1.1-第一課時-選修4

1.1-第一課時-選修4LtDPAGEPAGE4用心愛心專心第一章化學反應與能量第一節(jié)化學反應與能量的變化第1課時焓變反應熱[學習目標]1.記住焓變的含義，能判斷反應是放熱還是吸熱。2.了解化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。了解吸熱反應、放熱反應、反應熱等概念。3.能從微觀角度，運用化學鍵的知識，解釋化學反應過程中能量變化的原因。[重點·難點]重點：焓變、反應熱的概念。難點：從化學鍵角度認識化學反應能量變化的原因。1．焓變(1)焓變①概念：焓(H)是與內(nèi)能有關(guān)的物理量。在一定條件下，某一化學反應是吸熱反應還是放熱反應，由生成物與反應物的焓值差即焓變(ΔH)決定。②常用單位：kJ·mol－1(或kJ/mol)。(2)焓變與反應熱的關(guān)系恒壓條件下，反應的熱效應等于焓變。因此，我們常用ΔH表示反應熱。2．1molH2分子中的化學鍵斷裂吸收436kJ的能量，1molCl2分子中的化學鍵斷裂吸收243kJ的能量，2molHCl分子中的化表示方法ΔH<0ΔH>0圖示常見的實例①大多數(shù)化合反應；②中和反應；③金屬與酸反應如：Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑ΔH<0④燃燒反應⑤鋁熱反應①大多數(shù)分解反應；②Ba(OH)2·8H2O晶體與氯化銨反應：Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2OΔH>0；③以C、CO為還原劑的氧化還原反應【典例1】已知H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)反應過程中能量變化如圖所示，問：a、b、c分別代表什么意義？該反應是放熱反應還是吸熱反應，ΔH大于零還是小于零？解析H2(g)和eq\f(1,2)O2(g)與2H(g)和O(g)之間的能量差是H2(g)→2H(g)和eq\f(1,2)O2(g)→O(g)過程中斷開H—H鍵和O=O鍵吸收的能量，故a代表舊鍵斷裂吸收的能量，b代表2H(g)＋O(g)結(jié)合成H2O(g)中化學鍵所放出的能量，c代表斷鍵吸收的能量與成鍵釋放的能量之差；由圖可知該反應中反應物總能量大于生成物總能量，故該反應為放熱反應，ΔH<0。答案a代表舊鍵斷裂吸收的能量，b代表新鍵形成釋放的能量，c代表反應熱；該反應為放熱反應，ΔH<0。【變式訓練1】下列說法正確的是()A．需要加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應B．化學反應中的能量變化都表現(xiàn)為熱量變化C．任何放熱反應在常溫下一定能發(fā)生D．反應物和生成物所具有的總能量決定了反應是放熱還是吸熱答案D解析化學反應的能量變化可以表現(xiàn)為很多方面，如轉(zhuǎn)化為熱能、轉(zhuǎn)化為電能、轉(zhuǎn)化為光能等。反應是放熱還是吸熱主要取決于反應物和生成物所具有的總能量的相對大小。放熱反應和吸熱反應都是在一定條件下發(fā)生，反應開始需要加熱的反應可能是吸熱反應，也可能為放熱反應。【變式訓練2】由右圖分析，有關(guān)敘述正確的是()A．A→B＋C和B＋C→A兩個反應吸收或放出的能量不等B．A→B＋C是放熱反應C．A具有的能量高于B和C具有的能量總和D．A→B＋C是吸熱反應，則B＋C→A必然是放熱反應答案D解析本題考查化學反應中的能量變化，由圖可知，B＋C的能量高于A的能量，則反應B＋C→A一定是放熱反應；反之，A→B＋C則是吸熱反應。根據(jù)能量守恒定律，兩反應的反應熱在數(shù)值上相等，符號相反。二、ΔH的計算方法從不同角度解釋反應熱，其計算方式也不同，ΔH可表示為：(1)ΔH＝反應物中化學鍵斷裂吸收的能量之和－生成物中化學鍵形成放出的能量之和。(2)ΔH＝生成物總能量－反應物總能量?！镜淅?】已知：①1molH2分子中化學鍵斷裂時需要吸收436kJ的能量②1molCl2分子中化學鍵斷裂時需要吸收243kJ的能量③由H原子和Cl原子形成1molHCl分子時釋放431kJ的能量下列敘述正確的是()A．