高中化学鲁科版 (2019)选择性必修1第1章 化学反应与能量转化第1节 化学反应的热效应学案

课时1  化学反应的反应热、内能变化与焓变

自主学习·必备知识

知识点一 化学反应的反应热

1.反应热

（1）概念：当化学反应在一定的温度下进行时,反应所①     释放或吸收     的热量称为该反应在此②     温度     下的热效应,简称反应热。

（2）符号： 。反应吸热时 取③     正值     ,反应放热时 取④     负值     。

2.热化学：用⑤      实验     方法和⑥     理论     方法研究反应热的化学分支。

3.反应热的测定

（1）仪器——量热计

⑦     反应前后          ⑧      均匀         ⑨       保温     

（2）步骤：将反应物加入内筒并搅拌使之迅速反应,测量反应前后溶液温度的变化值。

（3）计算

⑩   ,其中 表示溶液及量热计的⑪      热容       , 分别表示⑫     反应前和反应后     体系的温度。

想一想  水的三态变化中吸收和释放的能量是不是反应热？

答案：不是。物理变化中的能量变化不是反应热。

判一判

1.反应热测定中的玻璃搅拌器可以用金属搅拌器代替(  ×   )

2.燃烧都是反应热大于零的反应(  ×    )

知识点二  化学反应的内能变化与焓变

1.内能

（1）定义：体系内物质所含各种微观粒子的①      能量     总和。符号： 。

（2）内能大小的影响因素

.与物质的②      种类、数量及聚集状态       （即气态、液态或固态等）有关;

.与体系的③      温度、压强     有关。

（3）内能变化与体系的能量变化的关系

化学反应中内能的变化可表示为 ④  (反应产物)(反应物)       。

  (4)内能变化与反应热的关系

.化学反应体系与环境进行能量交换可以以⑦      热和功       的形式呈现。根据能量守恒定律,化学反应中内能的变化等于⑧      反应热和功       的加和,即 。

.如果反应过程中体系没有做功,则 ⑨     ,即化学反应的反应热等于化学反应前后体系内能的变化, ,即⑩     ,反应吸热;反之, ,即⑪     ,反应放热。

c.等压反应

等压反应是在反应前后⑫      压强       不变的条件下发生的化学反应,如在敞口容器中进行的反应。等压反应中可能伴随反应体系体积的改变而有体积功存在,⑬      反应热       不一定等于反应体系⑭      内能       的变化。2.化学反应的焓变

（1）焓

⑮    等压反应的反应热           ⑯   ⑰ 或  ⑱    种类、数量、聚集状态           ⑲    温度、压强        

（2）焓变

.定义：⑳      反应产物的焓与反应物的焓       之差。

.表达式： （反应产物） （反应物）

c.反应热与焓变的关系

等压条件下,反应中物质的能量变化没有与㉑     电能、光能       等其他形式的能量发生转化,则该反应的反应热等于反应前后体系的焓的变化,即 。

（3）化学反应的焓变示意图

㉒   ㉓

想一想1  在北京时间2020年5月31日, 公司的“龙飞船”第一次载人飞行成功。这次飞船舍弃了长条形“太阳翼”的外形,把电池板单元直接整合到了飞船的主体上,是一种半包围体装式太阳能电池板。太阳能电池的主要材料为硅。工业冶炼纯硅的原理是① ② 。

化学反应与能量变化如图所示。

（1）反应①是放热反应还是吸热反应？该反应的 大于零还是小于零？

（2）反应②是放热反应还是吸热反应？该反应的 大于零还是小于零？

答案：（1）反应①的反应物的总能量低于生成物的总能量,属于吸热反应,因此该反应的 大于零。（2）反应②的反应物的总能量高于生成物的总能量,属于放热反应,因此该反应的 小于零。

3.热化学方程式

（1）概念：在热化学中,常用热化学方程式把一个化学反应中㉔      物质的变化     和㉕      反应的焓变     同时表示出来。

（2）意义：热化学方程式不仅表明了化学反应中的㉖      物质     变化,还表明了化学反应中的㉗      能量     变化。

（3）常用的聚集状态符号

（4）实例

已知在 时,由 反应生成 放热 ,请将下列化学方程式写成热化学方程式：

想一想2  2017年5月,中国首次海域天然气水合物（可燃冰）试采成功。这也标志着我国成为全球第一个实现在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产气的国家。已知 完全燃烧生成 和液态水时放出 的热量,则甲烷燃烧的热化学方程式该如何书写？

