第一章 化学反应的热效应\n[情景切入]从物质结构的角度看，化学反应的实质是旧化学键断裂和新化学键生成，因此几乎所有的化学反应都伴随着能量的释放或吸收。从煤、石油、天然气燃烧时产生的热能到各种化学电源产生的电能，化学反应产生的各种形式的能量是人类社会所需能量的重要来源。反过来，通过各种化学反应将其他形式的能量转化为化学能，化学又为人类创造了一个五彩缤纷的物质世界。\n[知识导航]本章内容探究化学反应中的能量变化和反应热的计算。本章知识在结构上分为二节：第一节主要学习反应热——反应热和焓变，热化学方程式和燃烧热；第二节主要学习反应热的计算。\n[学法指导]1．重温旧知，巧应用。回顾化学能与热能的已学知识，对于化学键与化学反应中能量变化的关系、化学能与热能的相互转化有了一定认识，为进一步学习化学反应与能量奠定基础。2．理解本质，重联系。通过生活中常见的吸、放热反应及在生活中的应用实例，从化学键断裂角度、物质本身具有的能量角度理解吸、放热反应的实质。\n3．图示展示，印象增。以1molH2和1molCl2反应生成2molHCl为例，结合实验数据从微观的角度定量地讨论该反应中的能量变化，进一步探讨“质”“能”关系，运用简明的图示说明抽象的内容，注重学习过程和知识形成过程，加深印象。4．巧用网络，拓视野。充分利用网络了解煤、石油、天然气三大化石燃料的减少造成的能源危机，通过图片与声情并茂的视频加深对能源危机的认识与理解，激发探究利用新能源的热情与决心。\n5．火眼金睛，明辨析。正确辨析“三热——反应热、燃烧热、中和热”，即利用概念从反应条件、反应物的用量、生成物的量、反应物和生成物的状态等方面正确辨析反应热、燃烧热、中和热，注意其区别与联系。\n6．紧扣特征，找规律。理解盖斯定律，可从语文角度“殊途同归”来理解，也可以从物理角度“位移和路程”来认识，也可以从化学角度与“铝三角、铁三角”等知识形成联系，既加深了对盖斯定律的认识，又增强对旧知识的理解和应用，又注重了学科之间的联系，知识得到了升华。7．巧用数学，提分数。盖斯定律还考查计算能力，能用数学知识巧妙计算，提高计算能力也是解决本部分内容的关键点。\n第一节 反应热第1课时 反应热 焓变\n学习目标核心素养1．能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学反应中能量变化的本质。2．结合真实情境中的应用实例，能从多角度认识放热反应和吸热反应。认识化学反应中能量变化在生活、生产中的应用。3．能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。1．通过分析“化学反应中的能量变化”，培养宏观辨识与微观探析能力。2．通过认识“化学变化的本质”，培养变化观念与平衡思想。\n课前素能奠基课堂素能探究课堂达标验收新课情景呈现名师博客呈现\n新课情景呈现\n新课情境呈现我们知道在每届奥林匹克运动会上，都有一个庄严仪式——传递圣火，在这里火成为精神、文明的象征，并以此传递奥林匹克的伟大精神。事实上火在古代就是一种神圣的象征，火代表着创世、再生和光明，人们对火是又畏惧又崇拜。畏惧是因为她的威力，她能给人类带来巨大的灾难；崇拜她是因为她能给人类带来温暖和光明，是她把人类从“茹毛饮血”带向文明。这里的“火”实际上就是化学反应中产生的能量。尽管随着科学发展，社会已逐步进入多能源时代，但是化学反应中的能量仍是目前主要的能量来源。\n自动加热饭盒是在普通饭盒的基础上加制一个加热盒而成的。在需要加热时，取一包发热粉倒入加热盒内，把饭盒按入加热盒，从旁边的缝中注入少量清水，在几分钟内就可使食品达到80℃。你能解释其中的原理是什么吗？\n\n课前素能奠基\n一、反应热及其测定1．反应热：在____________下，化学反应体系向环境________或从环境________的热量，称为化学反应的__________，简称反应热。2．反应热的测定：许多反应热可以通过__________直接测定。在反应前后，如果环境的温度没有变化，则反应放出的热量就会使体系的温度升高，这时可以根据测得的体系的____________和有关物质的比热容等来计算反应热。等温条件新知预习释放吸收热效应量热计温度变化\n3．中和热的测定：(1)中和热：稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成______________时所释放的热量称为中和热。