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第一课时 反应热　焓变
第一章　化学反应的热效应
第一节　反应热
【引言】
我们已经学习过很多化学反应，也做过不少化学实验对于物质及其化学变化有了基本的认识。在此基础上学习《化学反应原理》，将主要讨论一些关于化学反应的普遍性问题。例如，怎样认识和理解化学反应中的能量变化 为什么化学反应有的快而有的慢 反应条件如何影响反应的速率和历程 为什么反应产物有的产率高而有的产率低 反应条件如何影响反应的方向和限度 等等。物质发生化学变化时，反应物分子中的化学键断裂和生成物分子中的化学键形成总是伴随着能量变化(如图1)。因此，化学反应原理的研究始终是与物质变化、能量变化相联系的。
不知你是否想过:一个看似简单的化学反应，其实际发生的过程并不简单，如氢气与氧气反应生成水。在常温常压下，氢气可以在氧气中安静地燃烧;点燃氢气和氧气的混合物会发生爆炸;氢氧燃料电池可用作动力电源(如图2);将氢气和氧气混合放在干燥、洁净的容器中，很多年也看不到明显变化。为什么氢气与氧气反应会出现如此大的差别 氢气与氧气的反应到底经过了怎样的历程 为了回答这些问题，人们不仅进行了大量实验来研究温度、压强和氢气的体积分数等因素对氢气与氧气反应的影响，还进一步深人到分子、原子等微观世界寻找答案。反应历程研究表明，氢气与氧气的反应属于复杂反应。复杂反应也是有规律可循的。像研究氢气与氧气反应那样，从宏观到微观、从定性到定量、从静态到动态对化学反应进行多角度、多层次的实验与理论探讨，将会使我们更深入地理解化学反应的过程和本质，也可以更有效地预测和控制化学反应的进行。这正是化学的精髓所在，也是化学的魅力所在。在学习时常会用到像“热化学方程式”“活什能”“化学平衡”“原电池”和“电解池”这样的概念、模型，它们都是学习和研究化学反应原理的基础。如果你有兴趣在这一领域继续探索，就会发现那些用来描述化学反应过程的数学模型，其基础仍然是这些概念、模型，只不过后者更为精确、更为细致罢了。
化学反应与生产、生活及很多研究领域存在着广泛的联系，反应原理的研究也在与其他科学研究的相互促进中发展着。例如，化学过程总是包含或伴有物理过程。像化学反应伴随着吸热、放热和发光等现象，离子反应前后电解质溶液的导电性发生变化，一定条件下化学能与电能的相互转化(如图3)，等等，这些都为我们从物理现象和化学现象的联系人手研究化学反应原理创造了条件。再如，生命科学将生物体维持生命活动的各种化学变化称为代谢代谢中的物质转化和能量转化是生命活动的基础。如图4所示，与其他生物一样，水母细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的。因此，要认识生物体内的代谢过程，也必须了解和运用化学反应原理的知识。
尽管人们在生产、生活和科学研究中积累了大量关于化学反应原理的经验和知识，但理论的发展还远远不能满足实际应用的迫切需要。让我们从学习《化学反应原理》开始一起努力吧。
化学反应的过程，既是物质的转化过程，也是化学能与热、电等其他形式能量的转化过程。化学反应既遵守质量守恒定律，也遵守能量守恒定律。化学反应中的能量变化是以物质变化为基础的，能量变化的多少与参加反应的物质种类和多少密切相关。
数以千万计物质的合成，极大地改善了人类的生活同样，化学反应所提供的能量大大促进了社会的发展。与研究化学反应中的物质变化一样，研究化学反应中的能量变化同样具有重要意义。
【本章说明】
素养要求
1.理解反应热测定的原理和方法，会分析产生误差的原因，不断完善和改进测定方法。
2.能从宏观和微观的角度理解化学反应中能量变化的本质，正确认识和判断放热反应和吸热反应。
3.能辨识化学反应中的能量转化形式，形成能量可以相互转化的观念，正确理解反应热和焓变的概念。
【思考与讨论】
化学反应中能量变化的主要形式？
热量的释放或吸收
【课前默写】请默写常见的放热、吸热反应？
