第八单元第1讲化学反应与能量变化
解读与阐释
考纲要求权威解读
1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。
2．了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
3．了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
4．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。 常见的考查形式：①吸热反应和放热反应的判断；②热化学方程式的书写及判断；③盖斯定律在反应热计算中的应用(预计今后还会加强此方面的考查)；④结合生产、生活实际考查新能源的开发和利用。
梳理与整合
一、反应热
导学诱思
下列反应属于吸热反应的是____。
①反应物的总能量大于生成物的总能量；
②ΔH＞0；
③发生反应时，断开反应物的化学键吸收的总能量大于生成生成物时形成新化学键放出的总能量；
④所有的燃烧反应。
教材回归
1．定义：________________________。
2．符号：________。
3．单位：______________。
4．产生原因
吸收能量E1
↓
反应物??→旧化学键断裂新化学键形成生成物E1>E2，为 反应E1
放出能量E2
5．表示
(1)吸热反应：ΔH为“____”或ΔH____0。
(2)放热反应：ΔH为“____”或ΔH____0。
6．常见的放热反应和吸热反应
放热反应吸热反应
①所有的燃烧反应；
②酸碱中和反应；
③金属与酸或水的反应；
④大多数化合反应。①盐的水解、弱电解质的电离；
②Ba(OH)2?8H2O与NH4Cl的反应；
③C与CO2、C与水蒸气的反应；
④大多数分解反应。
(1)化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，但是这并非是唯一的表现形式，其他还有光、电等。
(2)在分析反应是吸热还是放热时，要从能量守恒的观点分析。
(3)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。如吸热反应NH4Cl与Ba(OH)2在常温常压下即可进行，而很多放热反应需要在加热的条件下才能进行。
二、热化学方程式
导学诱思
写出1 mol C(s)与适量水蒸气反应，生成CO(g)和H2(g)，吸收131.5 kJ热量的热化学方程式：________________________________________________________________________。
教材回归
1．定义：表示________________和______关系的化学方程式。
2．意义：表明化学反应中的____变化和____变化，如H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH＝－241.8 kJ?mol－1表示的意义：发生1 mol上述反应生成1 mol H2O(g)后放出______ kJ的热量。
对于可逆反应中反应热ΔH的意义。如SO2(g)＋12O2(g) SO3(g) ΔH＝－Q kJ?mol－1表示的意义是1 mol SO2(g)与12 mol O2(g)完全反应生成1 mol SO3(g)，放出Q kJ的热量，反应热ΔH的数值与化学平衡的移动无关。实际实验中，以1 mol SO2(g)与12 mol O2(g)混合反应后放出的热量小于Q kJ。
三、燃烧热与中和热
导学诱思
(1)氢气的燃烧热为－283.0 kJ?mol－1表示的意义是：__________________________；
(2)稀硫酸与稀NaOH溶液反应、稀盐酸与稀Ba(OH)2溶液反应均生成1 mol H2O，放出的热量是否相等？__________________________________________。
教材回归
1．燃烧热
101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。注意必须以____ mol可燃物为标准；可燃物必须____燃烧，生成____的化合物。例如：1 mol碳燃烧生成CO时放出的热量不是燃烧热，CO不稳定，可继续燃烧生成CO2；1 mol H2燃烧生成气态水时放出的热量也不是燃烧热，气态水不稳定，在常温下变成液态水。
2．中和热
在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成1 mol H2O的反应热，注意必须以____ mol水为标准；中和反应的对象为稀溶液；而且在中学阶段必须是稀的强酸与稀的强碱中和时生成1 mol水均放出57.3 kJ的热量，弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应生成1 mol H2O时放出的热量小于57.3 kJ。
(1)反应热、燃烧热、中和热均有单位，单位均为kJ?mol－1。
(2)中和热是一定值57.3 kJ?mol－1，燃烧热、中和热的数值与参加反应的量的多少无关，但在分析时要注意反应物及生成物的状态及类别(强酸、强碱、弱酸、弱碱)。
四、中和热的测定
导学诱思
在中和热的测定中用到的玻璃仪器有：______、____________、________________、______________。
教材回归
1．中和反应反应热
(1)定义：在稀溶液中，酸和碱发生中和反应生成______水时的反应热。
(2)举例：1 L 1 mol?L－1的盐酸与1 L 1 mol?L－1的NaOH溶液发生中和反应时，放出57.3 kJ的热量，该反应的热化学方程式为__________________________________。
2．中和反应反应热的测定
(1)装置如图
(2)注意事项
①碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是________________。
②为保证酸、碱完全中和，常使____稍稍过量。
③实验中若使用弱酸或弱碱，会使测得数值____。
五、盖斯定律
导学诱思
已知Zn(s)＋1/2O2(g)===ZnO(s) ΔH＝－351.1 kJ?mol－1；Hg(l)＋1/2O2(g)===HgO(s) ΔH＝－90.7 kJ?mol－1，由此可知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l)的反应热ΔH＝________________。
教材回归
