1、专题1 化学反应与能量变化 第一单元 化学反应的热效应 第1课时 化学反应的焓变 必备知识自主学习一、化学反应的反应热 1内能、反应热、焓变(1)内能：对物质的量确定的体系，其中物质的各种能量的总和称为内能，受_、_、物质的_和组成的影响。(2)反应热：在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同的_时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称_。温度 压强 聚集状态 温度 反应热(3)焓和焓变 焓是与内能有关的物理量，用符号_表示；焓的数值的变化称为焓变，用_ 表示，单位常采用_。(4)焓变和反应热的关系 在_的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反应的焓变，即Qp H。H H kJmol
2、1 恒压 2化学反应过程中能量变化的原因(1)宏观角度：E(反应物总能量)_E(生成物总能量)，放热反应：H_0；E(反应物总能量)_E(生成物总能量)，吸热反应：H_0。(2)微观角度：化学键的断裂与生成过程中能量的变化 反应热与化学键的关系吸热反应：Q1Q2放热反应：Q1Q21有能量变化的反应是否为吸热反应或放热反应？提示：放热反应和吸热反应是针对化学反应而言，物质三态之间的转化也伴随着能量的变化，但属于物理变化，故不属于放热反应或吸热反应。2燃料燃烧和酸碱中和过程中放出的热量是不是反应热？提示：在化学反应过程中，吸收或放出的热量均称为反应热，包括燃烧、酸碱中和等放出的热量。3(情境思考)
3、一种即热饭盒的结构如图，这种饭盒使用起来非常方便，撤去底部的隔板几分钟后，饭菜就变热了。你能解释饭菜变热的原因吗？提示：撤去隔板后，金属镁与水接触发生反应：Mg2H2O=Mg(OH)2H2，由于活泼金属与水(或酸)的反应是放热过程，故几分钟则可使饭菜变热。该反应放热的原因是由于 1 mol Mg(s)和 2 mol H2O(l)的总能量大于 1 mol Mg(OH)2(s)和 1 mol H2(g)的总能量。二、热化学方程式 1热化学方程式：能够表示反应热的化学方程式叫做热化学方程式。2热化学方程式的含义 如：N2H4(g)O2(g)=N2(g)2H2O(g)H534.4 kJmol1；表示在
4、 298 K，101 kPa时，1 mol N2H4(g)在1 mol O2(g)中_燃烧，生成 1 mol N2(g)和2 mol H2O(g)，_534.4 kJ。完全 放热 3热化学方程式书写的注意事项(1)书写热化学方程式时，应标明反应物及生成物的_、反应_和_。(2)反应物和生成物的聚集状态用英文小写字母表示，一般用“_”表示气体，“_”表示液体，“_”表示固体，“_”表示水溶液。(3)热化学方程式中，物质前面的化学计量数可以用_也可以用_ 表示。(4)同一化学反应，热化学方程式中的化学计量数不同，H_。(5)若一个反应的焓变 Ha kJmol1，则其逆反应的焓变 H _kJmol1
5、。状态 温度 压强 l s aq 整数 简单分数 不同 a g (教材二次开发)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的能量与新化学键形成时释放的能量不同所导致的，如何利用键能计算热化学方程式的焓变？提示：化学反应的焓变 H反应物键能之和生成物键能之和。即 H反应物键能生成物键能。关键能力合作学习知识点一 化学反应的反应热1反应热(1)符号：通常用 Q 表示，Q0，表示反应吸热；Q0，表示反应放热。(2)意义：反应热描述的是在一定温度下，化学反应前后的热量变化。(1)反应热描述的是化学反应前后的热量变化。(2)反应热描述的是一定温度下的热量变化。(3)反应吸热时，Q 为
6、正值；反应放热时，Q 为负值。(4)如果反应物所具有的总能量大于生成物具有的总能量，反应物转化为生成物时放出能量，这就是放热反应。反之，为吸热反应。如图所示：2化学反应的焓变(1)焓：化学反应的反应热是由于反应前后物质所具有的能量不同而产生的。物质所具有的能量也是物质的固有的性质，可以用一个物质量“焓”来描述，符号为H，用它的变化来描述化学反应的反应热。在理解焓的概念时注意以下几点：焓的性质与物质的内能相似，是表示物质能量大小的一个物理量。在同样的条件下，不同的物质具有的能量不同，焓的数值也就不同。焓的大小受温度、压强等因素的影响。对于一定量的纯物质，在一定的状态(温度、压强)下，焓有确定的值
