化学选择性必修1第一单元 化学反应的热效应导学案及答案

第1课时　化学反应的焓变　热化学方程式

课程目标

1．了解反应热、吸热反应、放热反应等概念。

2．了解反应热与焓变的含义。

3．认识热化学方程式的含义并能正确书写热化学方程式。

图说考点

基础知识

[新知预习]

1．焓变与反应热

(1)焓与焓变

①焓(H)：与________有关的物理量。

②焓变(ΔH)：生成物与反应物的________差，决定了某一化学反应是吸热反应还是放热反应。常用单位是__________(或________)。

(2)反应热

①定义：化学反应过程中所________的能量。

②与焓变的关系：恒压条件下的反应热等于焓变，单位是________。

(3)ΔH与吸热反应、放热反应的关系

①表示方法：

②实例：1 mol H2与0.5 mol O2完全反应生成1 mol液态水时放出285.8 kJ的热量，则该反应的焓变ΔH＝________________________________________________________________________。

2．化学反应中能量变化的原因：

(1)微观角度

①化学反应的本质

________能量E1

　　　↑

反应物生成物

　　　↓

________能量E2

②化学键变化与反应热的关系

若E1>E2，反应吸收能量，ΔH>0，为________反应；若E1<E2，反应放出能量，ΔH<0，为________反应。

(2)宏观角度

从物质内能上分析，如果____________所具有的总能量大于________所具有的总能量，反应物转化为生成物时________能量，这就是________反应。反之，则为________反应。

3．热化学方程式

(1)定义：表明反应所________________的热量的化学方程式。

(2)意义：热化学方程式既表明了化学反应中的________变化，也表明了化学反应中的________变化。例如H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，表示在25 ℃、101 kPa时，________H2与________O2完全反应生成________水时________的热量是285.8 kJ。

(3)热化学方程式书写三步骤：

——写出配平的化学方程式

⇓

——注明物质的________状态

⇓

——计算出ΔH的数值，并写出________

(4)书写原则：

①热化学方程式的化学计量数只表示____________，不表示____________，可以用整数也可以用________。

②必须注明物质的________、ΔH的“________”和________。

③对于相同反应，ΔH的数值必须与________对应。

[即时性自测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”

(1)所有的化学反应都伴有能量的变化，伴有能量变化的一定是化学反应。(　　)

(2)反应热是指1 mol物质参加反应时的能量变化。(　　)

(3)加热条件下发生的反应均为吸热反应。(　　)

(4)在一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”。(　　)

(5)放热反应的ΔH＜0；而吸热反应的ΔH＞0。(　　)

(6)热化学方程式中，化学计量数只代表物质的量，不代表分子数。(　　)

(7)反应条件(点燃或加热)对反应热有影响，所以热化学方程式必须注明反应条件。(　　)

(8)比较ΔH大小，只需比较数值，不用考虑正负号。(　　)

(9)3H2(g)＋N2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1表示3 mol H2和1 mol N2混合后，在一定条件下反应就可放出92.4 kJ的热量。(　　)

2．下列反应中，生成物总能量大于反应物总能量的是(　　)

A．氢气在氧气中燃烧　　　　　　B．铁丝在氧气中燃烧

C．石灰石烧制石灰    D．在生石灰中加水

3．由图分析，下列说法正确的是(　　)

A．A→B＋C和B＋C→A两个反应吸收或放出的能量不等

B．A→B＋C　ΔH<0

C．A具有的焓高于B和C具有的焓的总和

D．A→B＋C　ΔH>0，则B＋C→A　ΔH<0

4．N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时，放出133.5 kJ热量。则下列热化学方程式正确的是(　　)

A．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋H2O(g)　ΔH＝＋267 kJ·mol－1

B．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534 kJ·mol－1

C.N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋534 kJ·mol－1

D．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－133.5 kJ·mol－1

5．依据实验数据，写出下列反应的热化学方程式：

(1)1 mol C2H4(g)与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和液态水，放出1 411 kJ热量：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(2)1 mol CaCO3(s)在高温下完全反应，生成CaO(s)和CO2(g)，吸收178.2 kJ热量：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应，生成Al2O3(s)，放出1 669.8 kJ热量：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(4)18 g葡萄糖固体与适量O2(g)反应，生成CO2(g)和H2O(l)，放出280.4 kJ热量：________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

技能素养

提升点一　理解焓变、反应热的“两个角度”

[例1]　已知化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如图所示，判断下列叙述中正确的是(　　)

