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第一章化学反应与能量第一节化学反应与能量的变化第1课时化学反应与能量的变化目标导航预习导学学习目标重点难点1.知道键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因;2.通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化;3.能举例说明化学能与热能的相互转化,了解反应热和焓变的含义1.理解化学反应中物质变化和能量变化的实质,学会从微观角度认识化学反应的反应热及焓变;2.认识热化学方程式的意义并能正确书写热化学方程式1.焓变反应热当化学反应在一定的温度下进行时,反应所吸收或放出的热量称为该反应在此温度下的热效应,简称反应热。反应在恒压条件下进行时,反应热等于焓变,用符号ΔH表示,其单位常用kJ·mol-1。目标导航预习导学2.化学反应中能量变化的原因化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程。任何化学反应都伴随能量变化,这是由于在化学反应过程中,当反应物分子中的化学键断裂时,需要克服原子间的相互作用,这需要吸收能量;当原子重新结合成分子,即新化学键形成时,又要释放能量。如果反应完成时,形成生成物释放的总能量比破坏反应物吸收的总能量大,就是放热反应。反之则是吸热反应。对于放热反应,由于反应放出能量(释放给环境)而使反应体系的能量降低。因此,规定放热反应的ΔH为“-”。反之,对于吸热反应,由于反应通过加热、光照等吸收能量(能量来自环境)而使反应体系的能量升高。因此,规定吸热反应的ΔH为“+”。所以,当ΔH为“-”或ΔH0时,为放热反应;当ΔH为“+”或ΔH0时,为吸热反应。目标导航预习导学预习交流1ΔH的单位kJ/mol或kJ·mol-1的含义是什么?答案:ΔH的单位“kJ·mol-1”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,而是指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变化。目标导航预习导学3.热化学方程式(1)表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式,叫做热化学方程式。热化学方程式不仅表明了化学反应中物质的变化,也表明了化学反应中能量的变化。(2)热化学方程式的表达含义:H2(g)+12O2(g)H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1,表示在25℃、101kPa,1molH2与12molO2完全反应生成1mol液态水时放出的热量为285.8kJ。(3)热化学方程式中各物质前的化学计量数只表示物质的量,不表示分子个数,因此,它可以是整数,也可以是分数。对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其ΔH不同。目标导航预习导学预习交流2同一个化学反应,是否只有一种形式的热化学方程式?答案:热化学方程式表示参加反应的物质的物质的量和反应热的关系,而ΔH的值与参加反应的物质的物质的量有关,故热化学方程式中物质的化学计量数不同时,ΔH也不同,一个化学反应,可有多种形式的热化学方程式。目标导航预习导学问题导学当堂检测2311.焓变与反应热活动与探究1下图是H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)反应的能量变化示意图;实验测得1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时放出184.6kJ的热量。请你从微观的角度分析反应热产生的原因。通过分析,你能形成什么样的规律?问题导学当堂检测231答案: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;反应放出的热量为:862kJ-679kJ=183kJ。任何化学反应都有反应热,这是由于反应物中旧化学键断裂时,需要克服原子间的相互作用而吸收能量,当原子重新形成生成物中的新化学键时,又要释放能量,新化学键形成时所释放的总能量与反应物中旧化学键断裂时所吸收的能量的差就是此反应的反应热。问题导学当堂检测231迁移与应用已知断开1molH—H键吸收的能量为436kJ,断开1molH—N键吸收的能量为391kJ,根据化学方程式:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1,则断开1molN≡N键吸收的能量是()A.431kJ·mol-1B.945.6kJ·mol-1C.649kJ·mol-1D.869kJ·mol-1问题导学当堂检测231解析:ΔH=反应物中断键吸收的总能量-生成物中成键释放的总能量。所以-92.4kJ·mol-1=436kJ·mol-1×3+E(N≡N)-2×391kJ·mol-1×3,故E(N≡N)=945.6kJ·mol-1。答案:B问题导学当堂检测231反应热(ΔH)的计算方法ΔH三种表达式为:①ΔH=吸收的能量-释放的能量;②ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量;③ΔH=反应物的键能之和-生成物的键能之和。三者的内在含义都是一样的,均为反应体系与外界环境之间能量交换的差值。问题导学当堂检测2312.物质能量的高低、物质的稳定性与物质所含化学键的能量的关系活动与探究2已知由石墨制备金刚石的反应为:C(石墨,s)C(金刚石,s)ΔH=+1.9kJ·mol-1(1)质量相同的金刚石与石墨,哪种能量高?(2)金刚石与石墨,哪种稳定性高?(3)金刚石与石墨中,哪种物质中的C—C键的键能大?问题导学当堂检测231答案:(1)由石墨制备金刚石的反应可知,石墨转化为金刚石的反应为吸热反应,因此,可知质量相同的金刚石与石墨,金刚石能量高。(2)物质具有的能量越高,越不稳定。金刚石与石墨相比,石墨稳定性较高。(3)物质越稳定,其化学键被破坏时需要吸收的能量越多,即键能越大。金刚石与石墨比较,石墨中的C—C键的键能较大。问题导学当堂检测231思考与交流能否根据化学反应的条件判断一个反应是吸热反应还是放热反应?答案:不能。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。与反应条件没有必然联系,放热反应和吸热反应在一定条件下都能发生。