2024-2025學年高中化學第一章化學反應與能量第一節(jié)第1課時焓變反應熱學案新人教版選修4

PAGE12-第1課時焓變反應熱學習目標核心素養(yǎng)1.知道化學反應中能量轉化的緣由和常見的能量轉化形式。2．記住常見的放熱反應和吸熱反應。3．理解反應熱和焓變的含義，會用反應熱的表達式進行計算。4．能結合能量改變圖像分析放熱反應和吸熱反應。1.宏觀辨識與微觀探析：能從宏觀和微觀的角度理解化學反應中能量改變的本質。2．改變觀念與平衡思想：能辨識化學反應中的能量轉化形式，形成能量是可以相互轉化的觀念，體會引入焓變概念的價值。一、焓變反應熱1．焓變①焓(H)：與內能有關的物理量。②焓變(ΔH)：生成物與反應物的焓值差，確定了某一化學反應是吸熱反應還是放熱反應。2．反應熱①概念：化學反應過程中所放出或汲取的能量。②與焓變的關系：恒壓條件下的反應熱等于焓變，單位kJ·mol－1。二、化學反應過程中能量改變的緣由1．微觀角度①化學反應的本質及特點②舉例(以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反應的能量改變?yōu)槔?2.宏觀角度3．結論：ΔH＝生成物總能量－反應物總能量＝反應物鍵能總和－生成物鍵能總和三、化學反應過程中能量改變的表示2．舉例1molC和1molH2O(g)反應生成1molCO和1molH2，需汲取131.5kJ的熱量，則該反應的反應熱ΔH＝＋131.5_kJ·mol－1。探究點一吸熱反應和放熱反應1．放熱反應與吸熱反應的比較放熱反應吸熱反應定義放出熱量的化學反應汲取熱量的化學反應形成緣由反應物的總能量大于生成物的總能量反應物的總能量小于生成物的總能量與化學鍵強弱的關系生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應物分子斷鍵時汲取的總能量生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應物分子斷鍵時汲取的總能量表示方法ΔH<0ΔH>0圖像表示說明1.(1)對于放熱反應，由于反應后放出熱量(釋放給環(huán)境)而使反應體系的能量降低，故ΔH<0，即ΔH為“－”。(2)對于吸熱反應，由于反應汲取來自環(huán)境的能量而使反應體系的能量上升，故ΔH>0，即ΔH為“＋”。2．同一個反應向正逆兩個方向進行時，一個方向釋放能量，另一個方向必定汲取能量，但能量的肯定值相等。2.常見的吸熱反應和放熱反應(1)常見的放熱反應①全部的燃燒反應：木炭、H2、CH4等在O2中的燃燒，H2在Cl2中的燃燒。②酸堿中和反應：H＋＋OH－=H2O。③大多數(shù)化合反應。特例：C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高溫))2CO(吸熱反應)。④鋁熱反應：如2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高溫))Al2O3＋2Fe。⑤金屬與酸的反應：如Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑。(2)常見的吸熱反應①大多數(shù)分解反應：如NH4Cleq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋HCl↑。②以C、H2、CO為還原劑的氧化還原反應：如C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up17(高溫))CO＋H2；CO＋CuOeq\o(=,\s\up17(△))Cu＋CO2。③某些晶體間的反應：如Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。3．