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6.2第1课时　放热反应与吸热反应
【学习目标】
1.了解吸热反应和放热反应的概念,熟知常见的吸热反应和放热反应。
2.学会书写简单的热化学方程式,能判断热化学方程式的正误。
3.知道化学反应中的能量变化和物质具有的能量之间的关系。
4.理解化学反应中能量变化的主要原因——化学键的断裂和形成。
【合作探究】
【学习情境】
人类使用火实质上是利用燃烧反应放出的光和热,如燃气燃烧时发光、放热;有些反应则需要吸热,如煅烧石灰石生成生石灰需要吸热才能进行。你知道哪些反应放热,哪些反应吸热吗 怎样正确地表示化学反应的放热或吸热过程呢 化学反应中能量变化的本质是什么呢
任务1　感受化学反应中的能量变化
【新知生成】
一、 探究化学反应中的热量变化
序号 实验步骤 现象 结论
① 向一支试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条,加入5 mL 2 mol·L-1盐酸,用手触摸试管外壁,感受温度变化
② 在100 mL烧杯中加入约20 g经研磨的八水合氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O],然后加约10 g氯化铵晶体,用玻璃棒搅拌,使之充分混合。在烧杯下垫一块沾有水的玻璃片,一段时间后提起烧杯,观察实验现象,用手触摸试管外壁,感受温度变化
二、放热反应和吸热反应
1.概念:化学上,把放出热的反应称为　　　　反应,把吸收热的反应称为　　　　反应。
2.实例:常见的放热反应有　 等。
常见的吸热反应有　 等。
三、热化学方程式
1.概念:　　　　地表示一个特定的反应放出或吸收的　　　　的化学方程式。
2.书写:
(1)“写”:正确书写化学方程式。
(2)“注”:注明物质状态,气态、液态、固态分别用符号　　　　、　　　　、　　　　表示。
(3)“标”:用ΔH(单位: 　　　　　)标出反应放出或吸收的热,负值表示反应　　　　,正值表示反应　　　　。
【答案】一、镁条表面有大量气泡产生,试管温度渐渐升高　该反应放出热量　闻到刺激性气味,试管壁温度逐渐降低,玻璃片和烧杯黏结在一起　该反应吸收热量
二、1.放热　吸热　2.燃烧反应、酸碱中和反应、活泼金属与酸(或水)反应、大多数化合反应、物质的缓慢氧化　大多数分解反应、制水煤气、氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应
三、1.定量　热　2.(2)g　l　s　(3)kJ·mol-1　放热　吸热
【核心突破】
典例1　下列变化中既属于放热反应,又属于氧化还原反应的是(　　)。
A.醋酸与氢氧化钠溶液的反应
B.钠与水的反应
C.灼热的碳在高温下与水蒸气的反应
D.浓硫酸与水混合
【答案】B
【解析】醋酸与氢氧化钠溶液的反应为非氧化还原的放热反应,A项不符合题意;钠与水的反应为氧化还原反应,且为放热反应,B项符合题意;灼热的碳与高温水蒸气的反应,为氧化还原反应,但为吸热反应,C项不符合题意;浓硫酸与水混合为物理变化,D项不符合题意。
典例2　2022年1月26日,我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭,成功将卫星发射升空,顺利送入预定轨道。长征系列火箭所用推进剂多用肼(N2H4)作燃料,用四氧化二氮(N2O4)助燃,生成物不会对大气造成污染。已知64 g N2H4(g)与足量NO2(g)反应生成N2(g)和H2O(l) 时,能放出1135.2 kJ的热量。写出反应的热化学方程式。
【答案】2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(l)　ΔH=-1135.2 kJ·mol-1。
【归纳总结】
1.常见的放热反应:燃烧反应、物质的缓慢氧化、酸碱中和反应、活泼金属与水或酸的反应、大多数化合反应等。
2.常见的吸热反应:大多数分解反应、氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应、C+CO22CO、C+H2O(g)CO+H2等。
3.吸热反应与放热反应判断的注意事项
(1)与反应条件(是否需加热)无关
①需要点燃、加热、光照的反应不一定是吸热反应,有些放热反应需要加热等条件引发反应。