盖斯定律：不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是______，只与反应体系的____和____有关，而与反应途径无关。
如由A到B可以设计如下两个途径：
途径一：A→B
途径二：A→C→B
则焓变ΔH、ΔH1、ΔH2的关系为________________________。
理解与深化
一、热化学方程式的书写及正误判断
热化学方程式是一种表示反应过程中的物质变化和能量变化的化学用语。与普通方程式相比，书写时除了要遵循化学方程式的要求外，还应注意以下四点：
1．注明物质的状态
反应物或产物的聚集状态不同，反应热ΔH不同，因此书写热化学方程式必须注明物质的聚集状态：气体(g)、固体(s)、液体(l)、稀溶液(aq)及同分异构体。
2．注意反应条件
反应热与测定条件有关，因此书写热化学方程式注明反应的温度和压强(若是101 kPa和25 ℃可不注明)。
3．注意ΔH的“－”和“＋”及单位
注明ΔH的“－”和“＋”及单位(kJ?mol－1)，“＋”不能省略。
4．注意热化学方程式的计量数
热化学方程式的计量数只能表示物质的量，不能表示分子个数，所以可以是整数，也可以是分数。对于相同物质的反应，化学计量数不同，ΔH也不同。所以ΔH的数值要与方程式中的化学计量数相一致(多数条件下都需要依题所给条件进行计算而得ΔH)。
【例1】 (改编组合)下列热化学方程式正确的是( )。
A．(2010?浙江理综)甲烷的标准燃烧热为－890.3 kJ?mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－890.3 kJ?mol－1
B．(2010?浙江理综)500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－38.6 kJ?mol－1
C．S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝－269.8 kJ?mol－1
D．2NO2===O2＋2NO ΔH＝＋116.2 kJ?mol－1
判断热化学方程式的正误要从以下几个方面进行：
①看方程式是否配平。
②看是否丢掉或写错反应物及生成物的聚集状态。
③看是否丢掉ΔH的“－”和“＋”及单位(kJ?mol－1)，特别是“＋”。
④看反应热的数值是否与聚集状态的关系混淆。
⑤看反应热的数值与化学计量数是否相对应。
对点训练1(1)(改编自2010?福建理综)由C、S形成的液态化合物CS20.2 mol在O2中完全燃烧，生成两种气态氧化物，298 K时放出热量215 kJ。该反应的热化学方程式为__________________________________________。
(2)我国两次成功发射“神舟”载人飞船，火箭用的燃料是液态的偏二甲肼(C2H8N2)和四氧化二氮，若0.1 mol液态的偏二甲肼与液态N2O4完全反应，生成气态的N2、H2O和CO2，同时放出a kJ热量，该反应的氧化剂是__________(填化学式)；试写出该反应的热化学方程式：__________________________________________________。
二、反应热的计算
1．盖斯定律
若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变ΔH即为这几个化学反应的焓变的代数和。如①H2(g)＋12O2(g)===H2O(g) ΔH1；②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2；③H2O(g)===H2O(l) ΔH3；因为③＝12×②－①，所以ΔH3＝12×ΔH2－ΔH1。
2．根据化学键计算
ΔH＝反应物断键所吸收的能量总和－生成物成键所释放的能量总和。
3．根据反应物和生成物的能量计算
ΔH＝生成物具备的总能量－反应物具备的总能量。常见题型如下。
图Ⅰ：ΔH＝E2－E1＜0，该反应为放热反应；
图Ⅱ：ΔH＝E3－E1＜0，该反应为放热反应；
图Ⅲ：ΔH＝(508－600) kJ?mol－1＜0，该反应为放热反应。
4．利用热化学方程式进行相关量的计算
先写出热化学方程式，再根据热化学方程式所体现的物质之间、物质与反应热之间的关系，求算物质的量或反应热。
【例2】 (2010?课标全国理综)已知：HCN(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH＝－12.1 kJ?mol－1；HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH＝－55.6 kJ?mol－1。则HCN在水溶液中电离的ΔH等于( )。
A．－67.7 kJ?mol－1 B．－43.5 kJ?mol－1
C．＋43.5 kJ?mol－1 D．＋67.7 kJ?mol－1
计算反应热时要注意：
(1)反应热与反应物、生成物的物质的量成正比。
(2)热化学方程式中物质相加减时，要注意物质状态及反应热的“＋”“－”。
(3)书写热化学方程式的逆反应时，ΔH的数值不变，但符号相反。
对点训练2已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ?mol－1，CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890 kJ?mol－1
现有H2与CH4的混合气体112 L(标准状况)，使其完全燃烧生成CO2和H2O(l)，若实验测得反应放热3 695 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是( )。
A．1∶1 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶3
三、反应热的大小比较
1．比较反应热大小的方法
(1)同一反应生成物状态不同时，如A(g)＋B(g)===C(g) ΔH1，A(g)＋B(g)===C(l) ΔH2，则ΔH1>ΔH2。
(2)同一反应物状态不同时，如A(s)＋B(g)===C(g) ΔH1，A(g)＋B(g)===C(g) ΔH2，则ΔH1>ΔH2。
2．比较反应热的大小注意事项
(1)反应中各物质的聚集状态；
(2)ΔH有正负之分，比较时要连同“＋”“－”在内一起比较，类似数学中的正、负数大小的比较；
(3)若只比较放出热量的多少，则只比较数值的大小，不考虑正、负号。
【例3】 下列各组热化学方程式的ΔH前者大于后者的是( )。
