1.1.1 焓变 反应热 学案(人教版选修4)

第一节化学反应与能量的变化
第1课时焓变反应热
[学习目标定位] 1.熟知能量转化形式及反应热和焓变的含义、吸热反应和放热反应的本质。

2.学会热化学方程式的书写与应用。

1．化学反应的基本特征：一是物质发生了变化，即有新物质生成；二是发生了能量变化，即
吸收能量或放出能量。

2．化学反应中的能量变化有多种形式，但通常主要表现为热量的变化。

因此化学反应分为两
类：放热反应和吸热反应。

下列图中，图1表示放热反应，图2表示吸热反应。

3．有下列反应：①氧化钙与水反应②碳酸氢钠受热分解③硫酸与氢氧化钠溶液混合
④燃烧煤炭取暖⑤钠与水反应⑥胆矾受热失去结晶水，其中为吸热反应的
是②⑥，放热
反应的是①③④⑤。

探究点一反应热焓变
1．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)反应的能量变化如图所示：
由图可知，1 mol H2分子中的化学键断裂吸收的能量是436_kJ，1 mol Cl2分子中的化学键断裂吸收的能量是243_kJ，2 mol HCl分子中的化学键形成释放的能量是862_kJ，则H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应放出的热量为183_kJ。

2．反应热、焓变的概念
(1)反应热是化学反应在一定条件下所释放或吸收的热量，符号是ΔH，单位是kJ·mol－1或kJ/mol。

(2)焓变是在恒压条件下进行的化学反应的热效应(化学反应中生成物所具有的焓与反应物所具有的焓之差)。

3．ΔH的正、负和吸热、放热反应的关系
(1)放热反应是反应完成时，生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量的反应。

由于反应后放出热量(释放给环境)而使反应体系的能量降低，故ΔH<0(填“<”或“>”)，即ΔH为－(填“＋”或“－”)。

(2)吸热反应是反应完成时，生成物释放的总能量小于反应物吸收的总能量的反应。

由于反应时吸收环境能量而使反应体系的能量升高，故ΔH>0(填“<”或“>”)，即ΔH为＋(填“＋”或“－”)。

[归纳总结]
[活学活用]
1．由下图分析，有关叙述正确的是()
A．A―→B＋C和B＋C―→A两个反应吸收或放出的能量不等
B．A―→B＋C是放热反应
C．A具有的能量高于B和C具有的能量总和
D．A―→B＋C是吸热反应，则B＋C―→A必然是放热反应
答案 D
解析本题考查化学反应中的能量变化，由图可知，B＋C的能量高于A的能量，则反应B＋C―→A一定是放热反应；反之，A―→B＋C则是吸热反应。

根据能量守恒定律，两反应的反应热在数值上相等，符号相反。

2．某些化学键的键能(kJ·mol－1)如下表：
键H—H Br—Br I—I Cl—Cl H—Cl H—I H—Br
键能 436 193 151 247 431 299 366
22(2)在一定条件下，1 mol H 2分别与足量的Cl 2、Br 2、I 2反应，放出热量由多到少的顺序是________(填字母)。

A ．Cl 2>Br 2>I 2
B ．I 2>Br 2>Cl 2 答案 (1)179 (2)A
解析 本题涉及键能与吸、放热的关系，考查了键能与反应热的定量关系。

(1)1 mol H 2在2 mol Cl 2中燃烧，参加反应的H 2和Cl 2都是1 mol ，生成HCl 2 mol ，则放出热量：
436 kJ·mol －1×1 mol ＋247 kJ·mol －1×1 mol －431 kJ·mol －1×2 mol ＝－179 kJ 。

(2)反应H 2＋X 2===2HX 中，若1 mol H 2和1 mol X 2反应生成2 mol HX ，就有1 mol H —H 和X —X 键断裂，2 mol H —X 键生成。

