2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題一化學(xué)反應(yīng)與能量變化第一單元第1課時化學(xué)反應(yīng)的焓變學(xué)案蘇教版選修4

PAGE15-專題一化學(xué)反應(yīng)與能量改變第一單元化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)或許你用過暖手寶，寒冷的冬日，把暖手寶攥在手里，抱在懷中，輕輕一搓，暖乎乎如同雪中送炭；熱身貼也是時興的一種保暖用品，其運用便利，撕開外袋，取出內(nèi)袋，不需揉搓，剝離后面的襯紙，然后在內(nèi)衣相應(yīng)部位一貼，立即就能發(fā)熱，持續(xù)時間超過10個小時。你知道暖手寶、熱身貼的發(fā)熱原理嗎？讓我們一起走進本單元，從中找尋答案吧！第1課時化學(xué)反應(yīng)的焓變一、焓變反應(yīng)熱1．焓變①焓(H)：與內(nèi)能有關(guān)的物理量。②焓變(ΔH)：生成物與反應(yīng)物的焓值差，確定了某一化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)。2．反應(yīng)熱①概念：化學(xué)反應(yīng)過程中所放出或汲取的能量。②與焓變的關(guān)系：恒壓條件下的反應(yīng)熱等于焓變，單位kJ·mol－1。二、化學(xué)反應(yīng)過程中能量改變的緣由1．微觀角度①化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)及特點②舉例(以H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)反應(yīng)的能量改變?yōu)槔?2.宏觀角度3．結(jié)論：ΔH＝生成物總能量－反應(yīng)物總能量＝反應(yīng)物鍵能總和－生成物鍵能總和三、化學(xué)反應(yīng)過程中能量改變的表示2．舉例1molC和1molH2O(g)反應(yīng)生成1molCO和1molH2，需汲取131.5kJ的熱量，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH＝＋131.5_kJ·mol－1。探究點一放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)1．放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的比較2.常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)(1)常見的放熱反應(yīng)①全部的燃燒反應(yīng)：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(yīng)：H＋＋OH－=H2O。③大多數(shù)化合反應(yīng)。特例：C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高溫))2CO(吸熱反應(yīng))。④鋁熱反應(yīng)：如2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高溫))Al2O3＋2Fe。⑤金屬與酸的反應(yīng)：如Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑。(2)常見的吸熱反應(yīng)①大多數(shù)分解反應(yīng)：如NH4Cleq\o(=,\s\up17(△))NH3↑＋HCl↑。②以C、H2、CO為還原劑的氧化還原反應(yīng)：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(yīng)：如Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。3．放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的推斷(1)理論分析推斷法①ΔH＝化學(xué)鍵斷裂汲取的能量－化學(xué)鍵生成釋放的能量，當(dāng)ΔH>0時，反應(yīng)吸熱，當(dāng)ΔH<0時，反應(yīng)放熱。②ΔH＝生成物具有的總能量－反應(yīng)物具有的總能量，當(dāng)ΔH>0時，反應(yīng)吸熱，當(dāng)ΔH<0時，反應(yīng)放熱。③ΔH＝反應(yīng)物的鍵能之和－生成物的鍵能之和。反應(yīng)物的鍵能越小，穩(wěn)定性越弱，破壞它須要的能量就越??；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(dāng)ΔH>0時，反應(yīng)吸熱，當(dāng)ΔH<0時，反應(yīng)放熱。④依據(jù)反應(yīng)物和生成物的相對穩(wěn)定性推斷：由穩(wěn)定的物質(zhì)生成不穩(wěn)定的物質(zhì)的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反之為放熱反應(yīng)。(2)反應(yīng)條件推斷法一個化學(xué)反應(yīng)起先須要加熱，而停止加熱后，反應(yīng)亦可進行，則為放熱反應(yīng)；若反應(yīng)須要持續(xù)不斷地加熱才能進行，則為吸熱反應(yīng)。