(2)实验原理：通过一定量的强酸、强碱的稀溶液在反应前后温度的变化，计算反应放出的热量，由此求得中和热。1molH2O\n(3)实验仪器装置：将下列实验装置中各仪器(或物品)的名称填在横线上。玻璃搅拌器温度计\n(4)实验数据：测定反应的初始温度和终止温度，重复三次，代入公式Q＝____________计算，则中和热＝__________。cmΔt\n二、反应热与焓变1．反应热产生的原因：化学反应前后体系的内能(符号为U)发生了变化。内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。2．焓(H)：与________有关的物理量。内能\n3．焓变和反应热：焓变反应热概念一定条件下，__________与__________焓值差，决定某一化学反应是放热反应还是吸热反应。在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的________。符号及单位______________________恒压条件下用________表示，单位：________________相互关系在________条件下进行的化学反应(严格地说，对反应体系作功还有限定，中学阶段一般不考虑)，其反应热等于反应的焓变生成物反应物热量ΔH，kJ·mol－1ΔHkJ·mol－1等压\n三、化学反应中能量变化的原因1．微观上：(1)化学反应的本质。\n(2)化学键变化与反应热的关系。若Q1＞Q2，反应吸收能量，ΔH______0，为________反应；若Q1＜Q2，反应放出能量，ΔH______0，为________反应。＞吸热＜放热\n2．宏观上：(1)图示。\n(2)结论。反应物的总能量大于生成物的总能量为________反应，体系能量________；反应物的总能量小于生成物的总能量为________反应，体系能量________。放热降低吸热升高\n预习自测1．下列反应既属于放热反应，又属于氧化还原反应的是()A．Ba(OH)2溶液与硫酸溶液反应B．铝片与稀硫酸反应C．灼热的炭与CO2反应D．NH4NO3固体与Ba(OH)2·8H2O晶体反应解析：A不是氧化还原反应；B既是放热反应，又是氧化还原反应，所以符合题意；C为吸热反应；D为吸热反应，而且是非氧化还原反应。B\n2．根据如图所示的反应判断下列说法中错误的是()A．CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量B．该反应的焓变大于零C．该反应中有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量D．由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应D\n解析：反应吸热，生成物总能量高于反应物，A正确；反应吸热，焓变大于零，B正确；碳酸钙中既有离子键又有共价键，其分解时既有离子键断裂又有共价键断裂，C正确；燃烧需要加热，但都是放热反应，D错误。\nA\n\n课堂素能探究\n知识点问题探究：1．实验中为何使用0.55mol·L－1NaOH溶液与0.50mol·L－1盐酸反应，而不是选用0.50mol·L－1NaOH溶液？2．能否用浓硫酸代替盐酸？对结果会产生什么影响？3．能否用醋酸代替盐酸或用氨水代替NaOH溶液？对结果会产生什么影响？中和反应反应热的测定\n探究提示：1．碱过量的目的是保证盐酸完全反应。2．不能。浓硫酸溶解于水时放热，所以放出的热量偏多。3．不能。弱酸、弱碱电离吸热，所以测得的反应热数值偏小。\n知识归纳总结：1．实验原理：根据中和热的概念，通过自制量热计，测量一定量的强酸、强碱的稀溶液在反应前后的温度变化，计算反应放出的热量，由此求得中和热。2．实验装置：\n3．实验步骤：(1)反应物温度的测量。①用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸，打开杯盖，倒入量热计的内筒中，盖上杯盖，插入温度计，测量并记录盐酸的温度。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。②用另一个量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，用温度计测量并记录NaOH溶液的温度。