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1.1 化学反应与能量变化
第 1 章 化学反应的热效应
沪科版(2020) 选择性必修1
01
系统的内能
02
化学反应的焓变
目录
C o n t e n t
本课学习目标
理解能量守恒定律在化学反应中的应用
知道内能的含义知道化学反应中的能量转化形式
了解反应焓变与反应热的关系，掌握两者的区别和练习
01
系统的内能
Chapter
新课导入
世界是物质的，物质是运动的，化学变化是物质运动的一种形式。
这些生活场景中，化学反应是如何发生的？能量又是如何变化的？
生活中的化学反应与能量
燃烧的篝火
电池供电的手电筒
光合作用的植物
一、系统的内能
物质在运动变化过程中会伴随着能量的变化，化学反应不仅有物质的变化，化学变化过程也伴随着能量的变化。化学反应中能量变化的本质是什么呢？
化学反应中能量变化的微观原理，核心在于化学键的断裂与形成过程中能量的吸收与释放。
化学反应中能量变化的本质是：
化学键能的差异导致的能量转化，它是化学能与热能、光能等其他形式能量相互转化的内在原因。
一、系统的内能
在自然科学研究中，被研究的对象称为系统。系统以外的，与系统相关的其他部分称为环境。
研究水的蒸发，水和水蒸气就是系统，周边的其他部分是环境。
研究盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液就是系统，而盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等便是环境。
一、系统的内能
内能是系统内物质各种能量的总和，用符号 U 表示。当系统处于一定状态时，系统就具有确定的内能，当温度、压强、物质的聚集状态等发生改变，内能也随之改变 （图 1.1）。
图1.1 水发生状态变化时内能的变化
从微观角度认识化学反应中能量的变化
一、系统的内能
一个化学反应的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
（1）断开化学键要吸收能量，形成化学键要放出能量。
（2）化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
特别提醒：仅有化学键的断裂，不能称为化学反应，如NaCl溶于水，NaCl离子键断裂，但没新化学键的形成
一定压强下，0℃时 1.0 mol 的水和 0℃时 1.0 mol 的冰，哪个系统的内能更大？
一、系统的内能
想一想
在一定压强、25℃的条件下，25℃时 10.0 mol 的水比 25℃时 1.0 mol 的水内能更大。 内能是系统内所有分子的动能和势能的总和。当温度相同（分子平均动能相同）、物质状态相同时，系统的内能与物质的量成正比。10.0 mol 的水所含的分子数远多于 1.0 mol 的水，其总分子动能和总分子势能都更大，因此 10.0 mol 水的内能更大。
一定压强下，25℃时 1.0 mol 的水和 25℃时 10.0 mol 的水，哪个系统的内能更大？
在一定压强、0℃的条件下，1.0 mol 的水和 1.0 mol 的冰，水的内能更大。
原因是：冰融化成水的过程是吸热过程（0℃时冰熔化为水需要吸收热量）。根据能量守恒，吸收热量后系统的内能会增加。虽然两者温度相同（分子平均动能相同）、物质的量相同，但水是由冰吸热转化而来，分子间的势能更高，因此水的内能大于冰的内能。
02
化学反应的焓变
Chapter
在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热，用符号 Q 表示。系统从环境吸热，则 Q>0；系统对环境放热，则 Q<0。
二、化学反应的焓变
反应热
二、化学反应的焓变
（1）宏观角度
反应热产生的原因
化学反应之所以会产生反应热是因为化学反应前后体系的内能发生了变化。
ΔH＝
H生成物
- H反应物
焓(H)
反应物
生成物
放热反应
ΔH<0
反应物
生成物
吸热反应
ΔH>0
焓(H)
放热反应，△H为“-”，即△H < 0，
反应体系对环境放热，其焓减小
吸热反应，△H为“+”，即△H > 0，
反应体系从环境吸热，其焓增大
反应热产生的原因
（2）微观角度
化学反应的本质：
旧化学键的断裂 和 新化学键的形成
吸收能量
放出能量
焓变计算公式： H＝ E断键－ E成键=E反键总－ E生键总
化学键的断裂和形成时的能量变化是化学反应中能量变化的主要原因。
二、化学反应的焓变
（1）焓：是与内能有关的物理量，符号为 H。
（2）焓变：
在　　　　条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变。
符号为　　　,单位是　　　　　　。
等压
ΔH
kJ·mol-1
内能(U)
焓(H)
反应物
生成物
内能(U)
反应物
生成物
焓(H)
二、化学反应的焓变
二、化学反应的焓变
2.反应热和焓变的比较
反应热 焓变
不同点 概念
相同点 单位
“+”“-”的意义
数据来源
联系
注意
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
kJ/mol（或kJ·mol-1）
“+”表示反应吸热，“-”表示反应放热
实验测得或用已知数据计算