7、；在不同的状态下(温度、压强不同)，焓的值也不同。焓值只与体系的状态有关，与通过什么途径达到研究状态无关。(2)焓变：热化学研究表明，对于在等压条件下进行的化学反应，如果反应中的物质的能量变化全部转化为热能(除了因体积改变而做的功外，没有转化为电能、光能等其他形式的能)，则反应前后物质的焓的改变就等于该反应的反应热，其数学表达式为 HQpH(生成物)H(反应物)。如果 H0，即反应产物的总焓大于反应物的总焓，反应是吸收能量的，为吸热反应；如果 H0，反应产物的总焓小于反应物的总焓，反应是放出能量的，为放热反应。其示意图如下：关于焓变的理解注意：当一个化学反应在不同的条件(温度、压强、溶液的浓度
8、)下进行时，以及物质的聚集状态不同或参加反应的物质的物质的量不同时，反应焓变是不同的。(情境应用)H2(g)Cl2(g)=2HCl 反应的能量变化示意图：从该图你能获得什么信息？你能计算出该反应过程中能量的变化为多少吗？提示：断开 1 mol HH 键需要吸收 436 kJ 的能量；断开 1 mol ClCl键需要吸收 243 kJ 的能量；形成 1 mol HCl 键能放出 431 kJ 的能量。计算：1 mol H2和 1 mol Cl2 反应得到 2 mol HCl 要放出 183 kJ 的能量。【典例】下列关于反应热和焓变的说法正确的是()A任何条件下，焓变完全等于反应热B放热反应的
9、H0，吸热反应的 H0C所有化学反应的反应热都可以通过实验直接测得D生成物的总焓大于反应物的总焓时，H0【解题指南】焓变受温度、压强和物质的聚集状态影响，故分析焓变和反应热的关系时，要关注反应所处的条件；化学反应的反应热并不是均可以通过实验直接测出的，有些需要计算才能得出。【解析】选 B。恒压条件下的反应热才等于焓变，A 项错误；放热反应 H0，吸热反应 H0，B 项正确；有些化学反应的反应热与焓变不能通过实验直接测得，C 项错误；生成物的总焓大于反应物的总焓，说明反应吸热，H0，D 项错误。(1)掌握反应热和焓变的概念化学反应中吸收或释放的热简称为反应热，燃料燃烧放出的热和中和反应放出的热都
10、属于反应热。焓变：焓的数值变化称为焓变，HH(生成物)H(反应物)。(2)理解焓变和反应热的关系等压条件下，在体系仅做体积功，不做其他功的变化过程中，化学反应的焓变等于反应热，即 QpH。(3)清楚吸热反应、放热反应与焓变的关系吸热反应：Q0，H0，放热反应：Q0，H0。根据如图所示的 N2(g)和 O2(g)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
11、 和 1 mol O2 的反应热 H180 kJmol1【解析】选D。根据焓变反应物键能之和生成物键能之和，则N2(g)O2(g)=2NO(g)的H946 kJmol1498 kJmol12632 kJmol1 180 kJmol1，故化学反应吸热，说明反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，A项正确；图中1 mol O2(g)断裂为O原子，吸收498 kJ能量，则2 mol气态氧原子结合生成O2(g)时，能放出498 kJ能量，B项正确；图中形成1 mol NO(g)放出632 kJ热量，则断裂1 mol NO分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量，C项正确；根据计算可知H180 kJm
12、ol1，D项错误。知识点二 热化学方程式1定义：能够将化学反应中物质的变化和反应的焓变同时表示出来的化学方程式，叫做热化学方程式。2热化学方程式意义：不仅表示了物质的变化，还表示了反应的焓变。例如：H2(g)I2(g)2HI(g)H14.9 kJmol1 即表明在 298 K 时，1 mol H2(g)和 1 mol I2(g)完全反应生成 2 mol HI(g)所放出的热量为 14.9 kJ。3书写热化学方程式的注意事项要在物质的化学式后面用括号注明参加反应的物质的聚集状态。一般用英文小写字母 g、l 和 s 分别表示气态、液态和固态，水溶液则用 aq 表示。H 的单位是 kJmol1 或
