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专题02 反应过程与能量变化图像分析
1.能辨识化学反应中的能量转化形式，正确理解反应热和焓变的概念。
2.能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.能正确分析化学反应过程的图像及其变化。
一、化学反应的实质和特征
二、反应热与焓变
1．内能：体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。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(符号为U)发生了变化。
2．焓、焓变
(1)焓：为了描述等压条件下的反应热，科学上引入了一个与内能有关的物理量，即焓，符号为H。
(2)焓变：在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，用符号ΔH表示，常用单位是kJ/mol或kJ·mol－1。
(3)焓变的意义
①当反应体系放热时其焓减小，ΔH为负值，即ΔH＜0。
②当反应体系吸热时其焓增大，ΔH为正值，即ΔH＞0。
(3)ΔH与吸热反应和放热反应
①放热反应：体系向环境释放能量，反应体系的焓减小，ΔH为负值，即ΔH<0。
②吸热反应：体系从环境中吸收能量，反应体系的焓增大，ΔH为正值，即ΔH>0。
三、图像分析
1.吸热反应和放热反应
（1）常见的吸热反应和放热反应
①常见的吸热反应：大多数的分解反应，碳和二氧化碳、碳和水的反应，Ba(OH)2·8H2O与铵盐的反应等。
②常见的放热反应：中和反应、金属与酸(或水)的反应、燃烧反应及缓慢氧化、化合反应(大多数)、铝热反应等。
（2）焓变与物质能量变化的关系
放热反应 吸热反应
关系 反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量 反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量
表示 方法 ΔH<0 ΔH>0
图示
实例 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－183.0 kJ·mol－1 C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1　
2.从反应物与生成物总键能的相对大小分析焓变
（1）化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，旧化学键断裂需要吸收能量，新化学键形成需要放出能量。
（2）键能：断开(形成)1 mol某化学键所吸收(放出)的能量，单位：kJ/mol。如H—H的键能是436 kJ/mol，那么断开(形成)1 mol H—H吸收(放出)的能量为436 kJ。
以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化为例说明，如图所示：
由图可知：
化学键 反应中能量变化
断裂或形成1 mol化学键的能量变化 断裂或形成化学键的总能量变化
H—H 吸收436 kJ 共吸收679 kJ
Cl—Cl 吸收243 kJ
H—Cl 放出431 kJ 共放出862 kJ
结论 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应热　ΔH＝－183 kJ·mol－1
化学反应过程中形成化学键、断裂化学键能量变化可用如图表示：
其中，E1可看作反应物断裂化学键吸收的总能量，E2可看作生成物形成化学键放出的总能量，E1与E2的差值表示反应热。上述反应过程表示该反应为放热反应。
（3）焓变计算公式：ΔH＝E(反应物的总键能)－E(生成物的总键能)
题组一　焓变和反应热概念的理解
【典例01】下列说法正确的是(　　)
A．化学反应中的能量变化都表现为热量变化
B．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓与生成物的总焓一定不同
D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓总是高于生成物的总焓
【答案】C
【解析】化学反应的能量变化可以表现为很多方面，如转化为热能、电能、光能等；在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓不一定高于生成物的总焓，但总是不同；焓变是指在一定条件下化学反应的反应热，不仅是指 1 mol 物质参加反应时的能量变化。
题组二　焓变和反应热的图像
【典例02】CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是(　　)
A．该反应为吸热反应
B．1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量
C．该反应不需要加热就能进行
D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量
【答案】B
【解析】由能量变化可知，反应产物的总能量比反应物的总能量低，反应为放热反应，放热反应也有可能需要加热后才能进行；当1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)时，要吸收41 kJ热量。