吸熱反應和放熱反應的推斷(1)理論分析推斷法①ΔH＝化學鍵斷裂汲取的能量－化學鍵生成釋放的能量，當ΔH>0時，反應吸熱，當ΔH<0時，反應放熱。②ΔH＝生成物具有的總能量－反應物具有的總能量，當ΔH>0時，反應吸熱，當ΔH<0時，反應放熱。③ΔH＝反應物的鍵能之和－生成物的鍵能之和。反應物的鍵能越小，穩(wěn)定性越弱，破壞它須要的能量就越小；生成物的鍵能越大，穩(wěn)定性越強，形成它釋放的能量就越大，所以當ΔH>0時，反應吸熱，當ΔH<0時，反應放熱。④依據(jù)反應物和生成物的相對穩(wěn)定性推斷：由穩(wěn)定的物質生成不穩(wěn)定的物質的反應為吸熱反應，反之為放熱反應。(2)反應條件推斷法一個化學反應起先須要加熱，而停止加熱后，反應亦可進行，則為放熱反應；若反應須要持續(xù)不斷地加熱才能進行，則為吸熱反應。(3)依據(jù)規(guī)律推斷法①常見的放熱反應類型有：a.金屬與H2O或酸的反應；b.酸堿中和反應；c.燃燒反應；d.多數(shù)化合反應。②常見的吸熱反應類型有：a.多數(shù)分解反應；b.C參與的一些反應，如C＋H2Oeq\o(=,\s\up17(高溫))CO＋H2、CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))2CO；c.NH4Cl與Ba(OH)2·8H2O的反應。1．有能量改變的過程不是發(fā)生吸熱反應就是發(fā)生放熱反應嗎？提示：不能將反應類型(放熱反應或吸熱反應)與能量改變過程等同起來?；瘜W反應中必定有能量的改變，但發(fā)生能量改變的卻不肯定是化學反應。如NaOH固體溶于水、水蒸氣轉化為液態(tài)水時放出能量，但以上過程是放熱的物理改變過程而不是發(fā)生放熱反應；NH4NO3固體溶于水、碘升華、水蒸發(fā)時汲取能量，但以上過程是吸熱的物理改變過程而不是發(fā)生吸熱反應。2．須要加熱才能發(fā)生的反應肯定是吸熱反應，放熱反應在常溫條件下肯定很簡潔發(fā)生嗎？提示：反應的熱效應與反應的條件無必定聯(lián)系。常溫下能進行的反應可能是放熱反應(如中和反應)，也可能是吸熱反應[如NH4Cl與Ba(OH)2·8H2O的反應]。加熱條件下進行的反應，可能是吸熱反應，如C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高溫))2CO；也可能是放熱反應，如C＋O2eq\o(=,\s\up17(點燃))CO2(移去熱源后仍能進行)。持續(xù)加熱才能接著進行的反應是吸熱反應。所以，反應吸熱還是放熱是由反應物總能量與生成物總能量的相對大小確定的?！纠?】化學反應A2＋B2=2AB的能量改變如圖所示，則下列說法正確的是()A．該反應是吸熱反應B．斷裂1molA—A鍵和1molB—B鍵能放出xkJ能量C．形成2molA—B鍵須要放出ykJ的能量D．2molAB的總能量高于1molA2和1molB2的總能量【思路分析】推斷反應吸熱還是放熱時，只需比較起始和終了狀態(tài)的能量凹凸，起始時能量高于結束時的能量，反應放熱，反之吸熱。圖中最高處并不是反應結束，而是反應的過渡階段?！窘馕觥繌哪芰扛淖儓D上可以看出，反應物總能量高于生成物總能量，該反應是放熱反應，A、D錯；反應物斷鍵時要汲取能量，B錯；形成化學鍵要放出能量，C正確。【答案】C依據(jù)下圖供應的信息，下列所得結論不正確的是(D)A．該反應為吸熱反應B．該圖可以表示石灰石高溫分解C．反應物比生成物穩(wěn)定D．因為生成物的總能量高于反應物的總能量，所以該反應肯定須要加熱解析：A.反應物總能量低于生成物總能量，該反應為吸熱反應，A正確；B.石灰石高溫分解是吸熱反應，該圖可以表示石灰石高溫分解，B正確；C.能量越低越穩(wěn)定，反應物比生成物穩(wěn)定，C正確；D.反應條件與反應是放熱反應或吸熱反應沒有關系，D錯誤，答案選D。