新教材2023版高中化学第1章化学反应与能量变化第1节化学反应的热效应第1课时化学反应的反应热内能变

第1节化学反应的热效应
第1课时化学反应的反应热、内能变化与焓变
核心微网络
素养新目标
1.知道内能是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的影响。

2．认识化学能与热能的相互转化，恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示。

3．能辨识化学反应中的能量转化形式，能解释化学反应中能量变化的本质。

4．能用热化学方程式表示反应中的能量变化。

学业基础——自学·思记·尝试
一、化学反应的反应热
1．反应热
(1)当化学反应在一定的温度下进行时，反应所________或________的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。

(2)符号：用Q表示，Q>0，表示反应________；Q<0，表示反应________。

2．热化学：用________方法和________方法研究反应热的化学分支。

3．反应热的测定
(1)主要仪器：量热计。

(2)原理：
①公式：Q＝________。

②各物理量的含义：C表示溶液及量热计的热容；T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。

(3)操作：将反应物加入内筒并搅拌使之迅速反应，测量反应前后溶液温度的变化值。

状元随笔实验注意事项：
(1)要使用同一只温度计。

测量酸、碱溶液及混合液的温度时，测量完一种溶液的温度后，温度计必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。

(2)应当使用强酸、强碱的稀溶液，因为弱酸、弱碱在水溶液中不能完全电离，且弱酸、弱碱的电离是吸热过程，使所测得的反应热数值偏小。

(3)测量中和反应的反应热时不能使用浓的强酸、强碱，因为浓的强酸、强碱溶于水时一般放热，使测得的反应热数值偏大。

(4)实验时所用的强酸、强碱溶液配好后要充分冷却至室温后才能使用。

(5)为了减小误差，重复实验2～3次，取其平均值。

二、化学反应的内能变化与焓变
1．化学反应的内能变化
(1)含义：体系内物质所含各种微观粒子的能量________。

(2)符号：________。

(3)影响因素：
①物质的________、________和________；
②体系的________、压强。

(4)内能变化与能量变化的关系
化学反应中内能的变化可写作：ΔU＝______________________________________________。

(5)内能变化与反应热的关系
①化学反应体系与环境进行能量交换可以以________和________的形式呈现。

即化学反应中内能的变化等于________和________的加和，即：ΔU＝__________________。

②若反应中体系没有做功，则ΔU＝__________________，即反应热等于反应前后体系内能的变化。

③等压条件下：可能存在因体积改变而存在体积功，故反应热不一定等于反应体系内能的变化。

2．化学反应的焓变
(1)焓：用它的变化来描述等压反应的反应热，符号为________，单位是________。

(2)反应热与焓变的关系
①焓变
②反应热和焓变的关系
等压条件下，反应不与外界进行电能、光能等其他形式能量的转化时的反应热________反应的焓变，即Q p________ΔH。

③化学反应的焓变示意图
3．热化学方程式
(1)定义：把一个化学反应中________和________同时表示出来的式子。

(2)意义：热化学方程式不仅表示________的变化，还表明了________的变化。

(3)举例：H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH(298 K)＝－285.8 kJ·mol－1，表示在________ K时，________H2(g)和________O2(g)反应生成1 mol H2O(l)时________的热量为285.8 kJ。

状元随笔熟记常见放热反应与吸热反应
(1)放热反应
①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟水或酸的置换反应；
⑤铝热反应。

(2)吸热反应
①大多数分解反应；②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应(大多数铵盐和碱的反应)；③碳和水蒸气、C和CO2的反应。

【即学即练】
1．判断下列说法是否正确，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)H、ΔH的单位是kJ。

( )
(2)焓变一定等于反应热。

( )
(3)中和反应的反应热一定是正值。

( )
2．下列有关化学反应的说法正确的是( )
A．化学反应中的能量变化都表现为热量变化
B．化学反应中能量的变化量与参加反应的物质的物质的量无关
C．能量变化必然伴随化学变化的发生
D．化学反应发生过程中一定有能量变化
3．已知化学反应2C(s)＋O2(g)2CO(g)，2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)都是放热反应，据此判断，下列说法中正确的是(其他条件相同)( )
A．28 g CO所具有的内能一定高于44 g CO2所具有的内能
B．32 g O2所具有的内能大于44 g CO2所具有的内能
C．56 g CO和32 g O2所具有的总内能大于88 g CO2所具有的内能
D．将一定质量的C燃烧，生成CO2与生成CO时放出的热量一样多
4．通过测定50 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液反应过程中放出的热量可计算中和反应的反应热。

