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第一章第一章 化学反应的热效应化学反应的热效应第一节第一节 反应热反应热课程学习目标1.了解反应热及其测定，掌握中和反应反应热的测定方法；能根据实验中测定并记录的数据计算反应热。2.能从宏观和微观两个角度构建模型，了解反应热与焓变的含义，能够进行反应热的简单计算。3.认识热化学方程式，了解热化学方程式表示的意义，能用热化学方程式表示反应中的能量变化。4.认识燃烧热，能正确书写关于燃烧热的热化学方程式。学科核心素养1.宏观辨识与微观探析：能从宏观和微观相结合的视角分析化学反应中的能量变化。2.变化观念与平衡思想：化学变化需要一定的条件；化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化。3.科学态度与社会责任：具有节约资源、保护环境的可持续发展意识。形成简约适度、绿色低碳的生活方式。4.宏观辨识与微观探析：能从宏观角度认识热化学方程式表示的意义；能把握书写热化学方程式的规则。【新知学习】自然界的能量存在形式有很多种：势能、生物能、热能、太阳能、风能等。其中热量的释放或吸收是化学反应中能量变化的常见形式，如下表。钠与水反应H2在 Cl2中燃烧氯化铵与氢氧化钡反应煅烧石灰石反应放热反应放热反应吸热反应吸热如何定量描述化学反应过程释放或吸收的热量？一反应热及其测定一反应热及其测定1.体系与环境以盐酸与 NaOH 溶液的反应为例体系体系体系是与周围其他部分区分开来的根据需要所研究的对象。如将试管中的盐酸、NaOH 溶液及发生的反应等看作一个反应体系，简称体系(系统)环境环境环境是与体系相互影响的其他部分。如盛有溶液的试管和溶液之外的空气等看作环境。关联体系与环境之间存在物质交换或能量交换。2.反应热概念在等温条件下，化学反应体系向环境释放或从环境吸收的热量，称为化学反应的热效应，简称反应热。热量：指因温度不同而在体系与环境之间交换或传递的能量。3.反应热测定通常可用量热计直接测定。4.中和反应反应热的测定测定原理环境温度不变时，根据测得的体系的温度变化和有关物质的比热容等来计算反应热。计算公式：Qcmt实验装置各部分仪器的作用a玻璃搅拌器的作用是使反应物混合均匀充分接触。b隔热层的作用是减少热量的散失。c温度计的作用是测定反应前后反应体系的温度。反应物温度测量(t1)测量混合前 50 mL 0.50 molL1盐酸、50 mL 0.55 molL1氢氧化钠溶液的温度，取两温度平均值，记录为起始温度 t1反应后体系温度测量(t2)将酸碱溶液迅速混合，用玻璃搅拌器轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记录为终止温度 t2重复实验操作两次记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据实验步骤说明：为了保证盐酸完全被中和，采用稍过量的 NaOH 溶液；测量完盐酸的温度后，温度计应冲洗干净并擦干；酸碱溶液一次迅速混合。反应物的温度/反应前体系温度反应后体系温度温度差实验次数盐酸NaOH 溶液t1/t2/(t1t2)/125.025.225.128.53.4224.925.125.028.33.3325.625.425.529.03.5实验数据处理设溶液的密度均为 1 gcm3，中和后溶液的比热容 c4.18 Jg11，则反应放出的热量 Qcmtcm(盐酸)m(NaOH 溶液)(t2t1)4.18 Jg11(50 g50 g)3.43.33.521 421 J1.42 kJ。那么生成 1 mol H2O 放出的热量为Qm(H2O)1.42 kJ0.025 mol56.8 kJ。实验结论大量实验测得，在 25 和 101 kPa 下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液，发生中和反应生成 1 mol H2O 时，放出 57.3 kJ 的热量。提高中和反应反应热的测定准确度的措施提高中和反应反应热的测定准确度的措施为使测得的数据更准确，酸、碱溶液应当使用强酸、强碱的稀溶液。测定实验中若用弱酸或弱碱，因其电离吸热使测定数值偏小；若用浓酸或浓碱，因其溶解放热使测定数值偏大。原理方面为保证盐酸被完全中和，碱的浓度应稍大。酸碱溶液混合要迅速，防止热量散失。操作方面在测量反应混合液的温度时，温度计不要贴在容器壁上或插入容器底部，要随时读取温度值，记录下最高温度值。不可将温度计当搅拌器使用；玻璃搅拌器应上下移动。仪器方面应使用玻璃搅拌器，不能用金属质搅拌器代替。典例典例 1（23-24 高二上宁夏期末）某实验小组学生用-150 mL 0.50 mol L的稀硝酸与-150 mL 0.55 mol L的NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应，通过测定反应过程中放出的热量可计算中和反应的反应热。