2018-2019學年高中化學 專題1 化學反應與能量變化 第一單元 化學反應中的熱效應 第1課時 化學反應的焓變學案 蘇教版選修4.doc

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第1課時　化學反應的焓變 學習目標：1.通過生產(chǎn)、生活中的實例了解化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。2.了解反應熱和焓變的含義。了解吸熱反應、放熱反應的定義。(重點)3.知道鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因。(重點)4.掌握熱化學方程式的意義并能正確書寫熱化學方程式。(重點) [自 主 預 習探 新 知] 1．反應熱　焓變 (1)反應熱：在化學反應過程中，當反應物和生成物具有相同溫度時，所吸收或放出的熱量。 (2)焓變：在恒溫、恒壓的條件下，化學反應過程中吸收或釋放的熱量，符號為ΔH，常用單位為kJmol－1。 微點撥：(1)焓變?yōu)楹銐簵l件下的反應熱。(2)反應熱、焓變的單位為kJmol－1，熱量的單位為kJ。 2．吸熱反應、放熱反應的定義及表示方法 吸熱反應 放熱反應 定義 吸收熱量的反應 放出熱量的反應 表示方法 ΔH>0 ΔH<0 能量 變化 微點撥：(1)吸熱反應、放熱反應研究的對象為化學反應，不是物理反應。 (2)反應熱的大小取決于反應物總能量與生成物總能量的相對大小，與反應條件是否需要加熱無關(guān)。 3．熱化學方程式 (1)定義：能夠表示反應熱的化學方程式。 (2)書寫熱化學方程式需注意的問題 ①書寫熱化學方程式時應指明反應的溫度和壓強，若在25 ℃(即298 K)、101 kPa時進行的反應，可不注明。 ②注明反應物和生成物的聚集狀態(tài)。一般用“g”表示氣體，“l(fā)”表示液體，“s”表示固體，“aq”表示水溶液。 ③在熱化學方程式中，化學計量數(shù)表示物質(zhì)的量，可以用整數(shù)或簡單分數(shù)表示。 ④在熱化學方程式后面注明ΔH的數(shù)值、正負號(正號可以省略)及單位(kJmol－1)。 ⑤同一化學反應，熱化學方程式中物質(zhì)的化學計量數(shù)不同，ΔH也不同，ΔH與化學計量數(shù)成正比關(guān)系。 4．化學鍵與化學反應中的能量變化 (1)化學反應中的能量變化，是由化學反應中舊化學鍵斷裂時吸收的能量與新化學鍵形成時所放出的能量不同所導致的。 (2)N2(g)與O2(g)反應生成NO(g)過程中的能量變化示意圖如下： 由圖可知： N2(g)與O2(g)反應的化學方程式為N2＋O2===2NO，該反應的反應熱等于180 kJmol－1，熱化學方程式為N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH＝＋180 kJmol－1。 (3)化學反應中能量變化的本質(zhì)原因：化學反應中化學鍵的斷裂和形成是反應過程中能量變化的本質(zhì)原因。 [基礎自測] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“”)。 (1)反應熱與熱量單位相同。(　　) (2)反應開始前需要加熱的反應一定是吸熱反應，不需要加熱就能發(fā)生的反應一定是放熱反應。(　　) (3)熱化學方程式中物質(zhì)前的化學計量數(shù)可以表示分子個數(shù)。(　　) (4)當反應放熱時ΔH>0，反應吸熱時ΔH<0。(　　) 【答案】　(1)　(2)　(3)　(4) 2．關(guān)于化學反應的說法錯誤的是(　　) 【導學號：73702001】 A．如圖所示的反應為放熱反應 B．化學反應中有物質(zhì)變化也有能量變化 C．需要加熱的化學反應不一定是吸熱反應 D．在一個確定的化學反應體系中，反應物總能量與生成物總能量一定不同 A　[由圖可知：反應物的總能量小于生成物的總能量，故圖中表示的反應為吸熱反應；需要加熱的化學反應不一定是吸熱反應。] 3．下列有關(guān)熱化學方程式的說法中不正確的是(　　) 【導學號：73702002】 A．