新蘇教版高中化學選擇性必修1學案：1.1.1 化學反應的焓變

新蘇教版高中化學選擇性必修1《化學反應原理》PAGEPAGE1第一單元化學反應的熱效應第1課時化學反應的焓變[核心素養(yǎng)發(fā)展目標]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變化的本質，正確認識和判斷放熱反應和吸熱反應。2.變化觀念與平衡思想：能辨識化學反應中的能量轉化形式，形成能量可以相互轉化的觀念，正確理解反應熱和焓變的概念。3.模型認知：建立從定性到定量描述化學反應中的能量變化的思維模型，會正確書寫熱化學方程式。一、焓變反應熱1．體系與環(huán)境被研究的物質系統(tǒng)稱為體系，體系以外的其他部分稱為環(huán)境或外界。2．內能與焓(1)內能體系內物質的各種能量的總和，受溫度、壓強、物質的聚集狀態(tài)和組成的影響。內能的變化可以通過變化過程中體系吸收(或放出)的熱和對內(或對外)所做的功的形式表現(xiàn)出來。(2)焓：與內能有關的物理量，用符號“H”表示。3．化學反應的兩大基本特征化學反應eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(物質變化：獲得新物質,能量變化\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(主要表現(xiàn)形式是吸收或釋放的熱，能量的轉換以,發(fā)生化學變化的物質為基礎，遵循能量守恒定律))))4．焓變和反應熱的概念(1)反應熱在化學反應過程中，當反應物和生成物具有相同溫度時，吸收或釋放的熱稱為化學反應的熱效應，也稱反應熱。(2)焓變(3)反應熱和焓變的關系恒壓條件下進行的化學反應的反應熱等于該反應的焓變。5．焓變與吸熱反應和放熱反應的關系(1)用圖示理解反應過程中物質的總能量與反應熱的關系(2)化學反應的分類(以反應過程中能量變化為依據(jù))(1)相同質量的同種物質，在不同狀態(tài)下其焓是相同的()(2)化學反應的反應熱就是該反應的焓變()(3)化學變化中的能量變化都是化學能與熱能間的相互轉化()(4)化學反應的焓變和反應物及生成物的內能有關，和反應條件無關()(5)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，ΔH>0()(6)放熱反應的ΔH＜0；而吸熱反應的ΔH＞0()(7)吸熱反應一定需要加熱或點燃()(8)放熱反應在常溫下一定可以發(fā)生()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)√(7)×(8)×1．常見化學反應的能量變化如圖a、b所示：某些常見的熱效應：①濃硫酸溶于水；②CaO溶于水；③水高溫分解；④硝酸銨溶于水；⑤NaOH溶于水。(1)上述熱效應中，屬于圖a的為②，屬于圖b的為③。(2)試說明①～⑤中，既不屬于圖a，也不屬于圖b的理由？提示有熱量放出未必是放熱反應，放熱反應和吸熱反應必須是化學變化。濃硫酸溶于水、硝酸銨溶于水、NaOH溶于水屬于物理變化，不是化學變化。2．一定條件下，石墨轉化為金剛石要吸收能量。在該條件下，下列結論正確的是()A．金剛石比石墨穩(wěn)定B．金剛石轉化為石墨是吸熱反應C．1molC(金剛石)比1molC(石墨)的總能量高D．等質量的金剛石和石墨完全燃燒釋放的熱量相同答案C解析石墨轉化為金剛石要吸收能量，則金剛石具有的能量高，物質具有的能量越高越不穩(wěn)定，所以石墨更穩(wěn)定，故A錯誤；石墨轉化為金剛石要吸收能量，則金剛石轉化為石墨是放熱反應，故B錯誤；石墨轉化為金剛石要吸收能量，說明1molC(金剛石)比1molC(石墨)的總能量高，故C正確；金剛石具有的能量高，等質量的金剛石和石墨完全燃燒時，金剛石釋放的能量比石墨多，故D錯誤。1．在日常生活和學習中，我們經(jīng)常接觸到下列反應：①化石燃料燃燒②強酸、強堿的中和反應③用C和H2O(g)在高溫下制水煤氣④鋅和鹽酸反應制氫氣⑤氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體研磨放出氨氣⑥煅燒石灰石其中焓變?yōu)樨撝档挠?填序號，下同)，焓變?yōu)檎档挠小４鸢涪佗冖堍邰茛?．利用含碳化合物合成新燃料是發(fā)展低碳經(jīng)濟的重要方法，已知CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)的反應過程中能量的變化情況如圖所示。下列判斷正確的是()A．生成1molCH3OH(g)吸收91kJ能量B．用碳制備原料氣CO、H2的反應屬于放熱反應C．反應物的總能量大于生成物的總能量D．如果該反應生成液態(tài)CH3OH，則釋放的熱量更少答案C解析A項，根據(jù)圖示，反應物的總能量大于生成物的總能量，該反應是放熱反應，錯誤；B項，碳與水蒸氣在高溫條件下反應生成CO、H2的反應屬于吸熱反應，錯誤；D項，CH3OH由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)要釋放熱量，故生成液態(tài)CH3OH時釋放的熱量更多，錯誤。1一個化學反應是吸熱還是放熱取決于反應物總能量和生成物總能量的相對大小，而與反應開始前是否需要加熱無關，若加熱后開始反應，停止加熱后反應繼續(xù)進行，則該反應為放熱反應，如鋁熱反應、Fe與S的反應、NH3的催化氧化等。2絕大多數(shù)吸熱反應需在加熱條件下進行，但也有部分吸熱反應不加熱也能進行，如BaOH2·8H2O與NH4Cl的反應；放熱反應雖然會有能量放出，但有的放熱反應需要加熱才能進行，通過加熱，可以引發(fā)放熱反應，如C＋O2eq\o(=,\s\up7(△))CO2。