答案：把 甲烷燃烧放出的热量转化为方程式中 甲烷燃烧的热量： 。

互动探究·关键能力

探究点一 焓变与化学反应中的能量变化

情境探究

1.氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。我国长征五号运载火箭就使用液氢作燃料。已知 ,反应过程中的能量变化rutu氢能是公认的清洁能量变化如图。

问题1： 、 、 分别代表什么意义？

答案：问题1：提示 是 和 过程中断开 中 键和 中 键吸收的能量; 是 结合成 时所放出的能量； 则代表成键所释放的能量-断键所吸收的能量。

问题2：该反应是放热反应还是吸热反应？ 大于零还是小于零？

答案：问题2：提示  由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量,所以该反应为放热反应, 。

探究归纳

1.反应热与焓变的区别与联系

2.放热反应与吸热反应

3.常见的吸热反应和放热反应

4.化学键的断裂、形成与反应热的关系

化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。由于在化学反应中旧化学键的断裂需要吸收能量,新化学键的形成需要放出能量,两者的能量之差就决定了反应是需要吸收能量还是放出能量。

反应吸收能量

反应放出能量 。

由键能求反应热的公式： 反应物的键能总和-生成物的键能总和。

探究应用

例 （2021山东泰安高二月考）已知化学反应 的能量变化如图所示,下列叙述中正确的是(     )

A.每生成2分子 吸收 热量

B.断裂 键和 键,放出 能量

C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

D.该反应的

答案：D

解析：依据题图分析, 和 反应生成 ,每生成 吸收 的热量,A项错误;断裂 键和 键,吸收 能量,B项错误;依据题图可知,反应物的总能量低于生成物的总能量,C项错误; 断键所吸收的能量-成键所释放的能量,所以 项正确。

解题感悟

（1）所有的化学反应都有能量的变化,其中大部分能量的变化都是热量的变化。

（2）化学反应包括两个过程：断裂旧键和形成新键,前者吸收能量,后者放出能量,这两个过程的能量不同,所以有能量变化,整个反应放热还是吸热取决于两个过程能量的相对大小。

迁移应用

1. 与 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

B. 和 具有的总能量大于 和 具有的总能量

C.该反应不需要加热就能进行

D. 和 反应生成 和 要放出 热量

答案：B

解析：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,A错误,B正确;

放热反应也有可能需要加热后才能进行,C错误;当 和 反应生成 和 时,要吸收 热量,D错误。

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

答案：A

解析：同等条件下物质本身具有的能量越低越稳定,白磷转化为黑磷是放热反应,故白磷不如黑磷稳定;白磷和黑磷互为同素异形体,两者之间的转化无化合价的变化,不是氧化还原反应。

易错警示  解答本题注意同等条件下物质的能量越低越稳定。

探究点二 热化学方程式的书写

知识深化

1.热化学方程式与普通化学方程式的区别

2.热化学方程式的书写方法

（1）写出相应的化学方程式。

（2）标注反应的温度和压强。没有特殊说明是指 ,该条件可以不标注,但其他条件必须标注。

（3）标注各物质聚集状态。在物质后面用括号标注各物质的聚集状态：气态用 ,液态用 ,固态用 ,水溶液中的溶质用 。

（4）标注 的正负。化学方程式后面空一格标注 ,若为放热反应, 为“-”;若为吸热反应, 为“+”。

（5）计算 的数值。根据化学方程式中的化学计量数计算出 的数值。 的单位是 或 。

①热化学方程式中各物质的化学计量数仅表示该物质的物质的量,并不表示物质的分子数或原子数。因此化学计量数可以是整数,也可以是分数。

②热化学方程式中的反应热表示反应完成时的热量变化。由于 与参与反应物质的物质的量有关,所以热化学方程式中的化学计量数必须与 相对应,如果化学计量数加倍,则 也要加倍。当反应逆向进行时,其反应热与正反应的反应热数值相等,符号相反。

3.“四看”法判断热化学方程式的正误

“一看”：化学原理是否正确。

“二看”：状态是否标明。

“三看”：反应热 的符号是否正确。

“四看”：反应热的数值与化学计量数是否对应。

题组过关

1.下列关于 的叙述错误的是(     )