题组三　放热反应和吸热反应
【典例03】下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是(　　)
A．放热反应的发生无需任何条件
B．化学键的断裂和形成与反应放热和吸热无关
C．化学反应过程都伴随着能量的变化
D．硫酸与氢氧化钠的反应是吸热反应
【答案】C
【解析】放热反应的发生可能需要条件，如加热等，A项错误；化学键的断裂和形成与反应放热和吸热有关，B项错误；化学反应过程都伴随着能量的变化，C项正确；H2SO4与NaOH的反应是放热反应，D项错误。
题组四　放热反应和吸热反应的图像
【典例04】CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是(　　)
A．该反应为吸热反应
B．1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量
C．该反应不需要加热就能进行
D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量
【答案】B　
【解析】由能量变化可知，反应产物的总能量比反应物的总能量低，反应为放热反应，放热反应也有可能需要加热后才能进行；当1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)时，要吸收41 kJ热量。
题组四　反应热与化学键的关系图像
【典例05】根据下图所示的过程中的能量变化情况，判断下列说法正确的是(　　)
A．H2(g)转化为氢原子是一个放热过程
B．1 mol H2和1 mol Cl2的总能量比2 mol HCl的总能量高
C．1个HCl(g)分子中的化学键断裂时需要吸收431 kJ能量
D．2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)的反应热ΔH＝－183 kJ·mol－1
【答案】B
【解析】H2(g)转化为氢原子，吸收热量，故A错误；该反应为放热反应，1 mol H2和1 mol Cl2的总能量比2 mol HCl的总能量高，故B正确；由图可知1 mol HCl(g)分子中的化学键断裂时需要吸收431 kJ能量，故C错误；D项与图示反应互为逆反应，焓变的数值相同、符号相反，则2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)的反应热ΔH＝＋183 kJ·mol－1，故D错误。
题组五　能量变化图像
【典例06】在化学反应中，不仅有物质的变化，还伴随着能量的变化。
(1)下图中，表示放热反应能量变化的是________(填字母)。
(2)从微观角度分析化学反应中能量变化的原因：
图中过程①需________(填“吸收”或“释放”)能量。从微观角度判断该反应为放热反应的证据为___________________________________________________________________________。
根据上图的信息可知，生成1 mol H2O时，释放出的热量为________。
【解析】(1)a中反应物的总能量大于生成物的总能量，属于放热反应，b中反应物的总能量小于生成物的总能量，属于吸热反应，则表示放热反应能量变化的是a。(2)过程①为化学键的断裂过程，断键吸收能量；1 mol H2和0.5 mol O2断键吸收的总能量为436 kJ＋249 kJ＝685 kJ，生成1 mol H2O成键释放的能量为930 kJ，反应物断裂化学键吸收的总能量小于生成物形成化学键释放的总能量，所以该反应为放热反应；该反应的焓变ΔH＝685 kJ/mol－930 kJ/mol＝－245 kJ/mol，所以生成1 mol H2O时，释放出的热量为245 kJ。
【答案】(1)a　(2)吸收　反应物断裂化学键吸收的总能量小于生成物形成化学键释放的总能量　245 kJ
【巩固练】
1．下列说法正确的是(　　)
A．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0
C．在加热条件下发生的反应均为吸热反应
D．一个化学反应中，当反应物的总能量大于反应产物的总能量时，反应放热，ΔH为负值
【答案】D　
【解析】反应物的物质的量越多，则焓变的绝对值越大，A项错误；反应是否需要加热，只是引发反应的条件，与反应放热还是吸热无关，C项错误；在反应中物质所具有的总能量减少，反应就放热，此时ΔH<0，因此B项错误、D项正确。
2．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(　　)
A．铝片与稀盐酸反应
B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C．灼热的炭与二氧化碳反应
D．甲烷在氧气中的燃烧反应
【答案】C
【解析】Al与盐酸反应是放热反应，A项错误；B中反应是吸热反应，但不是氧化还原反应，B项错误；灼热的C和CO2反应是氧化还原反应，同时又是吸热反应，C项正确；甲烷的燃烧是放热反应，D项错误。
3.下列关于ΔH的说法正确的是(　　)
A．反应过程中，消耗的反应物越多，ΔH越大
B．ΔH＞0，吸热反应；ΔH<0，放热反应
C．ΔH越大，说明反应放出的热量越多