下列说法不正确A图中实验装置缺少玻璃搅拌器B若用铜丝做成搅拌器，求得的反应热偏大C把稀硝酸体积改为60mL，所求中和反应的反应热改变D烧杯间填满碎纸条的作用是减少实验过程中的热量损失，减小实验误差【答案】C【解析】A中和实验需要用玻璃搅拌棒搅拌使反应充分，图中实验装置缺少玻璃搅拌棒，A 正确；B若用铜丝做成环形搅拌棒，因金属导热，实验过程中的热量损失，测得的反应热偏大，B 正确；C中和热与所用酸和碱的体积无关，把稀硝酸体积改为 60mL，中和热不变，C 错误；D烧杯间填满碎纸条起保温作用，减少实验过程中的热量损失，减小实验误差，D 正确；故选 C。化学反应的实质和特征化学反应为什么会产生反应热？化学反应前后体系的的内能发生了变化。二反应热与焓变二反应热与焓变1.内能内能是体系内物质的各种能量的总和。符号：U影响因素：温度、压强和物质的聚集状态。2.焓与焓变反应热与焓变的关系等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，因此常用 H 表示反应热。焓只有正值，而焓变的值可能带“”或“”号，即 H或 H0。化学反应有焓变，物质的溶解、物质的聚集状态变化、化学键的断裂或形成，电解质的电离等都有能量变化。如 H2O(l)H2O(g)H44 kJmol1。3.焓变(H)与吸热反应和放热反应的关系放热反应：反应体系向环境释放能量，反应体系的焓减小，H 为负值，即 H0。吸热反应：反应体系从环境中吸收能量，反应体系的焓增大，H 为正值，即 H0。4.从微观角度理解反应热的实质以 H2(g)Cl2(g)2HCl(g)反应的能量变化为例说明，如图所示：由图可知：反应中能量变化化学键断裂或形成 1 mol 化学键的能量变化断裂或形成化学键的总能量变化HH吸收 436 kJClCl吸收 243 kJ共吸收 679 kJHCl放出 431 kJ共放出 862 kJ结论H2(g)Cl2(g)2HCl(g)的反应热 H183 kJmol1图示：化学反应过程中形成化学键、断裂化学键能量变化可用如图表示：其中，E1表示反应物断裂化学键吸收的总热量，E2表示生成物形成化学键放出的总热量，E1与 E2的差值表示反应热。上述反应过程表示该反应为放热反应。焓变计算公式：HE总(断键)E总(成键)或 HE总(反应物)E总(生成物)。1吸热反应和放热反应均为化学变化。2吸热反应和放热反应与反应条件没有必然联系，需要加热的反应也可能是放热反应。3一般来说，物质具有的能量越低，物质越稳定；物质内的总键能越大，物质越稳定。4加入催化剂可以使反应历程能量曲线的“山峰”降低，改变了反应历程，但加入催化剂前后反应物和生成物的总能量差不变，即前后的“落差”不变，故加入催化剂不影响反应的 H，如图所示(图中 b 曲线表示加入催化剂后的能量变化)。5一般情况下，热化学方程式中不用“”、“”来表示气体和沉淀。典例典例 2（22-23 高二上天津蓟州阶段练习）下列说法正确的是A在化学反应中发生物质变化的同时，一定发生能量变化BDH0 表示放热反应，DH0【答案】A【解析】A任何化学变化，其过程均伴随着能量的变化，故 A 正确；BH 表示反应热，H0 为吸热反应，H0 为放热反应，故 B 错误；C对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其 H 也不同，故 C 错误；D生成物释放的总能量大于反应物吸收的总能量时，表示放热反应，H，故答案选C。6在测定中和热的实验中，下列说法正确的是A用 0.55molL-1NaOH 溶液分别与 0.5molL-1的盐酸、醋酸溶液反应，如所取的溶液体积相等，则测得的中和热数值相同B为了准确测定反应混合溶液的温度，实验中温度计水银球应与小烧杯底部接触C在测定中和热实验中需要使用的仪器有：天平、量筒、烧杯、滴定管、温度计D使用环形玻璃搅拌棒是为了使反应物混合均匀，加快反应速率，减小实验误差【答案】D【解析】A醋酸是弱酸，电离吸热，测出的中和热数值偏小，A 错误；B温度计水银球测烧杯内液体温度，不能与小烧杯底部接触，会使测量结果不准确，B 错误；C测定中和热实验中需要的仪器有：量筒、温度计、环形玻璃搅拌棒和烧杯，用不到天平和滴定管，C 错误；D环形玻璃搅拌棒不导热，能加快反应速率，减小实验误差，D 正确；答案选 D。7下列说法正确的是A反应热指的是反应过程中放出的热量B热化学方程式的化学计量数可表示分子的个数C在热化学方程式中无论反应物还是生成物都必须标明聚集状态D所有化学反应均伴随热量变化【答案】C【解析】A反应热指的是反应过程中放出或吸收的热量，A 错误；B热化学方程式的化学计量数仅表示物质的量，不能表示分子的个数，因此化学计量数可以是分数，也可以是整数，B 错误；C反应过程的能量变化不仅与反应的物质种类有关，也与物质的多少及物质的存在状态有关，因此在热化学方程式中无论反应物还是生成物都必须标明聚集状态，C 正确；D化学反应的过程就是原子重新组合的过程，在这个过程中有化学键的断裂与形成，断键吸热，成键放热，因此所有化学反应过程中均伴随能量变化，但不一定都是热量变化，D 错误；故合理选项是 C。