熱化學方程式未注明溫度和壓強時，ΔH表示標準狀況下的數(shù)據(jù) B．熱化學方程式中的化學計量數(shù)只代表反應物或生成物的物質(zhì)的量 C．在加熱或點燃條件下才能進行的化學反應既可以為放熱反應，也可以為吸熱反應 D．同一化學反應化學計量數(shù)不同，ΔH值不同?；瘜W計量數(shù)相同而狀態(tài)不同，ΔH值也不同 A　[若熱化學方程式未注明溫度和壓強，則說明在25 ℃、101 kPa下進行，而非標準狀況下，A不正確；B、C、D正確。] [合 作 探 究攻 重 難] 焓變與反應熱的理解與計算 已知H2和Cl2在點燃的條件下生成HCl。下面是反應H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的能量變化示意圖。 [思考交流] 1．示意圖中的反應是放熱反應，還是吸熱反應？請從成鍵、斷鍵的角度解釋說明為什么有能量變化？ 【提示】　放熱反應。從微觀角度看，在化學反應中，當反應物分子中舊化學鍵斷裂時，需要克服原子間的相互作用而吸收能量；當原子重新組合成生成物分子，即新化學鍵形成時，又要釋放能量。若吸收的能量大于放出的能量，則為吸熱反應，反之，為放熱反應。 2．示意圖所示的反應中的熱量變化是多少？ 【提示】　化學鍵斷裂時需要吸收能量，吸收的總能量為： 436 kJmol－1＋243 kJmol－1＝679 kJmol－1； 化學鍵形成時要釋放能量，釋放的總能量為： 431 kJmol－1＋431 kJmol－1＝862 kJmol－1； 反應過程釋放的能量為： 862 kJmol－1－679 kJmol－1＝183 kJmol－1。 3．怎樣用焓變來表示該反應的能量變化？ 【提示】　該反應為放熱反應，用反應熱(焓變)來表示該反應的能量變化為ΔH＝－183 kJmol－1。 焓變的兩種求算方法 (1)ΔH＝生成物的總能量－反應物的總能量 由該關(guān)系式可知，如果反應物所具有的總能量高于生成物所具有的總能量，此時ΔH＜0，該反應為放熱反應。反之，則為吸熱反應。 (2)ΔH＝反應物的鍵能之和－生成物的鍵能之和 根據(jù)鍵能計算ΔH時，重點之一是確定化學鍵的個數(shù)。例如N2＋3H2===2NH3的反應中，2 mol NH3中含有6 mol的N—H，不是3 mol N—H。 熱化學方程式的書寫與正誤判斷 已知在25 ℃、101 kPa條件下，1 g丙烷完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水放出50.45 kJ的熱量。據(jù)此回答下列問題。 [思考交流] 1．在該條件下，1 mol丙烷完全燃燒放出的熱量是多少？ 【提示】　設1 mol丙烷完全燃燒放出的熱量為x，1 mol丙烷的質(zhì)量為44 g，所以1 g∶44 g＝50.45 kJ∶x，x＝2 219.8 kJ。 2．某同學寫的熱化學方程式為C3H8＋5O2===3CO2＋4H2O　ΔH＝2 219.8 kJ。請分析上述熱化學方程式出現(xiàn)了哪些錯誤？ 【提示】?、傥醋⒚鞣磻?、生成物狀態(tài)；②ΔH未標明“－”；③單位書寫不正確，應為kJmol－1。 3．試寫出正確的熱化學方程式。 【提示】　C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－2 219.8 kJmol－1。 (1)一個反應正向反應的焓變與逆向反應的焓變絕對值相等，符號相反。像下面兩個熱化學方程式，知道其中的一個即可推導出另一個。 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJmol－1 2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g) ΔH＝＋184.6 kJmol－1 (2)判斷熱化學方程式正誤的“五審” 一審焓變的“＋”“－”：放熱反應的ΔH為“－”，吸熱反應的ΔH為“＋”。 二審焓變的單位：ΔH的單位一般為kJmol－1，易錯寫成kJ或mol，有時會漏寫。 三審物質(zhì)聚集狀態(tài)：物質(zhì)的狀態(tài)必須正確，常用s、l、g、aq分別表示固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、溶液。