1、第一节 化学反应与能量的变化案例探究 下图是一种“即热饭盒”的结构示意图，这种饭盒携带方便，可随吃随用，使用起来非常方便。常被用于野外郊游。进餐时撤去底部的厚纸板，几分钟后，由于在铁粉的催化作用下，镁粉很容易跟水发生反应，反应的方程式为：Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2，放出大量的热，反应提供的热量使饭菜变热，人们就可以进食了。即热饭盒的结构问题与讨论： 1.为什么要加入铁粉？在该反应中铁粉的作用是什么？ 2.实际上，该过程构成了原电池，试分析该原电池的阴极、阳极，并写出各个电极上发生的电极反应方程式。 3.铁粉还可以用什么物质代替？试写出几种替代物质，并对该替代物质的性质做一总结。 实际
2、上，医用即热式加热棒（用于打点滴时对药液的加热）的原理与该饭盒结构和原理相似。一般由铁粉、碳粉和水构成，使用前隔绝空气。若使用时，把外层塑料膜撕开即可，然后缠绕在吊瓶的输液管上，即可起到对药液加热的作用。自学导引1.化学变化与能量（1）化学反应过程中，不仅有物质的变化，还有能量的变化，这种能量变化常以_、_、_等形式表现出来。当能量以热的形式表现时，我们把反应分为_和_。（2）化学反应过程中同时存在着_和_的变化。能量的释放或吸收是以_为基础的，二者密不可分，但以_为主。能量的多少则以_为基础。答案:（1）热能 电能 光能 放热反应 吸热反应（2）物质 能量 发生变化的物质 物质 反应物和产物
3、的质量2.反应热，焓变（1）_，叫反应热，又称为_，符号用_表示，其单位常采用_。（2）化学反应中能量变化的原因化学反应的本质是_。任何化学反应都有反应热，这是由于在化学反应过程中，当反应物分子间的化学键_时，需要_的相互作用，这需要_能量；当_，即新化学键_时，又要_能量。（3）吸热反应和放热反应如果反应完成时，生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量_，这是_。对于放热反应，由于反应后放出能量_（释放给环境）而使反应体系的能量。因此，规定放热反应的H为“_”。反之，对于吸热反应，由于反应通过_、_等吸收能量（能量来自环境）而使反应体系的能量_。因此，规定吸热反应的H为“_”。当H为“_”或H
4、_0时，为放热反应；当H为“_”或H_0时，为吸热反应。（4）请根据下列信息分析氢气燃烧生成水蒸气时，为什么会发生能量变化？答案:（1）化学反应过程中所释放或吸收的能量 焓变H kJmol-1(或kJ/mol)（2）旧键的断裂和新键的形成 断裂 克服原子间吸收 原子重新结合生成分子时 形成 释放（3）大 放热反应 降低 “-” 加热、光照 升高“+” “-” “” “+” “”。（4）H2和O2的旧键断裂吸收能量 436 kJ+249 kJ=785 kJ形成2 mol“HO”释放能量-930 kJ。故，该过程放出热量-H=-930 kJ+785 kJ=-145 kJ3.热化学方程式（1）_叫热
5、化学方程式。热化学方程式不仅表明了化学反应中的_变化，也表明了化学反应中的_变化。（2）热化学方程式各物质前的化学计量数只表示_，不表示_，因此，它可以是_数，也可以是_数。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其H_。（3）请解释下述热化学方程式表示的含义。H2(g)+O2(g)=H2O(l) H=-285.8 kJmol-1若将此化学方程式中各物质的化学计量数均乘以2，热化学方程式应如何写？答案:（1）表示参加反应物质的量和反应热关系的化学方程式 物质 能量（2）参加反应的各物质的物质的量 分子个数 小整 不同（3）表示1 mol的氢气与0.5 mol的氧气反应生成1 mol液态水放出的
6、热量为285.8 kJ2H2(g)+O2(g)=2H2O(l) H=-571.6 kJmol-1疑难剖析一、放热反应与吸热反应 反应是吸热还是放热取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。【例1】 下列说法正确的是（ ）A.需要加热方能发生的反应一定是吸热反应B.放热的反应在常温下一定很易发生C.反应是放热的还是吸热的必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小D.吸热反应在一定的条件下也能发生解析：化学反应的能量变化主要表现为吸热或放热。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在一定的条件下都能发生。反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应，也
7、可能是放热反应。吸热反应开始加热，反应后需不断加热才能使反应继续进行下去；放热反应开始加热，反应后会放出一定的热量，如果此热量足够大可使反应维持下去，则反应过程不需要再加热，如煤的燃烧，一旦加热使煤燃烧起来后就可继续燃烧下去，不需外界再加热。答案：CD友情提示:反应是吸热还是放热与反应开始是否需要加热无关。【例2】在相同温度和压强下，将等质量的硫分别在足量的纯氧气中、空气中燃烧，设前者放出的热量为Q1，后者放出的热量为Q2，则Q1和Q2相对大小判断正确的是( )A.Q1=Q2 B.Q1Q2 C.Q1Q2 D.无法判断解析：从硫在空气中燃烧比在纯氧气中的火焰明亮度差、剧烈程度缓和，可知硫在纯氧气
