2019-2020年蘇教版高中化學選修4《化學反應中的熱效應》（第1課時）學案.doc

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2019-2020年蘇教版高中化學選修4《化學反應中的熱效應》（第1課時）學案 第1課時　化學反應的焓變 [學習目標]　1.了解反應熱和焓變的含義，知道吸熱反應和放熱反應的概念。2.理解化學反應過程中能量變化的原因。3.知道熱化學方程式的概念，能通過比較的方法理解熱化學方程式與化學方程式的區(qū)別。4.能正確書寫熱化學方程式并利用其進行簡單計算。 [重點難點]　1.熱化學方程式的書寫及簡單計算。2.反應過程中能量變化的原因。 1．反應熱 (1)定義：化學上規(guī)定，當化學反應的反應物與生成物的溫度相同時，反應所吸收或釋放的熱量稱為該反應在此溫度下的熱效應，簡稱反應熱。 (2)濃H2SO4稀釋時放出的熱是否為反應熱？ 答案　只有在化學反應過程中放出或吸收的熱量才通常叫做反應熱；而物理變化中的能量變化不是反應熱，如NH4NO3溶于水的吸熱、濃H2SO4的稀釋放熱等過程中所涉及的熱量都不是反應熱。 2．焓變 在恒溫和恒壓的條件下，化學反應過程中吸收或釋放的熱量稱為反應的焓變。符號用ΔH表示，單位一般用 kJmol－1。 3．放熱反應和吸熱反應 (1)生成物釋放的總能量與反應物吸收的總能量的相對大小決定化學反應是吸熱反應還是放熱反應。 ①當ΔH＜0時，為放熱反應，反應體系能量降低。 ②當ΔH＞0時，為吸熱反應，反應體系能量升高。 (2)下列反應中，屬于吸熱反應的是③⑤，屬于放熱反應的是①②④。 ①燃燒反應?、阡X熱反應?、勐然@與消石灰的反應　④金屬與酸反應?、軨＋H2O(g)CO＋H2 4．熱化學方程式 (1)概念及表示意義 能表示參加反應的物質的量和反應熱的關系的化學方程式，叫做熱化學方程式。熱化學方程式不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。 H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.5 kJmol－1，表示在25℃、101kPa，1 mol H2與 mol O2完全反應生成1 mol液態(tài)水時放出的熱量是285.8 kJ。 (2)書寫 熱化學方程式各物質前的化學計量數(shù)只表示物質的量，不表示分子數(shù)，因此，它可以是整數(shù)，也可以是小數(shù)或分數(shù)。對于相同物質的反應，當化學計量數(shù)不同時，其ΔH不同。即使化學計量數(shù)相同，當反應物、生成物的狀態(tài)不同時，ΔH也不同。 (3)寫出下列反應的熱化學方程式： (1)1 mol C2H5OH(l)完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l)，放出1 366.8 kJ熱量：______________。 (2)1 mol C(石墨)與適量H2O(g)反應生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3 kJ熱量：______________。 (3)1.7 g NH3(g)發(fā)生催化氧化反應生成氣態(tài)產物，放出22.67 kJ的熱量：____________。 答案　(1)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　 ΔH＝－1 366.8 kJmol－1 (2)C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝131.3 kJmol－1 (3)4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＝－906.8 kJmol－1 或NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g)　 ΔH＝－226.7 kJmol－1 解析　(1)C2H5OH燃燒的化學方程式為C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O，那么，相應的熱化學方程式為C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 366.8 kJmol－1。 (2)1 mol C(石墨)完全反應吸收131.3 kJ熱量，則相應的熱化學方程式為C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝131.3 kJmol－1。 (3)1.7 g NH3的物質的量為0.1 mol，則4 mol NH3發(fā)生反應放出的熱量為22.67 kJ40＝906.8 kJ，1 mol NH3完全反應放出的熱量為226.7 kJ。