1、第一节 化学反应与能量的变化第 1 课时 焓变 反应热课程目标 核心素养建构1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2.了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。知 识 梳 理一、化学反应的实质与特征1.实质：反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成。2.特征：既有物质变化，又伴有能量变化；能量转化主要表现为热量的变化。二、焓变 反应热1.焓与焓变2.反应热和焓变的关系反应热 焓变含义化学反应中吸收或放出的热量化学反应中生成物所具有的焓与反应物所具有的焓之差二者的相 H 是化学反应在恒定压强下(即敞口容器中进行的化学反应 )互联系 且不与外界进行电能、
2、光能等其他能量的转化时的反应热，即恒压条件下进行的反应的反应热等于焓变 H3.吸热反应和放热反应放热反应：形成生成物释放的总能量大于破坏反应物吸收的总能量。反应放出能量而使体系的能量降低。H 为“”或 H0。吸热反应：形成生成物释放的总能量小于破坏反应物吸收的总能量。反应吸收能量而使体系的能量升高。H 为“”或 H0。【自主思考】1.任何化学反应一定伴随能量的变化吗？提示 一定。2.化学反应放热还是吸热是否与反应条件有关？提示 反应吸热还是放热与是否加热等条件无直接关系。效 果 自 测1.判断正误，正确的画“” ，错误的画“” 。(1)所有的化学反应都伴有能量的变化，伴有能量变化的一定是化学反
3、应。( )(2)反应热是指 1 mol 物质参加反应时的能量变化。( )(3)加热条件下发生的反应均为吸热反应。( )(4)在一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，H 为“” 。( )(5)放热反应的 H0；而吸热反应的 H0。( )答案 (1) (2) (3) (4) (5)2.在一定条件下 A 与 B 反应可生成 C 和 D，其能量变化如下图：(1)若 E1E 2，反应体系的总能量 _(填“升高”或“降低”)，为_(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是_。(2)若 E1E 2，反应体系的总能量 _(填“升高”或“降低”)，为_(填“吸热”或“放热”)反应，其原因是
4、_。答案 (1)降低 放热 反应物的部分内能通过化学反应转化为热能释放给环境(2)升高 吸热 反应物从环境中吸收能量探究一、反应热与自身能量、化学键的关系及简单计算【合作交流】1.若反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应还是吸热反应？提示 放热反应。2.反应热与化学键键能有何关系？提示 反应热断裂化学键吸收的总能量形成化学键放出的总能量。【点拨提升】1.反应热与自身能量的关系2.化学键与化学反应中能量变化的关系化学反应过程是原子重新组合的过程，反应物分子内化学键的断裂需要吸收能量，生成新物质时形成新的化学键要放出能量。二者的能量差，就决定了能量的变化。(1)当 E1E 2 时，反应
5、吸收能量；(2)当 E1E 2 时，反应释放能量。3.H 的计算方法(1)H生成物所具有的总能量反应物所具有的总能量。(2)H断键吸收的总能量成键释放的总能量。【特别提醒】 (1)破坏反应物中的化学键吸收的能量越小，说明反应物越不稳定，本身的能量越高。(2)形成生成物的化学键放出的能量越多，说明生成物越稳定，本身的能量越低。【典题例证 1】 下列说法正确的是( )A.焓变单位中 kJmol1 ，是指 1 mol 物质参加反应时的能量变化B.当反应放热时 H0，反应吸热时 H0C.一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，H 为“”D.一个化学反应中，生成物总键能大于反应物
