2024-2025學(xué)年高中化學(xué)第一章化學(xué)反應(yīng)與能量第一節(jié)第1課時(shí)焓變反應(yīng)熱學(xué)案新人教版選修4

PAGE12-第1課時(shí)焓變反應(yīng)熱學(xué)習(xí)目標(biāo)核心素養(yǎng)1.知道化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的緣由和常見的能量轉(zhuǎn)化形式。2．記住常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)。3．理解反應(yīng)熱和焓變的含義，會(huì)用反應(yīng)熱的表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。4．能結(jié)合能量改變圖像分析放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)。1.宏觀辨識(shí)與微觀探析：能從宏觀和微觀的角度理解化學(xué)反應(yīng)中能量改變的本質(zhì)。2．改變觀念與平衡思想：能辨識(shí)化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化形式，形成能量是可以相互轉(zhuǎn)化的觀念，體會(huì)引入焓變概念的價(jià)值。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(diǎn)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(diǎn)一吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)1．放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的比較放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)定義放出熱量的化學(xué)反應(yīng)汲取熱量的化學(xué)反應(yīng)形成緣由反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量與化學(xué)鍵強(qiáng)弱的關(guān)系生成物分子成鍵時(shí)釋放的總能量大于反應(yīng)物分子斷鍵時(shí)汲取的總能量生成物分子成鍵時(shí)釋放的總能量小于反應(yīng)物分子斷鍵時(shí)汲取的總能量表示方法ΔH<0ΔH>0圖像表示說明1.(1)對(duì)于放熱反應(yīng)，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，即ΔH為“－”。(2)對(duì)于吸熱反應(yīng)，由于反應(yīng)汲取來自環(huán)境的能量而使反應(yīng)體系的能量上升，故ΔH>0，即ΔH為“＋”。2．同一個(gè)反應(yīng)向正逆兩個(gè)方向進(jìn)行時(shí)，一個(gè)方向釋放能量，另一個(gè)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(yīng)和放熱反應(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．吸熱反應(yīng)和放熱反應(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(shí)，反應(yīng)吸熱，當(dāng)ΔH<0時(shí)，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(shí)，反應(yīng)吸熱，當(dāng)ΔH<0時(shí)，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?。簧晌锏逆I能越大，穩(wěn)定性越強(qiáng)，形成它釋放的能量就越大，所以當(dāng)ΔH>0時(shí)，反應(yīng)吸熱，當(dāng)ΔH<0時(shí)，反應(yīng)放熱。④依據(jù)反應(yīng)物和生成物的相對(duì)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(gè)化學(xué)反應(yīng)起先須要加熱，而停止加熱后，反應(yīng)亦可進(jìn)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(jìn)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＋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(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(shí)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(shí)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(jiǎn)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(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＋CO2eq\o(=,\s\up17(高溫))2CO；也可能是放熱反應(yīng)，如C＋O2eq\o(=,\s\up17(點(diǎn)燃))CO2(移去熱源后仍能進(jìn)行)。持續(xù)加熱才能接著進(jìn)行的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。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(duì)大小確定的。【例1】化學(xué)反應(yīng)A2＋B2=2AB的能量改變?nèi)鐖D所示，則下列說法正確的是()A．該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)B．?dāng)嗔?molA—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(yīng)吸熱還是放熱時(shí)，只需比較起始和終了狀態(tài)的能量凹凸，起始時(shí)能量高于結(jié)束時(shí)的能量，反應(yīng)放熱，反之吸熱。圖中最高處并不是反應(yīng)結(jié)束，而是反應(yīng)的過渡階段?！窘馕觥繌哪芰扛淖儓D上可以看出，反應(yīng)物總能量高于生成物總能量，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，A、D錯(cuò)；反應(yīng)物斷鍵時(shí)要汲取能量，B錯(cuò)；形成化學(xué)鍵要放出能量，C正確。【答案】C依據(jù)下圖供應(yīng)的信息，下列所得結(jié)論不正確的是(D)A．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B．該圖可以表示石灰石高溫分解C．反應(yīng)物比生成物穩(wěn)定D．因?yàn)樯晌锏目偰芰扛哂诜磻?yīng)物的總能量，所以該反應(yīng)肯定須要加熱解析：A.反應(yīng)物總能量低于生成物總能量，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，A正確；B.石灰石高溫分解是吸熱反應(yīng)，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(yīng)物比生成物穩(wěn)定，C正確；D.反應(yīng)條件與反應(yīng)是放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng)沒有關(guān)系，D錯(cuò)誤，答案選D。