高中化学 第一章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量的变化(第1课时)焓变 反应热学案 新人教版选修4

第一章 化学反应与能量

第一节 化学反应与能量的变化

第1课时 焓变 反应热

[学习目标定位] 1.熟知能量转化形式及反应热和焓变的含义、吸热反应和放热反应的本质。2.学会热化学方程式的书写与应用。

一 焓变 反应热

1.化学反应的基本特征：一是物质发生了变化，二是能量发生了变化。

2.H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化如图所示：

由图可知，1 mol H2分子中的化学键断裂吸收的能量是436 kJ，1 mol Cl2分子中的化学键断裂吸收的能量是243 kJ，2 mol HCl分子中的化学键形成释放的能量是862 kJ，则H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应放出的热量为183 kJ。

3.反应热、焓变的概念

(1)反应热是化学反应在一定条件下所释放或吸收的热量，符号是ΔH，单位是kJ·mol－1或kJ/mol。

(2)焓(H)是与内能有关的物理量，焓变(ΔH)是生成物与反应物的焓值差。

4.ΔH的正、负和吸热、放热反应的关系

(1)放热反应是反应完成时，生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量的反应。由于反应后放出热量(释放给环境)而使反应体系的能量降低，故ΔH<(填“<”或“>”)0，即ΔH为－(填“＋”或“－”)。

(2)吸热反应是反应完成时，生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量的反应。由于反应时吸收环境能量而使反应体系的能量升高，故ΔH>(填“<”或“>”)0，即ΔH为＋(填“＋”或“－”)。

5.有下列反应：①氧化钙与水反应 ②碳酸氢钠受热分解

③硫酸与氢氧化钠溶液混合 ④燃烧煤炭取暖 ⑤钠与水反应

⑥胆矾受热失去结晶水，其中为吸热反应的是②⑥，放热反应的是①③④⑤。

归纳总结

1.反应热与焓变的关系

2.焓变与物质化学键断裂与形成的关系

ΔH＝反应物总键能－生成物总键能。

3.焓变与反应物、生成物能量的关系

ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。

1.化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示。下列有关叙述正确的是( )

A.每生成2 mol AB(g)吸收b kJ热量

B.反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1

C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

D.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键，放出a kJ能量

答案 B

解析 根据图像可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应是吸热反应，每生成2

mol AB(g)吸收(a－b) kJ热量，A、C项错误；根据反应热等于生成物总能量与反应物总能量的差值可知，该反应热ΔH＝＋(a－b) kJ·mol－1，B项正确；化学键断裂吸收能量，D项错误。

2.某些化学键的键能(kJ·mol－1)如下表：

键 H—H Br—Br I—I Cl—Cl H—Cl H—I H—Br

键能

436 193 151 247 431 299 366

(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，放出的热量为 kJ。

(2)在一定条件下，1 mol H2分别与足量的Cl2、Br2、I2反应，放出热量由多到少的顺序是

(填字母)。

A.Cl2>Br2>I2 B.I2>Br2>Cl2

答案 (1)179 (2)A

解析 本题涉及键能与吸、放热的关系，考查了键能与反应热的定量关系。(1)1 mol H2在2 mol Cl2中燃烧，参加反应的H2和Cl2都是1 mol，生成2 mol HCl，则放出热量：436 kJ·mol－1×1

mol＋247 kJ·mol－1×1 mol－431 kJ·mol－1×2 mol＝－179 kJ。(2)反应H2＋X2===2HX中，若1 mol H2和1 mol X2反应生成2 mol HX，就有1 mol H—H键和1 mol X—X键断裂，2 mol H—X键形成。放出的热量Q(HX)＝E(H—H)＋E(X—X)－2·E(H—X)。将表中数据代入可算得：Q(HCl)

二 热化学方程式

1.氢气与碘蒸气化合反应的能量(或热量)变化，可用下式表示：H2(g)＋I2(g)=====200 ℃101 kPa2HI(g)

ΔH＝－14.9 kJ·mol－1，它与化学方程式H2＋I2△2HI相比较而言，其特点为

(1)指明了反应时的温度和压强：若在25 ℃、101 kPa时进行的反应，可以不注明。

(2)用括号注明了各物质反应时的状态：s(固体)、l(液体)、g(气体)、aq(溶液)。

(3)在方程式的右边注明了ΔH的数值、正负号及单位。

2.热化学方程式的概念及意义

(1)热化学方程式是表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。

(2)热化学方程式的意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化，还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。

例如：

H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1表示的意义是在25 ℃、101 kPa下，1 mol气态H2与12 mol气态O2反应生成1 mol液态水时，放出的热量是285.8 kJ。