在等压条件下(如在敞口容器中)进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变
(1)任何化学反应都有反应热。
(2)根据反应热或焓变可以判断一个化学反应是吸热反应还是放热反应。
(3)物理变化(如物质三态之间的变化)中的热量变化不是反应热
断裂旧键吸收的总能量（E ）与形成新键释放的总能量（E ）往往不相等。当 E ≠E 时，就会产生能量差：
若 E ＜E ，多余的能量会以热能、光能等形式释放出来，表现为放热反应；
若 E ＞E ，反应就需要从外界吸收能量以弥补差值，表现为吸热反应。
二、化学反应的焓变
二、化学反应的焓变
以H2（g）+Cl2（g）==== 2HCl（g）为例
断开 1mol H—H键吸收能量436kJ
断开 1mol Cl—Cl键吸收能量243kJ
形成 2mol H—Cl键放出能量 862kJ
①断键吸能(E吸）
②成键放能(E放）
该反应的反应热计算为（放热反应）：
ΔH＝（436+243）－（431+431）
＝－184.6 kJ/mol
二、化学反应的焓变
反应热 ΔH＝ 。
E1 - E2
E1：反应物断裂化学键吸收的总能量，
E2：生成物形成化学键放出的总能量，
吸收能量 >放出能量 ΔH > 0
吸收能量 <放出能量 ΔH < 0
反应物
生成物
ΔH
E1
E2
H
反应热产生的原因
【例1】化学反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的能量变化如图所示：
已知N≡N、N—H的键能分别为946 kJ·mol-1、391 kJ·mol-1
(1)该反应为______反应(填“吸热”或“放热”)。
(2)拆开1 mol H2中化学键所需能量为______ kJ。
(3)该反应的反应热ΔH＝______________。
放热
436
- 92 kJ·mol-1
反应热产生的原因
二、化学反应的焓变
吸热反应与放热反应
放热反应 吸热反应
△H表现形式
物质总能量变化
键能变化
联系
△H＜0或△H为“-”
△H＞0或△H为“+”
生成物的总能量＜反应物的总能量
生成物的总能量＞反应物的总能量
生成物总键能＞反应物总键能
生成物总键能＜反应物总键能
键能越大，物质能量越低，越稳定，反之键能越小，物质能量越高，越不稳定
二、化学反应的焓变
吸热反应与放热反应
常见的吸热反应
常见的放热反应
①大多数分解反应
②某些特殊的化合反应
例：H2 (g) +I2 (g) 2HI(g) △H＞0
N2 (g) +O2 (g) 2NO (g) △H＞0
③某些特殊的置换反应
H2(g)+CuO(s) Cu(s)+H2O(g) △H＞0
④Ba(OH)2 8H2O与NH4Cl的反应
△
放电
△
①燃烧
②中和反应
③金属与酸的反应
④化合反应一般为放热反应
（除C+CO2 2CO、 H2 +I2 2HI、N2 +O2 2NO等）
⑤中学所学的置换反应多为放热反应
高温
△
放电
二、化学反应的焓变
化学反应热效应的应用
反应热的应用
热能综
合利用
工艺条
件优化
理论
分析
给吸热反应加热；
给放热反应及时转移热量；
热能循环利用。
反应热估算
键能估算
能耗……
二、化学反应的焓变
化学反应热效应
表征
反应热
恒压反应热 = 焓变 ΔH
宏观
微观
原因
体系内能的变化
放热反应 ΔH <0
吸热反应 ΔH >0
断键吸热，成键放热
ΔH = E(反应物键能和) -E(生成物键能和)
应用
热能利用
工艺操作
反应的可行性
选择反应条件
归纳总结
随堂小测
1.已知化学反应A2(g)+B2(g) ===2AB(g)的能量变化如图所示,判断下列说法正确的是(　　)
A.该反应的ΔH=+(a-b) kJ·mol-1
B.1 mol A2(g)与1 mol B2(g)反应生成2 mol AB(g),
吸收b kJ能量
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 A2(g)中A—A和1 mol B2(g)中B—B,放出a kJ能量
A
随堂小测
2.下列变化过程，属于放热反应的是
①金属钠与水 ②晶体与混合搅拌 ③在中燃烧
④液态水变成水蒸气 ⑤酸碱中和 ⑥碳酸钙热分解
A．①③④⑤ B．③④⑤ C．①③⑤ D．②④⑥
C
【详解】①活泼金属与酸或水反应是放热反应；
②NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O 反应是吸热反应；　
③所有燃烧是放热反应 ；　
④水蒸气变为液态水不是放热反应，是放热过程；　
⑤酸碱中和是放热反应；　⑥碳酸钙热分解是吸热反应；故选C。
随堂小测
3．化学反应中的物质变化总会伴随着能量变化，通常主要表现为热量的释放或吸收。下列反应中，属于放热反应的是
A．甲烷在氧气中的燃烧 B．盐酸与碳酸氢钠的反应
C．氢氧化钡与氯化铵的反应 D．灼热的炭与二氧化碳的反应
A
【详解】A．甲烷在氧气中的燃烧的反应放出热量，为放热反应，故A符合；
B．盐酸与碳酸氢钠的反应属于吸热反应，故B不符合；
C．氢氧化钡与氯化铵的反应是吸热反应，故C不符合；
D．灼热的炭与二氧化碳的反应属于吸热反应，故D不符合；
答案选A。
THANKS

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