8、中燃烧速率更快，发光更强。相等质量的硫燃烧放出的能量(在相同条件下)是一定的，而发光、发热均是能量的体现形式。根据总能量一定，发光越多，则转化为热能的部分就越少，所以等质量的硫在空气中燃烧放出的热量要比在纯氧气中燃烧放出的热量多。答案：C友情提示:化学反应过程中，通常伴有能量的变化，能量的体现形式有多种方式，所以说热能不是唯一的形式，而仅是最常见的形式。二、化学反应中的能量变化 物质发生化学反应都伴随着能量变化(包括光、电、热等)。【例3】 下列说法正确的是( )A.物质发生化学反应都伴随着能量变化B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化C.在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总
9、能量一定不同D.在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量解析：物质发生化学反应都伴随着能量的变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，物质发生物理变化、核变化(如原子弹的爆炸)也都伴有能量变化。在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量(设为x)与生成物的总能量(设为y)之间的关系为：xy,化学反应为放热反应；xy，化学反应为吸热反应；xy。答案：AC友情提示:该题主要考查对化学反应中的能量变化的理解与应用。三、热化学方程式 写热化学方程式及判断其正误，要特别注意反应物和生成物的聚集状态；H的正负以及H的值与化学计量数的对应关系。【例4】 已知在25 、101 kP
10、a下，1 g C8H18(辛烷)燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40 kJ的热量。表示上述反应的热化学方程式正确的是( )A.C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(g) H=-48.40 kJmol-1B.C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l) H=-5 518 kJmol-1C.C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O H=+5 518 kJmol-1D.C8H18(l)+ O2(g)8CO2(g)+9H2O(l) H=-48.40 kJmol-1解析：在25 、101 kPa下，1 mol C8H18燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为1
11、14g=5 518 kJ。由于在判断热化学方程式时应注明以下几点：标明各物质的状态，A中H2O的状态标错，A不正确；标明反应是吸热还是放热，H0时为吸热反应，H0时为放热反应，C错；热量数值要与化学计量数相对应，显然D错。答案：B友情提示:热化学方程式正误的判断可从状态、H正负号、数值及物质的量等主要方面入手。拓展迁移拓展点一：用化学键键能的大小可粗略计算化学反应的热效应 1.由键能求反应热的公式为H=反应物的键能总和-生成物的键能总和。 2.生成物分子形成时释放的总能量比反应物分子断裂时吸收的总能量大，即为放热反应。由于反应后放出的热量使反应体系的能量降低，故规定H为“-”，上例中H=-18
12、3 kJmol-1，即表示1 mol H2与1 mol Cl2生成2 mol HCl时放出183 kJ的能量。反之，即为吸热反应。由于吸热反应要通过加热、光照等吸收能量，而使反应体系的能量升高，故规定H为“+”。如C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) H=+131.5 kJmol-1即当H为“-”或H0时，为放热反应；当H为“+”或H0时，为吸热反应。例：1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl的能量转化关系如图：H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)反应的能量变化示意图由上图看出，H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的反应热，数值上应等于生成物分子形成时
13、所释放的总能量（862 kJmol-1）与反应物分子断裂时所吸收的总能量(679 kJmol-1)的差，即放出了183 kJmol-1的能量。拓展点二：体系与环境1.体系：被研究的物质系统称为体系。2.环境：体系以外的其他部分称为环境能量在体系和环境中的转化：在化学反应中，从反应物分子改变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中新化学键形成了。破坏旧键的能量来自于环境；同样，在形成新化学键的同时键放出能量。释放出的能量从体系进入环境。拓展点三：可逆反应的热化学方程式与一般热化学反应方程式的区别。例如：合成氨反应的化学方程式为N2+3H22NH3而该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.38 kJmol-1，热化学方程式要标注反应式中各物质的状态，反应热的变化，用H表示。热化学方程式中物质前的化学计量数代表参加反应的物质的物质的量，因此可用分数表示。