氫氣和氯氣反應生成氯化氫氣體的熱化學方程式是H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)B．氫氣和氯氣反應生成2mol氯化氫氣體，反應的ΔH＝＋183kJ·mol－1C．氫氣和氯氣反應生成2mol氯化氫氣體，反應的ΔH＝－183kJ·mol－1D．氫氣和氯氣反應生成1mol氯化氫氣體，反應的ΔH＝－183kJ·mol－1解析因為ΔH＝反應物中化學鍵斷裂吸收的能量之和－生成物中化學鍵形成釋放的能量之和。根據(jù)反應方程式：H2＋Cl2=2HCl可知，該反應的ΔH＝(436＋243－431×2)kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1，故C正確。答案C【變式訓練3】石墨和金剛石都是碳元素的單質(zhì)，石墨在一定條件下可轉(zhuǎn)化為金剛石。已知12g石墨完全轉(zhuǎn)化成金剛石時，要吸收EkJ的能量，下列說法正確的是()①石墨不如金剛石穩(wěn)定②金剛石不如石墨穩(wěn)定③等質(zhì)量的石墨與金剛石完全燃燒，金剛石放出的能量多④等質(zhì)量的石墨與金剛石完全燃燒，石墨放出的能量多A．①④B．②③C．②④D．①③答案B【變式訓練4】白磷與氧可發(fā)生如下反應：P4＋5O2=P4O10。已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為：P－PakJ·mol－1、P—ObkJ·mol－1、P=OckJ·mol－1、O=OdkJ·mol－1。根據(jù)圖示的分子結(jié)構(gòu)和有關(guān)數(shù)據(jù)估算該反應的ΔH，其中正確的是()A．(6a＋5d－4c－12bB．(4c＋12b－6a－5dC．(4c＋12b－4a－5dD．(4a＋5d－4c－12b解析因為ΔH等于反應物化學鍵斷裂吸收的能量總和減去生成物化學鍵形成釋放的能量總和，即ΔH＝E反應物－E生成物，根據(jù)反應方程式P4＋5O2=P4O10和模型圖分析可知，該反應的反應熱ΔH＝(6a＋5d＋4c－12b)kJ·mol答案A1．下列反應既屬于氧化還原反應，又屬于吸熱反應的是()A．鋁片和稀鹽酸反應B．Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應C．灼熱的碳與二氧化碳的反應D．甲烷在氧氣中的燃燒答案C解析注意知識的積累，記住常見的吸熱反應。B、C屬于吸熱反應，再從化合價變化角度來分析，知答案為C。2．已知氫氣在氯氣中燃燒時產(chǎn)生蒼白色火焰。在反應過程中，破壞1mol氫氣中的化學鍵消耗的能量為Q1kJ，破壞1mol氯氣中的化學鍵消耗的能量為Q2kJ，形成1mol氯化氫中的化學鍵釋放的能量為Q3kJ，下列關(guān)系式正確的是()A．Q1＋Q2>Q3B．Q1＋Q2>2Q3C．Q1＋Q2<Q3D．Q1＋Q2<2Q3答案D解析燃燒為放熱反應，即生成物的鍵能之和大于反應物的鍵能之和。3．下列反應中，生成物的總能量大于反應物的總能量的是()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答案D解析A、B、C三項均為放熱反應，說明它們的反應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項為吸熱反應，正好相反，故D項正確。4．下列變化一定為放熱的化學反應的是()A．H2O(g)=H2O(l)放出44kJ熱量B．ΔH>0的化學反應C．形成化學鍵時共放出能量862kJ的化學反應D．能量變化如圖所示的化學反應答案D解析化學反應放熱還是吸熱，取決于H(生成物)與H(反應物)的相對大小。若H(生成物)>H(反應物)，則反應吸熱，反之放熱。A項H2O(g)=H2O(l)為物理變化；B項ΔH>0，即H(生成物)>H(反應物)，反應吸收熱量；C項無法確定反應放熱還是吸熱；D項，由圖可知H(生成物)<H(反應物)，反應放熱。5．關(guān)于化學反應的本質(zhì)的說法正確的是()A．化學反應都有新物質(zhì)生成B．化學反應都有能量變化C．