1、第一节化学反应与能量的变化第1课时焓变反应热核心素养发展目标1.宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观的角度理解化学反应中能量变化的本质，正确认识和判断放热反应和吸热反应。2.变化观念与平衡思想：能辨识化学反应中的能量转化形式，形成能量可以相互转化的观念，正确理解反应热和焓变的概念。一、焓变反应热1化学反应过程中能量变化的原因(1)化学反应的两大基本特征(2)化学反应中的能量变化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
2、学键形成释放的能量是862 kJ。H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)的反应放出的热量为183 kJ。2焓变和反应热的概念(1)焓变焓(H)是与物质内能有关的物理量。焓变是变化前后物质的焓值差，化学反应的焓变，为生成物的总焓值与反应物的总焓值之差，即HH(生成物)H(反应物)，单位：kJmol1或kJ/mol。(2)反应热化学反应热的简称，是一定条件下化学反应释放或吸收的热量。恒压条件下进行的化学反应的焓变等于反应热，因此常用H表示反应热。 (1)焓变(H)的计算方法HH总(生成物)H总(反应物)HE总(生成物)E总(反应物)HE总(断键)E总(成键)(2)特别提示焓、焓变、反应热代表的意义
3、不同。焓只有正值，而焓变有正值、负值之分。任何化学反应都有反应热。例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H(ab) kJmol1C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(ab) 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H(ab) kJmol1，B项正确；化学键断裂吸收能量，D项
4、错误。例2SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在SF键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol FF、SF键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则反应S(s)3F2(g)=SF6(g)的反应热H为()A1 780 kJmol1 B1 220 kJmol1C450 kJmol1 D430 kJmol1答案B解析利用H反应物的键能之和生成物的键能之和进行计算。H280 kJmol13160 kJmol16330 kJmol11 220 kJmol1。相关链接(1)反应热和焓变的比较 类别项目反应热焓变不同点概念化学反应释放或吸收的热量化学反应
5、中生成物的总焓与反应物的总焓之差相同点“”“”的意义“”表示反应吸热，“”表示反应放热数据来源可以通过实验直接测得，也可以利用已知数据通过计算求得联系等值关系：恒压条件下反应的反应热等于焓变；等价关系：符号是H，单位是kJmol1(2)化学反应中存在能量变化的原因在化学反应中，反应物的分子需吸收足够的能量，变成活化分子，反应物分子所吸收的能量称作活化能，如图所示。图中E1为反应的活化能。活化分子在发生化学反应过程中释放出能量E2，其中E2E1，该反应放出的热量(能量)为E2E1。(3)从能量角度理解化学反应中存在能量变化的原因提示：反应物总能量与生成物总能量不相等；断开旧化学键吸收的总能量和形
6、成新化学键释放的总能量不相等；反应的活化能(E1)与活化分子变成生成物分子放出的能量(E2)不相等。二、放热反应和吸热反应1放热反应和吸热反应的比较类别项目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)图示微观角度Q(吸)Q(放)Q(吸)Q(放)表示方法H0H0注用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。2放热反应和吸热反应的判断(1)H为“”或H0是放热反应，H为“”或H0是吸热反应。(2)若生成物的总能量大于反应物的总能量，则为吸热反
7、应。(3)由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应。(4)加热引发的反应，停止加热后反应能继续进行的，则为放热反应，停止加热后反应随之停止，则为吸热反应。3常见的吸热反应与放热反应(1)常见的吸热反应：大多数的分解反应，碳和二氧化碳、碳和水的反应，Ba(OH)28H2O与铵盐的反应等。(2)常见的放热反应：中和反应、金属与酸(或水)的反应、燃烧反应及缓慢氧化、化合反应(大多数)、铝热反应等。 (1)放热反应和吸热反应是针对化学反应而言，物质三态之间的变化有能量的变化，但属物理变化，故不属于放热反应或吸热反应。(2)放热反应和吸热反应取决于反应物和生成物总能量的相对大小，与反应条件并无必然的