那么相應的熱化學方程式為4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－906.8 kJmol－1或NH3(g)＋O2(g)===NO(g)＋H2O(g)　ΔH＝－226.7 kJmol－1。 一、化學反應過程中能量變化的原因 1．物質的總能量與反應熱的關系 　　類型 比較　　 放熱反應 吸熱反應 關系 反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量 反應物具有的總能量小于生成物具有的總能量 表示方法 ΔH<0 ΔH>0 圖示 實例 H2(g)＋Cl2(g)=== 2HCl(g)　ΔH＝－183 kJmol－1 C(s)＋H2O(g)=== CO(g)＋H2(g) ΔH＝131.3 kJmol－1 2.化學鍵與反應熱的關系 化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因(如圖)。 吸收能量E1 反應物生成物 放出能量E2 ①E1>E2　反應吸收能量　ΔH>0 ②E1生成物的化學鍵形成時放出的能量總和，反應吸熱。 ②反應物的化學鍵斷裂吸收的能量總和<生成物的化學鍵形成時放出的能量總和，反應放熱。 【典例導悟1】　下列說法正確的是(　　) A．反應焓變是指1 mol物質參加反應時的能量變化 B．當反應放熱時，ΔH>0，反應吸熱時，ΔH<0 C．在加熱條件下發(fā)生的反應均為吸熱反應 D．一個化學反應中，當反應物能量大于生成物能量時，反應放熱，ΔH為“－” 解析　焓變是生成物的總焓與反應物的總焓之差，它與反應物的量有關，而與反應條件(如是否加熱)沒有直接關系，所以A、C兩項不正確；ΔH>0時，物質的總能量增加，反應吸熱；ΔH<0時，物質的總能量減少，反應放熱，B項錯誤；在反應中若物質所具有的總能量減少，反應就放熱，反之就吸熱，因此D項正確。 答案　D 二、熱化學方程式 1．熱化學方程式與普通化學方程式的區(qū)別 普通化學方程式 熱化學方程式 化學計量數(shù) 整數(shù)，既表示微粒個數(shù)又表示微粒的物質的量 可以是整數(shù)也可以是分數(shù)，只表示微粒的物質的量 物質狀態(tài) 不要求注明 必須在物質或微粒之后注明 ΔH符號及 單位 無 必須注明 意義 表明了化學反應中物質的變化 不僅表明了化學反應中物質的變化，而且表明了化學反應中能量的變化 2.下列熱化學方程式書寫正確的是②⑤；錯誤的是①③④，錯誤的原因是①中未注明物質狀態(tài)，③中單位不對，應為kJmol－1，④中應標上“－”，即ΔH＝－393.5_kJmol－1。 ΔH＝－196.6 kJmol－1 ②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJmol－1 ③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ ④C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝393.5 kJmol－1 ⑤H2O(l)===H2(g)＋O2(g) ΔH＝285.8 kJmol－1 總結　與普通化學方程式相比，書寫熱化學方程式時除遵循書寫化學方程式的要求外，還應注意以下五點： (1)注意標明物質的聚集狀態(tài) 方程式中每種物質的化學式后面用括號注明物質的聚集狀態(tài)(g、l、s)，不用標“↑”或“↓”，水溶液用aq表示。 (2)注意注明必要的反應條件 焓變與溫度和壓強等測定條件有關，所以書寫時必須在ΔH后指明反應的溫度和壓強(298 K、101 kPa時，可不注明)。 (3)注意明確系數(shù)的含義 系數(shù)只表示該物質的物質的量，不表示分子個數(shù)或原子個數(shù)，因此熱化學方程式中系數(shù)也可以是分數(shù)。 (4)注意ΔH的單位及符號 ΔH的單位是Jmol－1或kJmol－1，ΔH只能寫在化學方程式的右邊，表示正向反應的焓變。ΔH<0表示為放熱反應；ΔH>0，則表示為吸熱反應。 (5)注意同一反應中系數(shù)與ΔH數(shù)值的對應關系 化學方程式中各物質的系數(shù)加倍，則ΔH的數(shù)值也加倍；若反應逆向進行，則ΔH改變符號，但絕對值不變。 【典例導悟2】298 K、101 kPa時，強酸與強堿的稀溶液發(fā)生中和反應的中和熱為－57.3 kJmol－1，辛烷的燃燒熱為－5 518 kJmol－1。下列熱化學方程式書寫正確的是(　　) A．2H＋(aq)＋SO(aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l) ΔH＝－57.3 kJmol－1 B．