探究點(diǎn)二ΔH的含義和簡(jiǎn)潔計(jì)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(1)eq\x(\a\al(化學(xué)性質(zhì)越,活潑穩(wěn)定))eq\x(\a\al(物質(zhì)本身固有,能量越高低))eq\x(\a\al(化學(xué)鍵總鍵,能越小大))eq\x(\a\al(生成時(shí)釋放或破壞時(shí),汲取能量越小大))(2)同一種物質(zhì)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(xué)性質(zhì)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(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定))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(xì)物質(zhì)反應(yīng)時(shí)伴隨的能量改變是多少kJ，而是指給定形式的詳細(xì)反應(yīng)以各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)來計(jì)量其物質(zhì)的量時(shí)伴隨的能量改變。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(jiǎn)潔計(jì)算(1)由反應(yīng)物、生成物的能量計(jì)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(jì)算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(huì)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(duì)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?】已知某化學(xué)反應(yīng)A2(g)＋2B2(g)=2AB2(g)(AB2的分子結(jié)構(gòu)為B—A—B)的能量改變?nèi)鐖D所示。下列有關(guān)敘述中正確的是()A．該反應(yīng)的進(jìn)行肯定須要加熱B．該反應(yīng)的ΔH＝－(E1－E2)kJ/molC．該反應(yīng)中反應(yīng)物的鍵能總和大于生成物的鍵能總和D．?dāng)嗔?molA—A鍵和2molB—B鍵放出E1kJ能量【思路分析】對(duì)于放熱反應(yīng)，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，吸熱反應(yīng)則反之；焓變等于反應(yīng)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(yīng)物的總能量?！窘馕觥坑蓤D可知該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，但吸熱反應(yīng)不肯定須要加熱，A錯(cuò)誤。該反應(yīng)的發(fā)生須要先破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵，汲取E1kJ的能量，再形成生成物中的化學(xué)鍵，釋放E2kJ的能量，則反應(yīng)的ΔH＝(E1－E2)kJ/mol，B錯(cuò)誤。焓變等于反應(yīng)物的總鍵能與生成物的總鍵能之差，又由于該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，即焓變?chǔ)>0，所以反應(yīng)物的總鍵能大于生成物的總鍵能，C正確。斷裂化學(xué)鍵須要吸熱，D錯(cuò)誤?！敬鸢浮緾依據(jù)下圖所示的N2(g)和O2(g)反應(yīng)生成NO(g)過程中能量改變狀況，推斷下列說法錯(cuò)誤的是(D)A．直觀看，該反應(yīng)中反應(yīng)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(jié)合生成O2(g)時(shí)，能放出498kJ能量C．?dāng)嗔?molNO分子中的化學(xué)鍵，須要汲取632kJ能量D．反應(yīng)N2＋O2=2NO的反應(yīng)熱ΔH＝＋180kJ·mol－1解析：A.直觀看，該反應(yīng)中反應(yīng)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(fù)相反，故B、C正確；D.熱化學(xué)方程式中的物質(zhì)須要標(biāo)明狀態(tài)，故D錯(cuò)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(shí)的能量改變B．當(dāng)反應(yīng)放熱時(shí)ΔH>0，反應(yīng)吸熱時(shí)ΔH<0C．一個(gè)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(shí)，反應(yīng)放熱，ΔH為“－”D．一個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，生成物總鍵能大于反應(yīng)物的總鍵能時(shí)，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(xì)的反應(yīng)，不肯定指參與反應(yīng)的物質(zhì)，A錯(cuò)；反應(yīng)放熱時(shí)ΔH<0，反應(yīng)吸熱時(shí)ΔH>0，B錯(cuò)；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(duì)；化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊化學(xué)鍵的斷裂，新化學(xué)鍵的形成，斷鍵時(shí)汲取能量，成鍵時(shí)放熱，所以D錯(cuò)。2．下列關(guān)于ΔH的說法正確的是(D)A．反應(yīng)過程中，消耗的反應(yīng)物越多，ΔH越大B．ΔH>0時(shí)反應(yīng)放熱，ΔH<0時(shí)反應(yīng)吸熱C．ΔH越大，說明反應(yīng)放出的熱量越多D．能量改變?nèi)鐖D所示的化學(xué)反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH為“－”解析：A項(xiàng)，ΔH與化學(xué)方程式中的化學(xué)計(jì)量數(shù)有關(guān)，與反應(yīng)物的用量無關(guān)，A項(xiàng)錯(cuò)誤。B項(xiàng)，ΔH>0時(shí)反應(yīng)吸熱，ΔH<0時(shí)反應(yīng)放熱，B項(xiàng)錯(cuò)誤。C項(xiàng)，反應(yīng)熱有正、負(fù)，反應(yīng)放出的熱量越多，ΔH越小，反應(yīng)汲取的熱量越多，ΔH越大，C項(xiàng)錯(cuò)誤。D項(xiàng)，由于反應(yīng)物的總焓大于生成物的總焓，故由反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物時(shí)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，ΔH為“－”，D項(xiàng)正確。3．下列改變中，屬于吸熱反應(yīng)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(yīng)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(yīng)A．①②④⑥⑦⑧⑨B．②④⑥⑦⑧⑨C．①④⑥⑧D．①②④⑧⑨解析：①③屬于物理改變，不屬于化學(xué)反應(yīng)，CaO與水反應(yīng)生成Ca(OH)2，產(chǎn)生大量熱，屬于放熱反應(yīng)。⑩金屬與酸的反應(yīng)一般為放熱反應(yīng)。4．下列說法正確的是(D)A．反應(yīng)熱就是反應(yīng)中放出的能量B．在任何條件下，化學(xué)反應(yīng)的焓變都等于化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)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(yīng)過程中所放出或汲取的熱量都是反應(yīng)熱，因此A錯(cuò)；等壓條件下的反應(yīng)熱在不做其他功的狀況下，才等于焓變，故B錯(cuò)；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(cuò)；因?yàn)榱蚬腆w變?yōu)榱蛘魵庖鼰幔缘攘康牧蛘魵夂土蚬腆w分別完全燃燒，前者放出的熱量多，故D正確。5．反應(yīng)A＋B→C(ΔH<0)分兩步進(jìn)行：①A＋B→X(ΔH>0)，②X→C(ΔH<0)。下列示意圖中，能正確表示總反應(yīng)過