吸热反应
放热反应
物质与氧气的反应
（燃烧与缓慢氧化）
中和反应
金属与水或酸
生石灰和水反应
大部分化合反应
1．氢氧化钙与氯化铵晶体的反应
2．C(s) + CO2(g) === 2CO(g)
3．水煤气制取：C(s) + H2O(g) === CO(g) + H2(g)
4．大多数分解反应（2KClO3 === 2KCl+3O2典型放热反应）
5．弱电解质的电离与盐类水解
6.NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O
△
高温
高温
讨论：一个化学反应是放热反应还是吸热反应与条件（如加热）无任何关系。
反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小
1
反 应 热 及 其 测 定
任务一 反应热及其测定
1．体系(系统)与环境
体系：被研究的物质及发生的反应
如HCl(aq)、NaOH(aq)及其反应
环境：与体系相互影响的其他部分
如试管、空气等
热量：指因温度不同在体系与环境之间交换或传递的能量
化学反应
体系与环境
温度不同
能量交换
或传递
体系
环境
任务一 反应热及其测定
2．反应热
在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，
称为化学反应的热效应，简称反应热。
等温：指化学反应发生后，使反应后体系的温度恢复到反应前体系的温度，即反应前后体系的温度相等。
结合 m、Δt、比热容等可测量
如何准确测量一个化学反应释放或吸收的热量
方法：通过量热计直接测定
实例：中和热的测定
【问题讨论】
保温杯式量热计
弹式量热计
任务一 反应热及其测定
资料卡片
热容和比热
在不发生化学反应和物质聚集状态不变的条件下，物质吸收热量，温度每升高1 K时所吸收的热量称为该物质的热容。热容用符号c表示，其单位为J·K-1。
纯物质的热容与其质量成正比。单位质量的物质的热容称为该物质的比热容，简称比热。比热的单位为kJ·K-1·kg-1。常温下，液态水的比热为4.18 kJ·K-1·kg-1 。
任务一 反应热及其测定
3．反应热的测定
（1）反应热计算公式 Q ＝ m c Δt
中和反应放出的热量
反应混合液的质量
反应混合液的比热容
反应前后溶液温度的差值
实验探究
中和反应反应热的测定P5
【提出问题】
在测定中和反应的反应热时，应该测量哪些数据 如何根据测得的数据计算反应热 为了提高测定的准确度，应该采取哪些措施
任务一 反应热及其测定
【实验测量】
请按照下列步骤，用简易量热计(如图1-3)测量盐酸与NaOH溶液反应前后的温度，
(1)反应物温度的测量
①用量筒量取50 mL 0.50 mol盐酸，打开杯盖，倒入量热计的内筒，盖上杯盖，插入温度计，测量并记录盐酸的温度(数据填入下表)。用水把温度计上的酸冲洗干净，擦干备用。
②)用另一个量筒量取50 mL0.55 mol/LNaOH溶液，用温度计测量并记录NaOH溶液的温度(数据填入下表)。
(2)反应后体系温度的测量。
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，将最高温度记为反应后体系的温度(6)。(3)重复上述步骤(1)至步骤(2)两次。
任务一 反应热及其测定
【数据处理】
[m(HCl) +m(NaOH)] c(T2－T1)
n(H2O)
Q＝
(50 +50)g× 4.18 J/(g·℃)×3℃
0.05 L×0.5 mol/L
＝
＝50.16 kJ·mol-1
量热计自身吸收热量，实验测量的值会偏小。
任务一 反应热及其测定
1. 为了提高测定的准确度，应该采取哪些措施？
……
①使用比较精确的温度计读出温度变化；
②需要保温装置，减少与外界发生热交换；
③搅拌器搅拌，保证溶液温度均匀；
【问题讨论】
2.为什么采用碱稍过量的方法？
因碱会吸收空气中的CO2，为保证盐酸完全被中和
