1.1 反应热（第1课时 反应热 焓变）-2023-2024学年高二化学同步素养目标精品讲义（人教版选择性必修1）

                   第一章  第一节  反应热

第1课时 反应热  焓变

【学习目标】

1．能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学反应中能量变化的本质。

2．结合真实情境中的应用实例，能从多角度认识放热反应和吸热反应。认识化学反应中能量变化在生活、生产中的应用。

3．能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。

【素养目标】

1．能从宏观和微观相结合的视角分析化学反应中的能量变化。培养学生“宏观辨识与微观探析”的学科素养。

2．知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律；认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化。培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。

3．通过建立节约资源、保护环境的可持续发展意识。从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式。培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。

必备知识与关键能力

知识点一：反应热　焓变

1．化学反应的实质与特征

(1)实质：反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。

(2)特征：既有物质变化，又伴有能量变化，后者通常主要表现为热量的变化。

2．反应热与焓变

(1)反应热

①反应热是指在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的能量，称为化学反应的热效应，简称反应热。

②反应热产生的原因是化学反应前后体系内能(U)发生变化。

③内能量是体系内物质的各种能量总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。

(2)焓变

①焓：与物质内能有关的物理量，符号为H。

②焓变：在等压条件下进行的化学反应的反应热。符号为ΔH，单位：kJ/mol或kJ·mol－1。

③定义式：ΔH＝H生成物－H反应物

3．吸热反应与放热反应

(1)从焓(或能量)的高低角度理解（宏观角度）

(2)从化学键角度理解（微观角度）

化学反应能量变化的原因与ΔH的计算

以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化为例说明：

(3)常见放热反应

①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟水或酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化；⑥少数分解反应，如H2O2分解。

(4)常见吸热反应

①大多数分解反应；②盐的水解反应；③Ba(OH)2·8H2O 晶体与NH4Cl晶体的反应；④碳和水蒸气的反应；⑤C和CO2的反应。

【点拨】(1)物质发生化学反应一定伴随着能量变化，但伴随能量变化的物质变化不一定都是化学变化。如水蒸气变成液态水的过程放热，但该变化为物理变化。

(2)化学反应的能量变化主要表现为热量变化，但并不完全是热量变化，还有光能、电能等。

(3) 化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件(如是否加热)没有必然的联系，如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体在常温常压下即可发生反应，该反应是吸热反应。 (4)破坏反应物中的化学键吸收的能量越小，说明反应物越不稳定，本身的能量越高。

(5)形成生成物的化学键放出的能量越多，说明生成物越稳定，本身的能量越低。

【思维建模】    ΔH的三种基本公式

(1)ΔH＝反应物总键能之和－生成物总键能之和。

(2)ΔH＝生成物总能量－反应物总能量＝H(生成物)－H(反应物)。

(3)ΔH＝正反应活化能－逆反应活化能。

【点拨】常见物质(1 mol)中化学键数目

典例1．焓是与物质内能有关的物理量。一定压强下，下列有关焓或焓变的说法错误的是(　　)

A．物质状态发生变化时，物质的焓也发生变化

B．等量的硫单质的焓：S(s)<S(l)<S(g)

C．吸热反应中产物的焓高于反应物的焓

D．化学键断裂时焓值一定增大，同时会伴随化学反应的发生

【答案】D　

【解析】焓是与物质内能有关的物理量，与物质的状态有关，物质状态发生变化时，物质的焓也发生变化，A正确；等量的同种物质的能量按气、液、固的顺序依次减小，则等量的硫单质的焓：S(s)< S(l)<S(g)，B正确；反应物的总能量小于生成物的总能量时，该反应为吸热反应，则吸热反应中产物的焓高于反应物的焓，C正确；化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成，化学键断裂时，物质的总能量增大，焓值一定增大，但只有旧化学键的断裂，没有新化学键的形成时，不会发生化学反应，D错误。

典例2．下列说法正确的是(　　)

A．焓变单位中kJ·mol－1，是指1 mol物质参加反应时的能量变化

B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0

C．一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”

D．一个化学反应中，生成物总键能大于反应物的总键能时，反应吸热，ΔH为“＋”

【答案】C　

【解析】焓变单位中的kJ·mol－1，是指每摩尔具体的反应，不一定指参加反应的物质，A错；在反应中物质所具有的总能量减少，反应就放热，反之就吸热，C对；化学反应的实质是旧化学键的断裂，新化学键的形成，断键时吸收能量，成键时放出能量，所以D错。

典例3．根据键能数据计算CH4(g)+4F2(g) ===CF4(g)+4HF(g)的反应热ΔH为(　　)

　　A．－1 940 kJ·mol-1　　　　　　                     B．＋1 940 kJ·mol-1

C．－485 kJ·mol-1　　　　　　                       D．＋485 kJ·mol-1

【答案】A　

【解析】由“ΔH=反应物键能之和－生成物键能之和”可知：ΔH=(414×4+155×4－489×4－565×4) kJ·mol-1=－1 940 kJ·mol-1。

