而燃燒反應(yīng)均為放熱反應(yīng)。

答案A

跟蹤練習(xí)1下列過(guò)程要吸收熱量的是(

)

C．H＋＋OH－→H2O

D．C＋O2→CO2

答案

A

知識(shí)點(diǎn)2：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化的考查

例2

下列反應(yīng)中，生成物的總能量大于反應(yīng)物的總能量的是(

)

A．氫氣在氧氣中燃燒

B．鐵絲在氧氣中燃燒

C．硫在氧氣中燃燒

D．焦炭在高溫下與水蒸氣反應(yīng)

解析

A、B、C三項(xiàng)均為放熱反應(yīng)，說(shuō)明它們的反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，多余的能量以熱能的形式放出；而D項(xiàng)為吸熱反應(yīng)，正好相反，故D項(xiàng)正確。

答案

D

跟蹤練習(xí)2

對(duì)于放熱反應(yīng)：2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)，下列說(shuō)法中正確的是(

)

A．產(chǎn)物H2O所具有的總能量高于反應(yīng)物H2和O2所具有的總能量

B．反應(yīng)物H2和O2所具有的總能量高于產(chǎn)物H2O所具有的總能量

C．反應(yīng)物H2和O2所具有的總能量等于產(chǎn)物H2O所具有的總能量

D．反應(yīng)物H2和O2比產(chǎn)物H2O穩(wěn)定

答案B第2課時(shí)熱化學(xué)方程式

三維目標(biāo)知識(shí)與技能1．理解熱化學(xué)方程式的含義，能較熟練地書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式并進(jìn)行有關(guān)熱化學(xué)方程式的計(jì)算(重、難點(diǎn))2．掌握中和熱的概念及其測(cè)定方法(重點(diǎn))過(guò)程與方法1．通過(guò)實(shí)例理解化學(xué)方程式的局限性，介紹熱化學(xué)方程式的必要性2．采用對(duì)比方法明確熱化學(xué)方程式與普通化學(xué)方程式的區(qū)別與聯(lián)系情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)的教學(xué)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度

思維激活

《拯救大兵瑞恩》里面有一個(gè)美軍用燃燒彈燒死坑道中敵兵的鏡頭，這就是燃燒彈在現(xiàn)代坑道戰(zhàn)、塹壕戰(zhàn)中的作用之一。由于汽油的密度較小，發(fā)熱量高，且價(jià)格便宜，所以被廣泛用做燃燒彈原料。汽油燃燒是化學(xué)變化，如何書(shū)寫(xiě)汽油燃燒的熱化學(xué)方程式呢？

自學(xué)導(dǎo)引

一、熱化學(xué)方程式

1．概念：能表示參加反應(yīng)物質(zhì)的量和反應(yīng)熱的關(guān)系的化學(xué)方程式，叫做熱化學(xué)方程式。

2．表示意義：熱化學(xué)方程式不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。

思考題1

下列說(shuō)法中不正確的是(

)

A．物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱僅指反應(yīng)放出的熱量

B．熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示物質(zhì)的量，不表示分子的個(gè)數(shù)

C．所有的燃燒都是放熱反應(yīng)

D．熱化學(xué)方程式中分子式前面的化學(xué)計(jì)量數(shù)可以是分?jǐn)?shù)

答案

A

3．特點(diǎn)(與化學(xué)方程式比較)

(1)指明了反應(yīng)時(shí)的溫度和壓強(qiáng)，如在25℃、101kPa下進(jìn)行的反應(yīng)，可不注明。

(2)在化學(xué)方程式右邊注明ΔH的符號(hào)、數(shù)值和單位。

(3)所有反應(yīng)物和產(chǎn)物都用括號(hào)注明了它們的聚集狀態(tài)。

(4)化學(xué)計(jì)量數(shù)只表示物質(zhì)的量，而不表示分子數(shù)或原子數(shù)，因此可以為非整數(shù)。

(5)化學(xué)計(jì)量數(shù)和反應(yīng)熱的數(shù)值可以同時(shí)擴(kuò)大或縮小相同倍數(shù)。

思考題2為什么書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式時(shí)要注明反應(yīng)物和生成物的聚集狀態(tài)？

