资源简介

专题1 化学反应与能量变化
第一单元 化学反应中的热效应
第1讲 反应热、燃烧热、中和热与热化学方程式
一、课程标准要求
1．了解反应热和焓变的含义，知道放热反应和吸热反应的概念，理解化学反应过程中能量变化的原因。
2．知道热化学方程式的概念，能通过比较的方法理解热化学方程式与化学方程式的区 重要区别，能正确书写热化学方程式并利用热化学方程式进行简单计算。
3．初步学习测定化学反应的反应热的实验方法，能正确分析误差产生的原因并能采取适当措施减小误差。
4．知道盖斯定律的内容，能运用盖斯定律计算化学反应的反应热。
5．能通过查阅资料、调查研究等方法了解人类所面临的能源危机，认识节约能源、充分利用能源的重要意义，了解化学在解决能源危机中的重要作用及常见的节能方法。
二、在高中化学教材体系中的地位
从课程模块层面看，化学反应中的热效应位于选修课程内容，与《化学2》中相关内容相衔接。本单元的教学重点是化学反应的热效应以及盖斯定律。本单元涉及多种活动，如查阅资料、调查、观察影像资料等，在进行教学设计时应特别注意处理好学生的活动与课堂教学的关系。另外，在进行本单元教学时应注意对学生进行情感态度和价值观的教育，培养学生节约能源的意识。
三、课时安排建议
第1课时 反应热、燃烧热、中和热与热化学方程式(1课时)
第2课时 反应热的计算、盖斯定律应用(1课时)
第1课时 反应热、燃烧热、中和热与热化学方程式(1课时)
一、教学流程
活动一：构建知识体系
问题1：化学反应的本质是什么？化学键的断裂和形成与能量的变化有何关系？
问题2：化学反应过程中为什么会有能量的变化？
问题3：根据H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化(如下图所示)，说明化学键的断裂与形成与能量变化有和关系？
[归纳总结]
　　1．化学反应中的能量变化
　　(1)化学反应中的两大变化：_____变化和_____变化。
　　(2)化学反应中的两大守恒：_____守恒和_____守恒。
　　(3)化学反应中的能量转化形式：_____、光能、电能等。通常主要表现为_____的变化。
　　2．焓变、反应热
　　(1)反应热
　　指当化学反应在一定温度下进行时，反应所_________或_________的热量。
　　(2)焓变(ΔH)
　　对于等压条件下进行的化学反应的热效应。单位________
　　3．吸热反应和放热反应
　　(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析
　　(2)从反应热的量化参数——键能的角度分析
　　注意：
　　1．注意过程(包括物理过程、化学过程)与化学反应的区别，有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应，如水结成冰放热但不属于放热反应。
　　2．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)2·8H2O在常温常压下即可进行。
　　4．热化学方程式
　　(1)概念
　　表示参加反应__________和__________关系的化学方程式。
　　(2)意义
　　表明了化学反应中的__________变化和__________变化。
　　如：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
　　表示：__________________________________________________
　　5．燃烧热
　　(1)概念
　　在25 ℃、101 kPa时，_______纯物质完全燃烧生成_______氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用_______表示。
　　其中的“完全燃烧”，是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：C→_______，H→_______，S→_______等。
　　(2)表示的意义：
　　例如C的燃烧热ΔH为－393.5 kJ·mol－1，表示在25℃、101kPa时，1 mol C_____________
　　(3)书写热化学方程式：燃烧热是以1 mol纯物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。
　　例如：
　　C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH＝－5518 kJ·mol－1，即C8H18的燃烧热ΔH为－5518 kJ·mol－1。
　　6．中和热
　　(1)概念：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成______________时的反应热叫中和热。
　　(2)注意几个限定词：①稀溶液；②产物是1mol液态H2O；③用离子方程式可表示为OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
　　(3)中和热的测定
　　①装置
　　②计算公式：ΔH＝－kJ·mol－1(以50 mL稀盐酸和50 mL稀NaOH溶液反应为例)t1—起始温度，t2—混合溶液的最高温度。
　　[例题1] 下列关于化学反应的说法错误的是( )
　　A．化学反应中有物质变化也有能量变化
　　B．需要加热的化学反应不一定是吸热反应
　　C．化学键断裂吸收能量，化学键形成放出能量
　　D．如图所示的反应为放热反应
[答案]D
　　[练习1]由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如下图所示。
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　　根据图示可知，反应物能量之和________(填“＞”“＜”或“＝”)生成物能量之和，反应N2O(g)＋NO(g)===N2(g)＋NO2(g)的反应热为________________使用催化剂后，该反应的反应热________(填“增大”“减小”或“不变”)。
　　[答案]　＞　－139 kJ·mol－1　不变
　　[例题2]已知：
化学键 C—H C===C C—C H—H
键能/kJ·mol－1 414 615 347 435
　　计算：CH3—CH3(g)―→CH2=== CH2(g)＋H2(g)的反应热ΔH为________。
　　[答案]＋125 kJ·mol－1
　　
[练习2]已知H—H键键能为436 kJ·mol－1，H—N键键能为391 kJ·mol－1，根据热化学方程式N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1，则N≡N键的键能是 ________。