8、关系。例3下列说法正确的是()A吸热反应使环境的温度升高B当反应放热时H0，反应吸热时H0C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需要加热才能发生的反应一定是吸热反应答案C解析吸热反应一般使周围环境的温度降低，A项错误；放热反应的H0，吸热反应的H0，B项错误；铝热反应是放热反应，但需要在加热(高温)条件下才能进行，D项错误。例4(2018哈尔滨六中月考)CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，下列有关两者反应的说法正确的是()A该反应为吸热反应B1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(
9、g)具有的总能量C该反应不需要加热就能进行D1 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解析由能量变化示意图可知，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。核心素养通过本题可更加深入认识化学变化的本质是有新物质生成的同时伴随着能量的变化，较好地体现了化学“变化观念与平衡思想”的核心素养。相关链接(1)从物质内能角度分析，若化学反应中反应物的总能量大于
10、生成物的总能量，反应物转化为生成物时放出热量，则为放热反应，规定放热反应的H为“”；反之，则为吸热反应，规定吸热反应的H为“”。化学变化过程中的能量变化如下图所示：(2)暖手宝是运用物理及化学原理研制的自动取暖保健用品。该产品以其自动生热、实用等新颖独特的优势，深受欢迎。在放热反应中，反应物和生成物的能量相对大小是怎样的关系？提示放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量。(3)“其貌不扬”的石墨在一定条件下可以转化成美丽的钻石金刚石，该过程吸收热量。试分析等质量的石墨和金刚石，谁的能量高？谁更稳定？提示金刚石的能量高，石墨更稳定。1(2018湖南长郡中学检测)下列说法不正确的是()A恒压条件
11、下的焓变在数值上等于变化过程中的热效应B焓变的符号是HC焓变的单位通常是kJmol1D硝酸铵溶于水是吸热反应答案D解析硝酸铵溶于水不是化学反应，该过程吸热。2下列变化过程中H0的是()A蜡烛燃烧B煅烧石灰石C硝酸铵的溶解D高温下木炭还原二氧化碳答案A解析H0，是放热反应。A项，燃烧反应都是放热反应，蜡烛燃烧属于放热反应，正确；B项，煅烧石灰石是CaCO3发生分解反应，一般分解反应属于吸热反应，错误；C项，硝酸铵溶于水是吸热过程，错误；D项，木炭还原CO2属于吸热反应，错误。3化学反应过程中的能量变化如图所示，以下说法中正确的是()A图甲表示的是吸热反应B图乙表示的是放热反应C图甲中H0D图乙中
12、H0答案D解析由图像分析可知图甲中，E反应物E生成物，反应放热，H0；图乙中，E反应物E生成物，反应吸热，H0。4键能是气态基态原子形成1 mol化学键(或其逆过程)时释放(或吸收)的最低能量。已知HH键、NN键、NH键键能如下表所示：化学键HHNNNH键能/kJmol1436946391则反应N2(g)3H2(g)=2NH3(g)的H 。答案92 kJmol1解析H反应物断键吸收的总能量生成物成键释放的总能量946 kJmol13436 kJmol16391 kJmol1(2 254 kJmol12 346 kJmol1)92 kJmol1。题组一焓变和反应热概念的理解1下列说法中正确的是(
13、)A化学反应中的能量变化都表现为热量变化B焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化C在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓与生成物的总焓一定不同D在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓总是高于生成物的总焓答案C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；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，但总是不同；焓变是指在一定条件下化学反应的反应热，不仅是指 1 mol 物质参加反应时的能量变化。2下列关于H的说法正确的是()A反应过程中，消耗的反应物越多，H越大BH0时反应放热，H0时反应吸热CH越大，说明反应放出的热量越多D能量变化如图所示的
14、化学反应为放热反应，H为“”答案D解析A项，H与化学方程式中的化学计量数有关，与反应物的用量无关，错误；B项，H0时反应吸热，H0时反应放热，错误；C项，反应热有正、负，反应放出的热量越多，H越小，反应吸收的热量越多，H越大，错误；D项，由于反应物的总焓大于生成物的总焓，故由反应物转化为生成物时，该反应为放热反应，H为“”，正确。题组二放热反应和吸热反应3(2018济南一中月考)下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是()A放热反应的发生无须任何条件B化学键的断裂和形成与反应放热和吸热无关C化学反应过程都伴随着能量的变化D硫酸与氢氧化钠的反应是吸热反应答案C解析放热反应的发生可能需要条件，如加