化學反應是舊鍵斷裂新鍵形成的過程D．化學反應的發(fā)生都需要在一定條件下答案C解析化學反應的本質(zhì)是舊鍵斷裂，新鍵形成。在這個過程中，原子重新組合生成新物質(zhì)，同時伴隨著能量的變化。6．下列說法正確的是()A．反應熱就是反應中放出的能量B．在101kPa時，1mol碳燃燒所放出的熱量為碳的燃燒熱C．由C(石墨)→C(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，前者放出的熱量多答案D解析反應過程中所放出或吸收的熱量都是反應熱，因此A錯；在101kPa時，1mol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量叫做該物質(zhì)的燃燒熱，B選項未指明碳完全燃燒生成二氧化碳，是錯誤的；由C(石墨)→C(金剛石)ΔH＝＋1.9kJ·mol－1可知，金剛石能量高，不穩(wěn)定；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，前者放出的熱量多是正確的(相同條件下，同一物質(zhì)在氣態(tài)時具有的能量最多，液態(tài)時次之，固態(tài)時最少，反應放出的熱量等于反應物所具有的能量減去生成物所具有的能量，因為生成物是一樣的，所以等量的硫蒸氣燃燒時放出的熱量比硫固體放出的多)。7．下列反應中，生成物的總焓大于反應物總焓的是()A．鋅與稀硫酸反應制氫氣B．鐵絲在氯氣中燃燒C．氧化鈣與水反應D．碳酸氫銨分解答案D解析A、B、C均為放熱反應，說明它們的反應物的總焓大于生成物的總焓，多余的能量以熱量的形式放出。而D為吸熱反應，正好相反，故D正確。8．下列說法中正確的是()A．焓變是指1mol物質(zhì)參加反應時的能量變化B．反應放熱時，ΔH>0；反應吸熱時，ΔH<0C．在一個確定的化學反應關(guān)系中，反應物的總焓與生成物的總焓一定不同D．在一個確定的化學反應關(guān)系中，反應物的總焓總是高于生成物的總焓答案C9．科學家已獲得了極具理論研究意義的N4分子，其結(jié)構(gòu)為正四面體(如圖所示)，與白磷分子相似。已知斷裂1molN—N鍵吸收193kJ熱量，斷裂1molN≡N鍵吸收941kJ熱量，則()A．N4的熔點比P4高B．1molN4氣體轉(zhuǎn)化為N2時要吸收724kJ能量C．N4是N2的同系物D．1molN4氣體轉(zhuǎn)化為N2時要放出724kJ能量答案D解析N4與白磷(P4)結(jié)構(gòu)相似，均為分子晶體，由于N4相對分子質(zhì)量小于P4，故其分子間作用力弱于P4，其熔點低于P4，A錯；N4與N2互為同素異形體，而不是同系物，則C錯；從結(jié)構(gòu)圖中可看出，一個N4分子中含有6個N—N鍵，根據(jù)N4(g)=2N2(g)ΔH，有ΔH＝6×193kJ·mol－1－2×941kJ·mol－1＝－724kJ·mol－1，故B項錯誤，D項正確。10．某學習小組設(shè)計以下實驗，探究化學反應中的熱效應，把試管放入盛有25℃的飽和石灰水的燒杯中，試管中開始放入幾小塊鎂片，再用滴管往其中滴加5mL鹽酸。試回答下列問題：實驗中觀察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)寫出有關(guān)反應的離子方程式________________________________________________________________________。(4)由實驗推知，MgCl2和H2的總能量______(填“大于”、“小于”或“等于”)鎂片和鹽酸的總能量。(5)如果將本題中“25℃的飽和石灰水”換成“20℃碳酸飲料”進行實驗探究，實驗中觀察到的另一現(xiàn)象是________________________________________________________________________，其原因是________________________________________________________________________。