D．能量变化如图所示的化学反应为吸热反应，ΔH符号为“＋”
【答案】B
【解析】A项，ΔH与化学方程式中的化学计量数有关，与反应物的用量无关，错误；C项，ΔH有正、负，反应放出的热量越多，ΔH越小，反应吸收的热量越多，ΔH越大，错误；D项，由于反应物的总焓大于生成物的总焓，故能量变化如图所示的化学反应为放热反应，ΔH符号为“－”，错误。
4．下列各图中属于放热反应的是(　　)
【答案】A
【解析】A.该反应为铝热反应，为放热反应，A正确；B.生成物的总能量高于反应物的总能量，属于吸热反应，B错误；C.浓硫酸溶于水为放热过程，不是放热反应，C错误；D.化学键断裂为吸热过程，D错误。
5．已知反应：X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是(　　)
A．X的能量一定高于M
B．Y的能量一定高于N
C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D．因为该反应为放热反应，故不必加热该反应就可以发生
【答案】C
【解析】该反应为放热反应，因此反应物的总能量高于生成物的总能量，但单个反应物与单个生成物的能量大小无法比较，故A、B项错误，C项正确；放热反应仅说明旧键断裂吸收的能量小于新键形成放出的能量，并不意味着反应不需要加热就可以发生，反应的放热、吸热与反应条件(如加热)无关，故D项错误。
6．工业上，合成氨反应N2＋3H22NH3，在催化剂表面的微观历程及能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．①→②可表示N2、H2化学键的断裂，该过程吸收能量
B．①→②→③的过程中有非极性键的断裂和形成
C．合成氨反应属于氮的固定，是放热反应
D．合成氨过程中催化剂参与了反应
【答案】B
【解析】A.由题图可得①→②表示N2、H2化学键的断裂，②的能量更高，该过程吸收能量，选项A正确；B.①→②→③的过程中有N2、H2非极性键的断裂，NH3极性键的形成，没有非极性键的形成，选项B错误；C.合成氨反应将游离态的氮转化为氮的化合物，属于氮的固定，且题图中反应物的总能量高于生成物的总能量，是放热反应，选项C正确；D.催化剂参与了化学反应，但反应前后化学性质和质量不变，选项D正确。
7．下列过程中能量变化与图像不相符的是(　　)
选 项 A.NaOH 溶液和盐 酸反应 B.Ba(OH)2· 8H2O和 NH4Cl反应 C.Cl2和 H2反应 D.Na和水 反应
图 像
【答案】D
【解析】Na和水反应是放热反应，反应物总能量高于生成物总能量，D符合题意。
8．反应A＋B―→C(ΔH＜0)分两步进行：①A＋B―→X(ΔH＞0)，②X―→C(ΔH＜0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)
【答案】D
【解析】由A＋B―→X为吸热反应，可知X的能量高于A＋B的能量，可排除A项和C项；由总反应A＋B―→C为放热反应，可知C的能量小于A＋B的能量，故B项错误、D项正确。
9.关于如图的说法不正确的是(　　)
A．1 mol固态碘与1 mol氢气化合生成2 mol HI气体时，需要吸收5 kJ的能量
B．2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气与1 mol氢气时需要吸收12 kJ的能量
C．1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量
D．碘蒸气与氢气生成HI气体的反应是吸热反应
【答案】D
【解析】1 mol I2(g)＋1 mol H2(g)生成2 mol HI(g)放出12 kJ能量，该反应为放热反应，D项错误。
10．根据下图所示的N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中能量变化情况，判断下列说法错误的是(　　)
A．直观看，该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量
B．2 mol气态氧原子结合生成O2(g)时，能放出498 kJ能量
C．断裂1 mol NO分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量
D．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)生成2 mol NO(g)的反应热ΔH＝－180 kJ·mol－1
【答案】D
【解析】直观看，该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，A项正确；互逆过程的热量变化，ΔH数值相等，符号相反，故B、C正确；ΔH＝(946＋498－2×632) kJ·
mol－1＝＋180 kJ·mol－1，D项错误。
【强化练】
11.意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4分子的结构为，已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量，生成1 mol N≡N键放出946 kJ热量。根据以上信息和数据，则由N2气体生成1 mol气态N4的ΔH为　 (　　)