　　[答案] 946 kJ·mol－1
　　
活动二：重难点突破
　　问题4：热化学方程式与化学方程式有何不同？
　　[典型例题]
　　1．下列有关热化学方程式书写与对应表述均正确的是( )
　　 A．稀硫酸与NaOH溶液反应：
　　 B．在101kPa下的燃烧热，则水分解的热化学方程式为
　　 C．已知的燃烧热，则有
　　 D．已知96g硫粉与11.2g铁粉混合加热生成17.6g FeS时放出19.12kJ热量，则
　　 (例题1出处：福建莆田2020年高二期中)，推荐理由：本题考察热化学方程式书写，其中还融合了燃烧热、中和热概念的考察)
　　[解析]：稀和NaOH发生中和反应，放出热量，则，A错误；燃烧热指101kPa时，1mol可燃物完全燃烧生成指定产物时放出的热量，所以，水的分解是氢气燃烧的逆过程，所以水分解的热化学方程式为
，B错误；燃烧热强调1mol可燃物完全燃烧生成指定产物，如C→、H→，而中不是，C错误；根据生成硫化亚铁176g(即0.2mol)时，放出19.12k热量，可知生成1 mol时放出95.6kJ的热量，所以硫粉与铁粉反应的热化学方程式为，D正确。
[答案]D
　　2．NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和氢气，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，写出该反应的热化学方程式是_______________________________。
　　[答案]　NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)ΔH＝－216 kJ·mol－1
　　
[归纳总结]热化学方程式的书写
　　①书写步骤
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　　②注意事项
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　　注意：
　　ΔH与反应的“可逆性”
可逆反应的ΔH表示反应完全进行时的热量变化，与反应是否可逆无关。如N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，表示25 ℃、101 kPa条件下，1 mol N2和3 mol H2完全反应生成2 mol NH3释放92.4 kJ热量。
　　活动三：巩固提升
　　1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
　　 (1)放热反应不需要加热就能发生，吸热反应不加热就不能发生( )
　　 (2)物质发生化学变化都伴有能量的变化( )
　　 (3)水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热( )
　　 (4)同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同( )
　　 (5)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关( )
　　 (6)燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－192.9 kJ·mol－1，则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol－1( )
　　 (7)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量( )
　　2．CH4与Cl2生成CH3Cl的反应过程中，中间态物质的能量关系如下图所示(Ea表示活化能)，下列说法不正确的是(　　)
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A．已知Cl是由Cl2在光照条件下化学键断裂生成的，该过程可表示为：
B．相同条件下，Ea越大反应速率越慢
C．图中ΔH＜0，其大小与Ea1、Ea2无关
D．CH4转化为CH3Cl的过程中，所有C—H发生了断裂
　　3．根据表中的信息判断下列说法错误的是(　　)
物质 外观 熔点 燃烧热/(kJ·mol－1)
金刚石 无色，透明固体 ？ 395.4
石墨 灰黑，不透明固体 ？ 393.5
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A．由表中信息可得如图所示的图像
B．由表中信息知C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＝＋1.9 kJ·mol－1
C．相同条件下金刚石的熔点低于石墨的熔点
D．表示石墨燃烧热的化学方程式为C(石墨，s)＋1/2O2(g)===CO(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
　　4．已知：2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH＝－98 kJ·mol－1。在含少量I－的溶液中，H2O2分解反应过程为：
　　ⅰ．H2O2(l)＋I－(aq)===H2O(l)＋IO－(aq)　ΔH1
　　ⅱ．H2O2(l)＋IO－(aq)===H2O(l)＋O2(g)＋I－(aq)　ΔH2
　　下列说法不正确的是(　　)
A．ΔH1＋ΔH2＝ΔH
B．I－是H2O2分解反应的催化剂
C．欲分解2 mol H2O2(l)，至少需要提供98 kJ的热量
D．若生成1 mol O2，则反应ⅱ转移电子的物质的量为2 mol
　　5．硅粉与HCl在300 ℃时反应生成1 mol SiHCl3气体和H2，放出225 kJ热量，该反应的热化学方程式为___________________________________________________________。
　　6．煤炭燃烧过程中会释放出大量的SO2，严重破坏生态环境。采用一定的脱硫技术可以把硫元素以CaSO4的形式固定，从而降低SO2的排放。但是煤炭燃烧过程中产生的CO又会与CaSO4发生化学反应，降低了脱硫效率。相关反应的热化学方程式如下：
　　CaSO4(s)＋CO(g) ?CaO(s)＋SO2(g)＋CO2(g)　ΔH1＝＋218.4 kJ·mol－1(反应Ⅰ)
　　CaSO4(s)＋4CO(g) ?CaS(s)＋4CO2(g) ΔH2＝－175.6 kJ·mol－1(反应Ⅱ)
　　请回答下列问题：
　　(1)反应Ⅰ是放热反应还是吸热反应？________，能否通过反应Ⅰ判断等物质的量的CO、CO2具有能量的高低？________________。