KOH(aq)＋H2SO4(aq)===K2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJmol－1 C．C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g) ΔH＝－5 518 kJmol－1 D．2C8H18(g)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l) ΔH＝－5 518 kJmol－1 解析　H2SO4與Ba(OH)2溶液反應，不僅生成了H2O還有BaSO4生成，因此A項放出的熱量比57.3 kJ2還多，A項錯誤；辛烷的燃燒熱是指1 mol辛烷完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)水時放出的熱量是5 518 kJ，C、D項均錯誤。 答案　B 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．下列說法正確的是(　　) A．化學反應中的能量變化，都表現(xiàn)為熱量的變化 B．需要加熱才能發(fā)生的化學反應，一定是吸熱反應 C．放熱反應在常溫下一定很容易發(fā)生 D．反應是放熱還是吸熱必須看反應物和生成物所具有的總能量的大小 答案　D 解析　放熱和吸熱是化學反應中能量表現(xiàn)的主要形式，它取決于反應物和生成物所具有的總能量的相對大小，但吸熱和放熱不是化學反應中能量變化的惟一形式。反應開始需要加熱，該反應可能是吸熱反應，也可能是放熱反應，吸熱反應和放熱反應在一定條件下都能發(fā)生，但特定情況下也可能都不發(fā)生。 2．下列反應中既是氧化還原反應，又是吸熱反應的是(　　) A．鋁與稀鹽酸反應 B．灼熱的炭與二氧化碳反應 C．甲烷在空氣中燃燒 D．Ba(OH)28H2O與NH4Cl反應 答案　B 解析　A為放熱反應；B為吸熱反應且發(fā)生氧化還原反應；C為放熱反應；D為吸熱反應但不是氧化還原反應。 3．沼氣是一種能源，它的主要成分是CH4。0.5 mol CH4完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)H2O時，放出445 kJ熱量，則下列熱化學方程式中正確的是(　　) A．2CH4(g)＋4O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH＝890 kJmol－1 B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝890 kJmol－1 C．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890 kJmol－1 D.CH4(g)＋O2(g)===CO2(g)＋H2O(l) ΔH＝－890 kJmol－1 答案　C 解析　0.5 mol CH4完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)H2O時，放出445 kJ熱量，即1 mol CH4完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)H2O時，放出890 kJ熱量。根據(jù)書寫熱化學方程式的規(guī)定，要注明物質的聚集狀態(tài)，標出反應的熱效應，只有C項正確。 4．下列說法或表示方法正確的是(　　) A．等物質的量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，后者放出熱量多 B．在稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJmol－1，若將含0.5 mol H2SO4的濃硫酸與含1 mol NaOH的溶液混合，放出的熱量大于57.3 kJ C．由C(石墨)===C(金剛石)　ΔH＝1.90 kJmol－1可知，金剛石比石墨穩(wěn)定 D．在101 kPa時，2 g H2完全燃燒生成液態(tài)水，放出285.8 kJ熱量，則H2燃燒的熱化學方程式為2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJmol－1 答案　B 解析　由于硫固體變成硫蒸氣需要吸熱，故等物質的量的硫蒸氣和硫固體分別完全燃燒，后者放出熱量少，A錯；濃硫酸稀釋時放熱，B正確；由C(石墨)===C(金剛石)　ΔH＝1.90 kJmol－1，由吸熱反應可知，金剛石能量比石墨高，所以，石墨比金剛石穩(wěn)定，C錯；根據(jù)燃燒熱定義可知D錯。 5．