1、第1节化学反应的热效应第1课时化学反应的反应热化学反应的内能变化与焓变发 展 目 标体 系 构 建1.通过对日常生活生产常见化学反应的放热、吸热现象的认知，能辨识化学反应中能量变化的本质；认识反应热、放热反应、吸热反应的含义。2.能从内能变化角度认识反应热、焓变。3.通过中和反应的反应热测定实验，明确反应热测定的原理和方法。一、化学反应的反应热1反应热(1)定义当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量。(2)表示符号用Q表示(3)单位kJmol1或 Jmol1。微点拨：(1)物理变化中的能量变化不是反应热。如物质的三态变化，物质的溶解等。(2)反应放热或吸热与反应条件无关。2反应
2、热的测定(1)仪器量热计(2)原理QC(T2T1)，其中C表示溶液及量热计的热容，其单位为JK1；T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。微点拨：(1)热力学温度与摄氏温度的换算关系：Tt273.15 K。(2)热容(C)与比热容(比热)的关系：比热。(3)常温下，液态水的比热为4.18 kJK1kg1。二、化学反应的内能变化与焓变1反应体系的能量2内能(1)定义：是体系内物质所含各种微观粒子的能量总和。符号：_U。(2)内能大小的影响因素内能的大小除了与物质的种类、数量及聚集状态(即气态、液态或固态等)有关，还与体系的温度、压强有关。(3)反应体系的能量变化在一般情况下，反应体系处于静止
3、状态，即体系整体的动能和势能没有变化，体系的能量变化可表示为UU(反应产物)U(反应物)QW。当反应过程中体系没有做功时，则UQ。U0，反应吸收能量；U0，反应吸热时H0C在加热条件下发生的反应均为吸热反应D一个化学反应中，当反应物的总能量大于反应产物的总能量时，反应放热，H为负值D反应物的物质的量越多，则焓变的绝对值越大，A项错误；反应是否需要加热，只是引发反应的条件，与反应放热还是吸热无关，C项错误；在反应中物质所具有的总能量减少，反应就放热，此时H0，因此B项错误、D项正确。3量热计直接测出的是()A质量的变化B能量的变化C温度的变化D电流的变化C量热计直接测出的是反应前后的温度差。测定
4、中和反应的反应热(素养养成科学探究与创新意识)在实验室用如图所示装置测定中和反应的反应热。图1 图21用50 mL 0.50 molL1的盐酸与50 mL 0.55 molL1的NaOH溶液，在如图所示的装置中分别进行中和反应反应热的测定，测定的结果是否相同？哪个结果更接近于真实值？为什么？提示：两种装置测定的结果不同。用图2装置测定中和反应的反应热更接近于真实值。因为图2装置热量损失少。2谈一谈中和反应的反应热测定实验成功与否的关键是什么？提示：中和反应的反应热测定实验成功的关键是比较准确地配制一定物质的量浓度的溶液，量热器要尽量做到保温、绝热且可使体系温度尽快达到一致；在量热的过程中要尽量
5、避免热量的散失。1中和反应的实质是H和OH反应生成H2O。若反应过程中有其他物质生成(如生成不溶性物质、难电离物质等)，这部分反应热不在中和反应反应热之内。2测定中和反应的反应热需注意的几个问题(1)实验中要用强酸、强碱的稀溶液(0.10.55 molL1)。(2)操作时动作要快，尽量减少热量的损失，使用绝热装置，避免热量散发到反应体系外。(3)测量盐酸的温度后，要将温度计上的酸冲洗干净后，再测量NaOH溶液的温度，避免酸、碱在温度计的表面反应放热而影响测量结果。(4)读取的中和反应的温度(T2)是反应混合液的最高温度。(5)不能用弱酸或弱碱，因弱酸、弱碱电离时吸收热量而使测量数值偏低。(6)
6、中和反应的反应热的数值是57.3 kJmol1，测定时与强酸、强碱的用量无关。1中和反应的反应热测定实验中下列说法错误的是()A一组完整实验数据需要测温度三次B烧杯间填满碎纸屑是为了减少实验过程中热量散失C可用铜做的环形搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒，因铜和盐酸不反应D在量取NaOH溶液和HCl溶液体积时均仰视，测得中和热数值将偏大C一组完整实验数据需要测实验前酸的温度、碱的温度和反应过程中的最高温度，故A正确；实验的关键是保温工作，烧杯间填满碎纸屑是为了保温，减少实验过程中热量散失，故B正确；金属的导热性很好，用铜做的环形搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒，会导致热量的散失，使测得中和热数值偏小，故C错误；
7、在量取溶液体积时仰视，则实际量取体积偏高，测得中和热数值将偏大，故D正确。250 mL 0.50 molL1盐酸与50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和反应的反应热。回答下列问题：(1)从实验装置看，图中还缺少的一种玻璃仪器是_。(2)两烧杯间填满碎纸屑的作用是_。(3)实验中改用60 mL 0.50 molL1盐酸与50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液进行反应，与上述实验相比较，所放出的热量_(填“相等”或“不相等”)，中和反应的反应热_(填“相等”或“不相等”)，理由是_。(4)用相同浓度和体积的氨水