放出的热量Q (HX)＝E (H —H)＋E (X —X)－2·E (H —X)。

将表中数据代入可算得：Q (HCl)<Q (HBr)<Q (HI)，故H 2在Cl 2中燃烧放热最多，在I 2中放热最少，选A 。

探究点二 热化学方程式
1． 氢气与碘蒸气化合反应的能量(或热量)变化，可用下式表示：H 2(g)＋
I 2(g)=====200 ℃
101 kPa
2HI(g) ΔH ＝－14.9 kJ·mol －1，它与化学方程式H 2＋I 2△
2HI 相比较而言，其特
点为
(1)指明了反应时的温度和压强：若在25 ℃、101 kPa 时进行的反应，可以不注明。

(2)用括号注明了各物质反应时的状态：s(固体)、l(液体)、g(气体)或aq(溶液)。

(3)在方程式的右边注明了ΔH 的数值、正负号及单位。

2．热化学方程式的概念及意义
(1)热化学方程式是表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。

(2)热化学方程式的意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化，还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。

3．热化学方程式的书写方法要求
(1)遵循一般化学方程式的书写规则(一般不写反应条件)。

(2)在方程式右端注明热量的变化：吸热反应，ΔH>0；放热反应，ΔH<0。

(3)要注明反应物和生成物的聚集状态。

(4)化学计量数只表示物质的量，因此可以是整数，也可以是分数。

(5)化学计量数改变，ΔH要相应改变；逆反应的ΔH数值与正反应的相等、符号相反。

[归纳总结]
热化学方程式与普通化学方程式的区别
普通化学方程式热化学方程式
化学计量数是整数，既表示微粒个数
又表示该物质的物质的量
可以是整数也可以是分数，只表
示物质的物质的量
状态不要求注明必须在分子式后注明ΔH正负
号及单位
无必须注明
意义表明了化学反应中的物质
变化
不仅表明了化学反应中的物质
变化，也表明了化学反应中的能
量变化
遵循规律原子守恒原子守恒和能量守恒
3．H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(l)ΔH＝－285.8 kJ·mol
－1表示的意义是在25 ℃、101
kPa下，
________气态H2与________气态O2反应生成____________________________________ 的热量是285.8 kJ。

答案 1 mol 1
2mol 1 mol液态水放出
4．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。

(1)1 mol N2(g)与适量H2(g)反应，生成NH3(g)，放出92.2 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。

答案(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH ＝－92.2 kJ·mol －1
(2)Cu(s)＋1
2
O 2(g)===CuO(s) ΔH ＝－157 kJ·mol －1
解析 此类题的思路：首先根据题意写出物质的变化过程，如(1)中：N 2(g)＋3H 2(g)
2NH 3(g)，并定N 2前计量数为1，此时的ΔH 即为－92.2 kJ·mol －1，
再在前部分的基础上加上ΔH ＝－92.2 kJ·mol －1即可。

1．下列说法正确的是( )
A ．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B ．化学反应中的能量变化都表现为热量变化
C ．任何放热反应在常温下一定能发生
D ．反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热 答案 D
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。

反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。

放热反应和吸热反应都是在一定条件下发生的，反应开始需要加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。

2．航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH 4ClO 4)的混合物为固体燃料，反应方程式表示为
2NH 4ClO 4=====△
N 2↑＋Cl 2↑＋2O 2↑＋4H 2O 。

下列对该反应的叙述中错误的是( )
A ．瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行
B ．从能量变化的角度，主要是化学能转变为热能和动能
C ．反应的焓变小于零
D ．在方程式后增加ΔH 及其数值即为热化学方程式 答案 D
解析 该反应为放热反应，其焓变为负值小于零。

书写热化学方程式要注明物质的聚集状态及ΔH 的正负号、数值及单位。

3．已知2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH ＝－571.6 kJ·mol －1，则下列关于热化学方程式
2H 2O(l)===2H 2(g)＋O 2(g)的ΔH 的说法中正确的是( ) A ．方程式中的化学计量数表示分子数 B ．该反应ΔH 大于零
C ．该反应ΔH ＝－571.6 kJ·mol －1
D ．该反应可表示36 g 水分解时的热效应 答案 B
解析 在书写热化学方程式时，若反应物和生成物对换，则ΔH 的符号相反，数值不变，故B 正确，C 不正确；D 项未注明水为液态。

