61化学反应中的能量变化教案解析版

1第1讲化学反应中的能量变化考纲要求：1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3.了解焓变与反应热的含义。了解ΔH=H(反应产物)－H（反应物）表达式的含义。4.了解热化学方程式的含义。理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。5.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。考点一焓变反应热[教材知识层面]1．化学反应的实质与特征(1)实质：反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。(2)特征：既有物质变化，又伴有能量变化，通常主要表现为热量的变化。2．反应热和焓变(1)反应热：化学反应中放出或吸收的热量。(2)焓变：在恒压条件下化学反应的热效应，其符号为ΔH，单位是kJ/mol。3．吸热反应和放热反应(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析：(2)从化学键的变化角度分析：(3)常见的放热反应：①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化。(4)常见的吸热反应：①大多数分解反应；②盐类的水解和弱电解质的电离；③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应；④炭和水蒸2气、C和CO2的反应。4．测定中和反应的反应热(1)装置——简易量热计：(2)计算公式：Q＝－C(T2－T1)C表示溶液及量热计的热容，单位J·K－1，T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。(3)注意事项：①快速地将酸、碱溶液混合，并盖紧杯盖，减少实验过程中的热量散失。②为保证酸完全中和，采取的措施是碱稍过量。[高考考查层面]命题点1有关焓变的辨析理解焓变的“四”注意(1)任何化学反应都是新键断裂，旧键形成的过程，都伴随着能量的变化。(2)焓变不取决于部分反应物能量和部分生成物能量的相对大小。(3)物质的物理变化过程中，也会有能量的变化，但不属于吸热反应或放热反应。在进行反应热的有关计算时，必须要考虑到物理变化时的热效应，如物质的三态变化。(4)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。如吸热反应Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl在常温常压下即可进行，而很多放热反应需要在加热的条件下进行。[典题示例]判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)物质发生化学变化时都伴有能量的变化。()(2)化学变化中的能量变化都是化学能和热能间的相互转化。()(3)放热反应在任何条件都不能发生。()(4)伴有能量变化的物质变化都是化学变化。()(5)水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热。()(6)NH4NO3固体溶于水时吸热，属于吸热反应。()【答案】(1)√(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×3【解析】(2)化学反应中的能量变化也有化学能与光能或电能间的相互转化。(4)物质在三态变化中涉及能量变化，但三态变化不属于化学变化。(5)该过程是物理变化过程，其能量变化不能称为反应热。(6)该过程中没有新物质生成，不属于化学反应。2．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是()A．X的能量一定低于M的能量，Y的能量一定低于N的能量B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量【答案】D【解析】已知X＋Y===M＋NΔH＞0，说明X与Y总能量低于M与N总能量，A错误，D正确；破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，C错误；吸热反应有的不需要加热也可反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵混合搅拌即可发生反应，B错误。命题点2能量变化的图示分析解答能量变化图像题的“三”关键(1)注意活化能在图示中的意义。①从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能；②从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能。(2)催化剂只影响正、逆反应的活化能，而不影响反应的ΔH。(3)设计反应热的有关计算时，要切实注意图示中反应物和生成物的物质的量。[典题示例]1．某反应的反应过程中能量变化如图所示(图中E1表示正反应的活化能，E2表示逆反应的活化能)。下列有关叙述正确的是()A．该反应为放热反应B．催化剂能改变该反应的焓变C．催化剂能降低该反应的活化能D．逆反应的活化能大于正反应的活化能【答案】C【解析】A项，由图可以看出，反应物的总能量低于生成物的总能量，故该反应为吸热反应，A错；4B项，催化剂不能改变反应的焓变，B错；C项，由图像可以看出，催化剂能降低该反应的活化能，C正确；D项，由图像可以看出E1＞E2，即逆反应的活化能小于正反应的活化能，D错。2．下列反应符合如图所示的是()A．铝片与盐酸的反应B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应C．酸碱中和反应D．甲烷在氧气中的燃烧【答案】B【解析】图示反应物的总能量低，故为吸热过程，只有B项符合。[考点达标层面]1.已知某化学反应A2(g)＋2B2(g)===2AB2(g)(AB2的分子结构为B—A—B)的能量变化如图所示，下列有关叙述中正确的是()A．该反应的进行一定需要加热B．该反应的ΔH＝－(E1－E2)kJ/molC．该反应中反应物的键能总和大于生成物的键能总和D．断裂1molA—A键和2molB—B键放出E1kJ能量【答案】C【解析】由图可知这是一个吸热反应，但发生吸热反应不一定需要加热，A错误；吸热反应ΔH＞0，B错误，C正确；断键需要能量，D错误。2．氯原子对O3分解有催化作用：O3＋Cl===ClO＋O2ΔH1；ClO＋O===Cl＋O2ΔH2。大气臭氧层的分解反应是：O3＋O===2O2ΔH，该反应的能量变化示意图如图所示：5下列叙述中，正确的是()A．反应O3＋O===2O2的ΔH＝E1－E3B．O3＋O===2O2是吸热反应C．ΔH＝ΔH1＋ΔH2D．