3若某反應為吸熱反應，則該反應的逆向反應為放熱反應，如H2O分解生成H2和O2為吸熱反應，H2與O2化合生成H2O為放熱反應。4吸熱反應和放熱反應均是化學反應。NaOH固體溶于水、濃H2SO4稀釋等屬于放熱過程，但不屬于放熱反應；NH4NO3固體溶于水、碘升華等屬于吸熱過程，但不屬于吸熱反應。二、熱化學方程式1．熱化學方程式的概念及意義(1)概念：能夠表示反應熱的化學方程式。(2)意義：不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。2．熱化學方程式與普通化學方程式的區(qū)別普通化學方程式熱化學方程式意義只包含物質變化既包含物質變化，也包含反應中的能量變化系數(shù)整數(shù)，既表示微粒個數(shù)又表示該物質的物質的量可以是整數(shù)也可以是分數(shù)，只表示該物質的物質的量狀態(tài)不要求注明必須在分子式后注明環(huán)境條件不要求必須注明溫度、壓強[若未標出，則為25℃(即298K)、101kPa]3.熱化學方程式的書寫方法(1)寫出相應的化學方程式。熱化學方程式中各物質化學式前的化學計量數(shù)只表示其物質的量，可以是整數(shù)或簡單分數(shù)。(2)標注反應的溫度和壓強。沒有特殊說明則是指25℃(即298K)、101kPa。不用標明反應條件(如“加熱”“高溫”“催化劑”等)。(3)標注各物質的聚集狀態(tài)。在物質后面用括號標注各物質的聚集狀態(tài)：氣體用“g”，液體用“l(fā)”，固體用“s”，水溶液用“aq”。(4)標注ΔH的正負?；瘜W方程式后面空一格標注ΔH，若為放熱反應，ΔH為“－”；若為吸熱反應，ΔH為“＋”(“＋”可省略不寫)。(5)計(1)25℃、101kPa時，0.5molCH4完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)H2O時，放出445kJ的熱量。①CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－445kJ·mol－1()②CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝890kJ·mol－1()③CH4＋2O2=CO2＋H2OΔH＝－890kJ·mol－1()④CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890kJ·mol－1()⑤eq\f(1,2)CH4(g)＋O2(g)=eq\f(1,2)CO2(g)＋H2O(l)ΔH＝－445kJ·mol－1()(2)若H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－92.3kJ·mol－1，則2HCl(g)=H2(g)＋Cl2(g)ΔH＝92.3kJ·mol－1()答案(1)①×②×③×④√⑤√(2)√1．氫氣與碘蒸氣化合反應的能量(或熱量)變化，可用熱化學方程式表示如下：H2(g)＋I2(g)eq\o(,\s\up7(200℃),\s\do5(101kPa))2HI(g)ΔH＝－14.9kJ·mol－1。(1)它與化學方程式H2＋I2eq\o(,\s\up7(△))2HI相比較，有哪些主要特點？提示①指明了反應時的溫度和壓強；若在25℃、101kPa時進行的反應，可以不注明；②注明了各物質反應時的狀態(tài)：s(固體)、l(液體)、g(氣體)或aq(水溶液)；③在化學方程式的右邊注明了ΔH的數(shù)值、符號及單位。(2)請你說明上述熱化學方程式所表示的意義。提示在200℃、101kPa下，1molH2(g)與1molI2(g)反應，生成2molHI(g)放出的熱量是14.9kJ。(熱化學方程式中的化學計量數(shù)只表示物質的物質的量，可以是整數(shù)也可以是分數(shù))2．下面是25℃、101kPa條件下的四個熱化學方程式：①H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol－1②H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1③2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1④H2O(g)=H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝241.8kJ·mol－1(1)①②相比，反應熱數(shù)值不同的原因是。(2)②③相比，若化學方程式的化學計量數(shù)擴大一倍，則反應熱。(3)①④相比，可得出的結論是正向、逆向反應的焓變數(shù)值，符號。提示(1)生成物中水的狀態(tài)不同(2)數(shù)值也擴大一倍，符號不變(3)相同相反3．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1，請寫出1molNH3分解對應的熱化學方程式：。若1molN2(g)和3molH2(g)在一定條件下發(fā)生反應，放出的熱量92kJ(填“大于”“小于”或“等于”)，理由是。提示NH3(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)ΔH＝46kJ·mol－1小于該反應是可逆反應，不能進行完全(1)熱化學方程式中化學式前面的化學計量數(shù)必須與ΔH相對應，若化學計量數(shù)加倍，則ΔH的數(shù)值也要加倍。