任务一 反应热及其测定
7.能否将NaOH溶液分多次倒入量热计中？
不能。金属易导热，会造成热损
不能，会存在仪器误差
不能，残留的酸会与碱反应，造成热损。
减少热损
不能
3.能不能用金属搅拌器代替玻璃搅拌器？
4.实验中是否可以更换温度计？
5.能否测完酸后直接测量碱的温度？
6.为什么将溶液迅速倒入内筒后，立即盖上杯盖？
任务一 反应热及其测定
大量的实验测得，25 ℃和101 kPa下，强酸和强碱稀溶液发生中和反应生成可溶性盐与1 mol水时，放出57.3 kJ的热量。
量热器保温效果不好
溶液混合不够快速
反应不够充分
测量酸后温度计没冲洗就测量NaOH溶液的温度
误差分析
测得的数据小于57.3 kJ·mol－1，分析产生误差的可能原因是什么？
4．中和热定义
【交流与讨论】
弱酸弱碱稀溶液，因为电离吸热，故生成1 mol H2O放热 < 57.3 kJ
强酸强碱浓溶液，因为稀释放热，故生成1 mol H2O放热 > 57.3 kJ
【温馨提示】
【探究归纳】
任务一 反应热及其测定
(1)因为浓酸和浓碱相互混合时因稀释会放出热量，所以中和反应反应热的研究对象应为强酸、强碱的稀溶液。
(2)关于中和热的理解
①中和热指的是酸和碱在稀溶液中发生中和反应生成1 mol H2O(l)时的反应热。
②强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应时，1 mol H＋和1 mol OH-反应生成1 mol H2O(l)，放出57.3 kJ的热量，表示为H＋(aq)＋OH-(aq)=H2O(l)　ΔH＝-57.3 kJ/mol
(后续课程会学习)。
任务一 反应热及其测定
③浓的强酸和强碱在发生中和反应的同时还要发生溶解，溶解要放出热量；若是浓的弱酸和弱碱在发生中和反应的同时还要发生电离，电离要吸收热量，故放出的热量均不完全是中和热。例如：利用同样的方法测定氨水与盐酸、NaOH溶液与醋酸的反应热，生成1 mol水时放出的热量数值小于57.3 kJ。
【探究归纳】
(1)中和反应反应热的测定实验中的玻璃搅拌器换成铜制搅拌器效果更好
(2)实验中测定反应前后温度变化的温度计可以更换
(3)中和反应反应热的测定实验中，测定盐酸后的温度计没有冲洗干净，立即测NaOH溶液的温度
(4)中和反应反应热的测定实验中，应将50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液分多次倒入小烧杯
概念辨析
×
×
任务一 反应热及其测定
×
×
【题后归纳】
不考虑装置的隔热因素，能引起实验误差的因素有以下2个方面：
任务一 反应热及其测定
2
反 应 热 与 焓 变
任务二 反应热与焓变
化学反应中为什么会有反应热？
产生
反应热
体系内能改变
焓(H)
与之有关的物理量
焓变(ΔH)
等压条件下
1．概念(阅读课本第6-7页)
内能：
体系内物质的各种能量的总和， 符号U
受温度、压强和物质的聚集状态等影响
焓(H)：
与内能有关的物理量
等压条件下反应热等于反应的焓变， 用符号ΔH表示
焓变：
ΔH＝H生成物－H反应物
单位：kJ/mol或kJ·mol－1
任务二 反应热与焓变
焓、焓变与放热反应、吸热反应的关系
ΔH＝H生成物－H反应物
2．理解
(1)宏观解释
任务二 反应热与焓变
(2)微观解释(键能)
436 kJ·mol -1
H
H
H
H
键断裂，吸收能量
键形成，释放能量
436 kJ·mol -1
键能：25 ℃、101 kPa，气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量
反应物
生成物
化学反应
键断裂
键生成
原子重新组合
吸收能量
放出能量
探究化学反应中为什么会有反应热
吸收能量 ＞ 释放能量 吸热反应
吸收能量 ＜ 释放能量 放热反应
ΔH = 反应物的总键能－生成物的总键能
任务二 反应热与焓变
