1、第一单元 化学反应的热效应第1课时 化学反应的焓变一、教学目标1了解反应热和化学反应的焓变的含义。2知道放热反应和吸热反应的概念，理解化学反应过程中能量变化的原因。3知道热化学方程式的含义和书写注意事项。4了解化学键与化学反应能量变化的关系。二、教学重难点焓变与化学反应吸热、放热的关系；热化学方程式的书写；利用键能计算反应热。三、教学过程 【课程引入】展示化学反应中能量变化的应用化学反应过程中既有物质变化，又有能量变化。人们广泛利用化学反应与能量的关系解释生产和生活现象，如生命体中糖类与氧气的反应为机体提供能量，生产、生活中燃料的燃烧等都是化学反应中能量变化的重要应用。 化学反应中能量变化的应
2、用能量的转换以发生化学变化的物质为基础，遵循能量守恒定律。释放或吸收热是化学反应中能量变化的主要形式之一，释放或吸收热的多少取决于化学反应中反应物的转化量。 提问：那么化学反应中能量到底怎样变化呢？【新知讲解】（一）化学反应的焓变1反应热在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热。对物质的量确定的体系而言，其中物质的各种能量的总和称为内能，它受温度、压强、物质的聚集状态和组成的影响。焓是与内能有关的物理量，用符号H表示。提问：焓的数值的变化称为什么？怎么表示？2焓变 焓的数值的变化称为焓变。在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反
3、应的焓变。严格地讲，焓变是指在恒压的条件下，体系仅做体积功，不做其他功（如电功等）的变化过程中的热效应。如不特别指明，化学反应的反应热就是该反应的焓变。焓变的符号用H表示，常用单位是kJmol-1。化学反应的焓变与温度、压强、反应物及生成物的聚集状态等因素有关。 思考讨论：从宏观角度分析，化学反应过程中为什么会有能量变化呢？ 从宏观角度分析，化学反应中的能量变化，是由于化学变化中反应物和生成物的总能量不同所导致的。一个化学反应是吸收能量还是释放能量，取决于反应物总能量和生成物总能量之间的相对大小。3吸热反应和放热反应（1）化学反应中的能量变化若反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应过程中吸收
4、能量；若反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应过程中释放能量。图形表示： 思考讨论：化学反应中的能量变化通常以热等形式表现出来。根据反应过程中是放出还是吸收能量，可将化学反应分为哪几类呢？可以把化学反应分为放热反应和吸热反应。（2）放热反应和吸热反应吸收热的反应称为吸热反应，吸热反应的H0，在数值前加正号（正号常省略）；放出热的反应称为放热反应，放热反应的H0，在数值前加负号。小结：利用物质具有的能量计算反应热：H=生成物的总能量-反应物的总能量思考讨论：试着举出常见的放热反应和吸热反应。（3）常见的放热反应和常见的吸热反应常见的放热反应：所有燃烧反应，如2CO + O22CO2；所有酸碱中
5、和反应，如2KOH + H2SO4=K2SO4 + 2H2O；活泼金属与H2O或酸的反应，如2Al + 6HCl=2AlCl3 + 3H2；绝大多数化合反应，如CaO + H2O=Ca(OH)2；部分特殊反应，如铝热反应、过氧化钠与水或CO2的反应、氨的催化氧化等。常见的吸热反应：绝大多数分解反应，如CaCO3CaO + CO2；铵盐与碱的反应，如2NH4Cl + Ba(OH)28H2O=BaCl2 + 2NH3 + 10H2O；以C、CO和H2为还原剂的氧化还原反应，如C + H2O(g)CO + H2；需要持续加热的反应。 结论：反应放热吸热与反应条件没有直接关系，如CO在O2中燃烧虽然需
6、要点燃条件，但该反应为放热反应。提问：物质在发生化学变化的同时，也伴随着能量的变化。物质的化学变化我们用化学方程式表示，如果我们要标明反应所放出或吸收的热量，怎么表示呢？ （二）热化学方程式 1概念 热化学方程式是指能够表示反应热的化学方程式。例如，热化学方程式H2(g) + O2(g)=H2O(l)H=285.8 kJmol1 提问：热化学方程式表示的意义是什么？ 2意义 热化学方程式不仅表明化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。 例如，H2(g) + O2(g)=H2O(l)H=285.8 kJmol1表示的意义是在25 、101
7、 kPa下，1 mol气态H2与mol气态O2反应生成1 mol液态水时，放出的热量是285.8 kJ。 讨论：观察下列几个热化学方程式，分析讨论书写热化学方程式时需要注意哪些问题。 2H2(g) + O2(g)=2H2O(l) H=571.6 kJmol1 H2(g) + O2(g)=H2O(l) H=285.8 kJmol1 2H2O(l)=2H2(g) + O2(g)H=571.6 kJmol1 H2O(l)=H2(g) + O2(g) H=285.8 kJmol1 3书写注意事项 （1）需要标明反应的温度、压强。因为反应时的温度和压强不同，焓变H也不同。若不标明温度和压强，则表示是在2