A.+734 kJ·mol-1　　　　B.+367 kJ·mol-1
C.-734 kJ·mol-1　　　　D.-367 kJ·mol-1
【答案】A
【解析】N2生成1 mol气态N4的化学方程式为2N2(g)= N4(g)，根据ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量可得ΔH=(2×946-6×193) kJ·mol-1=+734 kJ·mol-1，A正确。
12.研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与CNH(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.CNH(g)比HCN(g)稳定
B.HCN(g)→ CNH(g)为吸热反应且反应条件一定为加热
C.1 mol HCN(g)中的所有化学键全部断开需要吸收186.5 kJ的能量
D.1 mol HCN(g)转化为1 mol CNH(g)需要吸收59.3 kJ的能量
【答案】D
【解析】等物质的量的CNH(g)的能量比HCN(g)高，则HCN(g)比CNH(g)稳定，A错误；据图可知，HCN(g)→ CNH(g)为吸热反应，但反应条件不一定是加热，B错误；1 mol HCN(g)转化成过渡态吸收186.5 kJ的能量，过渡态中有化学键存在，即1 mol HCN(g)中所有化学键全部断开吸收的能量要大于186.5 kJ，C错误；据图可知，1 mol HCN(g)转化为1 mol CNH(g)需要吸收的能量为186.5 kJ-127.2 kJ=59.3 kJ，D正确。
13.下列图示与对应的叙述不相符的是 (　　)
(a)　　(b) (c)　　(d)
A.(a)图可表示锌和稀硫酸反应过程中的能量变化
B.通过(b)图可知石墨比金刚石稳定
C.由(c)图可知，2SO3(g)= 2SO2(g)+O2(g)　ΔH=(a-b) kJ·mol-1
D.(d)图是某反应A→C的能量变化曲线图(E表示能量)，反应中ΔH=E1+E3-E2-E4
【答案】A　
【解析】(a)图中生成物总能量高于反应物总能量，该反应为吸热反应，而锌和稀硫酸反应为放热反应，A错误；(b)图中金刚石的能量大于石墨，能量越低物质越稳定，则通过(b)图可知石墨比金刚石稳定，B正确；由(c)图可知，反应为吸热反应，2SO3(g)=2SO2(g)+O2(g)　ΔH=(a-b) kJ·mol-1，C正确；(d)图是某反应A→C的能量变化曲线图，反应中ΔH=E1+E3-E2-E4，D正确。
14.已知：①SiCl4(g)+2H2(g)= Si(g)+4HCl(g)　ΔH1；②Si(g)+O2(g)= SiO2(g)　ΔH2。根据相关物质结构和表中提供的数据计算ΔH1、ΔH2分别为 (　　)
　
SiO2的晶体结构 单质硅的晶体结构
化学键 Si—Cl H—H Si—Si
键能/(kJ·mol-1) 360 436 176
化学键 H—Cl O= O Si—O
键能/(kJ·mol-1) 431 498 460
A.+236 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1
B.-116 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1
C.-116 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1
D.+236 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1
【答案】A
【解析】ΔH=反应物断键吸收的总能量-生成物成键放出的总能量，则ΔH1=[360×4+436×2-(176×2+431×4)] kJ·mol-1=+236 kJ·mol-1；ΔH2=(176×2+498-460×4) kJ·mol-1=-990 kJ·mol-1。
15．下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是(　　)
选项 A B C D
反应装置 或图像　
实验现象 或信息　 温度计的水银柱上升 反应物总能量大于生成物总能量 反应开始后，针筒活塞向右移动 反应开始后，甲处液面低于乙处液面
【答案】C
【答案】盐酸和氢氧化钠发生中和反应，为放热反应，可观察到温度计的水银柱上升，故A不符合题意；从能量守恒的角度分析，反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，故B不符合题意；稀硫酸和锌反应生成氢气，能够推动针筒活塞向右移动，不能说明反应是否为放热反应，故C符合题意；温度升高，使得压强增大，反应开始后，甲处液面低于乙处液面，说明广口瓶内压强增大，即该反应为放热反应，故D不符合题意。
16.肼(H2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ)：N≡N为942、O==O为500、N—N为154，则断裂1 mol N—H所需的能量(kJ)是(　　)
A．194 B．391 C．516 D．658
【答案】B
【解析】由图知N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534 kJ·mol－1，可设断裂1 mol N—H所需的能量为x，154 kJ＋4x＋500 kJ－2 752 kJ＝－534 kJ，可求得x＝391 kJ。
