資源簡介

1.1 第1課時　化學(xué)反應(yīng)的焓變
【學(xué)習(xí)目標】
1.通過交流討論了解焓變、反應(yīng)熱等基本概念。
2.通過分析圖像了解反應(yīng)熱與反應(yīng)物及生成物能量大小的關(guān)系,學(xué)會根據(jù)能量變化圖示判斷吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng),增強宏觀辨識能力。
3.通過練習(xí)認識化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因,學(xué)會根據(jù)化學(xué)鍵的鍵能定量計算反應(yīng)熱,構(gòu)建相關(guān)計算的思維模型。
【合作探究】
【學(xué)習(xí)情境】
2022年2月27日上午11時06分“長征八號遙二”運載火箭飛行試驗在中國文昌航天發(fā)射場順利實施,火箭飛行正常,試驗取得圓滿成功。此次任務(wù)共搭載22顆衛(wèi)星,創(chuàng)下我國一箭多星任務(wù)的最高紀錄。“長征八號遙二”運載火箭以液氧、液氫為推進劑,噴出來的是無毒的水蒸氣,十分環(huán)保,發(fā)射時發(fā)生的反應(yīng)可用熱化學(xué)方程式H2(l)+O2(l)H2O(g)　ΔH=-237.46 kJ·mol-1表示。
任務(wù)1　反應(yīng)熱與焓變
【新知生成】
1.反應(yīng)熱:在等溫條件下,化學(xué)反應(yīng)體系向環(huán)境　　　　或從環(huán)境　　　　的熱量,稱為化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng),簡稱反應(yīng)熱。
2.內(nèi)能:體系內(nèi)物質(zhì)的各種　　　　的總和,受溫度、壓強和物質(zhì)的聚集狀態(tài)等影響。
3.焓變:在等壓條件下進行的化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)熱　　　　反應(yīng)的焓變。用符號ΔH表示,常用單位:　　　　。放熱反應(yīng)的ΔH　　　　0,吸熱反應(yīng)的ΔH　　　　0。
4.化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】1.釋放　吸收　2.能量　3.等于　kJ·mol-1　<　>　4.化學(xué)鍵斷裂和形成時的能量變化
【核心突破】
典例1　已知化學(xué)反應(yīng)X(g)+2Y(g)2Z(g)的能量變化如圖所示,下列有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是(　　)
A.該反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B.反應(yīng)物的總鍵能大于生成物的總鍵能
C.Y的能量高于Z的能量
D.該反應(yīng)的反應(yīng)熱ΔH>0
【解析】該反應(yīng)中反應(yīng)物X、Y的總能量高于生成物Z的總能量,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物時能量降低,故該反應(yīng)是放熱反應(yīng),ΔH<0,A項正確,D項錯誤;破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵要吸收能量,形成生成物中的化學(xué)鍵要釋放能量,放熱反應(yīng)中,反應(yīng)物的總鍵能小于生成物的總鍵能,B項錯誤;該反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)物X、Y的總能量高于生成物Z的總能量,無法比較Y、Z能量的高低,C項錯誤。
【答案】A
　　典例2　甲烷與CO2可用于制備合成氣(主要成分是一氧化碳和氫氣):CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g),1g CH4(g)完全反應(yīng)吸收15.46kJ的熱量,下圖中能表示該反應(yīng)過程中的能量變化的是(　　)
A　B
C　D
【解析】1 g CH4完全反應(yīng)吸收15.46 kJ的熱量,則1 mol CH4完全反應(yīng)吸收的熱量為247.36 kJ。
【答案】B
歸納總結(jié)：化學(xué)反應(yīng)能量變化的原因
(1)微觀角度認識
ΔH=Q1-Q2
(2)宏觀角度認識
訓(xùn)練1　我國成功發(fā)射的“天宮一號”飛行器的外殼覆蓋了一種新型結(jié)構(gòu)陶瓷材料,其主要成分是氮化硅,該陶瓷材料可由石英固體與焦炭顆粒在高溫的氮氣流中通過如下反應(yīng)制得:
3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO
該反應(yīng)過程中的能量變化如圖所示。回答以下問題:
(1)上述反應(yīng)中的還原劑是　　　　,還原產(chǎn)物是　　　　。
(2)該反應(yīng)　　　　(填“吸熱”或“放熱”),反應(yīng)熱ΔH　　　　(填“>”、“<”或“=”)0。