答案

反應(yīng)熱與物質(zhì)的聚集狀態(tài)有關(guān)，即狀態(tài)不同，產(chǎn)生的熱效應(yīng)不同。

二、中和熱及其測(cè)定

1．中和熱在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1

molH2O，這時(shí)的反應(yīng)熱叫做中和熱。

2．中和熱的測(cè)定如右圖所示裝置，利用50mL0.50mol·L－1鹽酸與50mL0.55mol·L－1NaOH溶液進(jìn)行中和反應(yīng)，通過(guò)測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中所放出來(lái)的熱量可計(jì)算中和熱。其實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：

(1)安裝實(shí)驗(yàn)裝置。

(2)用一個(gè)量筒量取50mL0.50mol·L－1鹽酸，倒入小燒杯中，用溫度計(jì)測(cè)出溶液的溫度，再用水洗凈溫度計(jì)。

(3)用另一個(gè)量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用溫度計(jì)測(cè)出NaOH溶液的溫度。

(4)將NaOH溶液倒入小燒杯中，攪拌溶液，測(cè)量最高溫度。

(5)重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次，取平均值計(jì)算。

(6)數(shù)據(jù)處理。如起始兩溶液的平均溫度為t1，實(shí)驗(yàn)中最高溫度為t2，則生成1molH2O所放出的熱量(即中和熱)為：

ΔH＝－kJ·mol－1即酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時(shí)所放出的熱量。

名師解惑

一、書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式的注意事項(xiàng)

1．ΔH只能寫(xiě)在標(biāo)有反應(yīng)物和生成物狀態(tài)的化學(xué)方程式的右邊，并用“空格”隔開(kāi)。若為放熱反應(yīng)，ΔH為“－”；若為吸熱反應(yīng)，ΔH為“＋”。ΔH的單位一般為kJ·mol－1。

2．注意反應(yīng)物和產(chǎn)物的聚集狀態(tài)不同，反應(yīng)熱數(shù)值不同。物質(zhì)的氣、液、固三態(tài)的變化與反應(yīng)熱的關(guān)系如下圖，因此，必須注明物質(zhì)的聚集狀態(tài)(s、l、g)才能完整地體現(xiàn)出熱化學(xué)方程式的意義。熱化學(xué)方程式中不用標(biāo)“↑”或“↓”。

3．ΔH的單位“kJ·mol－1”的含義。并不是指每摩爾具體物質(zhì)反應(yīng)時(shí)伴隨的能量變化是多少千焦，而是指給定形式的具體反應(yīng)以各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)來(lái)計(jì)量其物質(zhì)的量時(shí)伴隨的能量變化。如2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(g)

ΔH＝－483.6kJ·mol－1中的反應(yīng)熱是指每摩爾反應(yīng)，放出的熱量為483.6kJ。因此ΔH與化學(xué)方程式的寫(xiě)法有關(guān)，如果化學(xué)計(jì)量數(shù)加倍，則ΔH也要加倍。當(dāng)反應(yīng)逆向進(jìn)行時(shí)，其反應(yīng)熱與正反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)值相等，符號(hào)相反。例如：已知H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)

ΔH＝－285.8kJ·mol－1，則2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)

ΔH＝－571.6kJ·mol－1；H2O(l)＝H2(g)＋O2(g)ΔH＝＋285.8kJ·mol－1。

［特別提醒］

在進(jìn)行熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)和正誤判斷時(shí)，一定要注意檢查狀態(tài)、數(shù)值及正負(fù)號(hào)，此三處易錯(cuò)易漏。

二、熱化學(xué)方程式與普通化學(xué)方程式的區(qū)別化學(xué)方程式熱化學(xué)方程式化學(xué)計(jì)量數(shù)是整數(shù)，既可表示粒子個(gè)數(shù)，又可表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量既可以是整數(shù)，也可以是分?jǐn)?shù)，只表示該物質(zhì)的物質(zhì)的量狀態(tài)不要求注明必須在化學(xué)式后注明正負(fù)號(hào)及單位無(wú)必須注明意義表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化不僅表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明了化學(xué)反應(yīng)中的能量變化