(3)依據(jù)規(guī)律推斷法①常見的放熱反應(yīng)類型有：a.金屬與H2O或酸的反應(yīng)；b.酸堿中和反應(yīng)；c.燃燒反應(yīng)；d.多數(shù)化合反應(yīng)。②常見的吸熱反應(yīng)類型有：a.多數(shù)分解反應(yīng)；b.C參與的一些反應(yīng)，如C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up17(高溫))CO＋H2、CO2＋Ceq\o(=,\s\up17(高溫))2CO；c.NH4Cl與Ba(OH)2的反應(yīng)。1．有能量改變的過程不是發(fā)生吸熱反應(yīng)就是發(fā)生放熱反應(yīng)嗎？提示：不能將反應(yīng)類型(放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng))與能量改變過程等同起來?；瘜W(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)。如NaOH固體溶于水、水蒸氣轉(zhuǎn)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(yīng)；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(yīng)。2．須要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)肯定是吸熱反應(yīng)，放熱反應(yīng)在常溫條件下肯定很簡潔發(fā)生嗎？提示：反應(yīng)的熱效應(yīng)與反應(yīng)的條件無必定聯(lián)系。常溫下能進行的反應(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)]。加熱條件下進行的反應(yīng)，可能是吸熱反應(yīng)，如C＋CO2eq\o(=,\s\up17(高溫))2CO；也可能是放熱反應(yīng)，如C＋O2eq\o(=,\s\up17(點燃))CO2(移去熱源后仍能進行)。吸熱反應(yīng)必需持續(xù)加熱才能接著進行。所以，反應(yīng)吸熱還是放熱是由反應(yīng)物總能量與生成物總能量的相對大小確定的?！纠?】下列說法正確的是()A．化學(xué)反應(yīng)除了生成新物質(zhì)外，還伴隨著能量的改變B．依據(jù)能量守恒定律，反應(yīng)物的總能量肯定等于生成物的總能量C．放熱的化學(xué)反應(yīng)不須要加熱就能發(fā)生D．吸熱反應(yīng)不加熱就不會發(fā)生【解析】化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)特征是有新物質(zhì)生成，形成新化學(xué)鍵釋放的能量與斷裂舊化學(xué)鍵汲取的能量不相等，所以化學(xué)反應(yīng)除了生成新物質(zhì)外，還伴隨著能量的改變，故A正確；化學(xué)反應(yīng)中生成物的總能量不等于反應(yīng)物的總能量，反應(yīng)前后的能量差值為化學(xué)反應(yīng)中的能量改變，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，否則為吸熱反應(yīng)，故B錯誤；放熱反應(yīng)有的需加熱，如木炭的燃燒是一個放熱反應(yīng)，但須要點燃，點燃的目的是使可燃物達到著火點，故C錯誤；Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，但不須要加熱就可發(fā)生，故D錯誤。【答案】A下列圖示涉及的改變過程為吸熱反應(yīng)的是(A)解析：吸熱反應(yīng)是反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量的反應(yīng)。B項反應(yīng)過程中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，所涉及的改變過程為放熱反應(yīng)；C項所涉及的改變過程是物理改變；D項所涉及的改變過程為放熱反應(yīng)。探究點二ΔH的含義和簡潔計算1．反應(yīng)熱與物質(zhì)固有能量、化學(xué)穩(wěn)定性、鍵能之間的關(guān)系2．反應(yīng)熱的單位kJ/mol或kJ·mol－1的含義并不是指每1mol詳細物質(zhì)反應(yīng)時伴隨的能量改變是多少kJ，而是指給定形式的詳細反應(yīng)以各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)來計算其物質(zhì)的量時伴隨的能量改變。反應(yīng)式中的“mol－1”不能理解為每摩爾反應(yīng)物或生成物，可以理解為“每摩爾反應(yīng)”。例如，反應(yīng)2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)的ΔH＝－571.6kJ·mol－1，是指每摩爾反應(yīng)——“2molH2(g)與1molO2(g)反應(yīng)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(yīng)——“1molH2(g)與eq\f(1,2)molO2(g)反應(yīng)生成1molH2O(l)”的焓變。