8、5 、101 kPa条件下的焓变。 （2）需要标明反应物和生成物的聚集状态。用英文小写字母在物质化学式后面用括号标明物质的聚集状态，因为反应的焓变与反应物和生成物的聚集状态有关。一般用g表示气体，l表示液体，s表示固体，aq表示水溶液。 （3）化学式前面的化学计量数表示物质的量，可以用整数或分数表示。但是必须和H的数值是一一对应的。例如，。 （4）同一化学反应，物质的化学计量数不同，反应的H也不同。例如，。 （5）在热化学方程式的右边注明H的正负号(正号常省略)、数值和单位。放热反应H为，吸热反应H为+。例如，。 （6）若一个反应的焓变H=a kJmol-1，则其逆反应的焓变H=a kJmol
9、-1，数值不变，符号相反。例如，。 实例分析：25 、101 kPa时，1 g甲烷气体完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水，放出55.64 kJ的热，写出该反应的热化学方程式。 提示：计算反应的焓变时，注意化学反应与H的数值是一一对应的。 分析过程： 解：甲烷燃烧的化学方程式为CH4 + 2O2CO2 + 2H2O 设1 mol甲烷完全燃烧放出的热为x，则有 解得x890.2 kJ 则该反应的热化学方程式为 CH4(g) + 2O2(g)=CO2(g) + 2H2O(l) H=890.2 kJmol-1 答：略。 思考讨论：从微观角度分析，化学反应过程中为什么会有能量变化呢？ 我们知道化学反应的实
10、质就是旧的化学键断裂和新的化学键形成的过程，接下来从化学键角度分析化学反应能量的变化。 （三）化学键与化学反应能量变化的关系 1实例分析 我们以氮气与氧气反应生成一氧化氮的反应为例来解释这一问题。 实验测得，1 mol N2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)时吸收182.6 kJ的热。N2(g) + O2(g)=2NO(g)反应的能量变化如图所示：N2(g)与O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化 由图可知，当1 mol N2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol NO(g)时，1 mol N2分子中的化学键断裂时需吸收946 kJ的能量，1 mol
11、O2分子中的化学键断裂时需吸收498 kJ的能量，而2 mol NO分子中的化学键形成时会释放632 kJmol-12 mol=1264 kJ的能量。化学反应N2(g)+O2(g)=2NO(g)的反应热应等于断裂反应物分子中的化学键吸收的总能量（946 kJmol-1+498 kJmol-1=1444 kJmol-1）与形成生成物分子中的化学键释放的总能量（1264 kJmol-1）之差，即吸热180 kJmol-1。分析结果与实验测定结果很接近。 提问：分析完这个实例，化学反应能量变化的本质是什么？化学键与化学反应能量变化有什么关系？ 2化学反应能量变化的本质 （1）微观角度，化学反应中的能
12、量变化，本质上是由于化学变化中旧化学键断裂时吸收的能量和新化学键形成时释放的能量不同所导致的。 （2）化学键与化学反应能量变化的关系 复习：断开气态物质中1 mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量，就是该共价键的键能。提问：利用键能数据如何计算化学反应的反应热？ 3利用键能数据计算反应热 用键能计算H时，H=反应物的总键能生成物的总键能 提问：从宏观和微观两个角度，怎么理解反应N2(g) + O2(g)=2NO(g)H=180 kJmol-1的能量变化？ 从宏观角度：1 mol N2(g)和1 mol O2(g)所具有的总能量2 mol NO(g)总能量； 从微观角度：断裂1 mol N2
13、和1 mol O2中化学键吸收的能量形成2 mol NO中化学键释放的能量。 总结：反应热的计算方法 宏观角度：H=生成物的总能量反应物的总能量 微观角度：H=反应物的总键能生成物的总键能 【典型例题】 例1下列说法正确的是（ ） A焓变是指在恒压、恒温下，体系不做体积功，只做其他功的变化过程的热效应 B书写热化学方程式时若不标明温度和压强，则表示是在0 、101 kPa条件下的反应热 C化学反应中的能量变化，是由化学反应中化学键断裂时吸收的能量与生成物中化学键形成时放出的能量不同所导致的 D吸热反应的H0，放热反应的H0解析：A焓变是指在恒压的条件下，体系仅做体积功，不做其他功（如电功等）的
14、变化过程中的热效应，故A错误；B书写热化学方程式时若不标明温度和压强，则表示是25 、101 kPa条件下的反应热，故B错误；C化学反应中断键需要吸收能量，成键需要释放能量，化学反应中的能量变化为断键吸收能量与成键释放能量相对大小决定，断键吸收能量大于成键释放能量，反应吸收能量，反之反应释放能量，故C正确；D吸热反应，生成物能量高于反应物，所以H0，放热反应生成物能量低于反应物能量，所以H0，故D错误。故选C。 答案：C 例2下列热化学方程式书写正确的是（ ） AH2(g) + O2(g)=H2O(l)H=285.8 kJmol-1 BN2 + 3H22NH3 H=92.2 kJmol-1 C