三、中和熱的測(cè)定與計(jì)算

1．中和熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)把好兩關(guān)：①隔熱關(guān)。如量熱計(jì)保溫層內(nèi)隔熱填充材料要填滿；蓋板上的兩孔只需要正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃棒通過(guò)即可；倒入NaOH溶液要迅速，盡可能減少實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的熱量損失。②準(zhǔn)確關(guān)。如配制溶液的濃度要準(zhǔn)確；NaOH溶液要新制；量取溶液體積時(shí)讀數(shù)要準(zhǔn)確；對(duì)溫度計(jì)的讀數(shù)要讀到最高點(diǎn)。

2．中和熱的計(jì)算由50mL0.50mol·L－1鹽酸與50mL0.55mol·L－1NaOH溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)所測(cè)結(jié)果，計(jì)算中和反應(yīng)的中和熱為：

ΔH＝kJ·mol－1

(C為生成溶液的比熱容)

［特別提醒］

①中和熱的測(cè)量中堿稍過(guò)量的原因是保證酸能完全反應(yīng)，計(jì)算時(shí)應(yīng)以不足的酸作為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。

②實(shí)驗(yàn)中使用的酸和堿不能是濃酸或濃堿，若用濃酸或濃堿，由于稀釋過(guò)程中放出熱量，會(huì)使測(cè)得的中和熱數(shù)值偏高。

3．導(dǎo)致測(cè)定誤差的因素求算出的中和熱是否接近57.3kJ·mol－1，取決于溶液的濃度、溶液的體積及溫度的變化。引起中和熱測(cè)定有較大誤差的因素主要有：①溶液濃度不準(zhǔn)確；②溶液量取不準(zhǔn)確；③隔熱較差；④室溫太低；⑤溫度未讀取到最高點(diǎn)等。

典例導(dǎo)析

知識(shí)點(diǎn)1：反應(yīng)熱(焓變)的比較

例1

已知1mol白磷轉(zhuǎn)化成紅磷，放出18.39kJ的熱量，又知：P4(白，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)

ΔH1,4P(紅，s)＋5O2(g)===2P2O5(s)

ΔH2

。則ΔH1和ΔH2的關(guān)系正確的是(

)

A．ΔH1＞ΔH2 B．ΔH1＜ΔH2

C．ΔH1＝ΔH2 D．無(wú)法確定

解析

由于白磷轉(zhuǎn)化為紅磷時(shí)放出熱量，所以白磷和紅磷與等量O2反應(yīng)生成等量的P2O5時(shí)，白磷放出的熱量更多，又因ΔH1＜0，ΔH2＜0，故ΔH1＜ΔH2。

答案B

跟蹤練習(xí)1下列各組熱化學(xué)方程式中，化學(xué)反應(yīng)的ΔH前者大于后者的是(

)

①C(s)＋O2(g)＝CO2(g)

ΔH1，

C(s)＋O2(g)＝CO(g)

ΔH2

②S(s)＋O2(g)＝SO2(g)

ΔH3，

S(g)＋O2(g)＝SO2(g)

ΔH4

③H2(g)＋O2(g)＝H2O(l)

ΔH5，

2H2(g)＋O2(g)＝2H2O(l)

ΔH6

④CaCO3(s)＝CaO(s)＋CO2(g)

ΔH7，

CaO(s)＋H2O(l)＝Ca(OH)2(s)

ΔH8

A．①

B．④

C．②③④

D．①②③

答案

C

知識(shí)點(diǎn)2：熱化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)及正誤判斷

例2

在25℃、101kPa下，1g甲醇燃燒生成CO2和液態(tài)水時(shí)放熱22.68kJ，下列熱化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)正確的是(

)

A．CH3OH(l)＋O2(g)＝CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝＋725.76kJ·mol－1

B．2CH3OH(l)＋3O2(g)＝2CO2(g)＋4H2O(l)