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1
C(s)＋12O2(g)===CO(g) ΔH2
②S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH4
③H2(g)＋12O2(g)===H2O(l) ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH7
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(aq) ΔH8
A．① B．④ C．②③④ D．①②③
实验与探究
化学反应吸热与放热的实验探究
化学反应的能量变化经常以热能的形式表现出来，所以在试题中经常设计实验探究化学反应的热效应，考查实验设计、评价等能力。
实验典例
下图是某同学设计的放热反应的观察装置，其实验操作是①按图所示将实验装置连接好；②在U形管内加入少量红墨水(或品红溶液)，打开T形管螺旋夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧螺旋夹；③在中间的试管里盛1 g氧化钙，当滴入2 mL左右的蒸馏水后，即可观察。
氧化钙与水的反应
试回答：
(1)实验中观察到的现象是___________________________________________________。
(2)该实验中必须进行的一步实验操作是_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)该实验的原理是____________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)实验中发生反应的化学反应方程式：_______________________________________
________________________________________________________________________。
(5)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2能量之间的关系：
________________________________________________________________________。
(6)若该实验中CaO换成NaCl，实验还能否观察到相同现象？______(填“能”或“否”)。
答案与解析
梳理与整合
一、
导学诱思
②③
教材回归
1．化学反应放出或吸收的能量
2．ΔH
3．kJ?mol－1
4．吸热 放热
5．＋ ＞ － <
二、
导学诱思
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.5 kJ?mol－1
教材回归
1．参加反应物质的量 反应热
2．物质 能量 241.8
三、
导学诱思
(1)1 mol气态氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为283.0 kJ
(2)答：相等，因为反应的实质都是H＋＋OH－===H2O
教材回归
1．1 完全 稳定
2．1
四、
导学诱思
烧杯 温度计 量筒 环形玻璃搅拌棒
教材回归
1．(1)1 mol (2)NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ?mol－1
2．(2)①隔热，防止热量散失 ②碱 ③偏小
五、导学诱思
－260.4 kJ?mol－1
教材回归
相同的 始态 终态 ΔH＝ΔH1＋ΔH2
理解与深化
【例1】C 解析：燃烧热是指101 kPa时1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，液态水稳定，A错误；ΔH表示1 mol氮气与3 mol氢气完全反应生成2 mol NH3时的反应热，但此反应为可逆反应，故投入0.5 mol的氮气，最终参加反应的氮气一定小于0.5 mol，B错误；D选项没有注明状态，错误。
对点训练1 答案：(1)15CS2(l)＋35O2(g)===15CO2(g)＋25SO2(g) ΔH＝－215 kJ?mol－1
(2)N2O4 C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g) ΔH＝－10a kJ?mol－1
解析：根据反应物书写完成并配平方程式，书写时注意状态。
【例2】C 解析：根据题意可得如下热化学方程式：HCN(aq)＋OH－(aq)===CN－(aq)＋H2O(l) ΔH＝－12.1 kJ?mol－1，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－55.6 kJ?mol－1，依据盖斯定律得到 HCN(aq)===H＋(aq)＋CN－(aq) ΔH＝(－12.1 kJ?mol－1)－(－55.6 kJ?mol－1)＝＋43.5 kJ?mol－1。
对点训练2 B 解析：设H2、CH4的物质的量分别为x、y。则x＋y＝5 mol，571.6x2＋890y＝3 695 kJ，解得x＝1.25 mol；y＝3.75 mol，两者比为1∶3，故选B项。
【例3】C 解析：ΔH有正负之分，比较时要连同“＋”“－”在内一起比较，类似数学中的正、负数大小的比较。①前面反应式减去后面反应式可得：CO(g)＋12O2(g)===CO2(g) ΔH1－ΔH2，该反应为放热反应，即ΔH1－ΔH2<0，所以ΔH1<ΔH2；②等量的固态硫变为硫蒸气时吸热，故在与O2反应产生同样的SO2时，气态硫放出的热量多，即ΔH3＞ΔH4；③发生同样的燃烧反应，物质的量越多，放出的热量越多，故ΔH5＞ΔH6；④碳酸钙分解吸收热量，ΔH7＞0，CaO与H2O反应放出热量，ΔH8<0，显然ΔH7＞ΔH8。
实验与探究
答案：(1)U形玻璃管里的红墨水(或品红溶液)会沿开口端上升
(2)检查装置气密性
(3)CaO与H2O反应放出热量，使大试管中空气膨胀，引起红墨水(或品红溶液)在U形管中的位置左低右高
(4)CaO＋H2O===Ca(OH)2
(5)CaO和H2O的能量和大于Ca(OH)2的能量
(6)否
解析：本实验利用气体的热胀冷缩原理，通过观察U形管里液面变化指示左边装置中发生反应的热量变化，故此实验要求装置必须气密性良好，否则无法观察到现象。
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