A．每生成2分子AB吸收b kJ热量

B．该反应的反应热ΔH＝＋(a－b) kJ/mol

C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量

D．断裂1 mol A—A和1 mol B—B键，放出a kJ能量

状元随笔　化学键断裂吸收能量，形成化学键释放能量。

[提升1]　如图所示，有关化学反应和能量变化的说法不正确的是(　　)

A.图a表示的是放热反应的能量变化

B．图b表示反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量

C．图b可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化

D．图a表示的反应不需要加热就一定能发生，图b表示的反应一定需要加热才能发生

状元随笔　一个化学反应是吸热反应还是放热反应与条件无关。

[关键能力]

解答有关化学反应能量变化图像题目的思维流程如下：

状元随笔　ΔH的两种计算方法

ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量

ΔH＝断键吸收的总能量－成键释放的总能量

提升点二　吸热反应与放热反应的比较

[例2]　下列说法正确的是(　　)

①需要加热方能发生的反应一定是吸热反应　②放热反应在常温下一定很易发生　③反应是吸热还是放热可以比较反应物和生成物所具有总能量的大小　④生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量的反应为放热反应

A．①②　　B．②③

C．①④    D．③④

状元随笔　加热、光照等仅是引发反应进行的条件，与反应吸热、放热无关

[提升2]　下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是(　　)

A．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl相混

B．乙醇的燃烧

C．铝粉与氧化铁粉末反应

D．醋酸与氨水反应

状元随笔　熟知常见的吸热反应和放热反应类型

[关键能力]

常见的放热反应和吸热反应

　(1)常见的放热反应有：

①活泼金属与H2O或酸的反应，如

2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；

②酸碱中和反应，如

2KOH＋H2SO4===K2SO4＋2H2O；

③燃烧反应，如2CO＋O22CO2；

④多数化合反应，如

Na2O＋H2O===2NaOH，

CaO＋H2O===Ca(OH)2；

⑤铝热反应，如2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe。

(2)常见的吸热反应有：

①多数分解反应，如CaCO3CaO＋CO2↑；

②2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O；

③C＋H2O(g)CO＋H2；

④CO2＋C2CO。

状元随笔　理解误区：

1．吸热(放热)反应和吸热(放热)过程不同，如浓H2SO4稀释为放热过程。

2．与反应条件无关，加热的反应不一定是吸热反应。

提升点三　热化学方程式的书写

[例3]　在常温常压下，1 g H2在足量Cl2中燃烧生成HCl气体，放出92.3 kJ的热量。下列热化学方程式中正确的是(　　)

A.H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－92.3 kJ·mol

B．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝＋92.3 kJ·mol－1

C．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝＋184.6 kJ·mol－1

D．2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)　ΔH＝＋184.6 kJ·mol－1

状元随笔　“五看”法判断热化学方程式的正误

一看方程式是否配平

二看各物质的聚集状态是否正确

三看ΔH的“＋”“－”符号是否正确

四看反应热的单位是否为“kJ·mol－1”

五看反应热的数值与化学计量数是否对应

[提升3]　(1)氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气，放出241.8 kJ热量(25 ℃、101 kPa下测得)

写出该反应的热化学方程式：________________________________________________________________________。

(2)0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧，生成固态的三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ热量，其热化学方程式为________________________________________________________________________。

(3)已知：H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44 kJ·mol－1，则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是________kJ。

状元随笔　书写的“三步骤”

①写出配平的化学方程式

②注明物质的聚集状态

③写出ΔH的数值、单位、及正负

[关键能力]

书写热化学方程式时应注意的问题

①热化学方程式的基础是化学方程式，因此必须遵循化学方程式的要求，如原子守恒、元素守恒等。

②要在物质的化学式后用括号注明反应物和生成物的聚集状态。一般用英文字母g、l和s分别表示物质的气态、液态和固态，水溶液中的溶质则用aq表示。热化学方程式一般不写反应条件。

③要在化学方程式的右边标出焓变(ΔH)。放热反应，ΔH为“－”；吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位是kJ/mol(或kJ·mol－1)。方程式与ΔH应用空格隔开。

④由于ΔH与测定条件有关，因此应在ΔH后注明反应温度和压强。在25 ℃、101 kPa下进行的反应，可不注明。

⑤热化学方程式中各物质化学式前面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，一般不用小数。

形成性自评

1．下列关于反应热和焓变的理解正确的是(　　)

A．任何条件下，化学反应的焓变都等于反应热

B．放热反应的ΔH>0，吸热反应的ΔH＜0

C．所有化学反应的反应热都可以通过实验直接测量

D．反应产物的总焓大于反应物的总焓时，ΔH＞0

2．下列反应中，生成物的总焓大于反应物的总焓的是(　　)