　　(2)已知CO转化成CO2的能量关系如图所示。写出该反应的热化学方程式__________________________________________，则CO的燃烧热ΔH为________kJ·mol－1。
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　　(3)依据反应Ⅰ、Ⅱ确定反应CaO(s)＋3CO(g)＋SO2(g)===CaS(s)＋3CO2(g)　ΔH＝________kJ·mol－1。
　　7．“嫦娥二号”卫星使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g)，并放出大量热，已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量，该反应的热化学方程式为______________________________________________________________________________。
8．煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，会污染大气。采用NaClO、Ca(ClO)2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行税硫、脱硝。
①SO2(g)＋2OH－(aq)===SO(aq)＋H2O(l) ΔH1＝a kJ/mol
②ClO－(aq)＋SO(aq)===SO(aq)＋Cl－(aq) ΔH2＝b kJ/mol
③CaSO4(s) Ca2＋(aq)＋ SO (aq) ΔH3＝c kJ/mol
④SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq)　ΔH4＝d kJ/mol 则d＝________(用a、b、c表示)。
[参考答案]
　　1．(1) × (2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)×
2．D
解析：A．已知Cl是由Cl2在光照条件下化学键断裂生成的，由分子转化为活性原子，该过程可表示为：，选项A正确；B．相同条件下，Ea越大，活化分子百分数越少，反应速率越慢，选项B正确；C．图中反应物总能量大于生成物总能量，ΔH＜0，其大小与Ea1、Ea2无关，选项C正确；D．CH4转化为CH3Cl的过程中，只有一个C—H发生了断裂，选项D不正确。
3．D
解析　A．C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－395.4 kJ·mol－1①，C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1②，①－②得出：C(s，金刚石)===C(s，石墨)　ΔH＝－1.9 kJ·mol－1，此反应属于放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，故说法正确；B．根据A选项分析，故说法正确；C．石墨中层内共价键的键长比金刚石的键长短，因此石墨的熔点比金刚石高，故说法正确；D．燃烧热：1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物，所放出的热量，C转化成稳定的氧化物为二氧化碳，故说法错误。
4．C
解析　根据盖斯定律，由ⅰ＋ⅱ可得：2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)，则有ΔH1＋ΔH2＝ΔH，A正确；该反应中，I－是过程ⅰ的反应物，是过程ⅱ的生成物，故I－是H2O2分解反应的催化剂，B正确；反应2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)为放热反应，分解2 mol H2O2(l)放出98 kJ的热量，C错误；反应ⅱ中I元素由＋1价降低到－1价，则生成1 mol O2时转移2 mol电子，D正确。
　　5．反应的热化学方程式为：Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)ΔH＝－225 kJ·mol－1。
　　6．(1)吸热反应　否
　　 (2)2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1　－283
　　 (3)－394
解析 (1)反应Ⅰ的ΔH1＞0，故为吸热反应；通过反应Ⅰ只能判断反应物总能量低于生成物总能量，不能判断某一反应物与某一生成物之间的能量的相对大小。
(2)由图可知2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1，CO的燃烧热为×566 kJ·mol－1。
　　(3)利用盖斯定律将反应Ⅱ减去反应I可得目标方程式，ΔH＝(－175.6－218.4)kJ·mol－1＝－394 kJ·mol－1。
　　7．C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)　ΔH＝－2 550.0 kJ·mol－1。
　　解析 四氧化二氮与偏二甲肼反应的产物为二氧化碳、氮气和水；根据10.0 g偏二甲肼与四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量计算。
　　根据C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)　ΔH，
　　得ΔH＝－425 kJ÷＝－2 550.0 kJ·mol－1。
　　热化学方程式为C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)ΔH＝－2550.0 kJ·mol－1。
　 8． a＋b－c
解析 根据盖斯定律可知④＝①＋②－③，所以d＝a＋b－c。
　二、教学建议
在复习时让学生能多角度、动态地分析热化学反应方程式，运用热化学反应原理解决实际问题；确认能源对社会发展的重大贡献，让学生具有可持续发展意识和绿色化学观念。
　三、情境素材
1．能源的分类
能源根据开发和使用情况，可分为：常规能源和新能源，常规能源，如煤、石油、天然气等；新能源，如核能、太阳能、地热能、氢能等；另外又分为一级能源和二级能源，一级能源是指在自然界中能以现成形式提供的能源，例如：天然气、煤、石油、水能、太阳能、风能；二级能源是指需要依靠其他能源(也就是一级能源)的能量间接制取的能源，例如：电能、蒸汽等。
2．能源的开发
可燃冰是水与天然气相互作用形成的晶体物质，主要存在于冻土层和海底大陆坡中，其主要成分是一水合甲烷晶体(CH4·H2O)，它是人类的后续新能源，具有高效、使用方便、清洁无污染等优点。我国在南海首次连续开采成功。
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