某兴趣小组设计实验装置如图所示，请回答下列问题：
(1)从所学内容判断，图中尚缺少的一种仪器是________；该装置还有不妥之处，应如何改正？____________________________________。

(2)大、小烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是__________________________________。

(3)如果大烧杯上不盖硬纸板，则计算出的中和反应的反应热(ΔH)会________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(4)实验中改用60 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液进行反应，
与上述实验相比，所放出的热量________(填“相等”或“不相等”)，计算出的中和反应的反应热________(填“相同”或“不同”)。

核心素养——合作·探究·分享
目标一焓变的计算
例1 根据如图能量关系示意图，下列说法正确的是( )
A．1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量之和为393.5 kJ
B．反应2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)中，生成物的总能量大于反应物的总能量
C．由C(s)→CO(g)的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221.2 kJ·mol －1
D．热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为－10.1 kJ·mol－1
[提升1] 已知一定条件下断裂1 mol下列化学键需要吸收的能量分别为：H—H 436 kJ；Cl—Cl 243 kJ；H—Cl 431 kJ。

对于反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)，下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH>0
B．氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更稳定
C．其他条件相同时，该反应在光照和点燃条件下的ΔH不同
D．H2与Cl2反应的热化学方程式为
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－183 kJ
状元随笔利用键能计算焓变时，注意记清公式“ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和”，还要正确判断出每种物质中存在的化学键的种类和个数。

关键能力
1.ΔH的计算方法
(1)ΔH＝生成物所具有的总能量－反应物所具有的总能量。

(2)ΔH＝断键吸收的总能量－成键释放的总能量。

拓展：常见物质的分子中的化学键数目
2.图解化学键变化与反应热的关系
a——旧化学键断裂吸收的能量；
b——新化学键形成放出的能量；
c——反应热。

目标二热化学方程式的书写及正误判断
例2 胶状液氢(主要成分是H2和CH4)有望用于未来的运载火箭和空间运输系统，实验测得101 kPa时，1 mol H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ的热量；1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出890.3 kJ的热量。

下列热化学方程式书写正确的是( ) A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
C．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
D．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝＋890.3 kJ·mol－1
[提升2] 下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A．HCl和NaOH反应的ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的ΔH＝2×(－57.3) kJ·mol－1
B．甲烷的标准燃烧热为－890.3 kJ·mol－1，则反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)的ΔH<－890.3 kJ·mol－1
C．已知500 ℃、30 MPa下，N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，将1.5 mol H2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量46.2 kJ
D．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol－1，则反应2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)的ΔH＝＋566.0 kJ·mol－1
状元随笔热化学方程式与化学(离子)方程式的3个不同点
(1)热化学方程式不注明反应条件。

(2)热化学方程式不标“↑”“↓”，但必须用s、l、g、aq等标出物质的聚集状态。

(3)热化学方程式的化学计量数只表示物质的量，其ΔH必须与化学方程式及物质的聚集状态相对应。

关键能力
普通化学方程式与热化学方程式的区别
►【提醒】(1)同素异形体在反应中除标明状态外，还要注明名称，如C(s，石墨)。

(2)在热化学方程式中，物质化学式前面的系数只表示物质的量，可以用整数或简单分数表示。

当堂评价——夯实·测控·演练
1．下列过程伴随的能量变化中，属于反应热的是( )
A．形成1 mol H—Cl键放出的能量
B．石墨转化为金刚石吸收的能量
C．1 mol O2形成2 mol O吸收的能量
D．水蒸气变成液态水放出的能量
2．科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。

反应过程如图所示，下列说法正确的是( )
A．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
B．CO和O生成了具有极性共价键的CO2
C．在该过程中，CO断键形成C和O
D．CO和O生成CO2是吸热反应，ΔH>0
3．下列说法中正确的是( )
A．质量相等而状态不同的同种物质，它们的焓相等
B．当反应放热时，ΔU>0；反应吸热时，ΔU<0(反应过程中体系没有做功)
C．在一个确定的化学反应中，反应物的总焓与反应产物的总焓一定不同
D．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
4．下列变化过程，属于放热反应的是( )
①NH4Cl固体溶于水②炸药爆炸③食物因氧化而腐败④铝热反应⑤酸碱中和反应⑥煅烧石灰石制生石灰⑦溴蒸气液化
A．②③④⑤⑦ B．①②④⑤
C．②③④⑤D．①②③⑥⑦
5．下列图示变化为吸热反应的是( )
6．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。