8已知 0.1 mol 硫黄完全燃烧时放出的热量为 29.6 kJ，对应的热化学方程式是ASO2=SO2 H=-296 kJmol-1BS(s)O2(g)=SO2(g)H=-29.6kJmol-1CS(s)O2(g)=SO2(g)H=-296kJmol-1DS(s)O2(g)=SO2(g)H=296kJmol-1【答案】C【解析】0.1mol 硫黄完全燃烧时放出的热量为 29.6kJ，则 1mol 硫磺完全燃烧放出 296kJ 的热量，焓变 H0，热化学方程式为：S(s)O2(g)=SO2(g)H=-296kJmol-1，答案选 C。9下列热化学方程式书写正确的是A-1223催化剂2N H N+3HH=-92.2k高温高压Jm olB-12221H(g)+O(g)=H O(l)H=-285.8kJ mol2C2222H(g)+O(g)=2H O(l)H=-571.6kJD-122C(石墨,s)+O(g)=C O(g)H=+393.5kJm ol【答案】B【解析】A没有标出物质的聚集状态，且反应条件可以省略，A 错误；BH2的燃烧为放热反应，物质的聚集状态及 H 都有标注，符合热化学方程式的书写要求，B 正确；C反应热的单位为 kJ/mol，C 错误；DC 的燃烧为放热反应，H 应为负值，D 错误；故选：B。10已知：-1221H(g)+Cl(g)=2HCl(g)H=-184.6kJ mol，则2211HCl(g)H(g)Cl(g)22=+的反应热2H是A192.3kJ mol-+B192.3kJ mol-C1184.6kJ mol-+D1369.2kJ mol-【答案】A【解析】由已知可得-1221111H(g)+Cl(g)=HCl(g)H=-184.6=-92.3kJ mol222，逆反应与正反应的热效应相反，则2211HCl(g)H(g)Cl(g)22=+2H=192.3kJ mol-+，故选：A。11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，放出 890.3 kJ 的热量。下列热化学方程式书写正确的是A2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H=-571.6 kJmol-1BCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H=-890.3 kJCCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H=-890.3 kJmol-1DCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H=890.3 kJmol-1【答案】A【解析】A 1mol 氢气完全燃烧生成液态水，放出 285.8kJ 热量，热化学反应方程式为 2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H=-571.6 kJmol-1，故 A 正确；B焓变的单位是 kJ/mol，不是 kJ，故 B 错误；C根据题意，甲烷燃烧生成液态水时的热化学反应方程式为 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H=-890.3 kJmol-1，气态水转化成液态水放出热量，因此 CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(g)H-890.3 kJmol-1，故 C 错误；D甲烷燃烧是放热反应，H0，故 D 错误；答案为 A。12已知强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热化学方程式为：+-12H+OHH O(l)H=-57.3kJ(aq)(aq)=mol。下列说法正确的是A该反应是吸热反应B该反应的生成物的总能量低于反应物的总能量C该化学方程式表示+1mol H和-1mol OH完全反应吸收57.3kJ的能量D由题给热化学方程式可推出+-122H(aq)+2OH(aq)=2H O(l)H=114.6kJ mol【答案】B【解析】A由题干信息可知，该反应的H0，则该反应是放热反应，A 错误；B由 A 项分析可知，该反应是放热反应，则该反应的生成物的总能量低于反应物的总能量，B 正确；C由 A 项分析可知，该化学方程式表示+1mol H和-1mol OH完全反应生成 1mol 液态 H2O 时放出57.3kJ的能量，C 错误；D已知反应热H的数值与反应的计量系数成正比，则由题给热化学方程式可推出+-122H(aq)+2OH(aq)=2H O(l)H=-114.6kJ mol，D 错误；故答案为：B。