第一章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量的变化
第1课时 焓变 反应热
[目标要求] 1.了解反应热的概念，知道化学反应、热效应与反应的焓变之间的关系。 2.知道反应热与化学键的关系。3.知道反应热与反应物、生成物总能量的关系。
焓变 反应热
在化学反应过程中，不仅有物质的变化，同时还伴有能量变化。 1．焓和焓变
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焓是与物质内能有关的物理量。单位：kJ·mol，符号：H。
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焓变是在恒压条件下，反应的热效应。单位：kJ·mol，符号：ΔH。 2．化学反应中能量变化的原因
化学反应的本质是反应物分子中旧化学键断裂和生成物生成时新化学键形成的过程。
任何化学反应都有反应热，这是由于在化学反应过程中，当反应物分子间的化学键断裂时，需要克服原子间的相互作用，这需要吸收能量；当原子重新结合成生成物分子，即新化学键形成时，又要释放能量。
ΔH＝反应物分子的总键能－生成物分子的总键能。 3．放热反应与吸热反应
当反应完成时，生成物释放的总能量与反应物吸收的总能量的相对大小，决定化学反应是吸热反应还是放热反应。
(1)当ΔH为“－”或ΔH<0时，为放热反应，反应体系能量降低。 (2)当ΔH为“＋”或ΔH>0时，为吸热反应，反应体系能量升高。 4．反应热思维模型
(1)放热反应和吸热反应
放热反应 吸热反应
(2)反应热的本质
(以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)
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ΔH＝－186 kJ·mol为例) E1：E(H—H)＋E(Cl—Cl) E2：2E(H—Cl) ΔH＝E1－E2
知识点一 有关反应热的概念 1．下列说法正确的是( )
A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B．放热反应在常温下一定很容易发生
C．吸热反应在一定的条件下也能发生
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D．焓变的符号是ΔH，单位是kJ·mol，反应热的单位是kJ 答案 C
2．已知在相同状况下，要使同一化学键断裂需要吸收的能量等于形成该化学键放出的能量。下列说法正确的是( )
A．电解熔融的Al2O3可以制得金属铝和氧气，该反应是一个放出能量的反应 B．水分解产生氢气和氧气时放出能量
C．相同状况下，反应2SO2＋O2===2SO3是一个放热反应，则反应2SO3===2SO2＋O2是一个吸热反应 D．氯化氢分解成氢气和氯气时放出能量 答案 C
解析 由题意可以推测，如果一个反应过程放出能量，那么使该反应向反方向进行则需要吸收能量，所以C正确；另外氢气和氧气反应、氢气和氯气反应、铝和氧气反应都是放出能量的反应，与它们相反的反应：水、氯化氢和Al2O3的分解都应该是吸收能量的反应，故A、B、D错误。
知识点二 反应热与化学键键能的关系
3．通常人们把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。现给出化学键的键能(见下表)：
化学键 H—H Cl—Cl Cl—H －1键能/(kJ·mol) 436 243 431 请计算H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应热( ) －1－1
A．＋862 kJ·mol B．＋679 kJ·mol
－1－1
C．－183 kJ·mol D．＋183 kJ·mol 答案 C
－1－1
解析 拆开1 mol H2和1 mol Cl2中的化学键所吸收的能量是436 kJ·mol＋243 kJ·mol＝679 kJ·mol－1－1－1－
；形成2 mol HCl所放出的能量是431 kJ·mol×2＝862 kJ·mol，所以该反应的反应热是679 kJ·mol1－1－1
－862 kJ·mol＝－183 kJ·mol。4.