15、2H2(g) + O2(g)=2H2O(l)H=571.6 kJ DC(石墨，s) + O2(g)=CO2(g) H=393.5 kJmol-1 解析：A符合热化学方程式书写的规则，故A正确；B方程式中没有标出各物质的聚集状态，故B错误；C焓变的单位应为kJ/mol，故C错误；D该反应是放热反应，焓变的值应为负值，故D错误。故选A。 答案：A 例3已知：H2(g) + F2(g)=2HF(g) H=270 kJmol-1，下列说法不正确的是（ ） A该反应的逆反应是吸热反应 B该反应过程的能量变化可用下图表示 C在相同条件下，1 mol H2(g)与1 mol F2(g)的能量总和大于2 mo
16、l HF(g)的能量 D断裂1 molHH键和1 molFF键吸收的能量小于形成2 molHF键放出的能量 解析：A该反应的逆反应是吸热反应，故A正确；B该反应中，反应物的总能量比生成物的总能量高，故B错误；C该反应为放热反应，在相同条件下，1 mol H2(g)与1 mol F2(g)的能量总和大于2 mol HF(g)的能量，故C正确；D由于1 mol H2(g)和1 mol F2(g)生成2 mol HF(g)是放热反应，而反应热H=断键吸收的能量-成键放出的能量0，故断裂1 molHH键和1 molFF键吸收的能量小于形成2 molHF键放出的能量，故D正确。故选B。答案：B 例4在2
17、5 、101 kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，下列热化学方程式正确的是（ ） ACH3OH(l) + O2(g)=CO2(g) + 2H2O(l) H=+725.76 kJmol-1 B2CH3OH(l) + 3O2(g)=2CO2(g) + 4H2O(l) H=+1451.52 kJmol-1 C2CH3OH(l) + 3O2(g)=2CO2(g) + 4H2O(l) H=725.76 kJmol-1 D2CH3OH(l) + 3O2(g)=2CO2(g) + 4H2O(l) H=1451.52 kJmol-1 解析：1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热2
18、2.68 kJ，则1 mol甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热为22.68 kJ32=725.76 kJ，且物质的量与热量成正比，则甲醇燃烧的热化学方程式为CH3OH(l) + 3/2O2(g)=CO2(g) + 2H2O(l) H=725.76 kJmol-1或2CH3OH(l) + 3O2(g)=2CO2(g) + 4H2O(l) H=1451.52 kJmol-1。故选D。 答案：D 例5已知：键能数据如下：HHClClHCl键能（kJ/mol）436243a 下列有关H2(g)与Cl2(g)反应生成HCl(g)的说法正确的是（ ） AH2(g)与Cl2(g)热化学方程式可表示为：H2(g
19、) + Cl2(g)=2HCl(g)H=(2a679) kJ/mol BH2(g)与Cl2(g)反应一定是放热反应 C若a=431，则反应生成2 mol HCl时的H=183 kJ/mol D反应物的总能量小于生成物的总能量 解析：A焓变等于断裂化学键吸收的能量减去成键释放的能量，则热化学方程式可表示为：H2(g) + Cl2(g)=2HCl(g) H=(6792a) kJ/mol，故A错误；B该反应为燃烧反应，则为放热反应，故B正确；C生成2 mol HCl时H=(6792a) kJ/mol，a=431时H=183 kJ/mol，故C错误；D该反应为放热反应，反应物总能大于生成物总能量，故D
20、错误。故选B。 答案：B四、课堂小结 一、化学反应的焓变 1反应热 在化学反应过程中，当反应物和生成物具有相同温度时，吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热。 2焓变 在恒压的条件下，化学反应过程中吸收或释放的热即为反应的焓变。 符号：H 常用单位：kJmol-1。 3吸热反应和放热反应 （1）利用物质具有的能量计算反应热：H=生成物的总能量反应物的总能量 （2）吸收热的反应称为吸热反应，H0； 放出热的反应称为放热反应，H0。 二、热化学方程式 1概念：能够表示反应热的化学方程式。 2意义：热化学方程式不仅表明化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。还说明了物质的“量”与“能量”之间的数量关系。 3书写注意事项三、化学键与化学反应能量变化的关系 1化学键与化学反应能量变化的关系 2利用键能数据计算反应热：H=反应物的总键能生成物的总键能五、板书设计（一）化学反应的焓变1反应热2焓变3吸热反应和放热反应（二）热化学方程式1概念2意义3书写注意事项（三）化学键与化学反应能量变化的关系1实例分析2化学反应能量变化的本质3利用键能数据计算反应热 11 / 11
