資源簡介

第一節(jié) 反應(yīng)熱
第1課時(shí) 反應(yīng)熱 中和熱的測定
教學(xué)目標(biāo)
1.了解化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的原因和常見的能量轉(zhuǎn)化形式。
2.認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)過程中同時(shí)存在著物質(zhì)和能量的關(guān)系。
3.理解反應(yīng)熱、放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)、焓及焓變等概念。
教學(xué)重難點(diǎn)
1.化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。
2.焓變，△H的“+”與“-”。
3.中和熱的測定。
教學(xué)過程
【新課導(dǎo)入】
由焰火畫面導(dǎo)入。我們知道：一個化學(xué)反應(yīng)過程中，除了生成了新物質(zhì)外，還有能量變化：熱能、電能、光能等。當(dāng)能量變化以熱能的形式表現(xiàn)時(shí)：化學(xué)反應(yīng)分放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)，我們知道：一個化學(xué)反應(yīng)同時(shí)遵守質(zhì)量守恒定律和能量守恒，那么一個反應(yīng)中的質(zhì)量與能量有沒有關(guān)系呢？
能量的釋放或吸收是以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)，二者密不可分，但以物質(zhì)為主。能量的多少則以反應(yīng)物和產(chǎn)物的質(zhì)量為基礎(chǔ)。那么化學(xué)反應(yīng)中能量到底怎樣變化？我們今天學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)與能量的變化,反應(yīng)熱與焓變。
【交流討論】回顧必修二有關(guān)反應(yīng)熱知識，填寫以下知識總結(jié)。
1.化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是原子(或原子團(tuán))的重新組合，即反應(yīng)物中__舊化學(xué)鍵的斷裂_和生成物中__新化學(xué)鍵的形成_。
2.物質(zhì)中的原子之間是通過___化學(xué)鍵____結(jié)合的。斷開反應(yīng)物中的化學(xué)鍵要__吸收 _能量，形成生成物中的化學(xué)鍵要__放出_能量。
3.斷開或形成1 mol H2中化學(xué)鍵的能量變化
(1)在1 mol氫分子中，含有 2 mol氫原子，含有 1 mol H—H鍵。
(2)已知在25 ℃和101 kPa的條件下，由2 mol H原子形成1 mol H—H鍵時(shí)，___放出 _ 436 kJ的能量。若要使1 mol氫分子變?yōu)? mol氫原子時(shí)，需要斷開1 mol H—H鍵，其能量變化是__吸收__的能量436 kJ。
4.在CH4中，斷開1 mol C—H鍵要__吸收_415 kJ的能量。若要形成1 mol CH4中的C—H鍵，其能量變化是放出1660 kJ的能量。
5.判斷放熱/吸熱反應(yīng)的依據(jù)：
(1)放熱反應(yīng)：即 化學(xué)反應(yīng)中放出熱量 的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)物的總能量 大于 生成物的總能量。
(2)吸熱反應(yīng)：即_化學(xué)反應(yīng)中吸收熱量 的化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量。
6.常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)
(1)常見的放熱反應(yīng)：
①活潑金屬與H2O或酸的反應(yīng)，如2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑；
②所有酸堿中和反應(yīng)，如2KOH＋H2SO4===K2SO4＋2H2O；
③所有燃燒反應(yīng)，如2CO＋O22CO2；
④絕大多數(shù)化合反應(yīng)，如CaO＋H2O===Ca(OH)2；
⑤部分特殊反應(yīng)，如鋁熱反應(yīng)、過氧化鈉與水或CO2的反應(yīng)、氨的催化氧化等。
(2)常見的吸熱反應(yīng)：
①絕大多數(shù)分解反應(yīng)，如CaCO3CaO＋CO2↑；
②銨鹽與堿的反應(yīng)，如2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O；
③以C、CO和H2為還原劑的氧化還原反應(yīng)，如C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)。
【新知講解】
一、反應(yīng)熱及其測定
【閱讀理解】閱讀教材p 4、5、6、7的內(nèi)容，理解以下概念。
【講解】通過閱讀課本，我們可以知道以下概念。
體系與環(huán)境