3．ΔH的簡潔計算(1)由反應(yīng)物、生成物的能量計算ΔH①理論分析假如反應(yīng)物所具有的總能量大于生成物所具有的總能量，那么由反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物時能量主要以熱能形式放出，這是放熱反應(yīng)。反之，假如反應(yīng)物所具有的總能量小于生成物所具有的總能量，反應(yīng)物就須要汲取能量才能轉(zhuǎn)化為生成物，這是吸熱反應(yīng)(如圖)。②由反應(yīng)物與生成物的總能量計算ΔHΔH＝E(生成物)－E(反應(yīng)物)若E(生成物)<E(反應(yīng)物)，ΔH<0，為放熱反應(yīng)。若E(生成物)>E(反應(yīng)物)，ΔH>0，為吸熱反應(yīng)。(2)由鍵能計算ΔH①理論分析?組成物質(zhì)的原子(或原子團)之間是通過化學(xué)鍵相結(jié)合的。?當(dāng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，斷開反應(yīng)物中的化學(xué)鍵要汲取能量，而形成生成物中的化學(xué)鍵要放出能量。?反應(yīng)熱取決于反應(yīng)物中化學(xué)鍵斷裂時所汲取的能量和生成物中化學(xué)鍵形成時所放出的能量的相對大小。E總吸>E總放，反應(yīng)汲取能量，汲取的能量ΔE＝E總吸－E總放；E總吸<E總放，反應(yīng)釋放能量，釋放的能量ΔE＝E總放－E總吸。②由鍵能求ΔHΔH＝斷裂化學(xué)鍵汲取的總能量－形成化學(xué)鍵所釋放的總能量ΔH＝反應(yīng)物的鍵能總和－生成物的鍵能總和反應(yīng)物的鍵能總和>生成物的鍵能總和，反應(yīng)吸熱；反應(yīng)物的鍵能總和<生成物的鍵能總和，反應(yīng)放熱。1．“任何化學(xué)反應(yīng)均伴隨舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成，所以任何化學(xué)反應(yīng)均有反應(yīng)熱”。這句話正確嗎？提示：正確。能量的改變與鍵能有關(guān)，反應(yīng)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(yīng)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(xué)反應(yīng)中都會伴隨能量的改變。2．反應(yīng)的焓變與反應(yīng)熱有什么關(guān)系，二者肯定相等嗎？提示：(1)我們可以借助于反應(yīng)焓變示意圖理解反應(yīng)焓變與反應(yīng)熱之間的關(guān)系。ΔH＝E(生成物)－E(反應(yīng)物)(2)對于等壓條件下的化學(xué)反應(yīng)，若只存在化學(xué)能與熱能之間的相互轉(zhuǎn)化，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱等于焓變，表示為Qp＝ΔH(Qp為等壓反應(yīng)熱)?！纠?】某化學(xué)反應(yīng)的能量改變?nèi)鐖D所示。下列有關(guān)敘述正確的是()A．該反應(yīng)為放熱反應(yīng)B．E2kJ·mol－1可表示形成新的化學(xué)鍵所釋放的能量C．該反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH＝(E1－E2)kJ·mol－1D．加入催化劑可同時降低E1、E2【解析】A項，反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，A項錯誤。B項，E2kJ·mol－1可表示斷裂舊化學(xué)鍵所汲取的能量，B項錯誤。C項，該反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH＝＋(E2－E1)kJ·mol－1，C項錯誤。D項，加入催化劑能同時降低正、逆反應(yīng)的活化能，D項正確。【答案】D已知：①4NH3(g)＋3O2(g)=2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1269kJ·mol－1②下列說法正確的是(B)A．?dāng)嚅_1molO—O鍵比斷開1molN—N鍵所需能量少448kJB．?dāng)嚅_1molH—O鍵與斷開1molH—N鍵所需能量相差約72.6kJC．由以上鍵能的信息可知H2O的沸點比NH3高D．由元素非金屬性的強弱可知H—O鍵的穩(wěn)定性比H—N鍵弱解析：依據(jù)②可知斷開1molO=O鍵比斷開1molN≡N鍵所需能量少448kJ，A項錯誤；已知4NH3(g)＋3O2(g)=2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1269kJ·mol－1，則12E(H—N)＋3×498kJ·mol－1－2×946kJ·mol－1－12E(H—O)＝－1269kJ·mol－1，得E(H—O)－E(H—N)≈72.6kJ·mol－1，所以斷開1molH—O鍵與斷開1molH—N鍵所需能量相差約72.6kJ，B項正確；物質(zhì)的沸點與鍵能大小無關(guān)，沸點與分子間作用力及氫鍵有關(guān)，C項錯誤；元素的非金屬性越強，與H元素形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定，由非金屬性：O>N，可知H—O鍵比H—N鍵的穩(wěn)定性強，D項錯誤。