17．已知H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)　ΔH＝－102 kJ·mol－1，1 mol HBr分子中的化学键断裂时需要吸收369 kJ的能量，1 mol Br2分子中的化学键断裂时需要吸收的能量为200 kJ，则1 mol H2分子中的化学键断裂时需要吸收的能量为(　　)
A．436 kJ　　　　　 B．218 kJ C．169 kJ D．569 kJ
【答案】A
【解析】设1 mol H2分子中的化学键断裂时需要吸收的能量为x，则x＋200 kJ－2×369 kJ＝－102 kJ，解得x＝436 kJ，故选A。
18．已知 2O(g)===O2(g)，该过程的焓变ΔH＝－496 kJ·mol－1。对于如图所示能量变化示意图的有关说法正确的是(　　)
A．断开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收 932 kJ能量
B．断开1 mol H2O(g)中所有化学键需要吸收 926 kJ能量
C．1 mol H2O(l)转变为 1 mol H2O(g)需要吸收 88 kJ能量
D．2 mol H2(g)和 1 mol O2(g)反应生成 2 mol H2O(l)，共放热 1940 kJ
【答案】B
【解析】已知 2O(g)===O2(g)的焓变ΔH＝－496 kJ·mol－1，故断开1 mol O2中化学键需要吸收496 kJ能量，由题图可知，断开2 mol H2和1 mol O2共吸收1 368 kJ能量，故断开1 mol H2中化学键吸收的能量为 kJ＝436 kJ，A错误；由题图可知，形成2 mol H2O(g)中化学键释放的能量为1 852 kJ，故断开1 mol H2O(g)中所有化学键需要吸收＝926 kJ，B正确；由题图可知，2 mol H2O(g)转化为2 mol H2O(l)需要释放88 kJ能量，故1 mol H2O(l)转变为 1 mol H2O(g)需要吸收＝44 kJ，C错误；由题图可知，2 mol H2(g)和 1 mol O2(g)反应，断开键化学需要吸收1 368 kJ能量，形成2 mol H2O(l)释放1 852 kJ＋88 kJ＝1 940 kJ，故共放热1 940 kJ－1 368 kJ＝572 kJ，D错误。
19．依据化学能与热能的相关知识回答下列问题：
(1)已知化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示：
0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量(用a、b、c表示，下同)，NH3(g)到NH3(l)过程________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。
(2)化学键的键能是形成(或断开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(kJ/mol)：P—P：198；P—O：360；O===O：498。
发生P4(s，白磷)＋3O2(g)===P4O6(s)的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应；其中，生成1 mol P4O6需要________(“吸收”或“放出”)的能量为________kJ。
【解析】(1)反应热等于反应物总能量与生成物总能量的差。根据图示可知，反应物的能量比生成物的高，因此该反应发生时会放出热量。0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程放出能量(b－a) kJ；物质由气态转化为液态时放出热量，根据图示可知，1 mol NH3(g)转化为NH3(l)过程会放出c kJ能量。
(2)反应热等于断裂反应物化学键吸收的总能量与形成生成物化学键释放的总能量的差。反应P4(s，白磷)＋3O2(g)===P4O6(s)的反应热ΔH＝6×198 kJ/mol＋3×498 kJ/mol－12×360 kJ/mol＝－1 638 kJ/mol，该反应发生时会放出能量1 638 kJ，因此该反应是放热反应。
【答案】(1)放出　(b－a)　放出　c　(2)放热　放出　1 638　
20．H2与O2、F2均能发生反应，如图为H2与F2发生反应生成HF过程中的能量变化示意图。
请回答下列问题：
(1)完成转化Ⅰ、Ⅱ________(填“吸收”或“放出”，下同)能量，完成转化Ⅲ________能量。
(2)H2和F2反应的能量变化图可用________(填“A”或“B”)表示。
(3)H2在O2中燃烧的过程主要是________能转化为________能的过程。
【解析】(1)断键吸收能量，成键放出能量，Ⅰ、Ⅱ是断键，因此吸收能量，Ⅲ是成键，因此放出能量。(2)H2和F2的反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，故图A正确。(3)氢气在氧气中燃烧是放热反应，是化学能转化为热能的过程。
【答案】(1)吸收　放出　(2)A　(3)化学　热
1专题02 反应过程与能量变化图像分析