被研究的物質(zhì)系統(tǒng)成為體系，體系以外的其他部分稱為環(huán)境。例如鹽酸與NaOH溶液之間的反應(yīng)，我們將鹽酸、NaOH溶液及發(fā)生的反應(yīng)等看作體系，盛溶液的試管和溶液之外的空氣，看作環(huán)境。
反應(yīng)熱
(1)反應(yīng)熱定義：在等溫條件下，化學(xué)反應(yīng)體系向環(huán)境釋放或從環(huán)境吸收的熱量，稱為化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，簡稱反應(yīng)熱。等溫條件指化學(xué)反應(yīng)發(fā)生后，使反應(yīng)后體系的溫度恢復(fù)到反應(yīng)體系前的溫度，即反應(yīng)前后體系的溫度相等。
(2)“反應(yīng)熱”與“熱量”的區(qū)別：反應(yīng)熱有“＋”、“—”之分；而熱量是標(biāo)量，但要注明是“吸收”、還是”放出”。
【過渡】許多反應(yīng)的反應(yīng)熱都可以通過量熱計(jì)進(jìn)行測量，例如中和反應(yīng)的反應(yīng)熱，中和反應(yīng)放出的熱量可以使體系溫度升高，我們可以根據(jù)熱量公式Q=cmΔt計(jì)算熱量，我們先來學(xué)習(xí)中和反應(yīng)的反應(yīng)熱。
【講解】3.中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定
(1)中和反應(yīng)反應(yīng)熱(簡稱中和熱)
①概念：在稀溶液中，強(qiáng)酸和強(qiáng)堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol 水所放出的熱量。
注意：中和反應(yīng)實(shí)質(zhì)是酸電離產(chǎn)生的H＋和堿電離產(chǎn)生的OH－反應(yīng)生成 H2O，所以酸、堿溶液必須為稀溶液；計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)必須是生成1mol水。
【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】學(xué)生閱讀課本P5探究實(shí)驗(yàn)步驟，教師講解
(2)中和反應(yīng)反應(yīng)熱的測定
①實(shí)驗(yàn)用品
儀器 大燒杯(500 mL)、小燒杯(100 mL)、溫度計(jì)、量筒(50 mL)兩個、泡沫塑料或紙條、泡沫塑料板或硬紙板(中心有兩個小孔)、環(huán)形玻璃攪拌棒
試劑 0.50 mol·L－1鹽酸、0.55 mol·L－1 NaOH溶液
②實(shí)驗(yàn)裝置
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置如下圖：
③測定步驟
⑴用一個量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1鹽酸，倒入小燒杯中，并用溫度計(jì)測量鹽酸的溫度，記入下表，并將溫度計(jì)上的酸用水沖洗干凈。
⑵用另一個量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液，并用溫度計(jì)測量NaOH溶液的溫度，記入下表。
⑶把套有蓋板的溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯(注意不要灑到外面)，蓋好蓋板，用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動溶液，測量混合溶液的最高溫度，記入下表。
⑷重復(fù)步驟⑴～⑶三次。
溫度 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 起始溫度t1/℃ 終止溫度 t2/℃ 溫度差 (t2－t1)/℃
HCl 溶液 NaOH 溶液 平均值
1
2
3
④數(shù)據(jù)處理
⑤注意事項(xiàng)
(1)要提高反應(yīng)熱測定的準(zhǔn)確性，應(yīng)注意“快”(實(shí)驗(yàn)操作要快，盡量減小熱量散失)、“準(zhǔn)”(準(zhǔn)確測量液體溫度和液體體積)、“稀”(濃度不宜過大，避免稀釋放熱，也要避免濃度過小)。
(2)酸、堿溶液須用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的稀溶液[因?yàn)闈馑?或濃堿)稀釋時(shí)一般要放熱，弱酸(或弱堿)在水溶液中不能全部電離且電離時(shí)要吸收一部分熱量。]
(3)要使用同一支溫度計(jì)，溫度計(jì)的水銀球要完全浸入溶液中，讀出變化過程中的最高溫度。
(4)環(huán)形玻璃攪拌棒不能用鐵絲代替，若用鐵絲代替，會因鐵絲與酸反應(yīng)放出熱量，且鐵絲傳熱快使測定結(jié)果不準(zhǔn)確。
(5)為了保證0.50 mol/L的鹽酸完全被NaOH中和，采用0.55 mol/L的NaOH溶液，使堿稍過量。
(6)對于定量實(shí)驗(yàn)，需重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟，取2～3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值，但相差太大的數(shù)據(jù)應(yīng)舍棄。