探究點二ΔH的含義和簡潔計算1．反應熱與物質固有能量、化學穩(wěn)定性、鍵能之間的關系(1)eq\x(\a\al(化學性質越,活潑穩(wěn)定))eq\x(\a\al(物質本身固有,能量越高低))eq\x(\a\al(化學鍵總鍵,能越小大))eq\x(\a\al(生成時釋放或破壞時,汲取能量越小大))(2)同一種物質在不同狀態(tài)本身固有能量：eq\x(氣態(tài))>eq\x(液態(tài))>eq\x(固態(tài))(3)eq\x(\a\al(總鍵能大、能量低、,化學性質穩(wěn)定))eq\o(,\s\up17(吸熱),\s\do15(放熱))eq\x(\a\al(總鍵能小、能量高、,化學性質不穩(wěn)定))2．反應熱的單位kJ/mol或kJ·mol－1的含義并不是指每1mol詳細物質反應時伴隨的能量改變是多少kJ，而是指給定形式的詳細反應以各物質的化學計量數(shù)來計量其物質的量時伴隨的能量改變。式中的“mol－1”不能理解為每摩爾反應物或生成物，可以理解為“每摩爾反應”。例如，反應2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)的ΔH＝－571.6kJ·mol－1，是指每摩爾反應——“2molH2(g)與1molO2(g)反應生成2molH2O(l)”的焓變，而H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)的ΔH＝－285.8kJ·mol－1是指每摩爾反應——“1molH2(g)與eq\f(1,2)molO2(g)反應生成1molH2O(l)”的焓變。3．ΔH的簡潔計算(1)由反應物、生成物的能量計算ΔHΔH＝E(生成物)－E(反應物)若E(生成物)<E(反應物)，ΔH<0，為放熱反應。若E(生成物)>E(反應物)，ΔH>0，為吸熱反應。(2)由鍵能計算ΔHΔH＝斷裂化學鍵汲取的總能量－形成化學鍵所釋放的總能量ΔH＝反應物的鍵能總和－生成物的鍵能總和反應物的鍵能總和>生成物的鍵能總和，反應吸熱；反應物的鍵能總和<生成物的鍵能總和，反應放熱。1．“任何化學反應均伴隨舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，所以任何化學反應均有反應熱”。這句話正確嗎？提示：正確。能量的改變與鍵能有關，反應物的鍵能之和與生成物的鍵能之和是不相等的。另外，從能量的角度分析，反應物和生成物所具有的能量不同，依據(jù)能量守恒定律，在任何化學反應中都會伴隨能量的改變。2．反應的焓變與反應熱有什么關系，二者肯定相等嗎？提示：(1)我們可以借助于反應焓變示意圖理解反應焓變與反應熱之間的關系。ΔH＝E(生成物)－E(反應物)(2)對于等壓條件下的化學反應，若只存在化學能與熱能之間的相互轉化，則該反應的反應熱等于焓變，表示為Qp＝ΔH(Qp為等壓反應熱)。【例2】已知某化學反應A2(g)＋2B2(g)=2AB2(g)(AB2的分子結構為B—A—B)的能量改變如圖所示。下列有關敘述中正確的是()A．該反應的進行肯定須要加熱B．該反應的ΔH＝－(E1－E2)kJ/molC．該反應中反應物的鍵能總和大于生成物的鍵能總和D．斷裂1molA—A鍵和2molB—B鍵放出E1kJ能量【思路分析】對于放熱反應，反應物的總能量高于生成物的總能量，吸熱反應則反之；焓變等于反應物的總鍵能減去生成物的總鍵能，或者生成物的總能量減去反應物的總能量?！窘馕觥坑蓤D可知該反應是吸熱反應，但吸熱反應不肯定須要加熱，A錯誤。該反應的發(fā)生須要先破壞反應物中的化學鍵，汲取E1kJ的能量，再形成生成物中的化學鍵，釋放E2kJ的能量，則反應的ΔH＝(E1－E2)kJ/mol，B錯誤。焓變等于反應物的總鍵能與生成物的總鍵能之差，又由于該反應是吸熱反應，即焓變ΔH>0，所以反應物的總鍵能大于生成物的總鍵能，C正確。