1.能辨识化学反应中的能量转化形式，正确理解反应热和焓变的概念。
2.能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.能正确分析化学反应过程的图像及其变化。
一、化学反应的实质和特征
二、反应热与焓变
1．内能：体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强和物质的聚集状态等影响。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(符号为U)发生了变化。
2．焓、焓变
(1)焓：为了描述等压条件下的反应热，科学上引入了一个与内能有关的物理量，即焓，符号为H。
(2)焓变：在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，用符号ΔH表示，常用单位是kJ/mol或kJ·mol－1。
(3)焓变的意义
①当反应体系放热时其焓减小，ΔH为负值，即ΔH＜0。
②当反应体系吸热时其焓增大，ΔH为正值，即ΔH＞0。
(3)ΔH与吸热反应和放热反应
①放热反应：体系向环境释放能量，反应体系的焓减小，ΔH为负值，即ΔH<0。
②吸热反应：体系从环境中吸收能量，反应体系的焓增大，ΔH为正值，即ΔH>0。
三、图像分析
1.吸热反应和放热反应
（1）常见的吸热反应和放热反应
①常见的吸热反应：大多数的分解反应，碳和二氧化碳、碳和水的反应，Ba(OH)2·8H2O与铵盐的反应等。
②常见的放热反应：中和反应、金属与酸(或水)的反应、燃烧反应及缓慢氧化、化合反应(大多数)、铝热反应等。
（2）焓变与物质能量变化的关系
放热反应 吸热反应
关系 反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量 反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量
表示 方法 ΔH<0 ΔH>0
图示
实例 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－183.0 kJ·mol－1 C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1　
2.从反应物与生成物总键能的相对大小分析焓变
（1）化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，旧化学键断裂需要吸收能量，新化学键形成需要放出能量。
（2）键能：断开(形成)1 mol某化学键所吸收(放出)的能量，单位：kJ/mol。如H—H的键能是436 kJ/mol，那么断开(形成)1 mol H—H吸收(放出)的能量为436 kJ。
以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化为例说明，如图所示：
由图可知：
化学键 反应中能量变化
断裂或形成1 mol化学键的能量变化 断裂或形成化学键的总能量变化
H—H 吸收436 kJ 共吸收679 kJ
Cl—Cl 吸收243 kJ
H—Cl 放出431 kJ 共放出862 kJ
结论 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应热　ΔH＝－183 kJ·mol－1
化学反应过程中形成化学键、断裂化学键能量变化可用如图表示：
其中，E1可看作反应物断裂化学键吸收的总能量，E2可看作生成物形成化学键放出的总能量，E1与E2的差值表示反应热。上述反应过程表示该反应为放热反应。
（3）焓变计算公式：ΔH＝E(反应物的总键能)－E(生成物的总键能)
题组一　焓变和反应热概念的理解
【典例01】下列说法正确的是(　　)
A．化学反应中的能量变化都表现为热量变化
B．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓与生成物的总焓一定不同
D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓总是高于生成物的总焓
题组二　焓变和反应热的图像
【典例02】CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是(　　)
A．该反应为吸热反应
B．1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量
C．该反应不需要加热就能进行
D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量
题组三　放热反应和吸热反应
【典例03】下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是(　　)
A．放热反应的发生无需任何条件
B．化学键的断裂和形成与反应放热和吸热无关
C．化学反应过程都伴随着能量的变化
D．硫酸与氢氧化钠的反应是吸热反应
题组四　放热反应和吸热反应的图像
【典例04】CO(g)与H2O(g)反应的能量变化如图所示，有关两者反应的说法正确的是(　　)
A．该反应为吸热反应
B．1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的总能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)具有的总能量