【學(xué)生操作】學(xué)生按課本步驟做實(shí)驗(yàn)，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。
【總結(jié)】通過實(shí)驗(yàn)我們可以得知，中和熱與酸、堿的用量無關(guān)，不管酸、堿的量是多少，中和反應(yīng)生成1 mol H2O放出的熱量為57.3 kJ。
【課堂練習(xí)】
實(shí)驗(yàn)室用50 mL 0.50 mol/L鹽酸、50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液和如圖所示裝置進(jìn)行測定中和反應(yīng)反應(yīng)熱的實(shí)驗(yàn)，得到下表中的數(shù)據(jù)。
溫度 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 起始溫度T1/℃ 終止溫度 T2/℃ 溫度差 (T2－T1)/℃
鹽酸 NaOH溶液 平均值
1 20.2 20.3 23.7
2 20.3 20.5 23.8
3 21.5 21.6 24.9
完成下列問題：
(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)用環(huán)形玻璃攪拌棒攪拌溶液的方法是 上下攪動(或輕輕攪動) ，不能用銅絲攪拌棒代替環(huán)形玻璃攪拌棒的理由是 Cu傳熱快，熱量損失大___。燒杯內(nèi)填滿碎泡沫塑料的作用是 保溫、隔熱，減少熱量的損失___。
(2)經(jīng)數(shù)據(jù)處理得T2－T1＝3.4 ℃，則該實(shí)驗(yàn)測得中和反應(yīng)反應(yīng)熱ΔH＝ －56.8 kJ/mol [設(shè)鹽酸和NaOH溶液的密度為1 g/cm3，反應(yīng)后混合溶液的比熱容(c)為4.18 J/(g·℃)。
(3)若將NaOH溶液改為相同體積、相同濃度的氨水，測得中和反應(yīng)反應(yīng)熱為ΔH1，則ΔH1與ΔH的關(guān)系為：ΔH1 > (填“<” “>”或“＝”)ΔH，理由是 NH3·H2O電離吸熱 。
解析：(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)用環(huán)形玻璃攪拌棒攪拌溶液，可使HCl與NaOH的反應(yīng)充分進(jìn)行，上下攪動可防止溫度計(jì)損壞；燒杯內(nèi)填滿碎泡沫塑料是為了降低熱量的損失。(2)ΔH＝－[100 g×4.18×10－3 kJ/(g·℃)×3.4 ℃]÷0.025 mol≈－56.8 kJ/mol。(3)因弱電解質(zhì)的電離過程是吸熱的，故將NaOH溶液改為相同體積、相同濃度的氨水后，反應(yīng)放出的熱量減少，即ΔH1>ΔH。
【過渡】為什么化學(xué)反應(yīng)過程中有的放熱、有的吸熱？化學(xué)反應(yīng)的過程到底是怎樣的，從微觀角度我們?nèi)绾卫斫饽兀课覀兿葋砜磶讉€概念。
【講解】
二、反應(yīng)熱與焓變
1.概念的理解
(1)內(nèi)能：內(nèi)能是體系內(nèi)物質(zhì)的各種能量的總和，符號“U”，受T、P和物質(zhì)聚集狀態(tài)影響。
(2)焓：焓是與內(nèi)能有關(guān)的物理量，符號“H”，不可測量。
(3)焓變：焓變是生成物與反應(yīng)物的焓值差，符號“ ΔH”，常用單位“ kJ/mol ” 。
(4)反應(yīng)熱：化學(xué)研究表明，對于在等壓條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，如果反應(yīng)中物質(zhì)的能量變化全部轉(zhuǎn)化為熱能(同時(shí)可能伴隨著反應(yīng)體系體積的改變)，而沒有轉(zhuǎn)化為電能、光能等其他形式的能，則該反應(yīng)的反應(yīng)熱就為焓變。但焓變與反應(yīng)熱是不同含義兩個的概念。
2.ΔH與吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)的關(guān)系
(1)表示形式：放熱反應(yīng)，ΔH為“— ”或﹤0；
吸熱反應(yīng)，ΔH為“ + ”或 ﹥0；
(2)圖形表示
(3)實(shí)例：1 mol H2與0.5 mol O2完全反應(yīng)生成1 mol液態(tài)水時(shí)放出285.8 kJ的熱量，則該反應(yīng)的焓變ΔH＝ —285.8 kJ/mol
【過渡】我們知道化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)就是舊的化學(xué)鍵斷裂和新的化學(xué)鍵形成的過程，那么化學(xué)鍵斷裂的過程中能量是如何變化的？
【講解】3.反應(yīng)熱的實(shí)質(zhì)
(1)微觀角度
以1 mol H2(g)和1 mol Cl2(g)反應(yīng)生成2 mol HCl(g)的能量轉(zhuǎn)化為例
【圖像分析】由圖可看出，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反應(yīng)熱，應(yīng)等于生成物分子中的化學(xué)鍵形成時(shí)所釋放的總能量(862 kJ/mol)與反應(yīng)物分子中的化學(xué)鍵斷裂時(shí)所吸收的總能量(679 kg/mol)之差，即放出183 kJ/mol的能量。