13、Jmol1。根据焓的性质，对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其 H 也不同。若化学方程式中各物质的系数加倍，则 H 的数值也加倍；如：H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H184.6 kJmol1，若化学计量数扩大 2 倍，则 2H2(g)2Cl2(g)=4HCl(g)H369.2 kJmol1若反应逆向进行，则 H 改变符号，但绝对值不变。如：H2(g)12 O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1H2O(l)=H2(g)12 O2(g)H285.8 kJmol1热化学方程式各物质前的化学计量数不表示分子个数，只表示物质的量，它可以是整数也可以是简单分数。如：H2(g)Cl
14、2(g)=2HCl(g)H184.6 kJmol112 H2(g)12 Cl2(g)=HCl(g)H92.3 kJmol1书写热化学方程式时必须标明H的符号，放热反应中H为“”，吸热反应中H为“”，正负号不可丢掉。如：H2(g)12 O2(g)=H2O(g)H241.8 kJmol1()错误订正：H2(g)12 O2(g)=H2O(g)H241.8 kJmol1(1)热化学方程式中不用标“”、“”和反应条件。(2)H 的单位“kJmol1”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学计量数来计量其物质的量时伴随的能量变化。不论热化学方程式的化学计
15、量数如何改变，其单位都为 kJmol1。4普通化学方程式与热化学方程式的区别 化学方程式 热化学方程式 化学计量数 是整数,既表示微粒个数又表示该物质的物质的量 既可以是整数,又可以是分数,只表示物质的物质的量 状态 不要求注明 必须在化学式后注明 H 的正负号及单位 无 必须注明 意义 表明了化学反应中的物质变化,微观上表示原子分子数目,只能为整数,不能为分数 不仅表明了化学反应中的物质变化,也表明了化学反应中的能量变化 5.热化学方程式的书写步骤(1)热化学方程式的化学计量数仅表示物质的量，而不表示原子数和分子数。(2)表示反应物完全反应所放出的热量。如：H2(g)Cl2(g)=2HCl(
16、g)H(298 K)184.6 kJmol1；读法：在 298 K 时，1 mol H2(g)和 1 mol Cl2(g)完全反应生成 2 mol HCl(g)所放出的热量为184.6 kJ。而不能读成 1 个 H2(g)和 1 个 Cl2(g)完全反应生成 2 个 HCl(g)所放出的热量为184.6 kJ。(1)同一个化学反应方程式，若物质的计量数不同，会不会影响焓变？请举例说明。提示：影响。例如：H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H184.6 kJmol1；12 H2(g)12 Cl2(g)=HCl(g)H92.3 kJmol1分别表示：1 mol 气态 H2和 1 mol 气态 C
17、l2 反应生成 2 mol 气态 HCl 放出的热量为 184.6 kJ；12 mol 气态 H2和12 mol 气态 Cl2反应生成 1 mol 气态 HCl 放出的热量为 92.3 kJ。(2)同一个化学反应方程式，如果物质的状态有所不同，对化学反应的焓变有何影响？提示：化学方程式的计量数不同所得的焓变不同，物质的状态一旦改变，也会影响焓变的值。例如H2(g)12 O2(g)=H2O(g)H241.8 kJmol1;H2(g)12 O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1分别表示：1 mol 气态 H2和12 mol 气态 O2反应生成 1 mol 水蒸气，放出 241.8 kJ
