第八单元　化学反应与能量 第1节　化学反应与能量变化  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。
一、焓变　反应热 1．焓变 化学反应放出或吸收的能量，符号：________________，单位：____________。 2．吸热反应和放热反应 （1）从化学键的角度分析
[来源:学|科|网] （2）从能量守恒的角度分析
即时训练1 下列过程属于吸热过程的是__________、属于放热过程的是__________。 ①反应物的总能量大于生成物的总能量　②ΔH＞0　③发生反应时，断开反应物的化学键吸收的总能量大于生成生成物时形成新化学键放出的总能量　④氢气燃烧　⑤NaOH＋HCl===NaCl＋H2O　⑥NH4Cl＋H2O
NH3·H2O＋HCl　⑦NaOH固体溶于水　⑧电能转变为化学能　⑨化学能转变为光能　⑩工业合成氨 特别提示：（1）吸热反应、放热反应研究对象必须是化学反应。 （2）常见的放热反应有：①所有的燃烧反应，②酸碱中和反应，③金属与酸或水的反应，④大多数化合反应；常见的吸热反应有：①盐的水解、弱电解质的电离，②Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应，③C与CO2、C与H2O的反应，④大多数分解反应。 （3）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NH4Cl与Ba（OH）2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才能进行。 二、热化学方程式 1．定义：表示________________和______关系的化学方程式。 2．意义：表明化学反应中的____变化和____变化，如H2（g）＋O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1表示的意义：发生上述反应生成1 mol H2O（g）后放出______ kJ的热量。 即时训练2 写出1 mol C（s）与适量水蒸气反应，生成CO（g）和H2（g），吸收131.5 kJ热量的热化学方程式：_____________________________________________________。 特别提示：对于可逆反应中反应热ΔH的意义。如SO2（g）＋O2（g）
SO3（g）　ΔH＝－Q kJ·mol－1表示的意义是1 mol SO2（g）与 mol O2（g）完全反应生成1 mol SO3（g），放出Q kJ热量，反应热ΔH的数值与化学平衡的移动无关。实际实验中，1 mol SO2（g）与 mol O2（g）混合反应后放出的热量小于Q kJ。 三、燃烧热与中和热 1．燃烧热 （1）概念：101 kPa时，______mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，单位______
。 （2）注意： ①量——可燃物为1 mol； ②产物——元素完全燃烧时对应的稳定氧化物，C：______；H：______；S：______。 2．中和热 （1）概念：稀的______酸与稀的______碱中和时生成________水均放出的热量。 （2）注意： ①量——生成物为1 mol水； ②中和反应的对象——稀的强酸与稀的强碱溶液。弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应生成1 mol水时放出的热量均小于57.3 kJ，浓硫酸或浓氢氧化钠溶液参加中和反应生成1 mol水时放出的热量均大于57.3 kJ。 3．中和热的测定 （1）装置如图
（2）注意事项 ①碎泡沫塑料及泡沫塑料板的作用是________________________。 ②为保证酸、碱完全中和，常使____稍稍过量。 ③实验中若使用弱酸或弱碱，会使测得数值____。 即时训练3 （1）氢气的燃烧热为－283.0 kJ·mol－1表示的意义是_______________。 （2）稀硫酸与稀NaOH溶液反应、稀盐酸与稀Ba（OH）2溶液反应均生成1 mol H2O，放出的热量是否相等？答：_____________________________________________________。 （3）在中和热的测定中用到的玻璃仪器有：__________________________________。 特别提示：（1）反应热、燃烧热、中和热均有单位，单位均为kJ·mol－1。 （2）中和热是一定值ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，燃烧热、中和热的数值与参加反应的量的多少无关，但在分析时要注意反应物及生成物的状态及类别（强酸、强碱、弱酸、弱碱）。 四、盖斯定律 盖斯定律：不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是______，只与反应体系的____和____有关，而与反应途径无关。 如由A到B可以设计如下两个途径： 途径一：A→B 途径二：A→C→B