已知299 K時，合成氨反應N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－92.0 kJmol－1，將此溫度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時進行反應。測得反應放出的熱量為(假定測量過程中沒有能量損失)(　　) A．一定小于92.0 kJ B．一定大于92.0 kJ C．一定等于92.0 kJ D．無法確定 答案　A 解析　反應熱是指反應完全進行時放出或吸收的熱量。1 mol N2和3 mol H2放在密閉容器中，在催化劑存在時進行的反應為可逆反應，是不能進行到底的，因此反應放出的熱量一定小于92.0 kJ。 6．關于熱化學方程式：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－184.6 kJmol－1的敘述正確的是(　　) A．一分子H2和Cl2反應，放出熱量184.6 kJ B．1 mol H2和Cl2完全反應生成2 mol HCl放出的熱量為184.6 kJ C．在298 K、101 kPa時，1 mol氣態(tài)H2和1 mol氣態(tài)Cl2完全反應生成2 mol HCl氣體，放出的熱量為184.6 kJ D．在298 K、101 kPa時，1 mol氣態(tài)H2和1 mol氣態(tài)Cl2完全反應生成2 mol HCl氣體，吸收的熱量為184.6 kJ 答案　C 解析 7．由右圖分析，有關敘述正確的是(　　) A．A―→B＋C和B＋C―→A兩個反應吸收或放出的能量不等 B．A―→B＋C是放熱反應 C．A具有的能量高于B和C具有的能量總和 D．A―→B＋C是吸熱反應，則B＋C―→A必然是放熱反應 答案　D 解析　本題考查化學反應中的能量變化，由圖可知，B＋C的能量高于A的能量，則反應B＋C―→A一定是放熱反應；反之，A―→B＋C則是吸熱反應。根據(jù)能量守恒定律，兩反應的反應熱在數(shù)值上相等，符號相反。 8．已知在相同狀況下，要使同一化學鍵斷裂需要吸收的能量等于形成該化學鍵放出的能量。下列說法正確的是(　　) A．電解熔融的Al2O3可以制得金屬鋁和氧氣，該反應是一個放出熱量的反應 B．水分解產生氫氣和氧氣時放出熱量 C．相同狀況下，反應2SO2＋O2===2SO3是一個放熱反應，則反應2SO3===2SO2＋O2是一個吸熱反應 D．氯化氫分解成氫氣和氯氣時放出熱量 答案　C 解析　由題意可以推測，如果一個反應過程放出熱量，那么使該反應向反方向進行則需要吸收熱量，所以C正確；另外氫氣和氧氣反應、氫氣和氯氣反應、鋁和氧氣反應都是放出熱量的反應，與它們相 反的反應：水、Al2O3和氯化氫的分解都應該是吸收熱量的反應，A、B、D錯誤。 9．“西氣東輸”是西部開發(fā)的重點工程，這里的氣是指天然氣，其主要成分是甲烷。 工業(yè)上將碳與水在高溫下反應制得水煤氣，水煤氣的主要成分是CO和H2，兩者的體積比約為1∶1。 已知1 mol CO氣體完全燃燒生成CO2氣體放出283 kJ熱量；1 mol H2完全燃燒生成液態(tài)水放出286 kJ熱量；1 mol CH4氣體完全燃燒生成CO2氣體和液態(tài)水放出 890 kJ 熱量。 (1) 寫出H2完全燃燒生成液態(tài)水的熱化學方程式：_____________________________ ________________________________________________________________________； 若1 mol CH4氣體完全燃燒生成CO2氣體和水蒸氣，放出的熱量__________890 kJ(填“>”、“＝”或“<”)。 (2)忽略水煤氣中其他成分，相同狀況下若得到相等的熱量，所需水煤氣與甲烷的體積比約為________；燃燒生成的CO2的質量比約為________。 答案　(1)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－572 kJmol－1　< (2)3∶1　3∶2 解析　(1)1 mol H2完全燃燒生成液態(tài)水放出286 kJ熱量，根據(jù)熱化學方程式的書寫要求，則2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－572 kJmol－1。 因氣態(tài)水變?yōu)橐簯B(tài)水要放熱，故1 mol CH4完全燃燒生成CO2和水蒸氣，放出的熱量小于890 kJ。 (2)設放出的熱量為890 kJ，所需CH4的體積為Vm，則所需水煤氣的體積為：2Vm≈3Vm 故＝＝。 由CO～CO2　CH4～CO2知3體積水煤氣得1.5體積CO2,1體積甲烷得1體積CO2，故燃燒生成的CO2質量比為＝。 10．