A.该反应的反应热 ,是放热反应

B.该反应的 与各物质的状态有关,与化学计量数也有关

C.该热化学方程式表示在 下, 气体完全燃烧生成 气体和液态水时放出热量

D.该反应表明 丁烷燃烧时一定会放出 的热量

答案：

解析： 丁烷在常温常压下完全燃烧生成液态水时放出的热量才是 项错误。

2.（2021天津高二月考）写出下列反应的热化学方程式。

（1） 与适量 反应,生成 和 的热量。放出 的热量。

（2） 与适量 发生反应,生成 ,放出 的热量。

（3） 和一定量的氧气混合点燃,恰好完全反应,生成 液态水和 （标准状况）并放出 的热量。

答案：（1）

（2）

（3） （其他合理答案也可）

解析：（1）书写热化学方程式时先写出化学方程式,再标注上状态和焓变,书写时注意焓变的数值要和物质的化学计量数相对应。

评价检测·素养提升

课堂检测

1.（2021海南三亚高二检测）下列有关内能的说法错误的是(     )

A.反应体系的能量包括内能和动能及势能

B.内能是微观粒子的运动动能及运动势能之和

C.反应体系的内能大小除与物质本身的特性及数量有关外,还与温度、压强等环境条件及物质的聚集状态有关

D.反应过程中的内能变化就是反应热

答案：D

解析：反应过程中的内能变化是反应热和功之和,D错误。

2.下列说法正确的是(     )

A.焓变是指 物质参加反应时的能量变化

B.当反应放热时 ,反应吸热时

C.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, 为负值

答案：D

解析：参加反应的反应物的物质的量越大,则焓变的绝对值越大,A项错误;反应时加热,只是引发反应的条件,与反应放热还是吸热无关,C项错误;在反应中反应物的总能量大于反应产物的总能量时,反应放热,此时 ,因此B项错误,D项正确。

3.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 溶液代替 溶液,浓硫酸代替盐酸

答案：D

解析：可以用 溶液代替 溶液,但不能用浓硫酸代替盐酸,因为浓硫酸溶于水会放出热量,影响测定结果。

4.（2021山东淄博高二检测）一种分解海水制氢气的方法为 下图为此反应的能量变化示意图,则下列说法不正确的是(     )

A.反应物 的总能量高于生成物 和 的总能量

B. 可以提高 的分解速率

C.催化剂对该反应的反应热无影响

D.使用氢气作燃料有利于控制温室效应

答案：A

解析：该反应中 分解生成 和 ,由题图可知,反应物的总能量低于生成物的总能量,即 的总能量低于 和 的总能量,A项错误; 作催化剂,可以提高 的分解速率,但不影响反应的反应热,B、C项正确;温室效应是由 等气体引起的, 燃烧的产物是水,有利于控制温室效应,D项正确。

素养视角

1.“自热火锅”按照商家的说法是“稍等片刻,美味即成”。其原理就是发热包中的生石灰与水反应放热。化学反应中还有很多放热、吸热的例子,某同学为探究化学反应中的能量变化进行了如下实验：

通过实验测出,反应前后①烧杯中的温度升高,②烧杯中的温度降低。

（1）由此判断 溶液跟盐酸的反应是  （填“吸热”或“放热”）反应, 跟 的反应是  （填“吸热”或“放热”）反应。

（2）试从反应物与生成物所含能量分析②反应的结论:  。

（3）实验②中要立即用玻璃棒迅速搅拌,原因是  。

（4）在实验②中,将小烧杯放在事先已滴有 滴水的玻璃片上,会看到  现象,若没看到此现象,可能的原因是什么？  （回答两个原因即可）。

答案：（1）放热  ; 吸热

（2）反应物的总能量低于生成物的总能量

（3）使反应物混合迅速,反应充分,并使温度迅速下降

（4）结冰,烧杯与玻璃片黏在一起  ; ①药品用量太少;② 未研成粉末,反应太慢;③没有立即迅速搅拌;④环境温度太高;⑤玻璃片上滴加的水太多

解析：（1）本题考查能量变化与化学反应热效应的关系。由于①烧杯中温度升高,应为放热反应,②烧杯中温度降低,应为吸热反应。（2）当反应物的总能量低于生成物的总能量时,依据能量守恒,反应应从周围环境中吸收热量。（3） 与 的反应是吸热反应,用玻璃棒迅速搅拌,使反应迅速、充分进行,使温度明显降低。（4）为证明这一反应是吸热反应,可在烧杯和玻璃片之间滴加少量水,通过二者反应使周围的温度降低,烧杯与玻璃片之间的水结成冰,从而烧杯与玻璃片黏在一起。但实验时要注意：①药品用量不能太少;②反应要用玻璃棒迅速、充分搅拌,使反应快速进行;③环境温度不能太高;④玻璃片上的水不能太多,否则不易结冰。