A．氢气在氧气中燃烧

B．铁丝在氧气中燃烧

C．硫在氧气中燃烧

D．焦炭在高温下与水蒸气反应

3．下列过程中，需要吸收能量的是(　　)

A．H＋H===H2    B．H＋Cl===HCl

C．I2―→I＋I    D．CH4＋2O2===CO2＋2H2O

4．下列图示变化为吸热反应的是(　　)

5．化学反应N2＋3H2===2NH3的能量变化如下图所示，该反应的热化学方程式是(　　)

A．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(l)ΔH＝2(a－b－c) kJ·mol－1

B．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝2(b－a) kJ·mol－1

C．N2(g)＋H2(g)===NH3(l)　ΔH＝(b＋c－a) kJ·mol－1

D．N2(g)＋H2(g)===NH3(g)　ΔH＝(a＋b) kJ·mol－1

6．肼(N2H4)在不同条件下分解产物不同，200 ℃时，在Cu表面分解的机理如图甲。已知200 ℃时，反应Ⅰ：3N2H4(g)===N2(g)＋4NH3(g)　ΔH1＝－32.9 kJ·mol－1；反应Ⅱ：N2H4(g)＋H2(g)===2NH3(g)　ΔH2＝－41.8 kJ·mol－1，下列说法不正确的是(　　)

A．图甲所示过程①②都是放热反应

B．反应Ⅱ的能量变化如图乙所示

C．断开3 mol N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 mol N2(g)和4 mol NH3(g)中的化学键释放的能量

D．200 ℃时，肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋50.7 kJ·mol－1

7．写出下列反应的热化学方程式：

(1)1 mol C2H5OH(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出1 366.8 kJ热量：________________________________________________________________________。

(2)1 mol C(石墨)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3 kJ热量：________________________________________________________________________。

(3)1.7 g NH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67 kJ的热量：________________________________________________________________________。

8．我国成功发射的“天宫一号”飞行器的外壳覆盖了一种新型结构陶瓷材料，其主要成分是氮化硅，该陶瓷材料可由石英固体与焦炭颗粒在高温的氮气流中通过如下反应制得：

3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO

该反应变化过程中的能量变化如图所示。回答以下问题。

(1)上述反应中的还原剂是________，还原产物是________。

(2)该反应________(填“吸热”或“放热”)，反应热ΔH______0(填“＞”“＜”或“＝”)。

练后感悟

1．断键吸收能量，成键释放能量。

2．放热(吸热)反应与放热(吸热)过程有区别：放热(吸热)反应一定有放热(吸热)过程，但放热(吸热)过程不一定有放热(吸热)反应。

第1课时　化学反应的焓变　热化学方程式

基础知识

新知预习

1．(1)内能　焓值　kJ/mol　kJ·mol－1　(2)吸收或放出　kJ·mol－1　(3)－　<　＋　>　－285.8 kJ·mol－1

2．(1)吸收　放出　吸热　放热　(2)反应物　生成物　放出　放热　吸热

3．(1)释放或吸收　(2)物质　能量　1 mol　mol　液态　放出　(3)聚集　单位及符号　(4)物质的量　分子个数　分数　聚集状态　＋、－　单位　化学计量数

即时性自测

1．答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√　(7)×　(8)×　(9)×

2．答案：C

3．解析：由图可看出，B和C的焓之和高于A的焓，则反应B＋C→A一定是放热反应，ΔH<0；反之，A→B＋C的反应一定是吸热反应。根据能量守恒定律，两反应吸收和放出的能量一定相等。

答案：D

4．解析：该反应为放热反应，A、C项错误；0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时放出133.5 kJ热量，则1 mol N2H4(g)完全燃烧生成N2(g)和H2O(g)时放出的热量为534 kJ，B项正确，D项错误。

答案：B

5．答案：(1)C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　

ΔH＝－1 411 kJ·mol－1

(2)CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.2 kJ·mol－1

(3)2Al(s)＋O2(g)===Al2O3(s)　ΔH＝－1 669.8 kJ·mol－1

(4)C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)　

ΔH＝－2 804 kJ·mol－1

技能素养

例1　解析：观察题给图像可以得到，上述反应的反应物总能量低于生成物总能量，为吸热反应，其中反应热ΔH＝＋(a－b) kJ/mol。化学反应过程中，化学键断裂为吸热过程，化学键形成为放热过程。