白磷的化学式为P4，分子的空间构型是正四面体(如图)。白磷在空气中燃烧生成十氧化四磷(P4O10)，在十氧化四磷分子里只存在P—O和P===O两种共价键。
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已知几种共价键的键能：P—O 360 kJ·mol；
－1－1
P===O 585 kJ·mol；P—P 198 kJ·mol；
－1
O===O 498 kJ·mol。
请问：在P4(s)＋5O2(g)===P4O10(s)中，ΔH＝______________。
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答案 －2 982 kJ·mol
点燃
解析 由P4的分子结构和P4＋5O2=====P4O10的物质变化，在P4O10分子中只存在P—O和P===O两种共价键，P4O10中P显＋5价、O显－2价等事实可知，在P4分子结构的基础上，每2个P原子之间插入1个O原子形成2个P—O键，每个P原子再结合1个O原子形成P===O键，就构成了P4O10的分子结构。这样，在1个P4O10分子中共有12个P—O键、4个P===O键。
－1－1－1
ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和＝6×198 kJ·mol＋5×498 kJ·mol－(12×360 kJ·mol＋
－1－1
4×585 kJ·mol)＝－2 982 kJ·mol。
知识点三 反应热与反应物、生成物总能量的关系
5．对放热反应：A＋B===C＋D，以下说法一定正确的是(EA、EB、EC、ED分别表示物质A、B、C、D所具有的能量)( )
A．EA>EB B．EA>EB＋EC C．EA＋EB>EC＋ED D．EA＋EB 解析 反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，在发生化学反应时，有一部分能量会转变成热能释放出来，这类反应即为放热反应。 6. 由上图分析，有关叙述正确的是( ) A．A―→B＋C和B＋C―→A两个反应吸收或放出的能量不等 B．A―→B＋C是放热反应 C．A具有的能量高于B和C具有的能量总和 D．A―→B＋C是吸热反应，则B＋C―→A必然是放热反应 答案 D 解析 本题考查化学反应中的能量变化，由图可知，B＋C的能量高于A的能量，则反应B＋C―→A一定是放热反应；反之，A―→B＋C则是吸热反应。根据能量守恒定律，两反应的反应热在数值上相等，符号相反。 练基础落实 1．下列说法不正确的是( ) A．任何化学反应都伴随着能量变化 B．化学反应中的能量变化都表现为热量变化 C．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应 D．反应物的总能量低于生成物的总能量时，发生吸热反应 答案 B 解析 任何化学反应都伴随着能量变化，但能量变化不一定表现为热量变化，还可能以光能等其他形式的能量放出；E(反应物)>E(生成物)，反应放热，E(反应物) －1－1 2．已知H—H键键能(断裂时吸收或生成时释放的能量)为436 kJ·mol，H—N键键能为391 kJ·mol， －1 根据热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol。则 N≡N键的键能是( ) －1－1 A．431 kJ·mol B．945.6 kJ·mol －1－1 C．649 kJ·mol D．896 kJ·mol 答案 B 解析 ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和 －1－1－1 ΔH＝3×E(H—H)＋E(N≡N)－6E(N—H)＝3×436 kJ·mol＋E(N≡N)－6×391 kJ·mol＝－92.4 kJ·mol，所以E(N≡N) －1－1－1－1 ＝－92.4 kJ·mol＋6×391 kJ·mol－3×436 kJ·mol＝945.6 kJ·mol。 3．已知氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ，下列关系式正确的是( ) A．Q1＋Q2>Q3 B．Q1＋Q2>2Q3 C．Q1＋Q2 解析 根据能量守恒原理：破坏化学键吸收的能量－形成新化学键放出的能量＝反应热。对于该放热反应：ΔH<0，则Q1＋Q2－2Q3<0，故Q1＋Q2<2Q3。 练方法技巧 思维模型的运用 4. 1 已知H2(g)＋O2(g)===H2O(g)反应过程中能量变化如图，问：a、b、c分别代表什么意义？该反应是放热反 2 应还是吸热反应，ΔH大于零还是小于零？ 答案 a代表旧键断裂吸收的能量，b代表新键生成释放的能量，c代表反应热；该反应为放热反应，ΔH<0。 11 解析 H2(g)和O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是H2(g)―→2H(g)和O2(g)―→O(g)过程中断开H—H键和 22 O===O键吸收的能量，故a代表旧键断裂吸收的能量，b代表2H(g)＋O(g)结合成H2O(g)过程中化学键所放出的能量，c代表成键所释放的能量与断键吸收的能量之差；由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量，故该反应为放热反应，ΔH<0。 练综合拓展 5．下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)： 物质 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2 能量(kJ) 243 193 151 432 366 298 436 根据上述数据回答(1)～(5)题。 (1)下列物质本身具有的能量最低的是( ) A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2 (2)下列氢化物中，最稳定的是( ) A．HCl B．HBr C．HI (3)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？ 答：____________________。 (4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是__________。 (5)若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)吗？ 答：________，你的根据是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)A (2)A (3)放热反应 (4)Cl2 (5)能 元素的非金属性越强，生成的氢化物越稳定，反应放出的热量就越多 解析 破坏1 mol物质的化学键时所消耗的能量与相同条件下由形成该物质的原子形成1 mol该物质放出的能量相等，放出的能量越多，物质本身具有的能量越低，分子越稳定。(1)生成1 mol H2时放出的能量最多，为436 kJ；(2)在氢化物中，生成1 mol HCl时放出的能量最多，为432 kJ；(3)分别计算出三个反应放出的热量依次为：185 kJ、103 kJ和9 kJ。 6．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量是________。 答案 436 kJ 1 解析 因为1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，所以1 mol H2与 mol O2 2 完全燃烧生成1 mol水蒸气时放出热量242 kJ。而化学反应中之所以存在能量的变化是因为 在化学反应过程中存在旧键的断裂与新键的形成，其中旧键的断裂需要吸收能量而新键的形成需要放出能量。 11－1 发生上述反应H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242 kJ·mol时所发生键的变化为断裂1 mol H—H键和 mol 22 1 O===O键、形成2 mol O—H键，因此在此反应过程中断裂旧键需要吸收的能量为×496 kJ＋E(H—H)，形成新键释 2 1 放的能量为2×463 kJ＝926 kJ，此反应为放热反应，所以有926 kJ－×496 kJ－E(H—H)＝242 kJ，解得E(H—H) 2 ＝436 kJ。