第一单元 化学反应中的热效应教案设计

化学反应中的热效应

【学习目标】

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．了解热化学方程式的含义，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。

4．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。

【学习过程】

一、反应热

1．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。

2．反应是否需要加热，只是引发反应的条件，与反应是放热还是吸热并无直接关系。许多放热反应也需要加热引发反应，也有部分吸热反应不需加热，在常温时就可以进行。

3．燃烧热：必须生成稳定的化合物，如C燃烧应生成CO2而不是CO，H2燃烧应生成液态水而不是气态水。

4．中和热：强酸和强碱在稀溶液中发生中和反应生成1 mol H2O，ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。弱酸代替强酸(或弱碱代替强碱)，因电离吸热，放出的热量减小，中和热减小。若用浓硫酸(或NaOH固体)，因溶解放热放出的热量增多，中和热增大。

二、反应热和焓变

1．理解反应热的两个角度

(1)从微观角度理解反应热

从微观的角度说，反应热是旧化学键断裂吸收的热量与新化学键生成放出的热量的差值，在下图中

a表示断裂旧化学键吸收的热量；

b表示新化学键生成放出的热量；

c表示反应热。

(2)从宏观的角度说，反应热是反应物的总能量与生成物的总能量差值，在上图中

a表示活化能；

b表示活化分子结合成生成物所释放的能量；

c表示反应热。

2．物质结构与稳定性和键能的关系

(1)键能越大，物质所含能量越低，物质越稳定，反之亦然。如卤化氢的稳定性按氟、氯、溴、碘依次减弱，其氢化物的能量依次增大，氢卤键的键能依次减小。

(2)物质所含能量越低，断裂其化学键所需能量越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。

三、热化学方程式的书写与判断

1．漏写反应物或生成物的聚集状态，其根本原因是没有认识到反应热与物质的聚集状态有关。

2．将ΔH的正、负混淆，其关键是没有体会到“＋”“－”分别表示吸收或放出热量后使体系本身的能量升高或降低了。

3．热化学方程式不用注明“点燃”、“加热”等条件。

4．未注意到化学计量数与反应热的数值的对应关系。

如：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－184.6 kJ·mol

11H2(g)＋Cl2(g)===HCl(g) 22ΔH＝－92.3 kJ·mol

5．燃烧热的热化学方程式，可燃物的化学计量数必须为1，且完全燃烧生成稳定的氧O2O2O2化物，C――→CO2(g)，H――→H2O(l)，S――→SO2(g)。

6．中和热的热化学方程式，要注意生成1 mol H2O，强酸强碱反应的中和热数值恒定为57.3，若弱酸或弱碱参加，则中和热值小于57.3。

四、热化学方程式书写的“七大”要点

1．注意ΔH的符号和单位

若为放热反应，ΔH为“－”；若为吸热反应，ΔH为“＋”。ΔH的单位为kJ·mol。

2．注意反应热的测定条件

书写热化学方程式时应注明ΔH的测定条件(温度、压强)，但绝大多数ΔH是在25 ℃、－1－1－1

101 325 Pa下测定的，此时可不注明温度和压强。

3．注意热化学方程式中的化学计量数

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，并不表示物质的分子数或原子数。因此化学计量数可以是整数，也可以是分数。

4．注意物质的聚集状态

反应物和产物的聚集状态不同，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”。热化学方程式中不用↑和↓。

5．注意ΔH的数值与符号

由于ΔH与反应完成的物质的量有关，所以ΔH必须与热化学方程式中化学式前面的化学计量数相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。

互为逆反应的反应热数值相等，但符号相反。

6．注意燃烧热和中和热

7．对于可逆反应的反应热(ΔH)是指完全反应时的反应热。

五、反应热的计算及其大小的比较方法

1．利用盖斯定律进行ΔH计算时的注意事项

(1)合理进行热化学方程式的叠加。热化学方程式的叠加类似于整式的运算，叠加时应遵循数学的运算规则，当需要将某一热化学方程式同乘以某一化学计量数时，各物质前的化学计量数和ΔH需同乘以该化学计量数，当某物质或ΔH移到“===”另一边时就变为异号。

(2)ΔH在进行加、减、乘等运算时，一定要注意其符号的改变，即ΔH的运算包括数值和符号的双重运算。

2．比较反应热大小的四个注意要点

(1)反应物和生成物的状态

物质的气、液、固三态的变化与反应热量的关系

(2)ΔH的符号：比较反应热的大小时，不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。

(3)参加反应物质的量：当反应物和生成物的状态相同时，参加反应物质的量越多，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。