【過渡】我們用圖示說明能量的變化
a表示斷裂舊化學(xué)鍵吸收的能量；b表示形成新化學(xué)鍵放出的能量；c表示反應(yīng)熱
通過以上分析我們可以得到結(jié)論：若化學(xué)反應(yīng)中生成物分子中的化學(xué)鍵形成時(shí)釋放的總能量比反應(yīng)物分子中的化學(xué)鍵斷裂時(shí)吸收的總能量大，則為放熱反應(yīng)；反之則為吸熱反應(yīng)。
【總結(jié)】反應(yīng)熱的計(jì)算方法
ΔH ＝ 化學(xué)鍵斷裂所吸收的總能量—化學(xué)鍵生成所釋放的總能量
＝反應(yīng)物的鍵能和－生成物鍵能和
【講解】我們再從宏觀角度分析一下能量變化
(2)宏觀角度
從反應(yīng)物、生成物能量角度來說，化學(xué)變化過程中的能量變化如圖所示。
ΔH＝生成物的總能量－反應(yīng)物的總能量
【交流討論】學(xué)生總結(jié)后討論，放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)對比
注：用E(反應(yīng)物)、E(生成物)分別代表反應(yīng)物、生成物的總能量；Q(吸)、Q(放)分別代表反應(yīng)物斷鍵吸收的熱量、生成物成鍵放出的熱量。
類別 項(xiàng)目 放熱反應(yīng) 吸熱反應(yīng)
定義 放出能量的化學(xué)反應(yīng) 吸收能量的化學(xué)反應(yīng)
宏觀 角度 比較 E(反應(yīng)物)>E(生成物) E(反應(yīng)物)圖示
微觀角度 Q(吸)Q(放)
表示方法 ΔH<0 ΔH>0
【課堂練習(xí)】
1.CO(g)與H2O(g)反應(yīng)生成CO2(g)和H2(g)過程中的能量變化如下圖所示。下列說法正確的是(　B　)
A．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)
B．1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)具有的總能量大于1 mol CO2(g)和1 mol H2(g) 具有的總能量
C．該反應(yīng)不需要加熱就能進(jìn)行
D．1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)的鍵能總和比1 mol CO(g)與1 mol H2O(g)的鍵能總和小41 kJ
解析：化學(xué)反應(yīng)放出或吸收能量的主要原因是反應(yīng)物總能量與生成物總能量的不同，反應(yīng)物總能量大于生成物總能量時(shí)，反應(yīng)放出能量；反應(yīng)物總能量小于生成物總能量時(shí)，反應(yīng)吸收能量，結(jié)合題圖分析可知，A項(xiàng)不正確，B項(xiàng)正確。“加熱”是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的一種外在條件，化學(xué)反應(yīng)的放出、吸收能量與化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的外在條件無關(guān)，事實(shí)上該反應(yīng)的發(fā)生需要加熱，C項(xiàng)不正確。
CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)是放熱反應(yīng)，CO2(g)＋H2(g)===CO(g)＋H2O(g)是吸熱反應(yīng)，結(jié)合題圖分析可知，1 mol CO2(g)與1 mol H2(g)的鍵能總和比1 mol CO(g)與1 mol H2O(g)的鍵能總和大41 kJ，D項(xiàng)不正確。
【課堂小結(jié)】
【課堂檢測】
1．下列說法不正確的是(　D　)
A．化學(xué)變化過程是原子的重新組合過程
B．根據(jù)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化情況，化學(xué)反應(yīng)可分為吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)
C．化學(xué)反應(yīng)中的能量變化多少與其反應(yīng)物用量有關(guān)
D．化學(xué)反應(yīng)中的能量變化都是以熱能形式表現(xiàn)出來的
解析：從反應(yīng)物、生成物的組成可推知化學(xué)變化過程是原子的重新組合過程，A正確；化學(xué)反應(yīng)不是吸熱就是放熱，沒有無能量變化的反應(yīng)，B正確；化學(xué)反應(yīng)中的能量變化多少與反應(yīng)物用量有關(guān)，C正確；化學(xué)反應(yīng)中的能量變化通常以熱能形式表現(xiàn)出來，還有的以光能、電能等形式表現(xiàn)出來，D不正確。
2．關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的說法錯誤的是(　A　)
A．上圖所示的反應(yīng)為放熱反應(yīng)
B．化學(xué)反應(yīng)中有物質(zhì)變化也有能量變化