4．在25 ℃、101 kPa 的条件下，1 g 液态甲醇燃烧生成CO 2(g)和液态水时放热22.68 kJ ，下
列热化学方程式正确的是( )
A ．CH 3OH(l)＋3
2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2O(l)
ΔH ＝＋725.76 kJ·mol －1
B ．2CH 3OH(l)＋3O 2(g)===2CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH ＝－1 451.52 kJ·mol －1
C ．2CH 3OH(l)＋3O 2(g)===2CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH ＝－725.76 kJ·mol －1
D ．2CH 3OH(l)＋3O 2(g)===2CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH ＝＋1 451.52 kJ·mol －1 答案 B
解析 甲醇燃烧是一个放热反应，ΔH <0，故A 、D 项错误；在25 ℃、101 kPa 的条件下，1 mol CH 3OH(l)燃烧生成CO 2(g)和液态水时放出的热量为
22.68 kJ
1 g
×32 g＝725.76 kJ，故2 mol液态CH3OH燃烧放出的热量为1 451.52 kJ，故B 项正确。

5．已知H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(g)，反应过程中能量变化如图所示，则：
(1)a、b、c分别代表什么意义？
a____________________________________________________________________ ____；
b____________________________________________________________________ ____；
c____________________________________________________________________ ____。

(2)该反应是__________反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH______0(填“>”或“<”)。

答案(1)旧化学键断裂吸收的能量新化学键形成放出的能量反应热
(2)放热<
解析(1)H2(g)和1
2O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是H2(g)―→2H(g)和
1
2
O2(g)―→O(g)过程中断裂H—H键和O===O键需吸收的能量和。

所以a代表旧键断裂吸收的能量，b代表新键形成放出的能量，c则代表断键所吸收的能量与成键所释放的能量之差，即反应热。

(2)由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应为放热反应，ΔH<0。

[基础过关]
一、放热反应和吸热反应
1．下列说法不正确的是()
A．化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化
B．对于ΔH>0的反应，反应物的能量小于生成物的能量
C．放热反应都不需要加热就能发生
D．吸热反应在一定条件(如常温、加热等)下也能发生
答案 C
解析化学反应中既有物质变化，又有能量变化，A正确；ΔH>0的反应为吸热反应，则反应物的能量小于生成物的能量，B正确；有些放热反应需要加热或点燃才能引发，C错误；有些吸热反应如Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl在常温下就能反应，D正确。

2．下列反应属于吸热反应的是()
A．炭燃烧生成一氧化碳
B．中和反应
C．锌粒与稀硫酸反应制取H2
D．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
答案 D
解析物质燃烧、酸碱中和、金属与水或酸的置换反应都为放热反应。

3．下列变化一定为放热的化学反应的是()
A．H2O(g)===H2O(l)放出44 kJ热量
B．ΔH>0的化学反应
C．形成化学键时共放出能量862 kJ的化学反应
D．能量变化如右图所示的化学反应
答案 D
解析化学反应放热还是吸热，取决于H(生成物)与H(反应物)的相对大小。

若H(生成物)>H(反应物)，则反应吸热，反之放热。

A项H2O(g)===H2O(l)为物理
变化；B项ΔH>0，即H(生成物)>H(反应物)，反应吸收热量；C项无法确定反应放热还是吸热；D项，由图可知H(生成物)<H(反应物)，反应放热。

二、反应热、焓变
4．下列说法中正确的是()
A．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
B．反应放热时，ΔH>0；反应吸热时，ΔH<0
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
解析放热反应的ΔH<0，吸热反应的ΔH>0；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；焓变是指在恒压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。

5．在相同条件下，下列两个反应放出的热量分别用ΔH1和ΔH2表示：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH2
则()
A．ΔH2>ΔH1B．ΔH1>ΔH2C．ΔH1＝ΔH2D．无法确定
答案 B
解析气态水液化时释放能量，放热越少，ΔH越大。

6．科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子，其结构为正四面体(如图所示)，与白磷分子相似。