8、代替NaOH溶液进行上述实验，测得中和反应的反应热的数值与57.3 kJmol1相比较会_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。(5)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和反应的反应热数值_(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。解析(1)根据量热计的构造可知该装置还缺少的仪器是环形玻璃搅拌棒。(2)中和反应的反应热测定实验成败的关键是保温工作，大小烧杯之间填满碎纸屑的作用是减少实验过程中的热量损失。(3)反应放出的热量和所用酸、碱的量有关，若用60 mL 0.50 molL1盐酸与50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，生成水的量增多，所放出的热量多，但是中和反应的反应热
9、是强酸和强碱反应生成1 mol水时放出的热量，与酸、碱的用量无关，所以用60 mL 0.50 molL1盐酸进行上述实验，测得中和反应的反应热数值相等。(4)氨水为弱碱，电离过程为吸热过程，所以用氨水代替稀氢氧化钠溶液反应，反应放出的热量偏小，求得的中和反应的反应热数值将会偏小。(5)大烧杯上如不盖硬纸板，会有一部分热量散失，求得的中和反应的反应热数值将会偏小。答案(1)环形玻璃搅拌棒(2)保温、隔热，减少热量散失(3)不相等相等中和反应的反应热是生成1 mol水时放出的热量(其他合理答案也可)(4)偏小(5)偏小强酸和弱碱或弱酸和强碱的稀溶液发生中和反应，反应热的数值一般小于57.3 kJm
10、ol1，因为弱电解质的电离是吸热的。焓变与化学键、物质能量之间的关系(素养养成宏观辨识与微观探析)1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl的能量转化关系如图所示：1断裂1 mol H2分子和1 mol Cl2分子中的化学键吸收的能量是多少？提示：436 kJmol11 mol243 kJmol11 mol679 kJ。2由H原子形成1 mol HH所放出的能量是多少？提示：由H原子形成1 mol HH所放出的能量等于断裂1 mol HH吸收的能量，即436 kJ。3该反应是吸热反应还是放热反应？(通过计算回答)提示：H436 kJmol1243 kJmol12431 kJ
11、mol1183 kJmol1E2 反应吸收能量H0E1E2反应放出能量H02焓变与物质能量变化的关系放热反应吸热反应关系反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量表示方法H0图示实例H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)H183.0 kJmol1C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H131.3 kJmol11已知氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ，下列关系式中正确的是()AQ1Q
12、2Q3BQ1Q22Q3CQ1Q2Q3DQ1Q22Q3D由于氢气在氯气中燃烧是放热反应，则H0，HQ1Q22Q3，则Q1Q22Q30，即Q1Q22Q3，D正确。2白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却，可得深灰色固体黑磷，其转化过程中能量变化如图所示。下列叙述中正确的是()A黑磷比白磷稳定B黑磷与白磷互为同分异构体C白磷转化为黑磷是氧化还原反应D白磷转化为黑磷是吸热反应A物质本身具有的能量越低越稳定，因白磷转化为黑磷是放热反应，故白磷不如黑磷稳定；两者互为同素异形体，两者之间的转化不是氧化还原反应。3CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是()A该反应为吸热反应B1
13、 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(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B由能量变化可知，反应产物的总能量比反应物的总能量低，反应为放热反应，放热反应也有可能需要加热后才能进行；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。(1)反应物总能量大于反应产物总能量的反应为放热反应，其逆反应过程为吸热反应。(2)加热
