2020高中化学 专题2第2单元 化学反应中的热量学案 苏教版必修2

第二单元化学反应中的热量

学习目标：1.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应等概念。2.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，能说出常见的能量转化形式。(重点)3.了解热化学方程式的含义，学会热化学方程式的书写和简单计算。(重点)4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。

[自主预习·探新知]

一、化学反应中的热量变化

1．化学反应中常见能量转化方式

(1)物质的燃烧反应是化学能转化为热能和光能。

(2)植物光合作用是光能转化为化学能。

(3)高温加热分解CaCO3是热能转化为化学能。

(4)闪电时产生NO是电能转化为化学能。

(5)水的电解是电能转化为化学能。

2．放热反应、吸热反应

(1)概念：有热量放出的化学反应称为放热反应，吸收热量的化学反应称为吸热反应。

(2)常见的放热反应和吸热反应

①常见的放热反应：燃烧反应、酸碱中和反应、大多数化合反应、铝热反应、活泼金属与酸或H2O的反应。

②常见吸热反应：氢氧化钡与氯化铵晶体的反应、大多数分解反应、碳与水蒸气的反应、以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应。

3．热化学方程式

(1)概念：能表示化学反应中放出或吸收热量的化学方程式。

(2)书写——“三字诀”

4．化学反应中能量变化的解释

(1)能量变化与化学键的关系

①若E1＞E2，为吸热反应。

②若E1＜E2，为放热反应。

(2)能量变化与物质总能量的关系

二、燃料燃烧释放的热量

1．当今社会的主要能源为煤、石油、天然气等化石燃料。

2．热值

热值指在一定条件下，单位质量的物质完全燃烧所放出的热量。质量相同的不同燃料，完全燃烧后放出的热量不相等。

3．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的能量变化

燃料燃烧放出热量的多少，等于形成生成物分子的化学键放出的总能量与燃烧时断裂反应物分子的化学键吸收的总能量之差。

4．以煤为例，探究提高燃料燃烧效率问题。

(1)煤燃烧时，将煤块粉碎成煤粉的依据是与空气中O2的接触面积增大，煤粉燃烧更充分，反应速率加快。

(2)通入适当过量空气的依据是空气充足，煤粉燃烧充分，生成CO2，放出热量多；若空气不足，煤燃烧不完全，生成CO，产生热量减少，且会造成污染。

(3)选择保温隔热且耐热的炉(灶)膛材料的主要目的是防止热量散失。

(4)充分利用煤燃烧后的废气中的热量可采取的措施是将燃烧后的废气通过交换装置，供其他方面使用。

[基础自测]

1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)物质发生化学反应时都伴有能量的变化。( )

(2)放热反应不需要加热就能发生。( )

(3)化学反应中的能量变化形式全部是热能。( )

(4)H2与Cl2反应的热化学方程式为H2＋Cl2===2HCl ΔH＝－184.5 kJ·mol－1。( )

【答案】(1)√(2)×(3)×(4)×

2．下列反应属于放热反应的是( )

A ．氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应

B ．能量变化如上图所示的反应

C ．化学键断裂吸收的热量比化学键形成放出的热量多的反应

D ．燃烧反应和酸碱中和反应

D [氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应属于吸热反应；如题图所示，生成物的总能量比反应物的总能量大的反应为吸热反应；化学键断裂吸收的热量比化学键形成放出的热量多的反应为吸热反应。]

3．下列对热化学方程式12H 2(g)＋12I 2(g)===HI(g) ΔH ＝26 kJ·mol －1

的叙述中，正确的是( )

A ．1 mol 氢气和1 mol 碘蒸气完全反应需要吸收26 kJ 的热量

B ．1个氢分子和1个碘分子完全反应需要吸收52 kJ 的热量

C ．1 mol H 2(g)与1 mol I 2(g)完全反应生成2 mol 的HI 气体需吸收52 kJ 的热量

D ．1 mol H 2(g)与1 mol I 2(g)完全反应放出26 kJ 的热量

C [热化学方程式的具体形式是表示一定物质的量、一定聚集状态的反应物完全反应生成一定聚集状态的生成物时的放热、吸热情况。只要依据书写热化学方程式的注意事项，对于本题就不难作出判断。在A 、B 、