知识点二：中和反应反应热的测定(以稀盐酸与稀NaOH溶液反应为例)

1．测定原理

通过一定量的酸、碱溶液在反应前后温度的变化，计算反应放出的热量，由此求得中和热。热量计算公式为Q＝cmΔt(c为比热容，m为溶液质量，Δt为前后温度差)。

2．实验仪器装置

①简易量热计       

②实验过程中，还需要的其他仪器有50 mL量筒(2个)。

3．实验步骤与数据测量

①反应前体系的温度(t1)

测量方法是用一个量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1盐酸，倒入量热计的内筒中并测量其温度；用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液并用已用蒸馏水洗净的温度计测量其温度，取两温度平均值为t1。

②反应后体系的温度(t2)

打开杯盖，将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒，立即盖上杯盖，插入温度计，用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化，将最高温度记为t2。

③重复上述步骤①至步骤②两次。

④实验数据处理

盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1 g·cm－3，反应后溶液的比热容c＝4.18 J/(g·℃)。该实验中盐酸和NaOH溶液反应放出的热量是0.418(t2－t1) kJ，中和反应生成1 mol水时放出的热量为 kJ。

4．实验关键和注意事项实验

(1)实验关键

①迅速反应，防止热量散失。②在测量反应混合液的温度时要随时读取温度值，记录下最高温度值

(2) 注意事项

①实验中要用强酸、强碱的稀溶液(0.1～0.5 mol·L－1)。

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测定中和热不能用弱酸或弱碱，因弱酸、弱碱电离时吸收热量而使测量数值偏低。

⑤中和热的数值是57.3 kJ·mol－1，测定时与强酸、强碱的用量无关。

5．中和反应反应热测定实验中产生误差的原因

①装置方面：装置的隔热保温效果不好，造成实验过程中热量损失而引起误差。

②操作方面

③读数方面

典例4．关于中和反应反应热的测定实验，下列说法正确的是(　　)

A．为了使反应进行得更完全，可以使酸或碱适当过量

B．为了使反应充分，可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)

C．中和反应反应热测定的实验结果与所用酸、碱的用量和种类均无关

D．用铜丝代替玻璃搅拌棒，会使中和反应反应热的测定值偏大

【答案】A　

【解析】为了使反应进行得更完全，可以使酸或碱适当过量，A正确；向酸(碱)中分次加入碱(酸)，会导致热量损失较多，使实验误差过大，B不正确；中和反应反应热测定的实验结果与所用酸、碱的用量无关，但是与所用酸、碱的种类有关，C不正确；用铜丝代替玻璃搅拌棒，铜丝是热的良导体，造成热量散失过多，会使中和反应反应热的测定值偏小，D不正确。

典例5．下列有关中和热的说法正确的是(    )

A.中和热的热化学方程式：H＋(l)＋OH－(l)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1

B.准确测量中和热的实验过程中，至少需测定温度4次

C.玻璃搅拌器材料若用铜代替，则测量出的中和热数值偏小

D.若稀酸溶液中H＋与稀碱溶液中OH－的物质的量相等，则所测中和热数值更准确

【答案】C　

【解析】A项，H＋和OH－不能用l符号，应该用aq，错误；B项，每次实验中需要测量NaOH溶液的温度，盐酸的温度，和反应后的温度，一般实验要重复操作，所以至少6次，错误；C项，铜容易导热，使热量损失，所以测量的中和热数值偏小，正确；D项，当酸和碱中的H＋和OH－物质的量相等时，实验过程中稍有误差就不能确定产生水的量，一般都是有一种物质稍微过量，错误。

典例6．某实验小组用0.50 mol/L NaOH溶液和0.50 mol/L硫酸溶液进行中和反应反应热的测定。实验装置如图所示。

(1)仪器a的名称是　　　　　　 　　。 

(2)取50 mL NaOH溶液和30 mL硫酸溶液进行实验，测得起止温度差的平均值为4.0 ℃。近似认为0.50 mol/L NaOH溶液和0.50 mol/L硫酸溶液的密度都是1 g/cm3，实验后所得溶液的比热容c=4.18 J/(g·℃)。 则计算得ΔH=　　　　(取小数点后一位)。 

(3)上述实验结果与－57.3 kJ/mol有偏差，产生偏差的原因可能是　　　　(填字母)。 

a．实验装置保温、隔热效果差

b．用量筒量取NaOH溶液的体积时仰视刻度线读数

c．分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸溶液的小烧杯中

d．用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度

【答案】(1)环形玻璃搅拌棒　(2) －53.5 kJ/mol　(3)acd

【解析】(1)仪器a的名称是环形玻璃搅拌棒。(2)ΔH=－ kJ/mol≈－53.5 kJ/mol。

(3) －57.3 kJ/mol<－53.5 kJ/mol，则ΔH偏大。a项，实验装置保温、隔热效果差，则温差偏小，ΔH偏大；b项，用量筒量取NaOH溶液的体积时仰视刻度线读数，NaOH溶液体积偏大，释放的热量偏多，ΔH偏小；c项，分多次把NaOH溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中，在加入过程中导致热量损失，ΔH偏大；d项，用温度计测定NaOH溶液起始温度后直接测定H2SO4溶液的温度，因温度计上附着的NaOH溶液与硫酸反应放热，导致硫酸的起始温度偏高，最终温度差值偏小，ΔH偏大。