则焓变ΔH、ΔH1、ΔH2的关系为________________________。 即时训练4 已知Zn（s）＋O2（g）===ZnO（s）　ΔH＝－351.1 kJ·mol－1；Hg（l）＋O2（g）===HgO（s）　ΔH＝－90.7 kJ·mol－1，由此可知Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）的反应热ΔH＝________________。
一、热化学方程式的书写及正误判断 热化学方程式是一种表示反应过程中的物质变化和能量变化的化学用语。与普通方程式相比，书写时除了要遵循化学方程式的要求外，还应注意以下四点： 1．注明物质的状态 反应物或产物的聚集状态不同，反应热ΔH不同，因此书写热化学方程式必须注明物质的聚集状态：气体（g）、固体（s）、液体（l）、稀溶液（aq）及同分异构体。 2．注意反应条件 反应热与测定条件有关，因此书写热化学方程式注明反应的温度和压强（若是101 kPa和25 ℃可不注明）。 3．注意ΔH的“－”和“＋”及单位 注明ΔH的“－”和“＋”及单位（kJ·mol－1），“＋”不能省略。 4．注意热化学方程式的计量数 热化学方程式的计量数只能表示物质的量，不能表示分子个数，所以可以是整数，也可以是分数。对于相同物质的反应，化学计量数不同，ΔH也不同。所以ΔH的数值要与方程式中的化学计量数相一致（多数条件下都需要依题所给数据进行计算而得ΔH）。 【例1－1】 下列热化学方程式或离子方程式中，正确的是（　　）。 A．甲烷的标准燃烧热为－890.3 kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为：CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1 B．500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3（g），放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2（
g）＋3H2（g）
2NH3（g）　ΔH＝－38.6 kJ· mol－1 C．HCl和NaOH反应的中和热 ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则H2SO4和Ca（OH）2反应的中
和热ΔH＝2×（－57. 3）kJ·mol－1 D．在101 kPa时，2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式表示为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 【例1－2】 （1）由C、S形成的液态化合物CS20.2 mol在O2中完全燃烧，生成两种气态氧化物，298 K时放出热量215 kJ。该反应的热化学方程式为_____________________。 （2）我国两次成功发射“神舟”载人飞船，火箭用的燃料是液态的偏二甲肼（C2H8N2）和四氧化二氮，若0.1 mol液态偏二甲肼与液态N2O4完全反应，生成气态N2、H2O和CO2，同时放出a kJ热量，该反应的氧化剂是__________（填化学式）；试写出该反应的热化学方程式：__________________________________________________。 二、反应热的计算 1．盖斯定律 若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变ΔH即为这几个化学反应的焓变的代数和。如①H2（g）＋O2（g）===H2O（g）　ΔH1；②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2；③H2O（g）===H2O（l）　ΔH3；因为③＝×②－①，所以ΔH3＝×ΔH2－ΔH1。 2．根据化学键计算 ΔH＝反应物断键所吸收的能量总和－生成物成键所释放的能量总和。 3．根据反应物和生成物的能量计算 ΔH＝生成物具备的总能量－反应物具备的总能量。常见题型如下。
图Ⅰ：ΔH＝E2－E1＜0，该反应为放热反应； 图Ⅱ：ΔH＝E3－E1＜0，该反应为放热反
应； 图Ⅲ：ΔH＝（508－600） kJ·mol－1＜0，该反应为放热反应。 4．利用热化学方程式进行相关量的计算 先写出热化学方程式，再根据热化学方程式所体现的物质之间、物质与反应热之间的关系，求算物质的量或反应热。 【例2－1】 （1）已知下列反应的热化学方程式为：C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1 CH3COOH（l）＋2O2（g）===2CO2（g）＋ 2H2O（l）　ΔH2＝－ 870.3 kJ·mol－1 H2（g）＋O2（g）===H2O（l）　ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1 则2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）===CH3COOH（l）的反应热ΔH为______。 （2）利用甲烷催化还原NO2：CH4（g）＋4NO2（g）===4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－574 kJ·mol－1