\n(2)反应后体系温度的测量。打开杯盖，将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒中，立即盖上杯盖，插入温度计，用玻璃搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化，将最高温度记为反应后体系的温度(t2)。(3)重复上述步骤(1)至步骤(2)两次。\n4．数据处理：(1)取盐酸温度和NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1)，计算温度差(t2－t1)。(2)取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。(3)根据温度差和比热容等计算反应热。为了计算简便，可以近似地认为实验所用酸、碱稀溶液的密度、比热容与水的相同，并忽略量热计的比热容，则：\n\n我们将稀溶液中强酸与强碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热，已知在稀溶液中，强酸和强碱每生成1mol水放出57.3kJ的热量。如图是某化学小组组装的中和热简易测定装置。请回答有关中和反应的问题。典例1\n(1)用0.1molBa(OH)2配成稀溶液与足量稀硝酸反应，能放出_________kJ热量。(2)如图装置中仪器A的名称______________，作用是_________________________。(3)若通过实验测定中和热的ΔH，其结果常常大于－57.3kJ·mol－1，其原因可能是__________________________________。(4)用相同浓度和体积的氨水(NH3·H2O)代替NaOH溶液进行上述实验，测得中和热的数值会________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。11.46玻璃搅拌器搅拌，使溶液充分混合实验中不可避免地有少量热量损失偏小\n解析：(1)根据中和热的含义：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)ΔH＝－57.3kJ·mol－1，所以0.1molBa(OH)2稀溶液与足量稀硝酸反应时生成0.2molH2O(l)，故放出的热量为11.46kJ。(2)由实验装置知，A为玻璃搅拌器，作用是搅拌，使溶液充分混合。(3)在测定中和热的实验中，减少热量损失是实验的关键，而在实验中会不可避免地有少量热量损失，导致结果常常大于－57.3kJ·mol－1。(4)用氨水代替NaOH(aq)，会使测得的中和热数值偏小，因为氨水(NH3·H2O)是弱碱，电离时需吸收热量。\n\n〔变式训练1〕如图是某兴趣小组组装的中和热测定装置，分别取40mL0.50mol·L－1盐酸与40mL0.55mol·L－1氢氧化钠溶液进行中和热的测定，已知弱酸、弱碱电离需要吸热。D下列说法错误的是()A．稍过量的氢氧化钠是为了确保盐酸完全反应B．仪器A的名称是玻璃搅拌器C．在测定中和热的每次实验中，至少需要测定并记录3次温度D．用氨水代替氢氧化钠溶液，其结果也是相同的\n解析：稍过量的氢氧化钠确保盐酸完全反应，A正确；仪器A的名称是玻璃搅拌器，用于搅拌，且不导热，B正确；在测定中和热的每次实验中，第一次测盐酸的起始温度，第二次测氢氧化钠溶液的起始温度，第三次测混合溶液的最高温度，C项正确；氨水电离时吸热，用氨水代替氢氧化钠溶液，测定结果偏小，D错误。\n知识点放热反应和吸热反应问题探究：1．可燃物燃烧时，点燃后就不需要再加热，而有些反应必须持续加热，能否根据加热条件判断反应是吸热反应还是放热反应？放热反应加热的目的是什么？2．化合反应一定是放热反应，分解反应一定是吸热反应吗？举例说明。\n\n知识归纳总结：1．用E(反应物)、E(生成物)分别代表反应物、生成物的总能量；Q(吸)、Q(放)分别代表反应物断键吸收的热量、生成物成键放出的热量。放热反应吸热反应定义放出热量的化学反应吸收热量的化学反应宏观角度比较E(反应物)＞E(生成物)E(反应物)＜E(生成物)\n\n2．