D 三个选项中均未指明生成物的状态；A 、D 则未将反应的化学计量数与ΔH 正确对应起来；B 则无视热化学方程式中各物质前的化学计量数并不是表示分子个数的前提；D 将反应错认为是放热反应。]

[合 作 探 究·攻 重 难]

怎样利用键能解释并求算ΔH

[已知下列物质的键能：

H —H Cl —Cl H —Cl 键能/(kJ·mol －1

)

436.4

242.7

431.8

[思考交流]

(1)断键和成键能量如何变化？

【提示】 断键吸收能量，成键放出能量。

(2)对于反应：H 2(g)＋Cl 2(g)===2HCl(g)，反应过程中断裂化学键共吸收的能量是多少？形成化学键共放出的能量是多少？

【提示】 反应过程中断裂化学键共吸收的能量是436.4 kJ ＋242.7 kJ ＝679.1 kJ ，形成化学键共放出的能量是431.8 kJ×2＝863.6 kJ 。

(3)H 2(g)＋Cl 2(g)===2HCl(g)的ΔH 为多少？

【提示】ΔH＝679.1 kJ/mol－863.6 kJ/mol

＝－184.5 kJ/mol。

(4)利用键能如何计算反应的ΔH？写出一般计算式。

【提示】ΔH＝E(反应物)－E(生成物) (E为键能)。

1．吸热反应与放热反应的比较

吸热反应放热反应热量变化吸收热量放出热量理

论

解

释

能量角度

反应物的总能量小于生成物的

总能量

反应物的总能量大于生成物的总

能量

化学键角

度

旧键断裂吸收的能量大于形成

新键放出的能量

旧键断裂吸收的能量小于形成新

键放出的能量

图示

2.

(1)根据反应物和生成物的总能量计算

ΔH＝E(生成物)－E(反应物)。

(2)根据键能计算

ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和。

热化学方程式的书写

[

已知热化学方程式H2(g)＋

1

2

O2(g)===H2O(g) ΔH1＝－241.8 kJ·mol－1。

[思考交流]

(1)上述热化学方程式表示的意义是什么？

【提示】表示1 mol H2与

1

2

mol O2反应生成1 mol水蒸气放出热量241.8 kJ。

(2)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2中ΔH是多少？

【提示】ΔH2＝－483.6 kJ·mol－1。

(3)H2(g)＋

1

2

O2(g)===H2O(l) ΔH3，ΔH1与ΔH3是否相同？为什么？

【提示】不相同。水的状态不同，能量不同，ΔH不同。

书写热化学方程式应注意的问题

与普通化学方程式相比，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：

(1)ΔH的意义

ΔH只能写在标有反应物和生成物状态的化学方程式的右边，并用空格隔开。若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位一般为kJ·mol－1。

(2)反应的条件

书写热化学方程式时应注明ΔH的测定条件，一般情况下ΔH是在25 ℃、1.01×105 Pa下测定的，可不注明温度和压强。

(3)化学计量数

注意热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。

(4)物质的聚集状态

反应物和生成物的聚集状态不同，反应热ΔH不同。因此，必须注明物质的聚集状态才能完整地体现出热化学方程式的意义。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”表示。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。

(5)化学方程式中化学计量数与ΔH的关系

由于ΔH与反应完成的物质的物质的量有关，所以热化学方程式中化学式前面的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。当反应向逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。

[当堂达标·固双基]

题组1 化学反应中的能量变化

1．下列关于化学反应与能量的说法正确的是( )

A．中和反应是放热反应

B．H2燃烧时的能量变化如图所示

C．化学键断裂放出能量

D．反应物总能量与生成物总能量一定相等

A[A项，中和反应是放热反应，故正确；B项，氢气的燃烧反应是放热反应，而图示中反应物的能量低于生成物的能量，所示反应是吸热反应，故错误；C项，化学键断裂吸收能量，故错误；D项，化学反应中反应物总能量和生成物总能量不相等，故错误。]

2．如图所示，有关化学反应和能量变化的说法正确的是( )