C．该反应不需要加热就能进行
D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量
题组四　反应热与化学键的关系图像
【典例05】根据下图所示的过程中的能量变化情况，判断下列说法正确的是(　　)
A．H2(g)转化为氢原子是一个放热过程
B．1 mol H2和1 mol Cl2的总能量比2 mol HCl的总能量高
C．1个HCl(g)分子中的化学键断裂时需要吸收431 kJ能量
D．2HCl(g)===H2(g)＋Cl2(g)的反应热ΔH＝－183 kJ·mol－1
题组五　能量变化图像
【典例06】在化学反应中，不仅有物质的变化，还伴随着能量的变化。
(1)下图中，表示放热反应能量变化的是________(填字母)。
(2)从微观角度分析化学反应中能量变化的原因：
图中过程①需________(填“吸收”或“释放”)能量。从微观角度判断该反应为放热反应的证据为___________________________________________________________________________。
根据上图的信息可知，生成1 mol H2O时，释放出的热量为________。
【巩固练】
1．下列说法正确的是(　　)
A．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
B．当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0
C．在加热条件下发生的反应均为吸热反应
D．一个化学反应中，当反应物的总能量大于反应产物的总能量时，反应放热，ΔH为负值
2．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(　　)
A．铝片与稀盐酸反应
B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C．灼热的炭与二氧化碳反应
D．甲烷在氧气中的燃烧反应
3.下列关于ΔH的说法正确的是(　　)
A．反应过程中，消耗的反应物越多，ΔH越大
B．ΔH＞0，吸热反应；ΔH<0，放热反应
C．ΔH越大，说明反应放出的热量越多
D．能量变化如图所示的化学反应为吸热反应，ΔH符号为“＋”
4．下列各图中属于放热反应的是(　　)
5．已知反应：X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是(　　)
A．X的能量一定高于M
B．Y的能量一定高于N
C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D．因为该反应为放热反应，故不必加热该反应就可以发生
6．工业上，合成氨反应N2＋3H22NH3，在催化剂表面的微观历程及能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．①→②可表示N2、H2化学键的断裂，该过程吸收能量
B．①→②→③的过程中有非极性键的断裂和形成
C．合成氨反应属于氮的固定，是放热反应
D．合成氨过程中催化剂参与了反应
7．下列过程中能量变化与图像不相符的是(　　)
选 项 A.NaOH 溶液和盐 酸反应 B.Ba(OH)2· 8H2O和 NH4Cl反应 C.Cl2和 H2反应 D.Na和水 反应
图 像
8．反应A＋B―→C(ΔH＜0)分两步进行：①A＋B―→X(ΔH＞0)，②X―→C(ΔH＜0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)
9.关于如图的说法不正确的是(　　)
A．1 mol固态碘与1 mol氢气化合生成2 mol HI气体时，需要吸收5 kJ的能量
B．2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气与1 mol氢气时需要吸收12 kJ的能量
C．1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量
D．碘蒸气与氢气生成HI气体的反应是吸热反应
10．根据下图所示的N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中能量变化情况，判断下列说法错误的是(　　)
A．直观看，该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量
B．2 mol气态氧原子结合生成O2(g)时，能放出498 kJ能量
C．断裂1 mol NO分子中的化学键，需要吸收632 kJ能量
D．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)生成2 mol NO(g)的反应热ΔH＝－180 kJ·mol－1
【强化练】
11.意大利罗马大学的Fulvio Cacace等人获得了极具理论研究意义的N4分子。N4分子的结构为，已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量，生成1 mol N≡N键放出946 kJ热量。根据以上信息和数据，则由N2气体生成1 mol气态N4的ΔH为　 (　　)
A.+734 kJ·mol-1　　　　B.+367 kJ·mol-1