答案(1)試管中鎂片逐漸溶解，并有氣體產(chǎn)生，燒杯中石灰水變渾濁(2)鎂與稀鹽酸的反應是放熱反應，該反應放出的熱量使石灰水溫度升高，Ca(OH)2的溶解度隨溫度的升高而降低，故變渾濁(3)Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑(4)小于(5)燒杯中液體放出氣泡且速率逐漸加快氣體的溶解度隨著溫度的升高而減小。解析鎂與鹽酸的反應是放熱反應，鎂與鹽酸反應放出的熱量使石灰水的溫度升高，Ca(OH)2的溶解度隨溫度的升高而減小。氣體的溶解度也隨溫度的升高而減小。11．在一定條件下，A和B反應可生成C和D，其能量變化如下：eq\x(\a\al(A＋B,反應物總,能量為E1))eq\x(\a\al(C＋D,生成物總,能量為E2))(反應前)(反應后)(1)下列有關(guān)反應A＋B=C＋D的說法正確的是________。A．反應前后原子的種類和數(shù)目一定不變B．該反應若有熱量變化，則一定是氧化還原反應C．若該反應為放熱反應，則不需加熱反應就一定能自發(fā)進行D．反應物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量一定相等，且遵循能量守恒(2)若E1<E2，則生成物的總能量__________(填“>”、“<”或“＝”)反應物的總能量，為______(填“吸熱”或“放熱”)反應。答案(1)A、D(2)>吸熱12．已知1g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121kJ，且氧氣中1molO=O鍵完全斷裂時吸收熱量496kJ，水蒸氣中1molH—O鍵形成時放出熱量463kJ，則氫氣中1molH—H鍵斷裂時吸收熱量是多少？答案436kJ解析因為1g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121kJ，所以1molH2與eq\f(1,2)molO2完全燃燒生成1mol水蒸氣時放出熱量242kJ。而化學反應中之所以存在能量的變化是因為在化學反應過程中存在舊鍵的斷裂與新鍵的形成，其中舊鍵的斷裂需要吸收能量而新鍵的形成需要放出能量。發(fā)生上述反應H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－242kJ·mol－1時所發(fā)生鍵的變化為斷裂1molH—H鍵和eq\f(1,2)molO=O鍵、形成2molO—H鍵，因此在此反應過程中斷裂舊鍵需要吸收的能量為eq\f(1,2)×496kJ＋EH—H，形成新鍵釋放的能量為2×463kJ＝926kJ，此反應為放熱反應，所以有926kJ－eq\f(1,2)×496kJ－EH—H＝242kJ，解得EH—H＝436kJ。13．在研究化學反應中的能量變化時我們通常做如圖所示的實驗：在一個小燒杯里，加入約20g已研磨成粉末的氫氧化鋇晶體[Ba(OH)2·8H2O]，將小燒杯放在事先已滴有3～4滴水的玻璃片(或三合板)上，然后再加入約10gNH4Cl晶體，并立即用玻璃棒迅速攪拌。試回答下列問題：(1)實驗中要立即用玻璃棒迅速攪拌的原因是什么？(2)如果實驗中沒有看到“結(jié)冰”現(xiàn)象，可能的原因是什么？(回答出三個以上的原因)(3)如果沒有看到“結(jié)冰”現(xiàn)象，我們還可以采取哪些方式來說明該反應吸熱？(回答出兩種方案)(4)實驗中即使不“結(jié)冰”，將燒杯提起的時候，發(fā)現(xiàn)燒杯與玻璃片也“黏在一起了”，原因是什么？試用簡單的方法說明燒杯與玻璃片之間是因“結(jié)冰”而黏在一起的。答案(1)使反應物混合而迅速充分地反應，并使溫度迅速下降。(2)①藥品用量太少；②Ba(OH)2·8H2O未研成粉末，反應太慢；③沒有立即迅速攪拌；④環(huán)境溫度太高；⑤玻璃片上滴加的水太多。(3)①用皮膚感覺很涼；②用溫度計來檢測，發(fā)現(xiàn)溫度下降。(4)由于水排開了燒杯底部和玻璃片之間的空氣，在大氣壓的作用下，燒杯與玻璃片“黏在一起了”。將“黏在一起”的燒杯和玻璃片提起，從側(cè)面輕推玻璃片，若燒杯和玻璃片能發(fā)生相對滑動，則說明燒杯和玻璃片是“被水黏在一起的”，若不能