答案：B

提升1　解析：图a中反应物总能量大于生成物总能量，表示的是放热反应，A项正确；图b表示的是吸热反应，故反应物的化学键断裂吸收的总能量高于生成物的化学键形成释放的总能量，B项正确；氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应是吸热反应，C项正确；放热反应、吸热反应与反应是否需要加热无关，D项错误。

答案：D

例2　解析：反应是吸热还是放热主要取决于所有的反应物和生成物总能量的相对大小。放热反应和吸热反应在一定条件下都能发生。反应开始需加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。例如C＋O2CO2的反应为放热反应，但反应开始也需加热，需要向反应体系先提供一定的能量。

答案：D

提升2　解析：生成物总能量高于反应物总能量，则该反应是吸热反应。常见的吸热反应有水煤气的制取、大多数的分解反应、C与CO2的反应等。

答案：A

例3　解析：H2在Cl2中燃烧生成HCl气体，1 g H2燃烧放出92.3 kJ的热量，则1 mol(2 g)H2燃烧放出184.6 kJ的热量，化学反应放出热量，ΔH为“－”。则H2在Cl2中燃烧生成HCl气体的热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－184.6 kJ·mol－1。一个放热反应的逆反应是吸热反应，并且在其他条件相同时，ΔH是原ΔH的相反数。则该题的四个选项中只有D是正确的。

答案：D

提升3　解析：由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放出241.8 kJ热量(25 ℃、101 kPa下测得)，推知氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气，反应的热化学方程式为：

H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ/mol。

答案：(1)H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ/mol

(或2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ/mol)

(2)B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)

ΔH＝－2 165 kJ·mol－1

(3)1 016.5

形成性自评

1．解析：只有在恒压条件下发生的化学反应，反应热才等于焓变，A项错误；放热反应的ΔH＜0，吸热反应的ΔH＞0，B项错误；有些化学反应的反应热与焓变不能通过实验直接测量，C项错误；反应产物的总焓大于反应物的总焓时，说明反应吸热，ΔH＞0，D项正确。

答案：D

2．解析：生成物的总焓大于反应物的总焓表示该反应吸热，燃烧反应都属于放热反应。氢气在氧气中燃烧、铁丝在氧气中燃烧、硫在氧气中燃烧均属于放热反应，A、B、C错误；焦炭在高温下与水蒸气的反应属于吸热反应，D正确。

答案：D

3．解析：形成化学键放热，故A、B错误；断裂化学键吸收能量，故C正确；燃烧反应放出能量，D错误。

答案：C

4．解析：A项中的图像表示生成物的能量比反应物的能量高，故为吸热反应；B项中的图像表示反应物比生成物的能量高，故为放热反应；稀释浓硫酸放热，且没有发生化学变化；盐酸与NaOH反应是放热反应。

答案：A

5．答案：A

6．解析：本题考查肼在不同条件下分解的能量变化。题图甲所示过程①为反应Ⅰ，是放热反应，过程②为氨气分解生成氮气和氢气，由Ⅰ－3×Ⅱ可得2NH3(g)⇌N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋92.5 kJ·mol－1，则过程②为吸热反应，A错误；反应Ⅱ为放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，题图乙符合，B正确；反应Ⅰ为放热反应，则断开3 mol N2H4(g)中的化学键吸收的能量小于形成1 mol N2(g)和4 mol NH3(g)中的化学键释放的能量，C正确；由Ⅰ－2×Ⅱ可得到200 ℃时肼分解生成氮气和氢气的热化学方程式为N2H4(g)===N2(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋50.7  kJ·mol－1，D正确。

答案：A

7．解析：(1)C2H5OH燃烧的化学方程式为C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O，那么，相应的热化学方程式为C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1。

(2)1 mol C(石墨)与H2O(g)完全反应吸收131.3 kJ热量，则相应的热化学方程式C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1。

(3)1.7 g NH3的物质的量为0.1 mol，则1 mol NH3完全反应放出的热量为226.7 kJ。那么相应的热化学方程式为NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g)　ΔH＝－226.7 kJ·mol－1。

答案：(1)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1

(2)C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)

ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1

(3)NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g)

ΔH＝－226.7 kJ·mol－1

8．解析：(1)3SiO2＋6C＋2N2Si3N4＋6CO，反应中碳元素的化合价由0价升高到＋2价，氮元素的化合价由0价降低到－3价。故反应中的还原剂是C，还原产物为Si3N4。(2)该反应过程中，反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，ΔH＜0。

答案：(1)C　Si3N4　(2)放热　＜