15、热等，A项错误；化学键的断裂和形成与反应放热和吸热有关，B项错误；化学反应过程都伴随着能量的变化，C项正确；H2SO4与NaOH的反应是放热反应，D项错误。4(2018临沂高二检测)已知反应XY=MN为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是()AX的能量一定高于MBY的能量一定高于NCX和Y的总能量一定高于M和N的总能量D因该反应为放热反应，故不必加热就可发生答案C解析放热反应指反应物的总能量高于生成物的总能量，所以X和Y的总能量高于M和N的总能量，C项正确；A项，X的能量不一定高于M的能量，错误；B项，Y的能量不一定高于N的能量，错误；D项，放热反应有些也需要加热，错误。5下列反应既属于氧化
16、还原反应，又属于吸热反应的是()A铝片与稀盐酸反应BBa(OH)28H2O与NH4Cl反应C灼热的炭与二氧化碳反应D甲烷在氧气中的燃烧反应答案C解析Al与盐酸反应是放热反应，A项错误；B中反应是吸热反应，但不是氧化还原反应，B项错误；灼热的C和CO2反应是氧化还原反应，同时又是吸热反应，C项正确；甲烷的燃烧是放热反应，D项错误。6下列说法正确的是()A浓硫酸溶于水放出大量的热，是放热反应B碳酸钙受热分解的反应中生成物总能量高于反应物总能量C反应C(石墨)C(金刚石)的H0，则金刚石比石墨稳定D气态水比液态水稳定答案B解析浓硫酸溶于水是物理变化，未发生化学反应，是放热过程，A项错误；碳酸钙受热分
17、解在高温条件下进行，反应物吸收能量转化为生成物，因此生成物的总能量高于反应物的总能量，B项正确；金刚石和石墨互为同素异形体，其中能量越低的物质越稳定，即石墨比金刚石稳定，C项错误；液态水转化为气态水时要吸收能量，能量低的液态水稳定，D项错误。7一定条件下，某容器中各微粒在反应前后变化的示意图如下，其中和代表不同元素的原子。下列关于此反应说法错误的是()A一定属于吸热反应 B一定属于可逆反应C一定属于氧化还原反应 D一定属于分解反应答案A解析根据示意图可知该反应反应物是一种，生成物是两种。A项，该物质属于分解反应，一般的分解反应是吸热反应，但也有的分解反应如2H2O2=2H2OO2的反应是放热反
18、应，错误；B项，根据图示可知有一部分反应物未参加反应，所以该反应是可逆反应，正确；C项，该反应中有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，正确；D项，反应物是一种，生成物是两种，因此属于分解反应，正确。题组三化学反应中能量变化图像的识别8已知某化学反应X(g)2Y(g)=2Z(g)，反应中的能量变化如图所示，下列有关该反应的说法正确的是()A该反应是放热反应B反应物的总键能大于生成物的总键能CY的能量高于Z的能量D该反应的反应热H0答案A解析该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，故该反应是放热反应，其焓变小于0，A项正确、D项错误；放热反应中反应物的总键能小于生成物的总键能，B项错误；反应物的
19、总能量高于生成物的总能量，C项错误。9参照反应BrH2HBrH的能量对反应过程的示意图，判断下列叙述中正确的是()A正反应为吸热反应B正反应为放热反应C反应物的总能量高于生成物的总能量D断裂反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量答案A解析反应中，反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，A项正确，B、C项错误；D项，反应为吸热反应，断裂化学键吸收的能量大于形成化学键放出的能量，错误。10反应ABC(H0)分两步进行：ABX(H0)，XC(H0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是()答案D解析由ABX为吸热反应，可知X的能量高于AB的能量，可排除A项和C项；
20、由总反应ABC为放热反应，可知C的能量小于AB的能量，故B项错误、D项正确。题组四反应热与化学键的关系11(2018黑龙江哈三中验收考试)氢气和氟气混合在黑暗处即可发生爆炸而释放出大量的热量。在反应过程中，断裂1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，断裂1 mol F2中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol HF中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是()AQ1Q22Q3 BQ1Q22Q3CQ1Q2Q3 DQ1Q2Q3答案A解析该反应放热，根据公式H反应物的总键能生成物的总键能，且H0，可知(Q1Q2)2Q30，A项正确。12根据下图所示的N2(g)和O2(g