已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量，断裂1 mol N≡N键吸收941 kJ热量，则()
A．N4的熔点比P4高
B．1 mol N4气体转化为N2时要吸收724 kJ能量
C．N4是N2的同系物
D．1 mol N4气体转化为N2时要放出724 kJ能量
答案 D
解析N4与白磷(P4)结构相似，均为分子晶体，由于N4相对分子质量小于P4，故其分子间作用力弱于P4，其熔点低于P4，A错；N4与N2互为同素异形体，而不是同系物，C错；从结构图中可看出，一个N4分子中含有6个N—N键，根据N4(g)===2N2(g)ΔH，有ΔH＝6×
193 kJ·mol－1－2×941 kJ·mol－1＝－724 kJ·mol－1，故B项错误，D项正确。

三、热化学方程式
7．已知H2(g)＋F2(g)===2HF(g)ΔH＝－270 kJ·mol－1，下列说法正确的是() A．2 L氟化氢气体分解成1 L氢气与1 L氟气吸收270 kJ热量
B．1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量小于270 kJ C．在相同条件下，1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和大于2 mol氟化氢气体的能量
D．1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270 kJ热量答案 C
解析在热化学方程式中，ΔH的值与具体化学反应相对应，各物质前的计量数不再表示粒子数目，只表示物质的“物质的量”，故A、D错误；HF(g)―→HF(l)会放出热量，故B项中放出热量应大于270 kJ，B错；因该反应放热，故C正确。

8．由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放出241.8 kJ的热量，1 g水蒸气转化为液态水放出2.45 kJ的热量，则下列热化学方程式书写正确的是()
A．H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－285.9 kJ·mol－1
B．H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(l)
ΔH＝－241.8 kJ·mol－1
C．H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(l)
ΔH＝＋285.9 kJ·mol－1
D．H2(g)＋1
2O2(g)===H2O(g)
ΔH＝＋241.8 kJ·mol－1
答案 A
解析放热反应ΔH为“－”，C、D错；1 mol水蒸气转化为相同条件下的1 mol 液态水时要放出44.1 kJ的热量，可求出ΔH为－285.9 kJ·mol－1，B错，故选A 项。

9．根据热化学方程式：S(s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH＝a kJ·mol－1(a＝－297.2)。

分析下列说法，其中不正确的是()
A．S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应
B．S(g)＋O2(g)===SO2(g)ΔH＝b kJ·mol－1，则a>b
C．1 mol SO2(g)所具有的能量低于1 mol S(s)与1 mol O2(g)所具有的能量之和D．16 g固体硫在空气中充分燃烧，可吸收148.6 kJ的热量
答案 D
解析由题中条件可知：反应的热效应ΔH＝a kJ·mol－1＝－297.2 kJ·mol－1，可知该反应的正向反应为放热反应，故D错误。

[能力提升]
10．白磷与氧气可发生如下反应：P4＋5O2===P4O10。

已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P－P：a kJ·mol－1、P—O：b kJ·mol－1、P===O：c kJ·mol－1、O===O：d kJ·mol－1。

根据下图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是()
A．(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
B．(4c＋12b－6a－5d) kJ·mol－1
C．(4c＋12b－4a－5d) kJ·mol－1
D．(4a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
答案 A
解析旧化学键断裂吸收的能量为(6a＋5d)kJ，新化学键形成放出的能量为(12b ＋4c)kJ。

11．已知断裂1 mol H —H 键吸收的能量为436 kJ ，断裂1 mol H —N 键吸收的能量为391 kJ ，根据化学方程式：N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(g) ΔH ＝－92.4 kJ·mol －1，则断裂1 mol N ≡N 键吸收的能量是( )
A ．431 kJ
B ．945.6 kJ
C ．649 kJ
D ．869 kJ
答案 B
解析 由化学反应中断键吸热、成键放热，ΔH ＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量可得－92.4 kJ·mol －1＝436 kJ·mol －1×3＋E (N ≡N)－2×391 kJ·mol －1×3，故E (N ≡N)＝945.6 kJ·mol －
1。