6、的总键能时，反应吸热， H 为“”解析 焓变单位中的 kJmol1 ，是指每摩尔具体的反应，不一定指参加反应的物质，A 错；在反应中物质所具有的总能量减少，反应就放热，反之就吸热，C 对；化学反应的实质是旧化学键的断裂，新化学键的形成，断键时吸收能量，成键时释放能量，所以 D 错。答案 C【变式训练 1】 已知化学反应 A2(g)B 2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示，判断下列叙述中正确的是( )A.每生成 2 分子 AB 吸收 b kJ 热量B.该反应热 H(ab) kJmol 1C.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 AA 键和 1 mol BB 键，放出
7、a kJ 能量解析 观察题给图像可以得到，上述反应的反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，其中反应热 H(ab) kJmol1 。化学反应过程中，化学键断裂为吸热过程，化学键形成为放热过程。答案 B探究二、吸热反应与放热反应比较【合作交流】1.需加热的反应一定是吸热反应吗？常温下进行的反应一定是放热反应吗？提示 不一定。2.常见的吸热和放热反应有哪些？提示 常见的吸热反应：大多数分解反应，Ba(OH)8H 2O 与 NH4Cl 反应、C 或CO 与 CuO、CO 2或 H2O(g)的反应等。常见的放热反应：中和反应、金属与水或酸、燃烧、化合反应(大多数)、铝热反应等。【点拨提升】类型比
8、较 放热反应 吸热反应图示实例大多数化合反应中和反应金属与水或酸的反应大多数分解反应Ba(OH) 28H2O 晶体与氯化铵的反应燃烧反应铝热反应以 C、CO 为还原剂的氧化还原反应(除燃烧)【特别提醒】 吸热反应与放热反应与条件无必然的联系。需加热的反应不一定是吸热反应。有的反应开始时需加热，但反应发生后会放出一定的热量，能够维持该反应继续进行，如 CO 2 CO2。= = = = =点 燃 【典题例证 2】 由图分析，下列说法正确的是( )A.ABC 和 BCA 两个反应吸收或放出的能量不等B.ABC H0C.A 具有的焓高于 B 和 C 具有的焓的总和D.ABC H0，则 BCA H0解析
9、 由图可看出，B 和 C 的焓之和高于 A 的焓，则反应 BCA 一定是放热反应，H0；反之，ABC 的反应一定是吸热反应。根据能量守恒定律，两反应吸收和放出的能量一定相等。答案 D【变式训练 2】 下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( )A.碳酸钙受热分解 B.乙醇的燃烧C.铝粉与氧化铁粉末反应 D.氧化钙与水反应解析 生成物总能量高于反应物总能量，则该反应是吸热反应。常见的吸热反应有水煤气的制取、大多数的分解反应、C 与 CO2的反应等。答案 A1.已知：能量越低的物质就越稳定，白磷转化成红磷是放热反应。据此，下列判断或说法中正确的是( )A.在相同的条件下，红磷比白磷能量高B.在
10、相同的条件下，白磷比红磷稳定C.红磷和白磷的结构不同D.红磷容易发生自燃而白磷则不会自燃解析 白磷转化成红磷是放热反应，故白磷的能量比红磷的高。能量越高物质越不稳定，则 A、B、D 都不正确。答案 C2.下列说法中不正确的是( )A.分解反应大多数是吸热反应B.氢氧化钾与硝酸的反应是放热反应C.燃料有足够的空气就能充分燃烧D.放热反应的过程，都可以看成是“贮存”在物质内部的能量转化为热能、光能、电能等被释放出来的过程解析 分解反应大多需提供热量破坏化学键，因而多数是吸热反应，A 项正确；酸碱中和反应是典型的放热反应，B 项正确；物质要燃烧，首先要达到着火点，即达到所需要的温度，其次要有足够的空
11、气或其他反应物，C 项错误；因化学反应的过程是“贮存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来的过程，或者是热能、电能或光能转化为物质内部的能量(化学能)被储存起来的过程，D 项正确。答案 C3.下列说法正确的是( )A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应B.化学反应中的能量变化都表现为热量变化C.任何放热反应在常温下一定能发生D.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热解析 化学反应的能量变化可以表现为很多方面，如转化为热能、电能、光能等。反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和吸热反应都是在一定条件下发生的，反应开始需要