②不需要加热(在常温下)能进行的反应不一定是放热反应。
③放热反应在常温下不一定能进行反应,吸热反应在常温下也可能进行反应。
(2)不仅化学变化过程中会伴随着能量的变化,物理变化中同样也存在能量变化。如水蒸气变成液态水会放出能量。
4.书写热化学方程式的注意事项
(1)要在物质的化学式后面用括号注明各物质的聚集状态。一般用英文字母g、l和s分别表示气态、液态和固态,水溶液中的溶质则用aq表示。
(2)必须标明ΔH的符号,放热反应ΔH为“-”,吸热反应ΔH为“+”,负号不可省略。
(3)ΔH的单位是kJ·mol-1。
(4)ΔH数值与化学计量数成正比。
(5)热化学方程式中不用“↑”“↓”,反应在25 ℃,101 kPa时,“”上不用标明反应条件。
训练1　下列变化中属于化学变化且吸热的是(　　)。
①液态水汽化　②将胆矾加热变为白色粉末　③苛性钠固体溶于水　④高锰酸钾分解制氧气　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰　⑥干冰升华
A.①② B.②④ C.③⑤ D.①⑥
【答案】B
【解析】①⑥是物理变化,③⑤是放热反应,分解反应一般都是吸热反应。
训练2　依据事实,写出下列各反应的热化学方程式。
(1)N2(g)与适量H2(g)反应,生成1 mol NH3(g),放出46.1 kJ热量:　。
(2)1 mol Cu(s)与适量O2(g)反应,生成CuO(s),放出157 kJ热量:　。
(3)SiH4是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和液态H2O。已知室温下2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ。SiH4自燃的热化学方程式为　　　　　　　　　。
【答案】(1)N2(g)+H2(g)NH3(g)　 ΔH=-46.1 kJ·mol-1
(2)Cu(s)+O2(g)CuO(s)　ΔH=-157 kJ·mol-1
(3)SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(l)　ΔH=-1427.2 kJ·mol-1
任务2　化学反应中能量变化的原因
【新知生成】
一、宏观视角
反应类型 放热反应 吸热反应
能量 比较 反应物总能量　　　　生成物总能量 反应物总能量　　　　生成物总能量
能量 示意图
二、微观视角
1.断开化学键需要　　 　能量,形成化学键需要　　 　能量。
2.放热反应:反应过程中断开反应物中的化学键所吸收的能量　　　　形成生成物中化学键所放出的能量。
吸热反应:反应过程中断开反应物中的化学键所吸收的能量　　　　形成生成物中化学键所放出的能量。
3.键能:断开　　　　物质中　　　　某种共价键,生成　　　　需要　　　　的能量。
【答案】一、大于　小于
二、1.吸收　放出　2.小于　大于　3.气态　1 mol　气态原子　吸收
【核心突破】
典例3　SF6是一种优良的绝缘气体,分子结构中只存在S—F键。已知:1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 mol F—F、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则反应S(s)+3F2(g)SF6(g)的反应热ΔH为(　　)。
A.-1780 kJ·mol-1 B.-1220 kJ·mol-1
C.-450 kJ·mol-1 D.+430 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】利用ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和进行计算。ΔH=280 kJ·mol-1+3×160 kJ·mol-1-6×330 kJ·mol-1=-1220 kJ·mol-1,B项正确。
【归纳总结】
1.从能量角度分析
吸热反应:反应物的总能量低于生成物的总能量;
放热反应:反应物的总能量高于生成物的总能量。
2.从反应物断键和生成物成键角度理解化学反应中的能量变化
(1)化学反应过程:
(2)化学键变化与放热反应、吸热反应的关系
若E1>E2,反应吸收能量,为吸热反应;
若E13.ΔH计算公式
(1)ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量