13下列关于热化学反应的描述中正确的是AHCl 和 NaOH 反应的中和热H=-57.3kJ/mol，则 H2SO4和 Ba(OH)2反应的中和热H=2(-57.3)kJ/molB甲烷的燃烧热H=-890.3kJ/mol，则 CH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(g)H-890.3kJ/molCCO(g)的燃烧热是 283.0kJ/mol，则 2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)反应的H=+566.0kJ/molD已知：500、30MPa 下，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4kJmol-1；将 1molH2和过量的 N2在此条件下充分反应，会放出热量 92.4kJ【答案】C【解析】A中和热概念是强酸、强碱的稀溶液完全反应生成 1mol 水放出的热量，中和热H=57.3kJ/mol，反应中还生成硫酸钡沉淀会影响能量变化，故 A 错误；B 燃烧热反应中对应生成的水为液态水，且气态水的能量比液态水的能量高，则 CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)H890.3kJmol1，故 B 错误；C若两个反应互为逆反应时，焓变的数值相同、符号相反，且物质的量与热量成正比，由 CO(g)的燃烧热是283.0kJ/mol，可知 2CO2(g)2CO(g)+O2(g)反应的H=+566.0kJ/mol，故 C 正确；D合成氨为可逆反应，氮气过量时，1.5molH2也不能完全转化，则此条件下充分反应，放出热量小于 46.2kJ，故 D 错误；故选 C。14依据事实写出下列反应的热化学方程式：（1）1molC2H5OH(l)完全燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l)，放出 1366.8kJ 热量_（2）1molC(石墨，s)与适量 H2O(g)完全反应生成 CO(g)和 H2(g)，吸收 131.3KJ 热量；_（3）25，101KPa 条件下，1g 甲醇燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l)放热 22.68KJ，则甲醇的燃烧热的热方程式为_【答案】（1）C2H5OH(l)3O2(g)2CO2(g)3H2O(l)H1366.8 kJmol1（2）C(石墨，s)H2O(g)CO(g)H2(g)H131.3 kJmol1（3）CH3OH(l)1.5O2(g)CO2(g)2H2O(l)H725.76 kJmol1【解析】（1）1molC2H5OH(l)完全燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l)，放出 1366.8kJ 热量，则热化学方程式为 C2H5OH(l)3O2(g)2CO2(g)3H2O(l)H1366.8 kJmol1；故答案为：C2H5OH(l)3O2(g)2CO2(g)3H2O(l)H1366.8 kJmol1。（2）1molC(石墨，s)与适量 H2O(g)完全反应生成 CO(g)和 H2(g)，吸收 131.3KJ 热量，则热化学方程式为 C(石墨，s)H2O(g)CO(g)H2(g)H131.3 kJmol1；故答案为：C(石墨，s)H2O(g)CO(g)H2(g)H131.3 kJmol1。（3）25，101KPa 条件下，1g 甲醇燃烧生成 CO2(g)和 H2O(l)放热 22.68KJ，则 1mol 甲醇燃烧放出热量为 725.76kJ，则甲醇的燃烧热的热方程式为 CH3OH(l)1.5O2(g)CO2(g)2H2O(l)H725.76 kJmol1；故答案为：CH3OH(l)1.5O2(g)CO2(g)2H2O(l)H725.76 kJmol1。15根据所给信息，书写对应的热化学方程式。（1）11.2L(标准状况)2H在足量2Cl中燃烧生成 HCl 气体，放出 91.5kJ 热量，其热化学方程式：_。（2）31.7g NH(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出 22.67kJ 的热量，其热化学方程式：_。（3）已知：223N(g)3H(g)2NH(g)+1H=92kJ mol-，请写出31mol NH分解对应的热化学方程式：_。若21mol N(g)和23mol H(g)在一定条件下发生反应，放出的热量_92kJ(填“大于”“小于”或“等于”)。