反应开始时需加热的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应,如煤的燃烧是放热反应,但开始时需加热引燃。问题导学当堂检测231放热反应与吸热反应的比较类型比较放热反应吸热反应定义有热量放出的化学反应吸收热量的化学反应形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键强弱的关系生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量问题导学当堂检测231表示方法ΔH0ΔH0图示实例①物质的燃烧;②中和反应;③多数化合反应;④活泼金属与水或酸的反应①多数分解反应;②碳与CO2、水蒸气的反应等;③盐的水解;④Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应问题导学当堂检测2313.热化学方程式活动与探究3(1)谈一谈你对热化学方程式及其意义的认识,及如何书写热化学方程式?答案:表明反应所放出或吸收的热量的化学方程式,叫做热化学方程式。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。书写步骤:a.写出化学方程式;b.标明各物质的聚集状态;c.注明反应的温度和压强(对于25℃、101kPa时进行的反应,可以不注明);d.写出ΔH的值并标明“+”与“-”;e.检查化学计量数和ΔH值是否对应。(2)书写热化学方程式为什么要注明物质的状态?化学计量数与ΔH又有何关系?答案:书写热化学方程式要注明物质的聚集状态,因为物质呈现哪一种聚集状态(气、液、固)与它们所具有的能量有关。例如:水以蒸汽状态存在时所具有的能量与以液态或固态存在时所具有的能量是不同的。化学计量数与ΔH的关系:热化学方程式中,物质前面的化学计量数不表示分子个数。因此它可以是整数,也可以是分数,对于相同物质的反应,当化学计量数不同时,其ΔH也不同。问题导学当堂检测231迁移与应用1.由氢气和氧气反应生成1mol气态水放热241.8kJ,写出该反应的热化学方程式。解析:先写出并配平该反应的化学方程式H2+1/2O2H2O,再注明该反应的反应物、生成物的聚集状态,ΔH的数值要与氢气的化学计量数相对应,则该反应的热化学方程式应为:H2(g)+1/2O2(g)H2O(g)ΔH=-241.8kJ·mol-1答案:H2(g)+1/2O2(g)H2O(g)ΔH=-241.8kJ·mol-1问题导学当堂检测2312.在25℃、101kPa下,1g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68kJ,下列热化学方程式正确的是()A.CH3OH(l)+32O2(g)CO2(g)+2H2O(l)ΔH=+725.8kJ·mol-1B.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)ΔH=-1452kJ·mol-1C.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)ΔH=-725.8kJ·mol-1D.2CH3OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+4H2O(l)ΔH=+1452kJ·mol-1解析:观察一下反应物、生成物的聚集状态,均符合要求,因为该反应是放热反应,ΔH应为“-”,A、D错误。B、C只是反应热的数值不同,通过计算可知:2molCH3OH燃烧放出的热量为22.68kJ·g-1×32g·mol-1×2mol=1451.5kJ≈1452kJ,故本题应选B。答案:B问题导学当堂检测231问题导学当堂检测231热化学方程式书写注意事项:1.热化学方程式要注明反应的温度、压强(298K,101kPa时一般不写);ΔH的单位常用kJ·mol-1。2.要注明反应物和生成物的聚集状态,常用s、l、g分别表示固体、液体、气体。不标明沉淀符号或气体符号。3.ΔH的值必须与方程式的化学计量数对应。计量数加倍时,ΔH也要加倍。当反应逆向进行时,其ΔH与正反应的数值相等,符号相反。4.方程式中的化学计量数以“mol”为单位,不表示分子数,因此可以是整数,也可以是小数或分数。5.可逆反应的ΔH表明的是完全反应时的数据。6.有机反应一般也用“”。1.下列说法中不正确．．．的是()A.分解反应大多数是吸热反应B.氢氧化钾与硝酸的反应是放热反应C.燃料有足够的空气就能充分燃烧D.放热反应的过程,都可以看成是“贮存”在物质内部的能量转化为热能、光能、电能等被释放出来的过程12345答案解析解析关闭解析:分解反应大多需提供热量破坏化学键,因而多数是吸热反应,A项正确;酸碱中和反应是典型的放热反应,B项正确;物质要燃烧,首先要达到着火点,即达到所需要的温度,其次要有足够的空气或其他反应物,C项错误;因化学反应的过程是“贮存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来,或者是热能、电能或光能转化为物质内部的能量(化学能)被储存起来的过程,D项正确。答案解析关闭C问题导学当堂检测12345问题导学当堂检测答案解析解析关闭解析:在化学反应中,发生物质变化的同时一定伴随能量的变化,因此A项错误。ΔH0表示吸热反应,ΔH0表示放热反应,因此B项错误。ΔH的大小与热化学方程式中的各物质的化学计量数有关,因此C项错误。反应产物的总焓大于反应物的总焓,即反应为吸热反应,ΔH0,因此D项正确。答案解析关闭D2.下列说法中正确的是()A.在化学反应中,发生物质变化的同时不一定发生能量变化B.ΔH0表示放热反应,ΔH0表示吸热反应C.ΔH的大小与热化学方程式中的各物质的化学计量数无关D.反应产物的总焓大于反应物的总焓时,ΔH03.(2012·重庆理综,12)肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示。已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ):N≡N为942、OO为500、N—N为154,则断裂1molN—H键所需的能量(kJ)是()A.194B.391C.516D.65812345问题导学当堂检测答案解析解析关闭解析:由题中的图像可以看出断裂1molN2H4(g)和1molO2(g)中的化学键所要吸收的能量为:2752kJ-534kJ=2218kJ设断裂1molN—H键所需要的能量为x则:154kJ+4x+500kJ=(2752-534)kJ解得x=391kJ。答案解析关闭B4.SF6是一种优良