1、第一单元化学反应的热效应第一课时化学反应的焓变明课程标准扣核心素养1.知道内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、物质的聚集状态和组成的影响。2.认识化学能与热能的相互转化，恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示。3.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。4.能用热化学方程式表示反应中的能量变化。变化观念与平衡思想：能认识化学变化伴随着能量变化，并能定量分析化学变化伴随发生的能量变化。证据推理与模型认知：能从宏观和微观结合上收集证据，分析化学变化中的能量吸收或释放的原因。 问题探讨1天然气燃烧过程中涉及哪些能量变化？提示：天然气燃烧时将化学能转化为热能和
2、光能。2反应热、H之间有什么关系？提示：恒压条件下，体系只做体积功，不做其他功(如电功等)，则H与反应热相等。3如何从宏观认识放热反应和吸热反应？提示：宏观可从反应物、生成物的总能量的相对大小去分析。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、物质的聚集状态和组成的影响。2焓与焓变(1)焓：是与内能有关的物理量，符号为H。(2)焓变：同一反应中生成物与反应物的焓值差，符号为H，单位为kJmol1。数学表达式为HH(生成物)H(反应物)。3反应热与焓变的关系在恒压条件下进行的化学反应，其焓变等于该反应的反应热。由于化学反应大多
3、是在敞口容器中进行的，故反应体系的压强与外界压强相等，即反应是在恒压条件下进行的。所以如不作特殊说明，化学反应的反应热等于该反应的焓变(H)。因此，高中阶段学习中的反应热用H表示。4焓变与放热反应、吸热反应的关系放热反应吸热反应H(反应物)H(生成物)H(反应物)H(生成物)名师点拨(1)焓研究的对象是物质，焓变研究的对象是某一个化学变化过程。(2)当反应物总焓(总能量)大于生成物总焓(总能量)时，H0。1已知某反应的焓变如图所示，下列说法正确的是()A.该反应为放热反应B.该反应为吸热反应C.生成物的焓小于反应物的焓D.反应物的总能量大于生成物的总能量解析：选BHH(生成物)H(反应物)，H
4、0时为吸热反应。由图像可知，生成物的焓大于反应物的焓，反应物的总能量小于生成物的总能量。2下列变化一定为放热的化学反应的是()A.H2O(g)=H2O(l)放出44 kJ热量B.H0的化学反应C.形成化学键时共放出862 kJ能量的化学反应D.能量变化如图所示的化学反应解析：选DH2O(g)=H2O(l)为物理变化，A项错误；H0，反应吸收热量，B项错误；不知道断裂化学键时吸收能量的情况，无法确定反应是放热还是吸热，C项错误；由题图可知H(生成物)H(反应物)，HH(生成物)H(反应物)E2时，反应吸收能量当E1E2时，反应释放能量化学反应中的能量变化，本质上是由于化学反应中旧化学键断裂时吸收
5、的能量与新化学键形成时释放的能量不同所导致的。因此，化学键的断裂和形成是化学反应过程中伴随能量变化的根本原因。在恒温、恒压条件下，化学反应中的能量变化以热的形式表现出来，这就是反应热，也称化学反应的焓变。图示：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)放热反应图中a表示2 mol SO2、1 mol O2分子中的化学键断裂时吸收的能量；b表示2 mol SO3分子中的化学键形成时放出的能量，Hab0)，则金刚石的能量更高，故石墨的稳定性大于金刚石。1如下图所示，有关化学反应和能量变化的说法不正确的是()A.图a表示的是放热反应的能量变化B.图b表示反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形
6、成释放的总能量C.图b可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化D.图a表示的反应不需要加热就一定能发生，图b表示的反应一定需要加热才能发生解析：选D图a中反应物的总能量大于生成物的总能量，表示的是放热反应，A项正确；图b表示的是吸热反应，故反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量，B项正确；氯化铵固体与氢氧化钡晶体的反应是吸热反应，C项正确；放热反应、吸热反应的发生与反应是否需要加热无关，D项错误。2键能是两原子间形成1 mol新键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。已知下列物质的键能：化学键HH键NN键NH键键能/( kJmol1)436946391则反应：N
7、2(g)3H2(g)=2NH3(g)的H_。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 kJmol12 254 kJmol12 346 kJmol192 kJmol1。答案：92 kJmol1 CCS技术是将工业和有关能源产业中所产生的CO2进行捕捉与封存的技术，被认为是拯救地球、应对全球气候变化最重要的手段之一。其中一种以天然气为燃料的“燃烧前捕获系统”的简单流程图如图所示(部分条件及物质未标出)。问题探讨1CH4在催化剂作用下实现第一步反应，也称为甲烷的不完全燃烧，1 g CH4不完全燃烧时放出2.21 kJ的热量，你能写出该反应
8、的热化学方程式吗？提示：甲烷不完全燃烧的化学方程式为2CH4O2=2CO4H2，1 g CH4的物质的量为 mol，则2 mol CH4不完全燃烧放出的热量为2.21 kJ16270.72 kJ。因此，第一步反应的热化学方程式为2CH4(g)O2(g)=2CO(g)4H2(g)H70.72 kJmol1。2第二步中涉及的化学反应为CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)，其反应过程的能量变化如图所示：你能写出该反应的热化学方程式吗？提示：由图可知，1 mol CO(g)与1 mol H2O(g)完全反应生成1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)，放出41 kJ的热量，故反应的热