3.热化学方程式的书写方法要求

(1)遵循一般化学方程式的书写规则(一般不写反应条件)。

(2)在方程式右端注明热量的变化：吸热反应，ΔH>0；放热反应，ΔH<0。

(3)要注明反应物和生成物的聚集状态。

(4)化学计量数只表示物质的量，因此可以是整数，也可以是分数。

(5)化学计量数改变，ΔH要相应改变；逆反应的ΔH数值与正反应的相等、符号相反。

归纳总结

热化学方程式与普通化学方程式的区别

普通化学方程式 热化学方程式

化学计量数 是整数，既表示微粒个数又表示该物质的物质的量 可以是整数也可以是分数，只表示物质的物质的量

状态 不要求注明 必须在分子式后注明

ΔH正负号及单位 无 必须注明

意义 表明了化学反应中的物质变化 不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化

遵循规律 原子守恒 原子守恒和能量守恒

3.下列对H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH(298 K)＝－184.6 kJ·mol－1的叙述正确的是( )

A.1分子H2和Cl2反应，放出热量184.6 kJ

B.1 mol H2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)，放出的热量为184.6 kJ

C.在101 kPa、25 ℃的条件下，1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)放出的热量为184.6 kJ

D.在101 kPa、25 ℃的条件下，1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)完全反应生成2 mol HCl(g)吸收的热量为184.6 kJ

答案 C

解析 反应方程式中ΔH的值与具体化学反应相对应，在反应中各物质前的化学计量数不再表示粒子数目，只表示物质的“物质的量”，A错误；在描述反应时应说明外界条件，而B中没有温度和压强，B错误；ΔH＜0时，反应放热而非吸热，D错误。

4.依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

(1)1 mol N2(g)与适量H2(g)反应，生成NH3(g)，放出92.2 kJ热量。

(2)1 mol Cu(s)与适量O2(g)反应，生成CuO(s)，放出157 kJ热量。

答案 (1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－92.2 kJ·mol－1

(2)Cu(s)＋12O2(g)===CuO(s) ΔH＝－157 kJ·mol－1

解析

此类题的思路：首先根据题意写出物质的变化过程，如(1)中：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并定N2前化学计量数为1，此时的ΔH即为－92.2 kJ·mol－1，再在前部分的基础上加上ΔH＝－92.2 kJ·mol－1即可。

概念和意义书写和判断热化学方程式←――表示方法化学反应与能量 反应热和焓变吸热反应放热反应

1.CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是( )

A.该反应为吸热反应

B.CO(g)和H2O(g)具有的总能量大于CO2(g)和H2(g)具有的总能量

C.该反应不需要加热就能进行

D.1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量

答案 B

解析 由能量变化可知，生成物的总能量比反应物的总能量低，该反应为放热反应，但并不是不需要加热；当1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)时，要吸收41 kJ热量。

2.热化学方程式C(s)＋H2O(g)=== CO(g)＋H2(g)

ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1表示( )

A.碳和水反应吸收131.3 kJ能量

B.1 mol碳和1 mol水反应生成1 mol一氧化碳和1 mol氢气并吸收131.3 kJ热量

C.1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气，吸收热量131.3

kJ

D.1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3 kJ

答案 C

解析 依据反应热的概念，反应热表示按照热化学方程式中化学计量数的物质的量反应时，吸收或放出的热量，单位是kJ·mol－1，该热化学方程式表示：1 mol固态碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol一氧化碳气体和1 mol氢气，并吸收131.3 kJ的热量。特别要指明各物质的状态。

3.下列热化学方程式或叙述正确的是( )

A.1 mol液态肼(N2H4)在足量氧气中完全燃烧生成水蒸气，放出642 kJ热量：N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝＋642 kJ·mol－1

B.12 g石墨转化为CO时，放出110.5 kJ热量：2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－110.5

kJ·mol－1

C.已知：H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH＝－286 kJ·mol－1，则2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH＝＋572 kJ·mol－1

D.已知：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，则在一定条件下向密闭容器中充入0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)充分反应放出46.2 kJ的热量

答案 C

解析 A项，放出热量，ΔH<0，正确的热化学方程式为N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－642 kJ·mol－1；B项，2C(石墨，s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔH应是2 mol，即24 g石墨转化为CO时的反应热，即ΔH＝－221 kJ·mol－1；C项，根据热化学方程式的含义知，若化学方程式中各物质的化学计量数加倍，则ΔH数值也加倍；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但绝对值不变，据此可判断该项正确；D项，N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.4

kJ·mol－1表示1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时放出92.4 kJ的热量，但合成氨反应是可逆反应，0.5 mol N2(g)与1.5 mol H2(g)充分反应后生成的NH3(g)的物质的量小于1 mol，故放出的热量小于46.2 kJ。