(1)高中教材中有這樣一個實驗：在兩支試管中分別加入3 mL 稀鹽酸(均足量)(只有濃度小于1 molL－1的稀鹽酸跟Na2CO3和NaHCO3反應才能根據(jù)反應的劇烈程度區(qū)分開來，濃度較高則反應現(xiàn)象都是同樣的劇烈)，將兩個各裝有0.3 g NaHCO3和Na2CO3粉末的小氣球分別套在兩支試管口上。將氣球內的NaHCO3或Na2CO3同時倒入試管中，觀察到現(xiàn)象如下： ①試管中(填產生沉淀或氣體及反應速率等相關現(xiàn)象) ____________________________ ________________________________________________________________________； ②試管中氣球大小(包含試管)體積之比約為(填最簡單整數(shù)比)Ⅰ∶Ⅱ＝________； ③甲同學用手觸摸試管，發(fā)現(xiàn)盛NaHCO3粉末的試管變冷，而盛Na2CO3粉末的試管溫度升高。由此他得出：不管其狀態(tài)如何，NaHCO3和鹽酸反應為吸熱反應，而Na2CO3和鹽酸反應為放熱反應。 甲得出的結論是否正確________(填“正確”或“不正確”)。 (2) 為研究是吸熱反應還是放熱反應，繼續(xù)進行了下列實驗(每次實驗各做3次平行實驗，取平均值)：(注：每組固體全溶解且完全反應) 序號 試劑1 試劑2 混合前溫度 混合后最高或最低溫度 A 50 mL水 2.5 g NaHCO3固體 20℃ 18.5℃ B 50 mL水 3.2 g Na2CO3固體 20℃ 23.3℃ C 50 mL稀鹽酸 2.5 g NaHCO3固體 20℃ 17.4℃ D 50 mL稀鹽酸 3.2 g Na2CO3固體 20℃ 24.4℃ 請你幫助填寫相關內容： ① 該研究報告的題目是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________； ②該實驗中所用的儀器除試管、藥匙(或V形紙槽)、氣球、下端帶環(huán)狀玻璃棒、燒杯、量筒、保溫瓶外，還需要的儀器名稱為______________和________________； ③通過上述實驗可得出兩條結論： a．Na2CO3溶液和鹽酸的反應是______(吸熱或放熱)反應； b．NaHCO3溶液和鹽酸的反應是______(吸熱或放熱)反應。 答案　(1)①兩支試管中都產生大量氣泡，但盛NaHCO3的試管中反應速率要快得多 ②42∶53 ③不正確 (2)①《NaHCO3、Na2CO3和鹽酸反應過程中熱效應的研究》 ②托盤天平　溫度計 ③a.放熱　b．吸熱 解析　(1)①Na2CO3、NaHCO3與酸反應在同一條件下速率不同，NaHCO3反應速率更快。②等質量時NaHCO3放出CO2更多。③甲的操作方法不正確，NaHCO3反應激烈，產生CO2速率快，帶出熱量快，僅根據(jù)手感來確定是不科學的。另外，結論也不正確，反應熱與物質的狀態(tài)有關。 (2)①研究報告的題目是根據(jù)探究的目的來定的，因此要分析整個實驗，弄清實驗目的，然后才能確定探究的課題。 ②是由實驗原理、設計出的實驗方案或裝置確定所用的儀器。Na2CO3、NaHCO3固體與鹽酸反應的熱效應由固體溶解和形成的溶液與鹽酸反應的熱效應兩個部分組成。 NaHCO3(s)===Na＋(aq)＋HCO(aq)　 ΔH1>0 HCO(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)＋CO2(g) ΔH2>0 NaHCO3(s)＋H＋(aq)===Na＋(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)　ΔH3>0 NaHCO3溶解是吸熱過程，HCO(aq)和H＋(aq)的反應是吸熱反應，NaHCO3(s)和鹽酸反應的反應熱近似等于ΔH1和ΔH2之和(因為還需加上NaHCO3的飽和溶液稀釋成無限稀溶液所吸收的熱量)，降溫更明顯； Na2CO3(s)===2Na＋(aq)＋CO(aq) ΔH4<0 CO(aq)＋2H＋(aq)===H2O(l)＋CO2(g) ΔH5<0 Na2CO3(s)＋2H＋(aq)===2Na＋(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)　ΔH6<0 Na2CO3的溶解是放熱過程，CO(aq)和H＋(aq)的反應是放熱反應，Na2CO3(s)和鹽酸反應的反應熱近似等于ΔH4和ΔH5之和(因為還需加上Na2CO3的飽和溶液稀釋成無限稀溶液所吸收的熱量)，升溫更明顯。 由于NaHCO3固體溶解過程吸收的熱量(ΔH1)小于NaHCO3固體與鹽酸反應吸收的熱量(ΔH3)，即ΔH1<ΔH3，而(近似于)ΔH3＝ΔH1＋ΔH2，即所得到ΔH2>0，所以說明鹽酸與NaHCO3溶液反應為吸熱反應。同理Na2CO3溶液和鹽酸的反應是放熱反應。