14、条件下进行的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，反应是吸热反应还是放热反应取决于反应物总能量与反应产物总能量的相对大小，与反应条件无关。2017年5月，中国首次海域天然气水合物(可燃冰)试采成功。天然气水合物甲烷含量占80%99.9%，燃烧污染比煤、石油、天然气都小得多，而且储量丰富，全球储量足够人类使用约1 000年，因而被各国视为未来石油、天然气的替代能源。1可燃冰燃烧是放热反应还是吸热反应？其反应热大于0还是小于0?提示：放热反应。其反应热小于0。2可燃冰燃烧为什么伴随着能量变化？试从宏观角度和微观角度分别分析。提示：宏观角度：反应物总能量与反应产物总能量不相等，故化学反应都伴随着能量
15、变化；微观角度：因为断裂反应物中的化学键吸收的能量与形成反应产物中的化学键时放出的能量不相等，故伴随着能量变化。3若可燃冰在一个恒压容器中与空气反应，其反应热是否等于体系内能的变化？为什么？提示：否。因为反应产生气体使体系体积发生改变，有体积功存在，UQW。通过本情境素材中从宏观角度、微观角度分析化学反应能量变化的原因，以及对内能变化与反应热的关系的分析，提升了“宏观辨识与微观探析”的核心素养。1(素养题)2020年3月9日，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射北斗系统第54颗导航卫星。卫星顺利进入预定轨道。卫星发射中涉及许多的化学反应与能量变化。下列说法不正确的是()A反应热
16、既包括放热反应放出的热量，又包括吸热反应吸收的热量B化学反应可分为吸热反应和放热反应C化学反应中的能量变化多少与反应物的量有关D化学反应中的能量变化都是以热能形式表现出来的D化学反应中的能量变化主要是化学能与热能之间的转化，但化学能也可以转化为光能、电能等。2下列反应中反应产物总能量高于反应物总能量的是()A碳酸钙受热分解B乙醇燃烧CAl与Fe2O3反应DCaO溶于水A反应产物总能量高于反应物总能量的反应为吸热反应，B、C、D三项反应均为放热反应。3下列变化为放热的化学反应的是()AH2O(g)=H2O(l)B2HI(g)=H2(g)I2(g)C形成化学键时共放出能量862 kJ的化学反应D能
17、量变化如图所示的化学反应DA项不属于化学反应；B项为吸热反应；C项中化学反应是放热反应还是吸热反应取决于断开反应物中的化学键吸收的能量与形成反应产物的化学键放出能量的相对大小，该项说法无法确定该反应是放热反应还是吸热反应。4(双选)如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化，下列说法中正确的是()A1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应吸收的能量为180 kJB1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量C通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NODNO是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水
18、AB反应热就是断裂旧化学键吸收的总能量和形成新化学键所放出的总能量的差值，所以该反应的反应热H946 kJmol1498 kJmol12632 kJmol1180 kJmol1，故该反应是吸热反应，选项A、B正确；氮气和氧气反应需要在放电条件下，选项C不正确；NO不是酸性氧化物，和氢氧化钠溶液不反应，选项D不正确。5在测定中和反应的反应热的实验中，下列叙述错误的是()A向量热计中加入盐酸，盖上杯盖，搅拌后的温度即为初始温度B实验中可使酸液或碱液稍微过量C向量热计中加入碱液时，碱液的温度应与酸液的温度相同D可以用KOH溶液代替NaOH溶液，浓硫酸代替盐酸D可以用KOH溶液代替NaOH溶液，但不能
19、用浓硫酸代替盐酸，因为浓硫酸溶于水时会放出热量，影响测定结果。6实验室用50 mL 0.50 molL1盐酸、50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液和如图所示装置进行测定中和热的实验得到下表中的数据。实验次数起始温度t1/终止温度t2/盐酸NaOH溶液120.220.323.7220.320.523.8321.521.624.9请完成下列问题：(1)实验时用搅拌器搅拌溶液的方法是_，不能用铜丝搅拌棒代替搅拌器的理由是_。(2)经数据处理，t2t13.4 。则该实验测得的反应热Q_。盐酸和NaOH溶液的密度按1 gcm3计算，反应后混合溶液的比热容按4.18 J(g)1计算解析(1)对于本实验，让氢氧化钠和盐酸尽可能地完全反应是减小误差的一个方面，所以实验时用的反应搅拌器旋转上下搅动，同时可防止损坏温度计，做好保温工作是减小误差的另一个重要方面，所以用搅拌器而不用铜丝搅拌棒。(2)Q100 g4.18 J(g)13.4 1 421.2 J。答案(1)旋转上下搅动铜导热快，热量损失大(2)1 421.2 J