CH4（g）＋4NO（g）===2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－1 160 kJ·mol－1 甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_______________________________。 方法归纳 计算反应热时要注意： （1）反应热与反应物、生成物的物质的量成正比； （2）热化学方程式中物质相加减时，要注意物质状态及反应热的“＋”“－”； （3）书写热化学方程式的逆反应时，ΔH的数值不变，但符号相反。[来源:学科网ZXXK] 【例2－2】 已知：2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（
l）　ΔH＝－890 kJ·mol－1 现有H2与CH4的混合气体112 L（标准状况），使其完全燃烧生成CO2和H2O（l），若实验测得反应放热3 695 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是（　　）。 A．1∶1 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶3
1．（高考集萃）下列叙述中正确的是（　　）。 A．（2012安徽理综）科学家最近研究出一种环保、安全的储氢方法，其原理可表示为：NaHCO3＋H2===HCOONa＋H2O。储氢、释氢过程均无能量变化 B．（2012福建理综）2SO2（g）＋O2（g）===2SO3（g）和4SO2（g）＋2O2（g）===4SO3（g）的ΔH相等[来源:学_科_网] C．（2012浙江理综）利用太阳能在催化剂参与下分解水制氢是把光能转化为化学能的绿色化学方法 D．（2011北京理综）25 ℃、101 kPa下，已知：①2Na（s）＋O2（g）===Na2O（s）　ΔH1＝－414 kJ·mol－1　②2Na（s）＋O2（g）===Na2O2（s）　ΔH2＝－511 kJ·mol－1可知：Na2O2（s）＋2Na（s）===2Na2O（s）　ΔH＝ －317 kJ·mol－1 2．（2012大纲全国卷，9）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（　　）。
3．（2013山东枣庄期中）下列说法不正确的是（　　）。 A．反应是放热还是吸热必须看生成物和反应物所具有的总能量的相对大小 B．绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能储存起来 C．吸热反应中由于反应物的总能量小于生成物的总能量，因而无利用价值 D．物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能为人类所利
用 4．（1）（2012课标全国理综）工业上利用天然气（主
要成分为CH4）与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热（ΔH）分别为－890.3 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1和－283.0 kJ·mol－1，则生成1 m3（标准状况）CO所需热量为__________； （2）（2012广东理综）碘也可用作心脏起搏器电源——锂碘电池的材
料。该电池反应为： 2Li（s）＋I2（s）===2LiI（s）　ΔH 已知：4Li（s）＋O2（g）===2Li2O（s）　ΔH1[来源:学科网] 4LiI（s）＋O2（g）===2I2（s）＋2Li2O（s）　ΔH2 则电池反应的ΔH＝______；碘电极作为该电池的____极。 （3）（2012海南化学）肼（N2H4）可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。 已知：①N2（g）＋2O2（g）===N2O4（l）　ΔH1＝ －1
9.5 kJ·mol－1 [来源:学科网] ② N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH2＝－534.2 kJ·mol－1 写出肼和N2O4 反应的热化学方程式________________________________
______。 5．（1）（2012江苏化学）真空碳热还原氯化法可实现由铝土矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下： Al2O3（s）＋AlCl3（g）＋3C（s）===3AlCl（g）＋3CO（g）　ΔH＝a kJ·mol－1 3AlCl（g）===2Al（l）＋AlCl3（g）　ΔH＝b kJ·mol－1 反应Al2O3（s）＋3C（s）===2Al（l）＋3CO（g）的ΔH＝________kJ·mol－1（用含a、b的代数式表示）。 （2）（2012北京理综）用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A，可实现氯的循环利用。反应A：4HCl＋O2
2Cl2＋2H2O 已知：i.反应A中， 4 mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的热量。 ii.