C．需要加熱的化學(xué)反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng)
D．化學(xué)鍵斷裂吸收能量，化學(xué)鍵形成放出能量
解析：由題圖知，反應(yīng)物總能量小于生成物總能量，故圖中表示的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。
3．下列說法正確的是(　D　)
A．反應(yīng)熱是1 mol物質(zhì)參加反應(yīng)時(shí)的能量變化
B．當(dāng)反應(yīng)放熱時(shí)，ΔH>0；反應(yīng)吸熱時(shí)，ΔH<0
C．任何條件下，化學(xué)反應(yīng)的焓變都等于化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱
D．在一定條件下，某一化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，由生成物與反應(yīng)物的焓的差值來決定
解析：化學(xué)反應(yīng)過程中，當(dāng)反應(yīng)物和生成物具有相同溫度時(shí)，所釋放或吸收的熱量稱為反應(yīng)熱，A項(xiàng)錯誤；當(dāng)反應(yīng)放熱時(shí)，ΔH<0，反應(yīng)吸熱時(shí)，ΔH>0，B項(xiàng)錯誤；只有在等壓條件下，化學(xué)反應(yīng)的焓變才等于化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱，C項(xiàng)錯誤；一個化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，取決于生成物和反應(yīng)物的焓的差值，D項(xiàng)正確。
4．化學(xué)反應(yīng)中的能量變化是由化學(xué)反應(yīng)中舊化學(xué)鍵斷裂時(shí)吸收的能量與新化學(xué)鍵形成時(shí)放出的能量不同引起的。如下圖為N2(g)和O2(g)反應(yīng)生成NO(g)過程中的能量變化，下列說法中正確的是(　B　)
A．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反應(yīng)放出的能量為180 kJ
B．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的總能量小于2 mol NO(g)具有的總能量
C．通常情況下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO
D．NO是一種酸性氧化物，能與NaOH溶液反應(yīng)生成鹽和水
解析：A．焓變＝反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵吸收的能量－生成物形成化學(xué)鍵放出的能量，反應(yīng)N2＋O2===2NO的ΔH＝946 kJ/mol＋498 kJ/mol－2×632 kJ/mol＝180 kJ/mol，反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，A錯誤；B．依據(jù)A計(jì)算可知反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，依據(jù)能量守恒，1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的總能量小于2 mol NO(g)具有的總能量，B正確；C．通常情況下，N2(g)和O2(g)混合不能直接生成NO，C錯誤；D．一氧化氮不能和氫氧化鈉反應(yīng)，不是酸性氧化物，D錯誤；答案選B。
5．“即食即熱型快餐”適用于外出旅行時(shí)使用。其內(nèi)層是用鋁箔包裹的并加工好的真空包裝食品，外層則是分別包裝的兩包化學(xué)物質(zhì)。使用時(shí)拉動預(yù)留在外的拉線使這兩種化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，放出的熱量便可對食品進(jìn)行加熱，這兩種化學(xué)物質(zhì)最合適的選擇是(　B　)
A．濃硫酸和水　　　　 B．生石灰和水
C．熟石灰和水 D．氯化鈉和水
6．最新報(bào)道科學(xué)家首次用X射線激光技術(shù)觀察到CO與O在催化劑表面形成化學(xué)鍵的過程。反應(yīng)過程的示意圖如圖所示：
下列說法正確的是(　C　)
A．CO和O生成CO2是吸熱反應(yīng)
B．在該過程中，CO斷鍵形成C和O
C．CO和O生成了具有極性共價(jià)鍵的CO2
D．狀態(tài)Ⅰ→狀態(tài)Ⅲ表示CO與O2反應(yīng)的過程
解析：A．由圖可知反應(yīng)物總能量大于生成物總能量，為放熱反應(yīng)，故A錯誤；B．由圖可知不存在CO的斷鍵過程，故B錯誤；C．CO與O在催化劑表面形成CO2，CO2含有極性共價(jià)鍵，故C正確；D．狀態(tài)Ⅰ→狀態(tài)Ⅲ表示CO與O反應(yīng)的過程，而不是與氧氣反應(yīng)，故D錯誤；故選C。

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