9、化学方程式为CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)H41 kJmol1。3已知H2燃烧的热化学方程式如下：H2(g)O2(g)=H2O(l)H1285.8 kJmol1H2(g)O2(g)=H2O(g)H2241.8 kJmol12H2(g)O2(g)=2H2O(l)H3571.6 kJmol1仔细分析以上三个热化学方程式，解决以下两个问题。(1)为什么热化学方程式中必须注明各物质的状态？提示：由热化学方程式、可知，均是1 mol H2与0.5 mol O2反应生成1 mol H2O，但生成H2O的状态不同时，反应放出的热量不同，由此可知，反应放出(或吸收)热量的多少与物质的状态密切相
10、关，因此，书写热化学方程式时要注明物质的状态。(2)同一反应不同的热化学方程式中的焓变(H)与化学计量数之间有何关系？提示：对比热化学方程式、可知，同一反应不同的热化学方程式中的H与物质的化学计量数成正比，即H32H12(285.8)kJmol1571.6 kJmol1。1热化学方程式(1)概念：能够表明反应所释放或吸收的热量的化学方程式。(2)意义：表明了化学反应中的物质变化和能量变化。如热化学方程式H2(g)O2(g)=H2O(l)H(298 K)285.8 kJmol1的意义：在298 K时，1 mol H2(g)和 mol O2(g)完全反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量为2
11、85.8 kJ。2书写热化学方程式的方法(1)写出符合质量守恒定律的化学方程式热化学方程式中各物质化学式前的化学计量数不表示分子个数，只表示物质的量，因此，可以用整数或简单分数表示。(2)标明反应的温度和压强反应的温度或压强不同时，其H也可能不同。对于25 、101 kPa时进行的反应，可以不标明。(3)标明物质的状态因为物质发生状态的变化时也伴随着能量的变化，所以书写热化学方程式时必须标明物质的状态。通常用g、l、s、aq分别表示气态、液态、固态、水溶液。(4)用H表示化学反应释放或吸收的热量放热反应的H的符号为“”，吸热反应的H的符号为“”(“”可省略)；H的常用单位是kJmol1。3书写
12、热化学方程式时需注意的问题(1)热化学方程式书写的常见误区热化学方程式中不用标明反应条件(如“加热”“高温”“催化剂”等)。由于已经标明了物质的状态，所以在热化学方程式中不再用“”“”来标记气体生成物和难溶生成物。热化学方程式中一般用“=”(可逆反应中用“”)，即使是有机反应的热化学方程式中也不用“”。(2)热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与H相对应，若化学计量数加倍，则H的数值也要加倍。(3)当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热的数值相等，符号相反。名师点拨(1)H的单位为kJmol1，它并不是指每摩尔具体物质反应时伴随的能量变化是多少千焦，而是指给定形式的具体反应以各物质的化
13、学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化是多少千焦。(2)可逆反应的H和实际吸收或放出热量的区别：不论化学反应是否可逆，热化学方程式中H都表示反应按照化学计量数所表示的物质的量完全反应所释放或吸收的热量。如2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H197 kJmol1是指2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)完全转化为 2 mol SO3(g)时释放的热量为197 kJ。若在相同的温度和压强下，向某容器中加入2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)，反应达到平衡时放出的热量为Q，因反应不能进行彻底，故Q”或“”)。提示：由图可知该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反
14、应为放热反应，H0。1反应热(H)(ab)kJmol1。2反应热(H)取决于反应物具有的总能量和生成物具有的总能量。3加入催化剂可以使反应过程能量曲线的“山峰”降低，改变了反应过程，但加入催化剂前后反应物和生成物的总能量差不变，即前后的“落差”不变，故加入催化剂不影响反应的H，如下图所示(图中b表示加入催化剂后的能量变化)。下图是1 mol NO2和1 mol CO反应生成CO2和NO过程中能量变化的示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：_。解析：由图可知其热化学方程式为NO2(g)CO(g)=CO2(g)NO(g)HE1E2134 kJmol1368 kJmol1234 kJmol1
15、。答案：NO2(g)CO(g)=CO2(g)NO(g)H234 kJmol1分级训练课课过关_1下列过程中H小于零的是()A氯酸钾分解制氧气B氯化铵受热分解C碳还原水蒸气D实验室用锌和稀硫酸反应制氢气解析：选DH小于零说明该反应是放热反应。A、B、C项均是吸热反应，错误；D项，实验室用锌和稀硫酸反应制氢气为金属与酸的反应，是放热反应，正确。2H2与O2发生反应的过程用模型表示如下(“”表示化学键)：下列有关说法不正确的是()A过程是吸热过程B过程一定是放热过程C该反应过程所有旧化学键都断裂，且形成了新化学键D该反应的能量转化只能以热能的形式进行解析：选D过程分子中的化学键断裂，形成原子，属于吸
16、热过程，A项正确；过程为新化学键形成的过程，属于放热过程，B项正确；过程中所有的旧化学键都断裂，过程为新化学键形成的过程，C项正确；该反应可通过燃料电池实现化学能到电能的转化，D项错误。3下列热化学方程式书写正确的是(已知焓变的绝对值均正确)()A2SO2O22SO3H196.6 kJmol1B4H2(g)2O2(g)=4H2O(l)H1 143.2 kJmol1CC(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJDC(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol1解析：选BA中未注明各物质的聚集状态，也不需要标注反应条件，C、D中H的符号错误，放热反应的H”“”或“”)。解析：(1)由3SiO26C2N2Si3N46CO知，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，则该反应为放热反应，H0。答案：(1)CSi3N4(2)放热