化学键的键能是形成(或拆开)1 mol 化学键时释放(或吸收)的能量。

已知白磷(P4)和P4O6的分子结构如图所示；现提供以下化学键的键能：P—P键键能为198 kJ·mol－1、P—O键键能为360 kJ·mol−1、氧气分子内氧原子间的键能为498 kJ·mol－1，则P4(s)＋3O2(g)===P4O6(s)的反应热ΔH为( )
A．＋1 638 kJ·mol－1 B．－1 638 kJ·mol－1
C．－126 kJ·mol－1D．＋126 kJ·mol－1
7．氢气是人类最理想的能源。

已知在25 ℃，101 kPa下，1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量142.9 kJ，则下列热化学方程式书写正确的是( )
A．2H2＋O2===2H2O ΔH＝－142.9 kJ·mol－1
B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－142.9 kJ·mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－142.9 kJ
练后反思
理解焓变的注意问题
(1)任何化学反应都是旧键断裂，新键形成的过程，都伴随着能量的变化。

(2)焓变取决于反应物能量和生成物能量的相对大小。

(3)物质发生物理变化的过程中，也会有能量的变化，但不属于吸热反应或放热反应。

在进行反应热的有关计算时，必须要考虑到发生物理变化时的热效应，如物质的三态变化。

(4)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。

吸热反应在常温常压下也可进行，而很多放热反应需要在加热的条件下进行。

第1章化学反应与能量变化
第1节化学反应的热效应
第1课时化学反应的反应热、内能变化与焓变
学业基础
一、
1．(1)释放吸收(2)吸热放热
2．实验理论
3．(1)测定反应前后溶液的温度使反应充分进行，体系的温度均匀保温作用反应容器
(2)－C(T2－T1)
二、
1．(1)总和(2)U(3)种类数量聚集状态温度
(4)U(反应产物)－U(反应物) > <
(5)热功反应热功Q＋W Q
2．(1)H J或kJ (2)ΔH H(反应产物)－H(反应物)
等于＝> 吸热< 放热
3．(1)物质的变化反应的焓变(2)物质能量
(3)298 1 mol 0.5 mol 放出
【即学即练】
1．答案：(1)×(2)×(3)×
2．解析：化学反应中的能量变化形式有多种，如光能、声能、电能等，但通常表现为热量变化，故A项错误；化学反应中能量的变化量与参加反应的物质的物质的量有关，参加反应的物质的物质的量越大，其能量的变化量越大，故B项错误；能量变化过程中不一定发生化学变化，如氢氧化钠固体溶于水放出热量，故C项错误；化学反应的实质为旧键的断裂和新键的形成，旧键断裂和新键形成都伴有能量变化，化学反应发生过程中一定有能量变化，故D项正确。

答案：D
3．解析：2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)是放热反应，反应物的总内能高于生成物的总内能，即56 g CO和32 g O2所具有的总内能大于88 g CO2所具有的内能，但28 g CO所具有的内能不一定高于44 g CO2所具有的内能，32 g O2所具有的内能也不一定高于44 g CO2所具有的内能，故A、B项错误，C项正确；由于C→CO过程放热，CO→CO2过程放热，所以将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多，故D项错误。

答案：C
4．解析：(1)该装置中缺少的仪器是环形玻璃搅拌棒；为减少热量散失，应使小烧杯口与大烧杯口持平，其余空间用碎泡沫塑料填满。

(2)大、小烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失。

(3)如果大烧杯上不盖硬纸板，会有一部分热量散失，求得的中和反应的反应热数值将会偏小，放热反应的ΔH为负值，所以计算出的中和反应的反应热(ΔH)偏大。

(4)中和反应放出的热量与所用酸以及碱的量有关，如果用60 mL 0.50 mol·L －1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1NaOH溶液进行反应，与题述原实验相比，生成水的量增多，所放出的热量偏多，但是计算出的中和反应的反应热相同。

答案：(1)环形玻璃搅拌棒在大小烧杯间填满碎泡沫塑料，使小烧杯口与大烧杯口相平(2)减少实验过程中的热量损失(3)偏大(4)不相等相同
核心素养
[例1] 解析：由图可知1 mol C(s)与1 mol O2(g)的能量比1 mol CO2(g)的能量高393.5 kJ，A项错误；由图可知反应2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)为放热反应，生成物的总能量小于反应物的总能量，B项错误；热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO 的热值为282.9 kJ÷28 g≈10.1 kJ·g－1，D项错误。