常见的放热反应、吸热反应：放热反应吸热反应①大多数化合反应②所有燃烧反应③酸碱中和反应④金属与水或酸的置换反应①大多数分解反应②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应③C和CO2或H2O(g)的反应\n已知某化学反应A2(g)＋2B2(g)===2AB2(g)(AB2的分子结构为B—A—B)的能量变化如图所示，下列有关叙述中正确的是()A．该反应的进行一定需要加热B．该反应的ΔH＝－(E1－E2)kJ·mol－1典例2CC．该反应为吸热反应D．断裂1molA—A键和2molB—B键，放出E1kJ能量\n解析：A项，由反应前后能量守恒可知，反应物能量之和小于生成物能量之和，反应是吸热反应，吸热反应不一定都要加热，例如氢氧化钡晶体和氯化铵在常温下就能反应，故A项错误；B项，该反应的焓变＝断裂化学键吸收能量－形成化学键放出能量，所以焓变ΔH＝＋(E1－E2)kJ·mol－1，故B项错误；C项，反应是吸热反应，故C项正确；D项，断裂化学键吸收热量，所以断裂1molA—A键和2molB—B键吸收E1kJ能量，故D项错误。\n规律方法指导：(1)反应是吸热反应还是放热反应，取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小。(2)反应是吸热反应还是放热反应，与反应条件无必然关系。(3)E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，ΔH＝E1－E2。(4)催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。\nC\n解析：步骤1为旧化学键断裂的过程，该过程吸收能量，步骤2为新化学键的形成过程，该过程放出能量，故三个状态的能量E2最大；该反应可通过燃烧实现，为放热反应，ΔH＜0；要实现步骤1的转化可以通过点燃或光照等条件，故只有C项错误。\n知识点化学反应中能量变化的原因问题探究：根据下图你能表示出Ⅰ、Ⅱ的反应热吗？探究提示：图ⅠΔH＝E1－E2图ⅡΔH＝E2－E1\n知识归纳总结：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。\n2．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化(如图所示)：\n化学键反应中能量变化1molA—B化学键反应中能量变化H—H吸收436kJ共吸收679kJCl—Cl吸收243kJH—Cl放出431kJ共放出862kJ结论H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应热ΔH＝－183kJ·mol－1\n3．图示：化学反应过程中的能量变化如图所示：其中，E1′表示活化能，E1′与E2′的差值表示反应热。上述反应过程表示该反应为放热反应。\n4．焓变的两种计算方法：(1)根据物质具有的能量来计算。ΔH＝E(总生成物)－E(总反应物)(2)根据化学键键能来计算。ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键放出的总能量\n特别提醒：(1)断裂化学键需要吸收能量(E1)，形成化学键能够放出能量(E2)，判断反应是放热，还是吸热，关键看E1与E2的相对大小，其中二者的差值即为反应热。\n如图所示，ΔH1＝－393.5kJ·mol－1，ΔH2＝－395.0kJ·mol－1，下列说法或表示正确的是()A．金刚石与氧气反应生成二氧化碳是吸热反应B．石墨和金刚石的转化是物理变化典例3C．石墨的稳定性强于金刚石D．1mol石墨的总键能比1mol金刚石的总键能小1.5kJC\n解析：由图知，金刚石与氧气反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故应为放热反应，A错误；石墨和金刚石是不同的物质，二者之间的转化是化学变化，B错误；等物质的量的石墨的总能量低于金刚石，则石墨的稳定性强于金刚石，C正确；物质越稳定，所具有的总键能越大，1mol石墨的总键能比1mol金刚石的总键能大1.5kJ，D错误。\n规律方法指导：(1)分析反应物与生成物能量相对大小，判断反应为吸热反应还是放热反应。(2)明确ΔH的计算方法：ΔH＝E(生成物)－E(反应物)。