特別注意水溶液中，溶劑水為液態(tài)(l)，溶質(zhì)或溶質(zhì)離子標為溶液(aq)。 四審焓變的數(shù)值：ΔH的數(shù)值與化學計量數(shù)必須相對應，如果化學計量數(shù)加倍，則ΔH也要加倍。如果反應為逆反應，則焓變絕對值不變，符號相反。 五審是否符合概念要求：如表示中和熱的熱化學方程式等。 [當 堂 達 標固 雙 基] 題組1　焓變與物質(zhì)能量的關(guān)系 1．已知反應X＋Y===M＋N為放熱反應，對該反應的下列說法中正確的是(　　) A．X的能量一定高于M B．Y的能量一定高于N C．X和Y的總能量一定高于M和N的總能量 D．因為是放熱反應，故不必加熱就可以發(fā)生 C　[一個化學反應是放熱還是吸熱，決定于所有反應物的總能量之和與所有生成物的總能量之和的相對大小，前者大的為放熱反應，后者大的為吸熱反應。所以，放熱反應中每種反應物的能量不一定比每種生成物的能量都高。放熱反應也往往需要加熱才能進行，如碳的燃燒；吸熱反應不一定都需要加熱，如Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應是吸熱反應，不用加熱就能發(fā)生。] 2．反應A＋B―→C(ΔH ＜0)分兩步進行： ①A＋B―→X(ΔH＞0)，②X―→C(ΔH＜0)。下列示意圖中，能正確表示總反應過程中能量變化的是(　　) 【導學號：73702003】 A　　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　　D D　[由A＋B―→X為吸熱反應，故X的能量大于A和B的能量和，可排除A項和C項；而總反應A＋B―→C為放熱反應，故C的能量小于A和B的能量和，B項錯誤，D項正確。] 化學反應中的能量曲線一般以體系能量為縱坐標，反應過程為橫坐標。解答這類題時要特別注意：吸熱反應的生成物能量高于反應物能量；放熱反應的反應物能量高于生成物能量。破壞反應物中的化學鍵要吸收能量；形成生成物中的化學鍵會放出能量。消耗的能量減去放出的能量就是反應的熱效應。 題組2　放熱反應與吸熱反應 3．下列說法中正確的是(　　) ①需要加熱方能發(fā)生的反應一定是吸熱反應?、诜艧岱磻诔叵乱欢ê苋菀装l(fā)生　③反應是吸熱還是放熱可以看反應物和生成物所具有的總能量的大小?、苣承┪鼰岱磻谝欢l件下也能發(fā)生 A．①②　 B．②③　　　C．①④　 D．③④ D　[反應是吸熱還是放熱主要取決于反應物和生成物所具有的總能量的相對大小。放熱反應和某些吸熱反應在一定條件下都能發(fā)生。反應開始需加熱的反應可能是吸熱反應，也可能是放熱反應。例如C＋O2CO2的反應為放熱反應，但反應開始也需要加熱，即需要向反應體系先提供一定的能量。] 4．下列過程中ΔH小于零的是(　　) A．氯酸鉀分解制氧氣 B．氯化銨加熱制備氨氣 C．氫氣還原氧化銅 D．實驗室制備氫氣 D　[ΔH<0意味著反應放熱，實驗室制備H2的反應是Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，此反應為放熱反應。] 常見的吸熱反應、放熱反應 放熱反應 吸熱反應 ①大多數(shù)化合反應 ②所有的燃燒反應 ③酸堿中和反應 ④金屬與酸的反應 ①大多數(shù)分解反應 ②Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應 ③C和CO2、C和H2O(g)的反應 題組3　利用化學鍵斷裂和形成時的能量變化計算反應熱 5．已知1 g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121 kJ，且氧氣中1 mol O===O鍵完全斷裂時吸收熱量496 kJ，水蒸氣中1 mol H—O鍵形成時放出熱量463 kJ，則氫氣中1 mol H—H鍵斷裂時吸收熱量為(　　) 【導學號：73702004】 A．920 kJ B．557 kJ C．436 kJ D．188 kJ C　[首先寫出氫氣和氧氣反應的化學方程式，求出該反應所放出的熱量。