答案：C
[提升1] 解析：根据题给数据计算，ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和＝436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1，ΔH<0，A项错误；H—H 键的键能比Cl—Cl键的键能大，H2分子比Cl2分子中的化学键更稳定，B项正确；反应的反应热与反应条件无关，其他条件相同时，在光照和点燃条件下的ΔH相同，C项错误；ΔH 的单位为kJ·mol－1，D项错误。

答案：B
[例2] 解析：1 mol H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ的热量，热化学方程式O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1，A项错误；1 mol CH4完全燃烧应写为H2(g)＋1
2
生成液态水和CO2气体，放出890.3 kJ的热量，热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，B项正确；C、D错误。

答案：B
[提升2] 解析：HCl和NaOH反应的ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，但由于稀硫酸与氢氧化钙反应生成的硫酸钙微溶，则H2SO4和Ca(OH)2反应的ΔH≠2×(－57.3) kJ·mol－1，A项错误；由于气态水的能量高于液态水的能量，则甲烷完全燃烧生成液态水放热多，但放热越多，ΔH越小，因此反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)的ΔH>－890.3 kJ·mol－1，B项错误；合成氨反应是可逆反应，将1.5 mol H2和过量的N2在此条件下充分反应，放出热量小于46.2 kJ，C项错误；CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol－1，则2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH ＝－566.0 kJ·mol－1，互为逆反应时，焓变的数值相同、符号相反，则反应2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)的ΔH＝＋566.0 kJ·mol－1，D项正确。

答案：D
当堂评价
1．解析：当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为反应热，化学反应的实质是旧键的断裂和新键的形成。

形成1 mol H—Cl键，只有化学键的形成，故其能量的变化不属于反应热，A项错误；石墨转化为金刚石过程中，既有旧键的断裂，又有新键的形成，故其能量的变化属于反应热，B项正确；1 mol O2形成2 mol O，只有化学键的断裂，没有化学键的形成，故其能量的变化不属于反应热，C项错误；水蒸气变成液态水是物理变化，故其能量的变化不属于反应热，D项错误。

答案：B
2．解析：根据题给图示可知，状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程，A项错误；根据题给图示可知，CO与O反应生成CO2，CO2中含有极性共价键，B项正确；根据题给图示可知，反应过程中CO中的化学键没有断裂，C项错误；根据题给图示可知，状态Ⅰ的总能量高于状态Ⅲ的总能量，CO和O生成CO2的反应是放热反应，ΔH<0，D项错误。

答案：B
3．解析：质量相等而状态不同的同种物质，它们所具有的能量不同，所以它们的焓不相等，A项错误；若反应过程中体系没有做功，当反应放热时ΔU<0，吸热时ΔU>0，B项错误；化学反应一定伴随能量变化，所以反应物总焓与产物总焓一定不同，C项正确；焓变是反应产物的总焓与反应物的总焓之差，不限制反应物或产物的量，D项错误。

答案：C
4．解析：①NH4Cl固体溶于水是吸热过程，属于物理变化；②炸药爆炸是放热反应；③食物因氧化而腐败是放热反应；④铝热反应是剧烈的放热反应；⑤酸碱中和反应是放热反应；
⑥煅烧石灰石制生石灰是吸热反应；⑦溴蒸气液化是放热过程，属于物理变化，不是放热反应。

答案：C
5．解析：题图中反应物总能量小于反应产物总能量，为吸热反应，故A项符合题意；题图中反应物总能量大于反应产物总能量，为放热反应，故B项不符合题意；浓硫酸稀释放热，属于物理变化，故C项不符合题意；Zn与稀盐酸的反应为放热反应，故D项不符合题意。

答案：A
6．解析：反应热ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，所以反应P4(s)＋3O2(g)===P4O6(s)的反应热ΔH＝6×198 kJ·mol－1＋3×498 kJ·mol－1－12×360 kJ·mol－1＝－1 638 kJ·mol－1。

答案：B
7．解析：已知在25 ℃、101 kPa下，1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出热量142.9 kJ，所以4 g氢气完全燃烧生成液态水，放出571.6 kJ热量。

物质聚集状态未标注，且4 g氢气完全燃烧生成液态水，放出571.6 kJ热量，故A错误；4 g氢气完全燃烧生成液态水，放出571.6 kJ热量，故B错误；4 g氢气完全燃烧生成液态水，放出571.6 kJ热量，且ΔH 的单位为kJ·mol－1，不是kJ，故D错误。

答案：C。