(2)ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和
训练3　硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的原理如下:
粗硅冶炼:①SiO2+2CSi+2CO↑。
精炼硅:②Si+3HClSiHCl3+H2;
③SiHCl3+H2Si+3HCl。
化学反应与能量变化如图所示,回答下列问题:
图1　图2
(1)①是　　　　反应,②是　　　　反应,③是　　　　反应。(填“吸热”或“放热”)
(2)反应②破坏反应物中的化学键所吸收的能量　　　　(填“大于”或“小于”)形成生成物中化学键所放出的能量。
【答案】(1)吸热　放热　吸热　(2)小于
【解析】(2)因为反应②是放热反应,所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量。
【课堂小结】
【随堂检测】
1.长征五号火箭采用液氢、液氧等无毒无污染推进剂。分解水获得H2的能量变化如图所示,下列说法正确的是(　　)。
A.分解水属于吸热反应
B.断开H—O键放出能量
C.形成H—H键吸收能量
D.反应物的总能量大于生成物的总能量
【答案】A
【解析】从分解的能量变化图可知反应物的总能量小于生成物的总能量,故分解水属于吸热反应,A项正确,D项错误;断开H—O键需要吸收能量,B项错误;形成H—H键将释放能量,C项错误。
2.下列有关化学反应中能量变化的说法正确的是(　　)。
A.放热反应向外界放出能量,反应后体系的温度一定降低
B.吸热反应要从外界吸收能量,一定需要加热才能发生
C.吸热反应使体系的总能量升高,生成物比反应物更稳定
D.放热反应向外界释放出能量,可为生产生活提供能量
【答案】D
【解析】放热反应向外界放出能量,反应后体系的温度升高,A项错误;吸热反应不一定需要加热才能发生,B项错误;吸热反应使体系的总能量升高,反应物比生成物更稳定,C项错误。
3.根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化,其中一定正确的是(　　)。
A.H2O分解为H2与O2时放出热量
B.经历图示过程生成1 mol H2O时吸收热量245 kJ
C.甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系:乙>甲>丙
D.氢气和氧气的总能量小于水的能量
【答案】C
【解析】根据能量变化可知,1 mol H2与 mol O2断键时吸收685 kJ能量,而生成1 mol H2O放出930 kJ能量,所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应,则H2O 的分解是吸热反应,A、B两项错误;根据能量变化及化学键断开吸热、成键放热可知,总能量从大到小的关系为乙>甲>丙,C项正确;未标明物质的物质的量,无法进行比较,D项错误。
4.表中的数据是破坏1 mol气态分子中的共价键所消耗的能量(kJ):
物质 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2
能量/kJ 243 193 151 432 366 298 436
(1)等物质的量的上述物质中能量最低的物质是　　　,最稳定的氢化物是　　　　。
(2)反应I2(g)+H2(g)2HI(g)是　　　　(填“吸热”或“放热”) 反应。
(3)相同条件下,Cl2、Br2、I2分别与H2反应,当消耗等物质的量的H2时,放出或吸收的热量最多的是　　　　　　。
【答案】(1)H2　HCl　(2)放热反应　(3)Cl2
【解析】(1)破坏1 mol物质中的共价键所消耗的能量越多,则该物质越稳定,具有的能量越低。(2)化学反应是放热还是吸热是由反应物和生成物所具有的能量的相对大小决定的,由题给数据分析可知,断裂1 mol H2(g)和1 mol I2(g)消耗能量为151 kJ+436 kJ=587 kJ,形成2 mol HI(g)释放能量298 kJ×2=596 kJ,596>587,故该反应为放热反应。(3)在三种卤素单质中,Cl2最活泼,与H2反应生成的HCl最稳定,反应放出的热量最多。
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