(2)當反應逆向進行時，其反應熱與正反應的反應熱的數(shù)值相等，符號相反。(3)ΔH的單位為kJ·mol－1，它并不是指每摩爾具體物質反應時伴隨的能量變化是多少千焦，而是指給定形式的具體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變化是多少千焦。(4)可逆反應的ΔH和實際吸收或放出熱量的區(qū)別：不論化學反應是否可逆，熱化學方程式中ΔH都表示反應按照化學計量數(shù)所表示的物質的量完全反應所放出或吸收的熱量。如2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－197kJ·mol－1是指2molSO2(g)和1molO2(g)完全轉化為2molSO3(g)時釋放的熱量為197kJ。若在相同的溫度和壓強下，向某容器中加入2molSO2(g)和1molO2(g)，反應達到平衡時釋放的熱量為Q，因反應不能進行徹底，故Q<197kJ。1．N2H4是一種高效清潔的火箭燃料。0.25molN2H4(g)完全燃燒生成氮氣和氣態(tài)水時，放出133.5kJ熱量。則下列熱化學方程式正確的是()A.eq\f(1,2)N2H4(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=eq\f(1,2)N2(g)＋H2O(g)ΔH＝267kJ·mol－1B．N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－534kJ·mol－1C．N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝534kJ·mol－1D．N2H4(g)＋O2(g)=N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－133.5kJ·mol－1答案B2．根據(jù)所給信息，書寫對應的熱化學方程式。(1)11.2L(標準狀況)H2在足量Cl2中燃燒生成HCl氣體，放出91.5kJ的熱量，其熱化學方程式：。(2)已知1molC(石墨，s)與適量H2O(g)反應生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3kJ的熱量，請寫出該反應的熱化學方程式：。(3)1.7gNH3(g)發(fā)生催化氧化反應生成氣態(tài)產(chǎn)物，放出22.67kJ的熱量，其熱化學方程式：。(4)25℃、101kPa下，強酸、強堿的稀溶液發(fā)生中和反應生成1molH2O(l)時，放出57.3kJ的熱量，其熱化學方程式：。答案(1)H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－183kJ·mol－1(2)C(石墨，s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝131.3kJ·mol－1(3)NH3(g)＋eq\f(5,4)O2(g)=NO(g)＋eq\f(3,2)H2O(g)ΔH＝－226.7kJ·mol－1(4)H＋(aq)＋OH－(aq)=H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol－1三、從微觀角度解釋化學反應中的能量變化1．實例分析化學反應的焓變(1)N2(g)和O2(g)反應生成NO(g)過程中的能量變化如圖所示：由圖可知：化學鍵反應中能量變化斷裂或形成1mol化學鍵的能量變化斷裂或形成化學鍵的總能量變化N≡N吸收946kJ共吸收1444kJO＝O吸收498kJN—O放出632kJ共放出1264kJ結論N2(g)＋O2(g)=2NO(g)的反應熱ΔH＝180kJ·mol－1化學反應過程中形成化學鍵、斷裂化學鍵能量變化可用如圖表示：其中，E1可看作反應物斷裂化學鍵吸收的總能量，E2可看作生成物形成化學鍵放出的總能量，E1與E2的差值表示反應熱。上述反應過程表示該反應為放熱反應。(2)焓變計算公式：ΔH＝E(反應物的總鍵能)－E(生成物的總鍵能)。2．化學變化中的能量變化可為人的生命活動提供能量(1)為人體提供所需能量的三大營養(yǎng)物質是糖類、脂肪和蛋白質，其中脂肪的熱值最大。(2)糖類中只有單糖能直接給人體提供熱量。寫出180g葡萄糖在人體內與氧氣作用，產(chǎn)生2803kJ能量的熱化學方程式：C6H12O6(s)＋6O2(g)=6H2O(l)＋6CO2(g)ΔH＝－2803kJ·mol－1。反應H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)的微觀過程及其能量變化如圖所示。(1)根據(jù)圖中提供的鍵能數(shù)據(jù)，計算1molH2(g)與1molCl2(g)作用生成2molHCl(g)的熱效應。提示斷裂1molH—H鍵需吸收436kJ的能量，斷裂1molCl—Cl鍵需吸收243kJ的能量；形成1molH—Cl鍵會釋放431kJ的能量；所以反應總體上會放出183kJ的能量。(2)從微觀角度看，化學反應中能量變化的主要原因是什么？如何判斷反應是放熱反應還是吸熱反應？提示從微觀角度看，化學反應中能量變化的主要原因是斷裂化學鍵所吸收的能量和形成化學鍵所放出的能量不相等。斷裂化學鍵所吸收總能量(反應物鍵能總和)大的是吸熱反應，形成化學鍵所放出總能量(生成物鍵能總和)大的是放熱反應。1．如圖為N2(g)和O2(g)反應生成NO(g)過程中