\nD\n解析：根据图示，HCN的能量比HNC的能量低，因此HCN比HNC稳定，A项正确；该异构化反应中反应物总能量低于生成物总能量，为吸热反应，反应物和生成物能量相差59.3kJ·mol－1，故ΔH＝＋59.3kJ·mol－1，B项正确；根据图示，正反应的活化能为186.5kJ·mol－1，逆反应的活化能为127.2kJ·mol－1，C项正确；使用催化剂，可以改变反应的活化能，但不能改变反应热，D项错误。\n名师博客呈现\n\n课堂达标验收\n1．炭黑是雾霾中的重要颗粒物，研究发现它可以活化氧分子，生成活化氧，活化过程的能量变化模拟计算结果如图所示。\n活化氧可以快速氧化二氧化硫。下列说法不正确的是()A．每活化一个氧分子有0.29eV的能量释放B．水可使氧分子活化反应的活化能降低0.42eVC．氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程D．炭黑颗粒是大气中二氧化硫转化为三氧化硫的催化剂B\n解析：根据能量变化图分析，最终结果为活化氧，体系能量降低，则每活化一个氧分子放出0.29eV能量，A正确；根据能量图分析，整个反应的活化能为活化能较大者，则没有水加入的反应活化能为E＝0.75eV，有水加入的反应的活化能为E＝0.57eV，所以水可使氧分子活化反应的活化能降低0.75eV－0.57eV＝0.18eV，B错误；根据图象分析，氧分子活化过程O—O键断裂，生成C—O键，所以氧分子的活化是O—O键的断裂与C—O键的生成过程，C正确；炭黑颗粒可作催化氧化反应的催化剂，炭黑颗粒是大气中SO2转为SO3的催化剂，D正确。\n2．反应A＋B―→C(ΔH＜0)分两步进行：①A＋B―→X(ΔH＞0)，②X―→C(ΔH＜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：A＋B―→X为吸热反应，A＋B的总能量小于X的总能量，排除选项A、C；X―→C为放热反应，则X的能量大于C的总能量，排除选项B，故选D。D\n3．在量热计中(如图所示)将100mL0.50mol·L－1的CH3COOH溶液与100mL0.55mol·L－1NaOH溶液混合，温度从298.0K升高到300.7K，已知量热计的热容常数(量热计各部件温度每升高1K所需要的热量)是150.5J·K－1，溶液密度均为1g·mL－1，充分混合后溶液的比热容c＝4.184J·(g·K)－1。\n(1)CH3COOH的中和热ΔH＝__________________。(2)CH3COOH的中和热的文献值为56.1kJ·mol－1，你认为(1)中测得的实验值出现偏差可能的原因是________________________________________________________________________________。(3)实验中NaOH过量的目的是___________________________________________________。(4)你认为CH3COOH的中和热与HCl的中和热数值相比，__________的中和热数值较大，其原因是________________________________________________________________________。－53.3kJ·mol－1量热计的保温瓶绝热效果不好，酸、碱溶液混合不迅速，温度计不够精确等(合理即可)保证CH3COOH完全被中和，从而提高实验准确度HClCH3COOH是弱酸，只是少部分电离，发生电离时要吸热，中和时放热较少\n\n(2)本实验方法测得的CH3COOH的中和热数值小于文献值，原因可能有以下几个方面：①量热计的保温瓶绝热效果不好；②酸、碱溶液混合不迅速；③温度计不够精确等。(3)过量的碱能保证CH3COOH完全被中和，从而提高实验准确度。(4)CH3COOH是弱酸，只是少部分电离，发生电离时要吸热，中和时放热较少。\n4．铝热反应是以铝粉和氧化铁为主要反应物的放热反应。当温度超过1250℃时，铝粉激烈氧化，燃烧而放出大量热。这种放热反应的温度可达3000℃以上。铝热反应非常迅速，作用时间短。加入硅铁粉时，可使作用缓和，利于延长作用的时间。为用于浇注温度为1000～1100℃左右的铜合金铸件，可再加少量氧化剂，如硝酸钠、硝酸钾等；还可加入镁作为点火剂，使其在较低温度下发生化学反应。该反应经常用于焊接钢轨，冶炼金属。\n(1)阅读材料思考，铝热反应是吸热反应还是放热反应？放热反应是否不需要加热就能发生呢？(2)写出铝与氧化铁反应的方程式，并用图示表示反应物与生成物能量相对大小。\n
