高中化学选修四第一章第一节 化学反应与能量的变化(非常详细)

选修四 第一章（1） 化学反应与能量的变化

教学目标：1、了解化学反应过程发生能量变化的原因，化学能与热能的相互转化。

2、了解焓变与反应热的含义，吸热反应、放热反应和反应热的概念等。

3、了解热化学方程式的含义，掌握热化学方程式的特点和书写方法。

4、掌握测定中和反应热的实验原理和操作。

教学重点： 1、了解焓变与反应热的含义，吸热反应、放热反应和反应热的概念等。

2、了解热化学方程式的含义，掌握热化学方程式的特点和书写方法。

教学难点：了解热化学方程式的含义，掌握热化学方程式的特点和书写方法。

教学过程：

知识点一：反应热、焓变（H ∆）

（1）反应热：任何化学反应在发生物质变化的同时都伴随着能量的变化，通常表现为热量变化，即发出热量或吸收热量。化学反应中，当反应物和生成物具有相同温度时，所放出或吸收的热量称为化学反应的反应热。

（2）焓变：焓（H ）是与内能有关的物理量。焓变（H ∆）是指在一定条件下，生成物与反应物的焓值差，即：（反应物）生成物）H H H -(=∆。在恒压条件下，用焓变H ∆表示化学反应的反应热。焓变的符号是H ∆，单位是1-⋅mol kJ （或mol kJ /）。

【提示】

① 焓（H ）是与内能有关的物理量，内能描述的是物质所具有的能量，是物质固有的性质之一。不同的物质，其焓不同；相同的物质，如果温度或压强不同，聚集状态不同，其焓也会不同，所以焓的影响因素主要有：物质（内因）、温度与压强（外因）。

② 反应热受温度、压强、反应物的物质的量、物质的聚集状态等多种因素的影响，中学化学一般研究的是在一定压强下，在敞口容器中发生的反应所放出或吸收的热量，此条件下的反应热才是焓变。

③ 许多化学反应的反应热可以通过实验用量热计直接测得。

【特别注意】H ∆的单位是1-⋅mol kJ 并不是指每摩尔具体物质反应时伴随的能量变化是多少千焦，而是给定形式的具体反应以各物质的化学计量数来计量其物质的量时伴随的能量的变化。式中的1-mol 不能理解为每摩尔反应物或生成物，应理解为“每摩尔反应”。如

反应1-2226.-571)(2)()(2mol kJ H l O H g O g H ⋅=∆=+的，是指每摩尔的反应：“)(22g molH 与)(12g molO 反应生成)(22l O molH ”的焓变，

反应1-222-285.8)()(2

1)(mol kJ H l O H g O g H ⋅=∆=+的，是指每摩尔反应：“)(12g molH 与)(212g molO 反应生成)(12l O molH ”的焓变。同一化学反应，物质的化学计量数不同，则H ∆的符号、单位相同，数值不同，数值与化学计量数对应成比例。

知识点二：化学反应伴随能量变化的微观解释

化学反应的实质就是反应物分子中化学键断裂，形成新的化学键，从新组合成生成物的分子的过程。旧键断裂需要吸收能量，新键形成需要放出能量。而一般化学反应中，旧键的断裂所吸收的总能量与新键形成所放出的总能量是不相等的，而这个差值就是反应中能量的变化。所以化学反应过程中会有能量的变化，也就是说，化学键的断裂和形成时吸收和放出的能量差别是化学反应伴随能量变化的本质原因。

以反应)(2)()(22g HCl g Cl g H =+为例，通过下图从微观角度解释反应过程中的能量变化。

化学键断裂时需要吸收能量，吸收的总能量为：436kJ +243kJ =679kJ

化学键形成时需要释放能量，释放的总能量为：431kJ +431kJ =862kJ

则反应热为862kJ -679kJ =183kJ ，即放出183kJ 的热量，反应热（焓变）1

-183mol kJ H ⋅-=∆（理论值），其实验值为1-6.184mol kJ H ⋅-=∆。 知识点三：放热反应和吸热反应

（1）概念

① 发热反应：反应完成时，生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量大。

如)(2)()(22g HCl g Cl g H =+1

-183mol kJ H ⋅-=∆

② 吸热反应：反应完成时，生成物释放的总能量比反应物吸收的总能量小。如)()()()(22g H g CO l O H s C +=+ 1-5.131mol kJ H ⋅+=∆

（2）焓变符号：规定放热反应的H ∆为“—”，吸热反应的H ∆为“+”，即放热反应的0<∆H ，吸热反应的0>∆H 。

【提示】被研究的物质系统称为体系，体系以外的其他部分称为环境。发热反应将能量释放给环境而使反应体系的能量降低，吸热反应（通过加热、光照等形式）从环境吸收能量而使反应体系的能量升高，所以，规定放热反应的H ∆为“—”，吸热反应的H ∆为“+”。

【特别注意】H ∆不仅应用在化学反应中，它还应用于任何有能量变化的过程。

如)()(22g O H l O H → 0>∆H ；共价键的断裂，吸收能量，0>∆H ；原子间通过共用电子对形成共价键，放出能量，0<∆H 。

（3）反应过程中的能量变化

（4）常见的放热反应和吸热反应

① 常见的放热反应

a. 所有的燃烧反应：如木炭、CH 4等在空气或氧气中的燃烧，钠、H 2在氯气中的燃烧，镁条在CO 2中的燃烧。

b. 所有的酸碱中和反应：如O H NaCl NaOH HCl 2+=+。

c. 大多数的化合反应：如22)(OH Ca O H CaO =+（生石灰与水的反应），HF F H 222=+（在暗处即爆炸）

[但少数化合反应如CO 高温CO C 22+等是吸热反应]

d. 铝热反应：如Fe O Al O Fe Al 94383243++高温。

e. 金属与酸的反应：如↑+=+++222H Mg

H Mg ② 常见的吸热反应

a. 大多数分解反应：如↑+↑+↑∆2334,CO CaO CaCO HCl NH Cl NH 高温

b. 水解反应：++

+⋅⇔+H O H NH O H NH 2324（水解反应可看做是酸碱中和反应的逆反应）

c. 以碳、CO 、H 2为还原剂的氧化还原反应：2222H CO O H C O H Cu CuO H +−−→←+++高温，高温

d. 其他反应：O H NH BaCl Cl NH O H OH Ba 23242210228)(+↑+=+⋅（在常温下进行） 知识点四：热化学方程式

（1）概念：能表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式

（2）意义：热化学方程式不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应的能量变化。

1-222-285.8)()(2

1)(mol kJ H l O H g O g H ⋅=∆=+的，表明物质)(12g molH 与)(212g molO 反应生成)(12l O molH 放出的能量为1-285.8mol kJ ⋅