核心价值与学科素养

【知识结构化】

化学反应能量变化的原因：

(1)宏观角度认识                                  (2)微观角度认识

典例7．如图是一个一次性加热杯的示意图。当水袋破裂时，水与固体碎块混合，杯内食物温度逐渐上升。制造此加热杯可选用的固体碎块是(    )

A．硝酸铵              B．生石灰              C．氯化镁              D．食盐

【答案】B　

【解析】NH4NO3溶于水时，由于扩散过程中吸收的热量大于水合过程中放出的热量，表现为溶液温度降低。CaO溶于水时，与水反应放出大量的热，而导致杯内食物温度上升。MgCl2、NaCl溶于水时，由于扩散过程中吸收的热量约等于水合过程中放出的热量，表现为溶液温度基本不变。

典例8．铝热反应是以铝粉和氧化铁为主要反应物的放热反应。当温度超过1 250 ℃时，铝粉剧烈氧化，燃烧而放出大量热。这种放热反应的温度可达3 000 ℃以上。铝热反应非常迅速，作用时间短。加入硅铁粉时，可使作用缓和，利于延长作用的时间。为用于浇注温度为1 000～1 100 ℃左右的铜合金铸件，可再加少量氧化剂，如硝酸钠、硝酸钾等；还可加入镁作为点火剂，使其在较低温度下发生化学反应。该反应经常用于焊接钢轨，冶炼金属。

(1)阅读材料思考，该反应是吸热反应还是放热反应？放热反应是否不需要加热就能发生呢？

                                                        。

(2)写出铝与氧化铁反应的方程式，并用图示表示反应物与生成物能量的相对大小。

                                                       。

【解析】(1)铝热反应为放热反应，但是该反应需要在高温下引发，因此放热反应有时也需要加热才能发生。

(2)2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。

图示：

【跟踪练习】                           基础过关

1． 反应X+Y===M+N的能量变化关系如图所示。下列关于该反应的说法中，正确的是(　　)

A．断裂X、Y的化学键所吸收的能量小于形成M、N的化学键所放出的能量

B．X、Y的总能量一定低于M、N的总能量

C．因为该反应为吸热反应，故一定要加热才可发生

D．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的

2． 下图表示H2和Br2反应的历程，其中虚线表示的是使用催化剂的反应历程，下列说法正确的是(　　)

A．正反应为吸热反应

B．正反应为放热反应

C．加入催化剂，该化学反应的反应热增大

D．从图中可以看出，该反应的反应热与反应途径有关

3． 单斜硫和正交硫是硫的两种同素异形体,下列说法正确的是(　　)

A．S(s,单斜) === S(s，正交)　ΔH3=－0.33 kJ/mol

B．单斜硫比正交硫稳定

C．相同物质的量的正交硫比单斜硫所含的能量高

D．由①可知断裂1 mol O2和1 mol单斜硫中的共价键所吸收的能量比形成1 mol SO2中的共价键所放出的能量多297.16 kJ

4． 化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是(　　)

A．该反应是吸热反应

B．断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键能放出x kJ的能量

C．断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量

D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量

5．  用一定浓度的NaOH溶液与稀盐酸进行中和反应反应热的测定实验时，测得生成1 mol液态水时的ΔH>－57.3 kJ·mol-1，产生这种偏差的原因不可能是(　　)

A．实验用NaOH溶液的浓度过大

B．实验时搅拌速度慢

C．分2~3次把NaOH溶液倒入盛有稀盐酸的小烧杯中

D．用量取完稀盐酸的量筒直接量取氢氧化钠溶液

                                   能力达成

6． 下列图像分别表示有关反应的反应过程与能量变化的关系。据此判断下列说法中正确的是(　　)

A．石墨转变为金刚石是吸热反应             

B．白磷比红磷稳定

C．S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1     S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2　则ΔH1>ΔH2

D．CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH>0

7． 化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷(P4)和P4O6的分子结构如图所示；现提供以下化学键的键能；P—P键键能为198 kJ·mol-1、P—O键键能为360 kJ·mol-1、氧气分子内氧原子间的键能为498 kJ·mol-1，则P4(s)+3O2(g) === P4O6(s)的反应热ΔH为(　　)

A．＋1 638 kJ·mol-1　　　　　　                   B．－1 638 kJ·mol-1

C．－126 kJ·mol-1　　　　　　                     D．＋126 kJ·mol-1

8．用50 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1 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热。

回答下列问题：

(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是             。

(2)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值          (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(3)如果用60 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量           (填“相等”或“不相等”)，所求中和热         (填“相等”或“不相等”)。

(4)用相同浓度和体积的氨水(NH3·H2O)代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会      (填“偏大”“偏小”或“无影响”)。