12、加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。答案 D4.我国成功发射的“天宫一号”飞行器的外壳覆盖了一种新型结构陶瓷材料，其主要成分是氮化硅，该陶瓷材料可由石英固体与焦炭颗粒在高温的氮气流中通过如下反应制得：3SiO26C2N 2 Si3N46CO= = = = =高 温 该反应变化过程中的能量变化如图所示。回答以下问题。(1)上述反应中的还原剂是_，还原产物是_。(2)该反应_(填“吸热”或“放热”) ，反应热 H_0(填“” 、“”或“”)。解析 (1)3SiO 26C2N 2 Si3N46CO，反应中碳元素的化合价由= = = = =高 温 0 价升高到2 价，氮元素的化合价由 0 价降
13、低到3 价。故反应中的还原剂是C，还原产物为 Si3N4。(2)该反应过程中，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，H0。答案 (1)C Si 3N4 (2) 放热 课时作业1.下列反应中反应物总能量高于生成物总能量的是( )A.二氧化碳与碳反应生成一氧化碳B.碳与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气C.碳酸钙受热分解D.盐酸与氢氧化钠反应解析 反应物总能量高于生成物总能量的反应是放热反应。答案 D2.下列说法不正确的是( )A.化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化B.对于 H0 的反应，反应物的总能量小于生成物的总能量C.放热反应都不需要加热就能发生D.吸热反应在一定条件(如常温、加
14、热等)下也能发生解析 化学反应中既有物质变化，又有能量变化，A 正确；H0 的反应为吸热反应，则反应物的能量小于生成物的能量，B 正确；有些放热反应需要加热或点燃才能引发，C 错误；有些吸热反应如 Ba(OH)28H2O 和 NH4Cl 在常温下就能反应，D 正确。答案 C3.下列说法中正确的是( )A.焓变是指 1 mol 物质参加反应时放出的能量B.反应放热时，H0 ；反应吸热时，H0，B 错；在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓不一定高于生成物的总焓，D 错；焓变是指在一定条件下化学反应的反应热，不仅是指 1 mol 物质参加反应时放出的能量，A 错。答案 C4.如图是一个一次性加热
15、杯的示意图。当水袋破裂时，水与固体碎块混合，杯内食物温度逐渐上升。制造此加热杯可选用的固体碎块是( )A.硝酸铵 B.氯化镁C.生石灰 D.食盐解析 此加热杯中固体碎块在溶于水时应放出大量的热。答案 C5.科学家已获得了极具理论研究意义的 N4 分子，其结构为正四面体 (如图所示)，与白磷分子相似。已知断裂 1 mol NN 键吸收 193 kJ 热量，断裂 1 mol NN键吸收 941 kJ 热量，则( )A.N4 的熔点比 P4 高B.1 mol N4 气体转化为 N2 时要吸收 724 kJ 能量C.N4 是 N2 的同系物D.1 mol N4 气体转化为 N2 时要放出 724 kJ
16、 能量解析 N 4与白磷(P 4)结构相似，均以分子形式存在，由于 N4相对分子质量小于P4，故其分子间作用力弱于 P4，其熔点低于 P4，A 错；N 4与 N2互为同素异形体，而不是同系物，C 错；从结构图中可看出，一个 N4分子中含有 6 个 NN键，根据 N4(g)=2N2(g) H，有 H6193 kJmol1 2941 kJmol1 724 kJmol 1 ，故 B 项错误，D 项正确。答案 D6.下图所表示的反应是吸热反应的是( )解析 只有反应物的能量低于生成物的能量时，反应物变成生成物时才吸热。答案 A7.已知化学反应 2C(s)O 2(g) 2CO(g)，2CO(g) O 2