21、)反应生成NO(g)过程中能量变化情况，判断下列说法错误的是()A直观看，该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量B2 mol气态氧原子结合生成O2(g)时，能放出498 kJ能量C断裂1 mol NO分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量D1 mol N2和1 mol O2的反应热H180 kJmol1答案D解析A项，直观看，该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，正确；B项，互逆过程的热量变化，H数值相等，正、负相反，故B、C正确；D项，H(9464982632) kJmol1180 kJmol1，错误。13工业合成氨的反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)
22、，已知下列化学键的键能(拆开或形成1 mol化学键所吸收或放出的热量)：化学键键能/kJmol1HH436NH391NN946下列说法正确的是()A该反应为吸热反应B该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量C反应热H92 kJmol1D生成1 mol NH3放出92 kJ热量答案B解析反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)过程中，共断裂1 mol NN键和3 mol HH键，形成6 mol NH键，则断键共吸热为946 kJmol11 mol436 kJmol13 mol2 254 kJ，形成NH键共放热为391 kJmol16 mol2 346 kJ，由于放出热量吸收热量，故反应放热，放热
23、反应的反应物的总能量高于生成物的总能量，A项错误、B项正确；1 mol N2完全反应生成NH3的反应热为H(2 3462 254) kJmol192 kJmol1，C项错误；生成1 mol NH3时放出的热量为E92 kJmol1 mol46 kJ，D项错误。14在一定条件下，A和B反应可生成C和D，其能量变化如下：(1)下列有关反应AB=CD的说法正确的是 。A反应前后原子的种类和数目一定不变B该反应若有能量变化，则一定是氧化还原反应C该反应若为放热反应，则不需加热反应就一定能自发进行D反应物的总质量与生成物的总质量一定相等，且遵循能量守恒(2)若E1E2，则该反应为 (填“吸热”或“放热”
24、)反应，该反应的反应热为 。答案(1)AD(2)吸热H(E2E1) kJmol1解析(1)每个化学反应都遵循质量守恒和能量守恒，原子数目和种类不会改变，A、D项正确；任何化学反应都伴随着能量变化，不一定为氧化还原反应，B项错误；某一反应是放热反应还是吸热反应，与反应条件无关，加热是为了使旧化学键断裂，引发化学反应，C项错误。(2)若E1E2，反应吸收能量，H(E2E1) kJmol10；相反若E1E2，反应放出能量，H(E2E1) kJmol10。15.已知氮化硅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：SiO2CN2Si3N4CO(未配平)。该反应过程中的能量变化如图所
25、示。回答以下问题：(1)该反应中的氧化剂是 ，其还原产物是 。(2)该反应是 (填“吸热反应”或“放热反应”)，H (填“”“”或“”)0。(3)该反应过程中，断裂旧键吸收的热量 (填“”“”或“”)形成新键释放的热量。答案(1)N2Si3N4(2)放热反应(3)解析(1)SiO2CN2Si3N4CO(未配平)，反应中碳元素的化合价由0升高到2，氮元素的化合价由0降低到3，故反应中的氧化剂是N2，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，则该反应为放热反应，H0。(3)由(2)中分析可知，该反应为放热反应，故断裂旧键吸收的热量小于形成新键放出的热量。16.某化
26、学兴趣小组的同学进行了如图所示的实验，来探究复分解反应的热效应。在一个小烧杯中加入20 g Ba(OH)28H2O粉末，将小烧杯放在事先已滴有45滴水的玻璃片上。然后向小烧杯中加入10 g NH4Cl晶体，并用玻璃棒迅速搅拌(如图所示，其中玻璃片与烧杯底部之间有一层水)。稍后手拿起烧杯时发现玻璃片与烧杯黏结在一起。(1)实验中玻璃棒的作用是 ，所发生反应的化学方程式是 。(2)若用手触摸烧杯外壁，将会有 的感觉，说明该反应为 反应，反应热H (填“”“”或“”)0。(3)由该实验能否得出复分解反应就是吸热反应或就是放热反应的结论？ (填“能”或“不能”)，原因是 。答案(1)使混合物充分接触并发生反应Ba(OH)28H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O(2)冰凉吸热(3)不能只进行了一个复分解反应的实验，不能科学地得出结论解析由实验现象可知，该反应是一个吸收热量的反应，反应中体系温度下降，手触摸烧杯外壁时会有冰凉感，故该反应为吸热反应，反应热H0；因为只研究了一个复分解反应的热效应，故无法确定复分解反应的热效应类型。