C.-734 kJ·mol-1　　　　D.-367 kJ·mol-1
12.研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与CNH(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是 (　　)
A.CNH(g)比HCN(g)稳定
B.HCN(g)→ CNH(g)为吸热反应且反应条件一定为加热
C.1 mol HCN(g)中的所有化学键全部断开需要吸收186.5 kJ的能量
D.1 mol HCN(g)转化为1 mol CNH(g)需要吸收59.3 kJ的能量
13.下列图示与对应的叙述不相符的是 (　　)
(a)　　(b) (c)　　(d)
A.(a)图可表示锌和稀硫酸反应过程中的能量变化
B.通过(b)图可知石墨比金刚石稳定
C.由(c)图可知，2SO3(g)= 2SO2(g)+O2(g)　ΔH=(a-b) kJ·mol-1
D.(d)图是某反应A→C的能量变化曲线图(E表示能量)，反应中ΔH=E1+E3-E2-E4
14.已知：①SiCl4(g)+2H2(g)= Si(g)+4HCl(g)　ΔH1；②Si(g)+O2(g)= SiO2(g)　ΔH2。根据相关物质结构和表中提供的数据计算ΔH1、ΔH2分别为 (　　)
　
SiO2的晶体结构 单质硅的晶体结构
化学键 Si—Cl H—H Si—Si
键能/(kJ·mol-1) 360 436 176
化学键 H—Cl O= O Si—O
键能/(kJ·mol-1) 431 498 460
A.+236 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1
B.-116 kJ·mol-1、-990 kJ·mol-1
C.-116 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1
D.+236 kJ·mol-1、-70 kJ·mol-1
15．下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是(　　)
选项 A B C D
反应装置 或图像　
实验现象 或信息　 温度计的水银柱上升 反应物总能量大于生成物总能量 反应开始后，针筒活塞向右移动 反应开始后，甲处液面低于乙处液面
16.肼(H2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ)：N≡N为942、O==O为500、N—N为154，则断裂1 mol N—H所需的能量(kJ)是(　　)
A．194 B．391 C．516 D．658
17．已知H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)　ΔH＝－102 kJ·mol－1，1 mol HBr分子中的化学键断裂时需要吸收369 kJ的能量，1 mol Br2分子中的化学键断裂时需要吸收的能量为200 kJ，则1 mol H2分子中的化学键断裂时需要吸收的能量为(　　)
A．436 kJ　　　　　 B．218 kJ C．169 kJ D．569 kJ
18．已知 2O(g)===O2(g)，该过程的焓变ΔH＝－496 kJ·mol－1。对于如图所示能量变化示意图的有关说法正确的是(　　)
A．断开1 mol H2(g)中的化学键需要吸收 932 kJ能量
B．断开1 mol H2O(g)中所有化学键需要吸收 926 kJ能量
C．1 mol H2O(l)转变为 1 mol H2O(g)需要吸收 88 kJ能量
D．2 mol H2(g)和 1 mol O2(g)反应生成 2 mol H2O(l)，共放热 1940 kJ
19．依据化学能与热能的相关知识回答下列问题：
(1)已知化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示：
0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量(用a、b、c表示，下同)，NH3(g)到NH3(l)过程________(填“吸收”或“放出”)________kJ能量。
(2)化学键的键能是形成(或断开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(kJ/mol)：P—P：198；P—O：360；O===O：498。
发生P4(s，白磷)＋3O2(g)===P4O6(s)的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应；其中，生成1 mol P4O6需要________(“吸收”或“放出”)的能量为________kJ。
20．H2与O2、F2均能发生反应，如图为H2与F2发生反应生成HF过程中的能量变化示意图。
请回答下列问题：
(1)完成转化Ⅰ、Ⅱ________(填“吸收”或“放出”，下同)能量，完成转化Ⅲ________能量。
(2)H2和F2反应的能量变化图可用________(填“A”或“B”)表示。
(3)H2在O2中燃烧的过程主要是________能转化为________能的过程。
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