1．下列說法正確的是(C)A．焓變單位中kJ·mol－1，是指1mol物質(zhì)參與反應(yīng)時的能量改變B．當(dāng)反應(yīng)放熱時ΔH>0，反應(yīng)吸熱時ΔH<0C．一個化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時，反應(yīng)放熱，ΔH為“－”D．一個化學(xué)反應(yīng)中，生成物總鍵能大于反應(yīng)物的總鍵能時，反應(yīng)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(yīng)，不肯定指參與反應(yīng)的物質(zhì)，A錯；在反應(yīng)中物質(zhì)所具有的總能量削減，反應(yīng)就放熱，反之就吸熱，C對；化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是舊化學(xué)鍵的斷裂，新化學(xué)鍵的形成，斷鍵時汲取能量，成鍵時放熱，所以D錯。2．下列說法錯誤的是(C)①化學(xué)反應(yīng)除了生成新物質(zhì)外，還伴隨著能量的改變②放熱反應(yīng)不須要加熱就能發(fā)生③須要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)④化學(xué)反應(yīng)放熱還是吸熱，確定于生成物具有的總能量和反應(yīng)物具有的總能量的大小⑤反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量時，發(fā)生放熱反應(yīng)⑥反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量時，發(fā)生吸熱反應(yīng)⑦化學(xué)反應(yīng)中的能量改變都表現(xiàn)為熱量的改變A．①②③④⑤⑥ B．②③C．②③⑦ D．①④⑤⑥解析：此題從多個角度考查放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的定義和實質(zhì)?；瘜W(xué)反應(yīng)中的能量改變通常表現(xiàn)為熱量的改變，除此之外，還可以以光、熱、電能等形式表現(xiàn)出來。3．下列反應(yīng)中能量改變與其他不同的是(D)解析：鋁熱反應(yīng)、燃料燃燒、酸堿中和反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，而Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，D項正確。4．最新報道：科學(xué)家首次用X射線激光技術(shù)視察到CO與O在催化劑表面形成化學(xué)鍵的過程。反應(yīng)過程的示意圖如下：下列說法正確的是(C)A．CO和O生成CO2是吸熱反應(yīng)B．在該過程中，CO斷鍵形成C和OC．CO和O生成了具有極性共價鍵的CO2D．狀態(tài)Ⅰ→狀態(tài)Ⅲ表示CO與O2反應(yīng)的過程解析：依據(jù)能量改變示意圖可以推斷該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，A項錯誤；依據(jù)反應(yīng)過程示意圖可以看出CO中的碳氧鍵沒有斷裂，B項錯誤；CO2中含有極性共價鍵，C項正確；狀態(tài)Ⅰ→狀態(tài)Ⅲ表示CO和O形成CO2的過程，D項錯誤。5．化學(xué)反應(yīng)eq\f(1,2)N2＋eq\f(3,2)H2NH3的能量改變?nèi)鐖D所示，下列說法正確的是(B)A．?dāng)嗔?molN≡N鍵和3molH—H鍵，汲取eq\f(1,2)akJ熱量B.eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(l)ΔH＝(a－b－c)kJ·mol－1C．1molN(g)與3molH(g)形成1molNH3(l)，放出bkJ熱量D．液態(tài)氨的能量高于氣態(tài)氨解析：A項，斷裂1molN≡N鍵和3molH—H鍵，汲取2akJ熱量，A項錯誤。B項，由圖可知，eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)的總能量與1molNH3(l)的總能量之差為(b＋c－a)kJ，而反應(yīng)放熱，故B項正確。C項，1molN(g)與3molH(g)形成1molNH3(g)，放出bkJ熱量，進一步形成1mol液態(tài)氨，還會放出ckJ熱量，則1molN(g)與3molH(g)形成1molNH3(l)，放出(b＋c)kJ熱量，C項錯誤。D項，由圖可知，NH3(g)的能量高于NH3(l)的能量，D項錯誤。6．已知：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH，反應(yīng)過程中生成1molCH3OH(g)的能量改變?nèi)鐖D所示。曲線Ⅰ、Ⅱ分別表示無或有催化劑兩種狀況。下列推斷正確的是(D)A．加入催化劑，ΔH變小B．ΔH＝＋91kJ/m