17、(g)= = = = =点 燃 2CO2(g)都是放热反应，据此判断，下列说法中正确的是(其他= = = = =点 燃 条件相同)( )A.28 g CO 所具有的能量一定高于 44 g CO2 所具有的能量B.56 g CO 和 32 g O2 所具有的总能量大于 88 g CO2 所具有的总能量C.32 g O2 所具有的总能量大于 44 g CO2 所具有的总能量D.将一定质量的 C 燃烧，生成 CO2 与生成 CO 时放出的热量一样多解析 对于放热反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。由于 CCO 放热，CO CO2放热，所以 C CO2比 C CO 放出的 O2 O2 O2 O
18、2 热量要多，故 D 不正确。反应 2CO(s)O 2(g) 2CO2(g)中，CO 并不= = = = =点 燃 是反应物的全部，所以 28 g CO 所具有的能量不一定高于 44 g CO2所具有的能量，故 A 项不正确，同理 C 不正确。答案 B8.已知 HH 键键能(化学键断裂时吸收或形成时释放的能量)为 436 kJ/mol，NH 键键能为 391 kJ/mol，根据热化学方程式：N 2(g)3H 2(g)=2NH3(g) H92.4 kJ/mol，可知 NN 键的键能是( )A.431 kJ/mol B.946 kJ/molC.649 kJ/mol D.896 kJ/mol解析 本
19、题主要考查利用化学键键能计算化学反应的能量变化，H(生成物键能总和反应物键能总和)6E NH(3E HHE NN)，得ENN6E NH3E HH H6391 kJ/mol3436 kJ/mol92.4 kJ/mol946 kJ/mol 。故选 B。答案 B9.已知：P 4(g)6Cl 2(g)=4PCl3(g) Ha kJmol1 ，P 4(g)10Cl 2(g)=4PCl5(g) Hb kJmol1 ，P 4 具有正四面体结构，PCl 5 中 PCl 键的键能为 c kJmol1 ，PCl 3 中 PCl 键的键能为 1.2c kJmol1 。下列叙述正确的是( )A.PP 键的键能大于 P
20、Cl 键的键能B.可求 Cl2(g)PCl 3(g)=PCl5(s)的反应热 HC.ClCl 键的键能为(ba5.6c)/4 kJmol 1D.PP 键的键能为(5a 3b12c)/8 kJmol 1解析 根据盖斯定律和焓变与键能的关系解答。A. 根据 Cl 原子半径小于 P 原子半径，可判断 PP 键键长大于 PCl 键键长，所以 PP 键的键能小于 PCl键的键能，故 A 错误；B.根据盖斯定律可得 Cl2(g)PCl 3(g)=PCl5(g) H( ba)/4 kJmol1 ，但不知 PCl5(g)转化为 PCl5(s)时的热效应，故 B 错误；C.由 B 选项分析得出的热化学方程式可得
21、：(ba)/4 x(Cl Cl 键的键能)31.2c5 c，x(ba)/41.4c，故 C 正确；D.由 P4(g)6Cl 2(g)=4PCl3(g) Ha kJmol 1 可知：a 6y(PP 键的键能)6 121.2c，得：（b a 5.6c）4y ，D 错误。2.5a 6c 1.5b6答案 C10.反应 AB C( H 0)分两步进行： AB X(H 0)，X C(H 0) 。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是 ( )解析 根据反应物和生成物能量的高低来分析、解决问题。化学反应都伴随能量变化，当反应物的总能量高于生成物的总能量时，该反应为放热反应；当反应物的总能量低于生成物
22、的总能量时，该反应为吸热反应。反应的 H0，为吸热反应，故可排除 A 项和 C 项。反应的 H0，为放热反应，B 项错误。答案 D11.某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中 E1 表示正反应的活化能，E 2 表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是( )A.该反应为放热反应B.催化剂能改变该反应的焓变C.催化剂能降低该反应的活化能D.逆反应的活化能大于正反应的活化能解析 解本题的关键是正确理解图像的意义。不难看出，E 1E 2，正反应的活化能大于逆反应的活化能，HE 1E 20，故该反应为吸热反应，故 A、D均错。催化剂能降低反应的活化能，但不能改变反应的焓变，故 B 错，C 对。答案