2H2＋O22H2O，由題意知，1 g氫氣完全燃燒放出121 kJ熱量，4 g氫氣要放出熱量4121 kJ＝484 kJ，現(xiàn)設斷裂1 mol H—H鍵時吸收熱量為x，故根據(jù)該反應為放熱反應，放出的熱量等于成鍵所放出的熱量與斷鍵吸收的熱量的差。列式可得：Q(放出熱量)＝484 kJ＝4463 kJ－(2x＋496 kJ)，解得，x＝436 kJ。] 6．SF6是一種優(yōu)良的絕緣氣體，分子結(jié)構(gòu)中只存在S—F鍵。已知：1 mol S(s)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硫原子吸收能量280 kJ，斷裂1 mol F—F、S—F鍵需吸收的能量分別為160 kJ、330 kJ。則S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反應熱ΔH為(　　) 【導學號：73702005】 A．－1 780 kJmol－1 B．－1 220 kJmol－1 C．－450 kJmol－1 D．＋430 kJmol－1 B　[1 mol S(s)轉(zhuǎn)化成氣態(tài)S原子時吸收能量280 kJ，斷裂3 mol F—F鍵吸收能量3160 kJ，則吸收的總能量為Q吸＝280 kJ＋3160 kJ＝760 kJ，釋放的總能量為Q放＝330 kJ6＝1 980 kJ，由反應方程式：S(s)＋3F2(g)===SF6(g)可知，ΔH＝760 kJmol－1－1 980 kJmol－1＝－1 220 kJmol－1。] 題組4　熱化學方程式的書寫與正誤判斷 7．已知0.1 mol硫黃完全燃燒時放出的熱量為29.6 kJ，對應的熱化學方程式是(　　) A．S＋O2===SO2　ΔH＝－296 kJmol－1 B．S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－29.6 kJmol－1 C．S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－296 kJmol－1 D．S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝＋296 kJmol－1 C　[熱化學方程式必須注明物質(zhì)的狀態(tài)，A項錯誤；常溫下，硫黃是固體，O2、SO2是氣體，1 mol S完全燃燒時放出的熱量為296 kJ，B、D項錯誤，C項正確。] 8．請你寫出298 K、101 kPa時，下列反應的熱化學方程式。 【導學號：73702006】 (1)1 mol C與1 mol水蒸氣反應生成1 mol CO和1 mol H2，吸熱131.5 kJ： _____________________________________________________________。 (2)用CO(g)還原1 mol Fe2O3(s)，放熱24.8 kJ： ____________________________________________________________。 (3)1 mol HgO(s)分解生成液態(tài)汞和氧氣時，吸熱90.7 kJ： ____________________________________________________________。 【解析】　(1)1 mol C與1 mol H2O(g)反應生成CO和H2時吸收131.5 kJ熱量，則反應的ΔH＝＋131.5 kJ/mol。 (2)用CO(g)還原1 mol Fe2O3(s)，放熱24.8 kJ，則反應的ΔH＝－24.8 kJ/mol。 (3)1 mol HgO(s)分解生成液態(tài)汞和O2，吸熱90.7 kJ，則反應的ΔH＝＋90.7 kJ/mol。 【答案】　(1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.5 kJ/mol (2)3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s) ΔH＝－24.8 kJ/mol (3)HgO(s)===Hg(l)＋O2(g)　ΔH＝＋90.7 kJ/mol