【解析】(1)3SiO2+6C+2N2Si3N4+6CO,反應(yīng)中碳元素的化合價由0升高到+2,氮元素的化合價由0降低到-3,故反應(yīng)中的還原劑是C,還原產(chǎn)物為Si3N4。(2)該反應(yīng)過程中,反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,為放熱反應(yīng),ΔH<0。
【答案】(1)C　Si3N4　(2)放熱　<
任務(wù)2　從微觀角度探討反應(yīng)熱的實質(zhì)
【新知生成】
1.在1 mol氫分子中,含有　　　　mol氫原子,含有　　　　mol H—H鍵。
2.已知在25℃和101kPa條件下,由2 mol H原子形成1 mol H—H鍵時,放出436kJ的能量。若要使1 mol 氫分子變?yōu)? mol氫原子,需要斷開1 mol H—H鍵,其能量變化是吸收　　　　的能量。
3.在CH4中,斷開1 mol C—H鍵要吸收415kJ的能量。若要形成1 mol CH4中的C—H鍵,其能量變化是放出　　　　的能量。
【答案】1.2　1　2.436kJ　3.1660kJ
【核心突破】
典例3　根據(jù)下列信息判斷氫氣燃燒生成水時的熱量變化,其中一定正確的是(　　)
A.H2O分解為H2與O2時放出熱量
B.生成1 mol H2O(g)時吸收熱量245 kJ
C.物質(zhì)所具有的總能量大小:乙>甲>丙
D.氫氣和氧氣的總能量小于水的能量
【解析】根據(jù)題示能量變化可知,1 mol H2與 mol O2斷鍵時共吸收436 kJ+249 kJ=685 kJ能量,而生成1 mol H2O放出930 kJ能量,反應(yīng)中放出的熱量比吸收的熱量多930 kJ-685 kJ=245 kJ,所以H2燃燒生成H2O的反應(yīng)是放熱反應(yīng),則H2O的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng),A項錯誤;生成1 mol H2O(g)時放出熱量245 kJ,B項錯誤;甲吸收能量變?yōu)橐?則總能量:乙>甲,甲到丙的總反應(yīng)是放熱反應(yīng),則總能量:甲>丙,C項正確;H2和O2的總能量大于H2O的能量,D項錯誤。
【答案】C
疑難點撥：利用鍵能計算反應(yīng)熱的方法步驟
(1)明確反應(yīng)物和生成物中的化學(xué)鍵數(shù)目。
(2)根據(jù)熱化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù),計算反應(yīng)物的總鍵能和生成物的總鍵能。
(3)依據(jù)“ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能”計算反應(yīng)熱。
(4)注意ΔH的符號,計算結(jié)果為負值,則ΔH為“-”,反之為“+”(可省略)。
訓(xùn)練2　H2和I2在一定條件下發(fā)生反應(yīng):H2(g)+I2(g)2HI(g),反應(yīng)生成2 mol HI(g)時放出a kJ熱量。已知:
(a、b、c均大于零)
下列說法不正確的是(　　)
A.該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量
B.斷開1 mol H—H鍵和1 mol I—I鍵所需能量大于斷開2 mol H—I鍵所需能量
C.斷開2 mol H—I鍵所需能量約為(a+b+c) kJ
D.向密閉容器中加入2 mol H2和2 mol I2,充分反應(yīng)后放出的熱量小于2a kJ
【解析】A項,ΔH=E(生成物)-E(反應(yīng)物),該反應(yīng)放熱,ΔH<0,所以E(反應(yīng)物)>E(生成物),正確;B項,從鍵能角度看,ΔH=反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能,所以反應(yīng)物總鍵能小于生成物總鍵能,即斷開1 mol H—H 鍵和1 mol I—I鍵所需能量小于斷開2 mol H—I鍵所需能量,錯誤;C項,(b+c) kJ-生成物總鍵能=-a kJ,則生成物總鍵能=(a+b+c) kJ,正確;D項,由熱化學(xué)方程式可知,2 mol H2和2 mol I2完全反應(yīng)放出的熱量為2a kJ,但該反應(yīng)是可逆反應(yīng),反應(yīng)不能完全進行,故放出的熱量小于2a kJ,正確。
【答案】B
訓(xùn)練3　生產(chǎn)液晶顯示器的過程中使用的化學(xué)清洗劑NF3是一種溫室氣體,其存儲能量的能力是CO2的12000~20000倍,在大氣中的壽命可長達740年之久。以下是幾種物質(zhì)中的化學(xué)鍵的鍵能:
化學(xué)鍵 N≡N F—F N—F
鍵能/(kJ·mol-1) 941.7 154.8 283.0
下列說法中正確的是(　　)
A.過程N2(g)2N(g)放出能量
B.過程N(g)+3F(g)NF3(g)放出能量
C.反應(yīng)N2(g)+3F2(g)2NF3(g)的ΔH>0
D.NF3吸收能量后如果沒有化學(xué)鍵的斷裂與生成,仍可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)