①反应A的热化学方程式是______________________________________________。 ②断开1 mol H—O 键与断开 1 mol H—Cl 键所需能量相差约为________kJ，H2O中H—O键比HCl中H—Cl键（填“强”或“弱”）________。 参考答案 基础梳理整合 一、1.ΔH　kJ·mol－1 2．(1)＜　＜　＞　＞　(2)放　＜　吸　＞ 即时训练1 ②③⑥⑧　①④⑤⑦⑨⑩ 二、1.参加反应物质的量　反应热 2．物质　能量　241.8 即时训练2 C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.5 kJ·mol－1 三、1.(1)1　kJ·mol－1　(2)CO2(g)　H2O(l)　SO2(g) 2．(1)强　强　1 mol 3．(2)隔热，防止热量散失　碱　偏小 即时训练3 答案：(1)1 mol气态氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为283.0 kJ (2)相等，因为反应的实质都是H＋＋OH－===H2O (3)烧杯、温度计、量筒、环形玻璃搅拌棒 四、相同的　始态　终态　ΔH＝ΔH1＋ΔH2 即时训练4 －260.4 kJ·mol－1 核心归纳突破 【例1－1】 D　解析：燃烧热是指101 kPa时1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，水液态稳定，A错误；ΔH表示1 mol氮气与
3 mol氢气完全反应生成2 mol NH3时的反应热，但此反应为可逆反应，故投入0.5 mol的氮气，最终参加反应的氮气一定小于0.5 mol，B错误；中和热是稀的强酸与稀的强碱中和生成1 mol水放出的热量，与生成水的物质的量无关，C选项错误；2 g H2是1 mol氢气，D选项正确。 【例1－2】 答案：(1)CS2(l)＋O2(g)===CO2(g)＋SO2(g)　ΔH＝－215 kJ·mol－1 (2)N2O4　C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)　ΔH＝－10a kJ·mol－1 解析：根据反应物书写热化学方程式，书写时注意物质的状态。 【例2－1】 答案：(1)－488.3 kJ·mol－1　(2)CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－867 kJ·mol－1 解析：(1)分析2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)热化学方程式，由反应物中有2C(s)＋2H2(g)可知第1个热化学方程式×2＋第3个热化学方程式×2，反应物中有CH3COOH(l)，可知再减去第2个热化学方程式，即得此热化学方程式，所以ΔH＝2ΔH1＋2ΔH3－ΔH2。 (2)首先写出甲烷与NO2反应的方程式 CH4(g)＋2NO2(g
)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，然后分析可知所给热化学方程式相加后除以2，即得所求热化学方程式。 【例2－2】 B　解析：设H2、CH4的物质的量分别为x、y。则x＋y＝
5 mol，＋890y＝3 695，解得x＝1.25 mol；y＝3.75 mol，两者比为1∶3，故选B项。 演练巩固提升 1．CD　解析：化学反应过程中一定伴随着能量的变化，A项错误；ΔH数值与热化学方程式中化学计量数有关，B选项错误。 2．D　解析：①A＋B→X　ΔH＞0，X具有的能量大于A、B能量总和，A、C错误，②X→C　ΔH＜0，A＋B→C　ΔH＜0，C具有的能量小于X具有的能量，也小于A、B能量总和，D正确，B错误。 3．C　解析：吸热反应一样具有利用价值，C错误。 4．答案：(1)5.52×103 kJ (2)　正 (3)2N2H4(l) ＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 048.9 kJ·mol－1 解析：(1)首先依据燃烧热概念写出：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　 ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1、②H2 (g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1、③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝－283.0 kJ·mol－1；再写出CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，①式－②式×2－③式×2即得CH4(g)＋CO
2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，所以ΔH＝ΔH1－2ΔH2－2ΔH3＝(－890.3＋285.8×2＋283.0×2)kJ·mol－1＝＋247.3 kJ·mol－1，生成1 m3 CO所需热量为×247.3 kJ·mol－1×≈5 520 kJ；(2)已知的第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得4Li(s)＋2I2(s)===4LiI(s)　ΔH1－ΔH2。由于该反应中I2得电子，故碘电极作正极；(3)肼和N2O4 反应的热化学方程式2N2H4(l) ＋N2O4 (l)===2N2(g) ＋ 4H2O(g) 分析可知 ②×2－①即得此方程式，所以ΔH＝2×ΔH2－ΔH1。 5．答案：(1)a＋b (2)①4HCl(g)＋O2(g)400 ℃,2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－115.6 kJ·mol－1　②31.9　强 解析：(1)上述两式相加即得Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(l)＋3CO(g)；(2)由ΔH＝－(生成物键能之和－反应物键能之和)可得，E(H—O)－E(H—Cl)＝[115.6 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－(2×243 kJ·mol－1)]÷4＝31.9 kJ·mol－1，键能越大化学键越稳定、越强，所以水中的H—O键比氯化氢中H—Cl强。

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