12．化学反应N 2＋3H 2
2NH 3的能量变化如图所示，该反应的热化学方程式是( )
A ．N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(l)
ΔH ＝2(a －b －c )kJ·mol －1
B ．N 2(g)＋3H 2(g)
2NH 3(g)
ΔH ＝2(b －a )kJ·mol －1 C.12N 2(g)＋32H 2(g)NH 3(l) ΔH ＝(b ＋c －a )kJ·mol －1
D.12N 2(g)＋32
H 2(g)NH 3(g)
ΔH ＝(a ＋b )kJ·mol －1
答案 A
解析 12 mol N 2(g)与32
mol H 2(g)完全反应生成1 mol NH 3(g)时放热(b －a )kJ ，生成1 mol NH 3(l)时放热(b ＋c －a )kJ ，故A 正确。

13．下列热化学方程式：
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)
ΔH＝－484 kJ·mol－1
C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－2 220.0 kJ·mol－1
(1)1 mol H2完全燃烧生成液态水放热________；
(2)1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体，在足量氧气中充分燃烧，恢复到室温后，释放出的热量为
_____________________________________________________________________ __；
(3)C3H8(g)＋5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(g)ΔH＝________；
(4)氢气和丙烷组成的混合气体，标准状况下体积为5.6 L，在足量氧气中充分燃烧恢复到室温后测得放热192.34 kJ，则混合气体中丙烷与氢气的体积比是
_____________________。

答案(1)285.8 kJ(2)4 725.8 kJ
(3)－2 044.8 kJ·mol－1(4)3∶1
解析(1)由所给热化学方程式可知1 mol H2燃烧生成液态水放出的热量为285.8 kJ；(2)1 mol H2和2 mol C3H8充分燃烧释放出的热量：285.8 kJ＋2×2 220.0 kJ ＝4 725.8 kJ；
(3)根据盖斯定律得：ΔH＝－2 220.0kJ·mol－1－2×(－571.6 kJ·mol－1)＋2×(－484 kJ·mol－1)＝
－2 044.8 kJ·mol－1；(4)设氢气为x mol，丙烷为y mol，则依题可列方程式：x
＋y＝5.6 22.4，
1
2×571.6x＋2 220.0y＝192.34，解得x∶y＝3∶1。

[拓展探究]
14．化学键的键能是原子间形成(或断裂)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。

以下是部分共价键键能的数据：H—S：364 kJ·mol－1、S—S：266 kJ·mol－1、S===O：522 kJ·mol－1、H—O：464 kJ·mol－1。

(1)试根据这些数据计算下面这个反应的反应热：2H 2S(g)＋SO 2(g)===3S(s)＋2H 2O(l) ΔH ＝－Q kJ·mol －1，反应产物中的S 实为S 8，实际分子是一个8元环状分子(即)，则Q ＝
________________________________________________________________________。

(2)标准状况下，将a L H 2S 与b L SO 2混合进行上述反应，当a >2b 时，反应放热______kJ·mol －1；当a <2b 时，反应放热________kJ·mol －1。

(3)H 2O(l)===H 2O(g) ΔH ＝＋44 kJ·mol －1，试写出H 2S 和SO 2反应生成H 2O(g)的热化学方程式：
________________________________________________________________________。

答案 (1)154 (2)154b 22.4 154a 44.8
(3)2H 2S(g)＋SO 2(g)===3S(s)＋2H 2O(g)
ΔH ＝－66 kJ·mol －1
解析 (1)反应可以改写成：2H 2S(g)＋SO 2(g)===38
S 8(s)＋2H 2O(l)，根据公式：ΔH ＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝4×364 kJ·mol －1＋2×522 kJ·mol －1－3×266 kJ·mol －1－4×464 kJ·mol －1＝－154 kJ·mol －1。

(2)当a >2b 时，H 2S 过量应依据SO 2的量计算；当a <2b 时，SO 2过量应依据H 2S 的量计算。

(3)1 mol 液态水变成气态水需吸热44 kJ ，则由第(1)题可知生成H 2O(g)时共放热(154－2×44)kJ ＝66 kJ 。