(4)反应的程度：参加反应物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。

六、有关反应热计算的六种方法

1．利用热化学方程式进行求解

先写出热化学方程式，再根据热化学方程式中物质与反应热之间的比例关系直接求算反应热。

2．依据燃烧热数据直接求算反应热

Q＝燃烧热×n(可燃物的物质的量) 3．根据反应物和生成物的总能量计算

ΔH＝E(生成物)－E(反应物)。

4．根据反应物和生成物的键能计算

ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和。

5．根据盖斯定律计算

方法一：热化学方程式相加或相减，如由

C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1；

1C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH2；

21可得CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝ΔH1－ΔH2

2方法二：合理设计反应途径如由图可得：ΔH＝ΔH1＋ΔH2。

6．根据比热公式进行计算。

Q＝c·m·ΔT 【例题精讲】

知识点一:化学反应过程中能量的转换

例1．下列有关能量转换的说法正确的是(

)

A．煤燃烧是化学能全部转化为热能的过程

B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能

C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程

D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程

解析：煤燃烧时也转化为光能；葡萄糖氧化放出热量，化学能转化为热能，C错；应该太阳能转化为化学能，D错。

答案：B 知识点二：反应热的求算

例2．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S－F键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol F－F、S－F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为(

) A．－1 780 kJ·mol

C．－450 kJ·mol

－1－1B．－1 220 kJ·mol

D．＋430 kJ·mol

－1－1解析;本题考查的是化学键与化学反应中的能量变化。断裂1 mol化学键吸收的能量等于生成1 mol该化学键释放的能量。ΔH＝－(生成物成

－1键释放的总能量－反应物断键－1吸收的总能量)＝－(6×330－3×160－1×280) kJ·mol＝－1 220 kJ·mol。

答案:B 知识点三：热化学方程式的书写

例3．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。由此可见(

) 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．反应物的总能量高于生成物的总能量

D．反应的热化学方程式为NH4HCO3＋HCl===NH4Cl＋CO2↑＋H2O ΔH＞0 解析;醋酸逐渐凝固说明反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低，即NH4HCO3与HCl的反应为吸热反应，A项错误；因反应为吸热反应，即吸收的热量转化为产物内部的能量，故B项正确；因反应为吸热反应，则反应后生成物的总能量高于反应物的总能量，C项错误；书写热化学方程式时，应注明物质的状态，D项错误。

答案:B 知识点四：焓变的相关计算

例4．反应 A＋B ―→C(ΔH＜0)分两步进行：①A＋B―→X (ΔH＞0)，②X―→C(ΔH＜0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(

)

A

B

C

D 解析：A＋B―→C的ΔH<0，说明生成物的能量应低于反应物A、B的能量之和，A、B两项均错误；由于A＋B―→X的ΔH>0，说明X的能量应高于反应物A、B的能量之和，故错误，D项正确。

答案;D 知识点五：盖斯定律的含义

例5．已知反应：H2S(g)＋aO2(g)===X＋cH2O(l) ΔH，若ΔH表示该反应的标准燃烧热，则X为(

) A．S(s) C．SO3(g) B．SO2(g) D．SO3(l) 解析:根据标准燃烧热的定义可知，X必须是稳定的氧化物。

答案:B 知识点六：盖斯定律的理解

例6．强酸与强碱在稀溶液中发生中和反应的热化学方程式为H(aq)＋OH(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol，向3份同体积0.2 mol ·L

NaOH溶液中分别加入适量的稀醋酸、浓硫酸、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＞ΔH3

C．ΔH2＞ΔH1＞ΔH3

B．ΔH2＞ΔH3＞ΔH1

D．ΔH1＞ΔH3＞ΔH2

－1－1＋－解析：稀醋酸电离要吸热，浓硫酸溶于水要放热。稀醋酸、浓硫酸和稀硝酸与NaOH溶液反应生成等量水时浓硫酸放热最多，醋酸放热最小。

答案：D 知识点七：运用盖斯定律进行相关计算

例7．已知下列热化学方程式：

1①Zn(s)＋O2(g)===ZnO(s) 2ΔH1＝－351.1 kJ·mol

1②Hg(l)＋O2(g)===HgO(s) 2ΔH2＝－90.7 kJ·mol

由此可知Zn(s)＋HgO(s)===ZnO(s)＋Hg(l) ΔH3其中ΔH3的值是(

) A．－441.8 kJ·mol

C．－438.9 kJ·mol

－1－1－1－1B．－254.6 kJ·mol

D．－260.4 kJ·mol

－1－1解析：利用加和法①－②可得热化学方程式，ΔH3＝ΔH1－ΔH2。

答案：D