A．图a表示的是吸热反应的能量变化

B．图b中生成物比反应物稳定

C．图b可以表示氯化铵晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体反应的能量变化

D．图a所示反应不需要加热就一定能发生，图b所示反应一定需要加热才能发生

C[A项，图a中反应物总能量高于生成物总能量，则表示的是放热反应的能量变化，故错误；B项，图b 中反应物总能量低于生成物总能量，能量越低越稳定，则反应物比生成物稳定，故错误；C项，图b中反应物总能量低于生成物总能量，属于吸热反应，可以表示氯化铵晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体反应的能量变化，故正确；D项，反应条件与反应是放热反应还是吸热反应没有必然联系，故错误。]

题组2 放热反应与吸热反应

3．下列反应属于吸热反应的是( )

①二氧化碳与灼热的炭反应生成一氧化碳

②葡萄糖在人体内被氧化分解

③锌粒与稀H2SO4反应制取H2

④Ba(OH)2·8H2O固体与NH4Cl固体反应

⑤植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖

A．②④B．①⑤ C．①③④⑤ D．①④⑤

D[①二氧化碳与灼热的炭反应生成一氧化碳是吸热反应；②葡萄糖在人体内被氧化分解是放热反应；③锌粒与稀H2SO4反应制取H2是放热反应；④Ba(OH)2·8H2O固体与NH4Cl固体的反应是吸热反应；⑤植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是吸热反应。]

4．将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。下列说法中不正确的是( )

A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应

B．该反应中，热能转化为产物内部的能量

C．反应物的总能量低于生成物的总能量

D．NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应

A[醋酸逐渐凝固，说明NH4HCO3粉末和盐酸的反应吸收热量，即NH4HCO3与盐酸的反应为吸热反应，A错误，D正确；该反应为吸热反应，即热能转化为产物内部的能量，B正确；因反应为吸热反应，故生成物的总能量高于反应物的总能量，C正确。]

题组3 热化学方程式的书写

5．在25 ℃、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( ) A．CH3OH(l)＋3/2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝725.8 kJ/mol

B ．2CH 3OH(l)＋3O 2(g)===2CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH ＝－1 452 kJ/mol

C ．2CH 3OH(l)＋3O 2(g)===2CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH ＝－725.8 kJ/mol

D ．2CH 3OH(l)＋3O 2(g)===2CO 2(g)＋4H 2O(l) ΔH ＝1 452 kJ/mol

B [放热反应焓变为负值，故A 、D 错误；1 g 甲醇燃烧生成CO 2和液态水时放热22.68 kJ,2 mol 甲醇燃烧放热约为1 452 kJ ，故B 正确。]

6．下列热化学方程式书写正确的是( ) A ．2SO 2＋O 2===2SO 3 ΔH ＝－196.6 kJ·mol －1 B ．H 2(g)＋12O 2(g)===H 2O(l) ΔH ＝241.8 kJ·mol －1

C ．2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH ＝－571.6 kJ·mol －1

D ．C(s)＋O 2(g)===CO 2(g) ΔH ＝393.5 kJ·mol －1

C [书写热化学方程式必须注意：①要注明反应物与生成物各物质的状态，A 错；②吸热反应ΔH >0，体系能量升高；放热反应ΔH <0，B 、

D 错。] 题组4 燃料燃烧释放的热量

7．下列说法中，不正确的是( )

【导学号：13572068】

A ．化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO 、SO 2等有害气体

B ．煤的气化和液化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径

C ．在使用化石燃料时，为使其充分燃烧，需要通入过量的空气

D ．增大燃料与空气的接触面积可以提高燃料的燃烧效率

C [燃料燃烧时，由于空气不足、燃料与空气接触面积有限等因素会导致燃料燃烧不充分，这样造成的后果是产生的热量少，造成资源的浪费，同时还会产生有害气体污染环境。要消除这些缺点，可采取如下措施：一是增大燃料与空气的接触面积；二是发展洁净煤技术，如煤的气化和液化；三是通入足量的空气，但是过量的空气又会带走部分热量，造成损失。综上所述，答案为C 。]

8．下列措施可以提高燃料燃烧效率的是( )

①提高燃料的着火点 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎 ④将液体燃料雾化处理 ⑤将煤进行气化处理 ⑥通入适当过量的空气

A ．①③④⑤

B ．②③⑤⑥

C ．③④⑤⑥

D ．①②③④

C [理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。③④⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。]