【答案】（1）H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H=-183 kJ/mol（2）4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)H=-906.8 kJ/mol（3）NH3(g)12N2(g)+32H2(g)H=+46 kJ/mol 小于【解析】（1）由题意知，0.5 mol H2在 Cl2中完全燃烧放热 91.5 kJ，则 1 mol H2在 Cl2中完全燃烧放热 91.5 kJ2=183 kJ，对应的热化学方程式为：H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)H=-183 kJ/mol；（2）n(NH3)=1.7 g=0.1 mol17 g/mol，由题意知，0.1 mol NH3催化氧化生成 NO 和 H2O(g)放热 22.67 kJ，故 4 mol NH3催化氧化放热 906.8 kJ，对应热化学方程式为：4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)H=-906.8 kJ/mol；（3）由题意得 2 mol NH3完全分解吸热 92 kJ，则 1 mol NH3完全分解吸热 46 kJ，对应热化学方程式为：NH3(g)12N2(g)+32H2(g)H=+46 kJ/mol；由于该反应为可逆反应，故 1 mol N2不可能完全转化为 NH3，故放出的热量小于 92 kJ。16简答题，依据事实，写出下列反应的热化学方程式。（1）1molN2(g)与适量 H2(g)反应生成 NH3(g)放出 92.4kJ 热量，写出该反应的热化学方程式：_（2）1molC(s)与适量 H2O(g)反应生成 CO(g)和 H2(g)，吸收 131.5kJ 热量，写出该反应的热化学方程式：_（3）常温常压下，乙烯(C2H4)燃烧热H=1411.0kJmol-1，则表示乙烯燃烧热的热化学方程式_（4）常温常压下，乙醇【C2H5OH】(l)的燃烧热H=1366.8kJmol-1，则表示乙醇燃烧热的热化学方程式_（5）SiH4是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成固体 SiO2和液态 H2O。已知室温下，2gSiH4自燃放出 89.2kJ 热量，写出该反应的热化学方程式_【答案】（1）N2(g)+32H2(g)=2NH3(g)H=-92.4kJ/mol（2）C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H=+131.5kJkJ/mol（3）C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)H=-1411.0kJmol-1（4）C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)H=-1366.8kJmol-1（5）SiH4(g)+2O2(g)=SiO2(s)+2H2O(l)H=-1427.2kJmol-1【解析】书写热化学方程式除了要遵循书写化学方程式的要求外,还应注意必须注明各反应物、生成物的状态(s、1、g、aq)等要质的量与热量成正比,还要主要吸热放热的+、-号，还要注意中和热(1molH2O)、燃烧热(1mol 可燃物)的热化学方程式的书写，根据热化学方程式的书写方法解答；（1）1molN2(g)与适量 H2(g)反应生成 NH3(g)放出 92.4kJ 热量，该反应的热化学方程式：N2(g)+32H2(g)=2NH3(g)H=-92.4kJ/mol；（2）1molC(s)与适量 H2O(g)反应生成 CO(g)和 H2(g)，吸收 131.5kJ 热量，该反应的热化学方程式：C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)H=+131.5kJkJ/mol；（3）常温常压下，乙烯(C2H4)燃烧热H=-1411.0kJmol-1，乙烯燃烧热的热化学方程式：C2H4(g)+3O2(g)=2CO2(g)+2H2O(l)H=-1411.0kJmol-1；（4）常温常压下，乙醇【C2H5OH】的燃烧热H=-1366.8kJmol-1，乙醇燃烧热的热化学方程式：C2H5OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)H=-1366.8kJmol-1；（5）写出该反应化学方程式为：SiH4+2O2=SiO2+2H2O，2gSiH4自燃放出 89.2kJ 热量，1molSiH4放出的热量为：3289.22ggkJ=1427.2kJ，该反应的热化学方程式为：SiH4(g)+2O2(g)=SiO2(s)+2H2O(l)H=-1427.2kJmol-1；
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