【典例剖析】如何计算1 mol H2 与 1 mol Cl2生成2 mol HCl的反应热？
ΔH = 反应物的总键能－生成物的总键能
= (436+243) kJ·mol -1－2×431 kJ·mol -1
= ﹣183 kJ·mol -1
吸收能量679 kJ
（1mol H2与1molCl2的键能）
释放能量862 kJ
（2mol HCl的键能）
H ＝ 183 kJ/mol
微观图解
任务二 反应热与焓变
ΔH＝H生成物－H反应物
ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和
放热反应 吸热反应
反应热(ΔH) ΔH＜0 ΔH＞0
总能量 反应物＞生成物 反应物＜生成物
键能之和 反应物＜生成物 反应物＞生成物
【注意事项】
①若正反应为放热反应，其逆反应为吸热反应。
②通常情况下，物质越稳定，物质具有的能量越低，破坏该物质中含有的化学键需要的能量就越高，即该物质中化学键的键能就越大，反之亦然。
任务二 反应热与焓变
反应热、焓、焓变的比较
反应热 焓变 焓
概念 在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量 化学反应中生成物的总焓与反应物的总焓之差 物质所具有的能量
符号 Q ΔH H
单位 kJ/mol 数值 正值表示反应吸热；负值表示反应放热 只有正值
联系 反应热=焓变（等压）；ΔH=H(生成物)－H(反成物) 注意 焓变、焓、反应热代表的意义不同。 任何化学反应都有反应热。 物质三态之间变化的焓变不能叫反应热，反应热是化学反应的焓变。
【典例剖析】
任务二 反应热与焓变
根据图像回答下列问题：
(1)金刚石和石墨谁更稳定？
内能越低越稳定，则石墨更稳定。
(2)ΔH1与ΔH2相比，哪一个较大？
ΔH1较大，因为两者都是放热反应，放热越多，则焓变越小。
小组小结
1.理解反应热测定的原理和方法，会分析产生误差的原因，不断完善和改进测定方法。
2.能从宏观和微观的角度理解化学反应中能量变化的本质，正确认识和判断放热反应和吸热反应。
3.能辨识化学反应中的能量转化形式，形成能量可以相互转化的观念，正确理解反应热和焓变的概念。
当 堂 练 习
3
任务三 限时训练
1.(2022·上海崇明检测)有关反应热效应的说法正确的是（ ）
A.大多数分解反应都是吸热反应
B.氧化还原反应都属于放热反应
C.有催化剂参与的反应是放热反应
D.有化学键断裂的反应是吸热反应
A
任务三 限时训练
2.(2023·保定高二检测)反应A2(g)＋2BC(g)=2BA(g)＋C2(g)过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是（ ）
A.E1等于拆开1 mol A2(g)中化学键和2 mol BC(g)中化学键所需能量之和
B.该反应的热效应ΔH＝E1－E2
C.该反应的ΔH<0
D.该反应既有极性键和非极性键的断裂又有极性键和非极性键的形成
A
任务三 限时训练
3.(2023·贵州新高考协作体高二检测)下列说法正确的是(　　)
A.吸热反应必须在加热条件下才能进行
B.断开1 mol H2中的化学键要吸收436 kJ的能量
C.若反应物的总能量低于生成物的总能量，则该反应放热
D.浓硫酸溶于水是放热反应
B
任务三 限时训练
4.(2023·连云港高级中学月考)某同学设计如图所示实验，探究反应中的能量变化
下列判断正确的是(　　)
A.由实验可知，(a)、(b)、(c)所涉及的反应都是放热反应
B.将实验(a)中的铝片更换为等质量的铝粉后释放出的热量有所增加
C.实验(c)中将环形玻璃搅拌棒改为铁质搅拌器对实验结果没有影响
D.若用NaOH固体代替NaOH溶液与盐酸反应测定中和反应的反应热，则测定
　数值偏高
D

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