斷裂化學鍵須要吸熱，D錯誤。【答案】C依據(jù)下圖所示的N2(g)和O2(g)反應生成NO(g)過程中能量改變狀況，推斷下列說法錯誤的是(D)A．直觀看，該反應中反應物所具有的總能量低于生成物所具有的總能量B．2mol氣態(tài)氧原子結合生成O2(g)時，能放出498kJ能量C．斷裂1molNO分子中的化學鍵，須要汲取632kJ能量D．反應N2＋O2=2NO的反應熱ΔH＝＋180kJ·mol－1解析：A.直觀看，該反應中反應物所具有的總能量低于生成物所具有的總能量，故A正確；B.互逆過程的熱量改變，ΔH數(shù)值相等，正、負相反，故B、C正確；D.熱化學方程式中的物質須要標明狀態(tài)，故D錯誤。1．下列說法正確的是(C)A．焓變單位中kJ·mol－1，是指1mol物質參與反應時的能量改變B．當反應放熱時ΔH>0，反應吸熱時ΔH<0C．一個化學反應中，當反應物的總能量大于生成物的總能量時，反應放熱，ΔH為“－”D．一個化學反應中，生成物總鍵能大于反應物的總鍵能時，反應吸熱，ΔH為“＋”解析：焓變單位中的kJ·mol－1，是指每摩爾詳細的反應，不肯定指參與反應的物質，A錯；反應放熱時ΔH<0，反應吸熱時ΔH>0，B錯；在反應中物質所具有的總能量削減，反應就放熱，反之就吸熱，C對；化學反應的實質是舊化學鍵的斷裂，新化學鍵的形成，斷鍵時汲取能量，成鍵時放熱，所以D錯。2．下列關于ΔH的說法正確的是(D)A．反應過程中，消耗的反應物越多，ΔH越大B．ΔH>0時反應放熱，ΔH<0時反應吸熱C．ΔH越大，說明反應放出的熱量越多D．能量改變如圖所示的化學反應為放熱反應，ΔH為“－”解析：A項，ΔH與化學方程式中的化學計量數(shù)有關，與反應物的用量無關，A項錯誤。B項，ΔH>0時反應吸熱，ΔH<0時反應放熱，B項錯誤。C項，反應熱有正、負，反應放出的熱量越多，ΔH越小，反應汲取的熱量越多，ΔH越大，C項錯誤。D項，由于反應物的總焓大于生成物的總焓，故由反應物轉化為生成物時，該反應為放熱反應，ΔH為“－”，D項正確。3．下列改變中，屬于吸熱反應的是(B)①液態(tài)水汽化②將膽礬加熱變?yōu)榘咨勰蹪釮2SO4稀釋④KClO3分解制O2⑤生石灰跟水反應生成熟石灰⑥CaCO3高溫分解⑦CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))2CO⑧Ba(OH)2·8H2O與固體NH4Cl混合⑨C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up17(高溫))CO＋H2⑩Al與HCl反應A．①②④⑥⑦⑧⑨B．②④⑥⑦⑧⑨C．①④⑥⑧D．①②④⑧⑨解析：①③屬于物理改變，不屬于化學反應，CaO與水反應生成Ca(OH)2，產(chǎn)生大量熱，屬于放熱反應。⑩金屬與酸的反應一般為放熱反應。4．下列說法正確的是(D)A．反應熱就是反應中放出的能量B．在任何條件下，化學反應的焓變都等于化學反應的反應熱C．由C(s，石墨)=C(s，金剛石)ΔH＝＋1.9kJ·mol－1可知，金剛石比石墨穩(wěn)定D．等量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，前者放出的熱量多解析：反應過程中所放出或汲取的熱量都是反應熱，因此A錯；等壓條件下的反應熱在不做其他功的狀況下，才等于焓變，故B錯；由C(s，石墨)=C(s，金剛石)ΔH＝＋1.9kJ·mol－1可知，金剛石能量高，沒有石墨穩(wěn)定，故C錯；因為硫固體變?yōu)榱蛘魵庖鼰?，所以等量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，前者放出的熱量多，故D正確。5．反應A＋B→C(ΔH<0)分兩步進行：①A＋B→X(ΔH>0)，②X→C(ΔH<0)。下列示意圖中，能正確表示總反應過