【解析】N2(g)2N(g)是化學(xué)鍵斷裂的過程,要吸收能量,A項錯誤;N(g)+3F(g)NF3(g)是形成化學(xué)鍵的過程,應(yīng)放出能量,B項正確;反應(yīng)的ΔH=反應(yīng)物的鍵能之和-生成物的鍵能之和=941.7 kJ·mol-1+3×154.8 kJ·mol-1-6×283.0 kJ·mol-1=-291.9 kJ·mol-1,C項錯誤;化學(xué)反應(yīng)過程中必然有化學(xué)鍵的斷裂與生成,D項錯誤。
【答案】B
課堂小結(jié)：
【隨堂檢測】
1.下列變化過程需要吸收能量的是(　　)
A.2H2+O22H2O
B.Cl+ClCl2
C.CaO+H2OCa(OH)2
D.H2H+H
【解析】H2在O2中燃燒放出大量的熱,生石灰溶于水放熱,原子形成化學(xué)鍵放出能量,拆開H—H鍵則需吸收能量。
【答案】D
2.下列反應(yīng)既屬于氧化還原反應(yīng),又屬于吸熱反應(yīng)的是(　　)
A.鋁片和稀鹽酸的反應(yīng)
B.Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)
C.灼熱的木炭與二氧化碳的反應(yīng)
D.鋁和氧化鐵在高溫下的反應(yīng)
【解析】鋁片和稀鹽酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng),A項不符合題意;Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)是吸熱反應(yīng),但不是氧化還原反應(yīng),B項不符合題意;灼熱的木炭與二氧化碳的反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng),也是氧化還原反應(yīng),C項符合題意;鋁和氧化鐵在高溫下的反應(yīng)為放熱反應(yīng),D項不符合題意。
【答案】C
3.已知:1 mol H2(g)和1 mol F2(g)完全反應(yīng)生成2 mol HF(g)時,放出546.6 kJ的熱量,下列說法中不正確的是(　　)
A.44.8 L HF氣體分解成22.4 L的H2和22.4 L的F2吸收546.6 kJ熱量
B.1 mol H2與1 mol F2反應(yīng)生成2 mol液態(tài)HF放出的熱量大于546.6 kJ
C.相同條件下,1 mol H2與1 mol F2的能量總和高于2 mol HF氣體的能量
D.2 mol H—F鍵的鍵能比1 mol H—H鍵和1 mol F—F鍵的鍵能之和多546.6 kJ
【解析】沒明確是在標準狀況下,無法通過氣體體積計算反應(yīng)的焓變,A項錯誤;在相同物質(zhì)的量的條件下,H2與F2反應(yīng)生成液態(tài)HF比生成氣體HF放出更多的熱量,B項正確;題給反應(yīng)是放熱反應(yīng),即反應(yīng)物總能量高于生成物總能量,故相同條件下,1 mol H2與1 mol F2的能量總和高于2 mol HF氣體的能量,C項正確;根據(jù)題給反應(yīng)信息,反應(yīng)物總鍵能-生成物總鍵能=ΔH,故生成物總鍵能大于反應(yīng)物總鍵能,即2 mol H—F鍵的鍵能比1 mol H—H鍵和1 mol F—F鍵的鍵能之和多546.6 kJ,D項正確。
【答案】A
4.已知反應(yīng)X+YM+N為放熱反應(yīng)。關(guān)于該反應(yīng)的下列說法中,正確的是(　　)
A.X的能量一定高于M
B.Y的能量一定高于N
C.X和Y的總能量一定高于M和N的總能量
D.X和Y的總能量一定低于M和N的總能量
【解析】反應(yīng)X+YM+N為放熱反應(yīng),說明X和Y的總能量高于M和N的總能量,但無法比較X與M以及Y與N的能量高低。
【答案】C
5.在25 ℃、101 kPa的條件下,斷裂1 mol H—H鍵吸收436 kJ能量,斷裂1 mol Cl—Cl鍵吸收243 kJ能量,形成1 mol H—Cl鍵放出431 kJ能量。H2+Cl22HCl的化學(xué)反應(yīng)可用下圖表示:
請回答下列有關(guān)問題:
(1)反應(yīng)物斷鍵吸收的總能量為　　　　。
(2)生成物成鍵放出的總能量為　　　　。
(3)反應(yīng)H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)　　　　(填“吸收”或“放出”)能量。
(4)反應(yīng)物的總能量　　　　(填“>”、“=”或“<”)生成物的總能量。
【解析】反應(yīng)物斷鍵吸收的總能量是斷裂1 mol H—H鍵與1 mol Cl—Cl鍵吸收的能量之和,即436 kJ+243 kJ=679 kJ;生成物成鍵放出的總能量為2×431 kJ=862 kJ。由于吸收的總能量小于放出的總能量,所以該反應(yīng)放熱即反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量。
【答案】(1)679 kJ　(2)862 kJ　(3)放出　(4)>
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