18、的热量；1 mol 气态 H2与12 mol 气态 O2反应，生成 1 mol 液态水，放出 285.8 kJ的热量。【典例】2020 年 11 月 24 日 4 时 30 分，我国在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器，12 月 2 日 4 时 53 分，嫦娥五号着陆器和上升器组合体完成了月球钻取采样及封装。长征五号遥五运载火箭推进剂采用的是液氢与液氧，已知在 101 kPa、298 K 条件下，2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出484 kJ热量，下列热化学方程式正确的是()A.H2O(g)=H2(g)12 O2(g)H242kJmol1B.H2(g)12 O2
19、(g)=H2O(l)H484 kJmol1C.2H2O(g)=2H2(g)O2(g)H484 kJmol1D.H2(g)12 O2(g)=H2O(g)H484 kJmol1【解析】选 C。A、2 mol 氢气燃烧生成水蒸气放出 484 kJ 热量，则 1 mol氢气燃烧生成水蒸气放出 242 kJ 热量，其逆过程就要吸收这些热量，有 H2O(g)=H2(g)12 O2(g)H242 kJmol1，故 A 错误；B、生成的水应该为气态，而不是液态，且氢气的燃烧为放热反应，反应热应该为负值，故 B 错误；C、2 mol 氢气燃烧生成水蒸气放出 484 kJ 热量，则 2 mol 水蒸气分解吸收 4
20、84 kJ 热量，故有2H2O(g)=2H2(g)O2(g)H484 kJmol1，故 C 正确；D、2 mol氢气燃烧生成水蒸气放出 484 kJ 热量，则 1 mol氢气燃烧生成水蒸气放出 242 kJ 热量，故有 H2(g)12 O2(g)=H2O(g)H242 kJmol1，故 D 错误。判断方程式正误要从以下几个方面分析：(1)各物质是否标明聚集状态；(2)焓变的符号与吸热、放热是否对应；(3)焓变的数值和方程式的计量数相对应；(4)焓变的单位是否正确。【母题追问】(1)书写热化学方程式时有哪些常见误区？提示：热化学方程式书写的常见误区：热化学方程式中不用标反应条件(如“加热”“高温
21、”“催化剂”等)。由于已经注明了物质的聚集状态，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。热化学方程式中化学式前面的系数必须与 H 相对应，若系数加倍，则 H 数值的绝对值也要加倍；若反应逆向进行，则 H 的数值改变符号，但绝对值不变。(2)如何理解焓变的数值与方程式计量数之间的关系？提示：焓变的单位为 kJmol1 指的是每摩尔该反应的焓变，因而在根据所给物质的燃烧热计算焓变数值时，要计算 1 mol 燃料放出的热量，然后将焓变数值与化学计量数相对应。已知 2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol1，则下列关于热化学方程式2H2O(l)=2H2(g
22、)O2(g)的 H 的说法中正确的是()A.方程式中的化学计量数表示分子数B.该反应的 H 大于零C.该反应的 H571.6 kJmol1D.该反应可表示 36 g 水蒸气分解时的热效应【解析】选B。热化学方程式中化学计量数表示物质的量，A项错误；水的分解是吸热反应，焓变大于零，B项正确；正、逆反应焓变的符号相反，数值相等，故该反应的焓变大于零，C项错误；该反应表示36 g液态水分解成氢气和氧气时的热效应，D项错误。三言两语话重点1熟记焓变的两种求法(1)焓变断键吸收的能量成键放出的能量。(2)焓变反应物键能总和生成物键能总和。2掌握放热反应和吸热反应的两种判断方法(1)H0，吸热反应；H0，
23、放热反应。(2)反应物能量小于生成物能量，吸热反应；反应物能量大于生成物能量，放热反应。3熟练掌握热化学方程式的书写和正误判断(1)书写：写方程式，标状态，加焓变。(2)判断、检查：方程式、状态、焓变是否正确。课堂检测素养达标1下列诗句中包含吸热反应过程的是()A野火烧不尽，春风吹又生 B春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干 C千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲 D爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏【解析】选 C。吸热反应首先为化学反应，在反应中吸收能量，涉及物质的燃烧反应为放热反应，结合物质的变化解答该题。A.野火烧不尽，春风吹又生，涉及物质的燃烧，为放热反应，故 A 错误；B.春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪
24、始干，涉及物质的燃烧，为放热反应，故 B 错误；C.千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲，涉及碳酸钙的分解，为吸热反应，故 C 正确；D.爆竹声中一岁除，春风送暖入屠苏，涉及黑火药爆炸的反应，为放热反应，故 D 错误。2(2021济南高二检测)对于放热反应 2H2(g)O2(g)=2H2O(l)，下列说法正确的是()A产物 H2O 所具有的总能量高于反应物 H2和 O2 所具有的总能量B反应物 H2 和 O2 所具有的总能量高于产物 H2O 所具有的总能量C反应物 H2 和 O2 所具有的总能量等于产物 H2O 所具有的总能量D反应物 H2 和 O2 比产物 H2O 稳定【解析】选 B。反应 2H2
25、(g)O2(g)=2H2O(l)是放热反应，则说明反应物氢气和氧气的总能量高于生成物水的总能量。答案选 B。3(2021哈尔滨高二检测)N2 和 H2 合成 NH3 的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是()AN2(g)3H2(g)=2NH3(l)H2(abc)kJmol1BN2(g)3H2(g)=2NH3(g)H2(ba)kJmol1C12 N2(g)32 H2(g)=NH3(l)H(bca)kJmol1D12 N2(g)32 H2(g)=NH3(g)H(ab)kJmol1【解析】选 A。根据图像，12 mol N2(g)32 mol H2(g)的能量比 1 mol NH3(g)的能量大
26、(ba)kJ，因此12 N2(g)32 H2(g)=NH3(g)H(ab)kJmol1，而1 mol 的 NH3(g)转化为 1 mol 的 NH3(l)放出的热量为 c kJ，所以有12 N2(g)32 H2(g)=NH3(l)H(abc)kJmol1，即：N2(g)3H2(g)=2NH3(l)H2(abc)kJmol1，故选 A。4(2021张家口高二检测)如图为氟利昂(如CFCl3)破坏臭氧层的反应过程示意图，下列说法不正确的是()A过程中断裂极性键CCl键B过程中OO=O2是吸热过程C过程可表示为O3Cl=ClOO2D上述过程说明氟利昂中氯原子是破坏O3的催化剂【解析】选B。据图可知过
27、程中CFCl3生成CFCl2和氯原子，不同元素形成的共价键为极性键，所以过程中断裂极性键CCl键，故A正确；成键释放能量，所以OO=O2是放热过程，故B错误；据图可知过程可以表示为O3Cl=ClOO2，故C正确；过程中氯原子反应生成ClO，过程中ClO和氧原子反应又生成了氯原子，所以说明氟利昂中氯原子是破坏O3的催化剂，故D正确。5(2021日照高二检测)已知氮化硅陶瓷材料可由石英固体与焦炭颗粒在高温氮气流中通过如下反应制得：SiO2CN2高温 Si3N4CO(未配平)。该反应过程中的能量变化如图所示。回答以下问题：(1)上述反应中的氧化剂是_，其还原产物是_。(2)该反应是_(填“吸热反应”
28、或“放热反应”)，H_(填“”“”“”或“”)形成新键释放的热量。【解析】(1)根据化学方程式可知，碳元素的化合价由 0 价升高为2 价，C 失电子，作还原剂，发生氧化反应，氧化产物为 CO，氮元素的化合价由 0 价降低为3 价，N2得电子，作氧化剂，发生还原反应，还原产物为 Si3N4；(2)根据能量变化图可知，反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量，该反应为放热反应，H0；(3)该反应为放热反应，则反应过程中，断裂旧键吸收的热量形成新键释放的热量。答案：(1)N2 Si3N4(2)放热反应 (3)素养新思维6我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g)的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物质用*标注。可知水煤气变换的 H_0(填“大于”“等于”或“小于”)。【解析】根据图像可知水煤气的生成过程经过了过渡态 1 和过渡态 2，最后生成物的能量比反应物的能量低，说明该反应是放热反应，所以 H0，即水煤气变换的 H 小于 0。答案：小于