大气层中的臭氧无法再生【答案】C【解析】从图像中分析，总反应的能量变化应为E2与E3的差值，A错误；O3和O的能量要高于2O2的能量，故O和O3反应生成O2的反应为放热反应，B错误；从盖斯定律知，将两个反应叠加即得总反应，则ΔH也是由两个反应的焓变相加而得的，C正确；大气层中的臭氧可以再生，D错误。命题点3中和反应反应热的测定[典题示例]1．为了测量某酸碱反应的中和热，计算时至少需要的数据是()①酸的浓度和体积②碱的浓度和体积③比热容④反应后溶液的质量⑤生成水的物质的量⑥反应前后温度变化⑦操作所需的时间A．①②③④B．①③④⑤C．③④⑤⑥D．全部【答案】C【解析】写出在测量并计算反应放出的热量时用到的公式为：Q＝mcΔt，理解各符号表示的物理意义即可：m表示④反应后溶液的质量，c表示③比热容，Δt表示⑥反应前后温度变化，C正确。2．将V1mL1.0mol·L－1盐酸溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液的温度，实验结果如右图所示(实验中始终保持V1＋V2＝50mL)。下列叙述正确的是()A．做该实验时环境温度为22℃6B．该实验表明化学能可以转化为热能C．NaOH溶液的浓度约是1.00mol·L－1D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应【答案】B【解析】由图可知，加入5mL盐酸时混合液的温度达到22℃，故环境的温度应低于22℃；反应放热，由化学能转化为热能；恰好反应时放出热量最多，NaOH溶液的浓度为：1.0mol·L－1×30×10－3L20×10－3L＝1.5mol·L－1；有水生成的反应不一定是放热反应，如Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O是吸热反应。[方法技巧]测定中和反应的反应热“四”注意(1)酸碱溶液应当用稀溶液(0.1～0.5mol·L－1)。若溶液浓度过大，溶液中阴、阳离子间的相互牵制作用就大，电离程度达不到100%，这样使酸碱中和时产生的热量会消耗一部分补偿电离时所需的热量，造成较大误差。(2)使用两只量筒分别量取酸和碱。(3)使用同一支温度计，分别先后测量酸、碱及混合液的最高温度，测完一种溶液后，必须用水冲洗干净并用滤纸擦干。(4)取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算，而不是结果的平均值，计算时应注意单位的统一。[考点达标层面]1．强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)ΔH＝－57.3kJ/mol，向1L0.5mol·L－1的NaOH溶液中加入下列物质：①稀醋酸；②浓H2SO4；③稀硝酸，恰好完全反应的热效应ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系正确的是()A．ΔH1＞ΔH2＞ΔH3B．ΔH1＜ΔH3＜ΔH2C．ΔH1＝ΔH3＞ΔH2D．ΔH1＞ΔH3＞ΔH2【答案】D【解析】浓硫酸溶于水放热；稀醋酸与氢氧化钠溶液反应过程中醋酸电离吸热。2．利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：①用量筒量取50mL0.50mol·L－1盐酸倒入小烧杯中，测出盐酸温度；②用另一量筒量取50mL0.55mol·L－1NaOH溶液，并用另一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测得混合液最高温度。回答下列问题：7(1)所用NaOH溶液要稍过量的原因是_____________________________。(2)倒入NaOH溶液的正确操作是______________(填序号)。A．沿玻璃棒缓慢倒入B．分三次少量倒入C．一次迅速倒入(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________(填序号)。A．用温度计小心搅拌B．揭开硬纸片用玻璃棒搅拌C．轻轻地振荡烧杯D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动(4)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1L1mol·L－1的稀盐酸恰好完全反应，其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，则ΔH1、ΔH2、ΔH3的大小关系为________________________________________________________________________。(5)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1g·cm－3，又知中和反应后生成溶液的比热容c＝4.18J·g－1·℃－1。为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：实验序号起始温度t1/℃终止温度t2/℃盐酸氢氧化钠溶液混合溶液120.020.123.2220.220.423.4320.520.623.6依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝________(结果保留一位小数)。(6)________(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【答案】(1)确保盐酸被完全中和(2)C(3)D(4)ΔH1＝ΔH2ΔH3(5)－51.8kJ·mol－1(6)不能H2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热【解析】(1)在中和热的测定实验中为了确保反应物被完全中和，常常使加入的一种反应物稍微过量一些。(2)为了减少热量损失，倒入NaOH溶液应该一次迅速倒入。(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作：用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动。(4)稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离，它们的中和热相同，稀氨水中的溶质是弱电解质，它与盐酸的反应中一水合氨的电离要吸收热量，故中和热数值要小一些。(5)取三次实验的平均值代入公式计算即可。(6)因为硫酸与Ba(OH)2溶液反应生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热，故不能用Ba(OH)2溶8液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸。考点二热化学方程式的书写与正误判断[教材知识层面]1．概念：表示参与化学反应的物质的物质的量和反应