23、C12.已知：H 2(g) O2(g)=H2O(g)，反应过程中的能量变化如图所示，则：12(1)a、b、c 分别代表什么意义？a_；b_；c_。(2)该反应是_ 反应(填“吸热”或“放热”)，H _0(填“”或“”)。解析 (1)H 2(g) O2(g)与 2H(g)O(g) 之间的能量差是 H2 2H(g)和12O2(g) O(g)过程中断开 HH 键和 OO 键需吸收的能量和。所以 a 代表旧12键断裂吸收的能量，b 代表 2H(g)和 O(g)结合成 H2O(g)所放出的能量，c 则代表断键所吸收的能量与成键所释放的能量之差，即反应热。(2)由图可知该反应中反应物总能量高于生成物总能量
24、，所以该反应为放热反应，H0。答案 (1)旧键断裂吸收的能量 新键形成放出的能量 反应热 (2)放热 13.下表中的数据是断裂 1 mol 物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：物质 Cl2 Br2 I2 H2 HCl HI HBr键能/kJmol 1 243 193 151 436 431 298 366根据上述数据回答下列问题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是_。A.H2 B.Cl2C.Br2 D.I2(2)下列氢化物本身具有的能量最低的是_。A.HCl B.HBrC.HI D.HF(3)X2H 2=2HX(X 代表 Cl、Br、I)的反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。(4)相同条件
25、下，X 2(X 代表 Cl、Br、I) 分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出的热量最多的是_。解析 (1)破坏物质中的化学键消耗能量越多，说明原物质越稳定，本身能量越低，由表知 H2应具有最低能量。(2)氢化物越稳定，本身能量越低，故选 D。(3)由表可知，反应物 X2和 H2的能量都小于其氢化物 2 倍的能量，故均为放热反应。(4)由表可知，反应物 1 mol Cl2和 1 mol H2所具有的能量与 2 mol HCl 的能量相差最大，故放热最多。答案 (1)A (2)D (3)放热 (4)Cl 214.在研究化学反应中的能量变化时我们通常做如图所示的实验：在一个小烧杯里，加入约
26、 20 g 已研磨成粉末的氢氧化钡晶体Ba(OH) 28H2O，将小烧杯放在事先已滴有 34 滴水的玻璃片(或三合板)上，然后再加入约 10 g NH4Cl 晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌。试回答下列问题：(1)实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是_。(2)如果实验中没有看到“结冰”现象，可能的原因(回答出三个以上的原因)_。(3)如果没有看到“结冰”现象，我们还可以采取哪些方式来说明该反应吸热？(回答出两种方案)_。(4)实验中即使不“结冰” ，将烧杯提起的时候，发现烧杯与玻璃片也“黏在一起了” ，原因是_。试用简单的方法说明烧杯与玻璃片之间是因“结冰”而黏在一起的。_。解析 Ba(OH) 2
27、8H2O 与 NH4Cl 的反应是吸热反应，二者充分反应后，温度会明显降低。为证明这一反应是吸热反应，可在烧杯和玻璃片之间滴入少量水，通过二者反应使周围的温度降低，烧杯与玻璃片之间的水结成冰，从而烧杯与玻璃片黏在一起。但实验时要注意以下几点：药品用量不能太少；反应要用玻璃棒充分迅速搅拌，使反应快速进行；玻璃片上的水不能太多，否则不易结冰。答案 (1)使反应物混合而迅速充分地反应，并使温度迅速下降(2)药品用量太少； Ba(OH) 28H2O 未研成粉末，反应太慢；没有立即迅速搅拌；环境温度太高；玻璃片上滴加的水太多(3)用皮肤感觉很凉； 用温度计来检测，发现温度下降(4)由于水排开了烧杯底部和玻璃片之间的空气，在大气压的作用下，烧杯与玻璃片“黏在一起了” ；将“黏在一起”的烧杯和玻璃片提起，从侧面轻推玻璃片，若烧杯和玻璃片能发生相对滑动，则说明烧杯和玻璃片是“被水黏在一起的” ，若不能发生相对滑动则是被冰所黏
