第一章　化学反应与能量

第一节　化学反应与能量的变化

一、课标导航

二、核心纲要

1. 反应热、焓变

在化学反应中，发生物质变化的同时，还伴有能量变化，这种能量变化，常以热能的形式表现出来。在化学反应过程中放出或吸收的能量，通常叫做反应热，又称为“焓变”。反应热用符号ΔH表示，单位一般采用“kJ/mol”。

2. 反应热的微观解释

化学反应在本质上来说就是旧键的断裂和新键的形成过程。

（1）破坏旧键时需要克服原子间的相互作用，需要吸收能量；

（2）形成新键时需要释放能量。

在不做其他功的情况下则有：

当断键吸收的能量大于成键释放的能量时，为吸热反应，ΔH>0；

当断键吸收的能量小于成键释放的能量时，为放热反应，ΔH<0。

如图1-1-1所示。

（1）实质：

① 断裂1mol H2分子中的化学键需要吸收436kJ的能量。断裂1mol Cl2分子中的化学键需要吸收243kJ的能量。

② 形成1mol HCl分子中的化学键需要放出431kJ的热量。

（2）结论：该反应放出的能量为2×431kJ，吸收的能量为（436+243）kJ，故为放出能量的反应，两者的热量差为183kJ，即ΔH=-183kJ/mol。

3. 反应热的计算

（1）如果将反应物具有的总能量定为E反，生成物具有的总能量定为E生，则ΔH=E生-E反。

（2）如果将反应物中化学键断裂吸收的总能量定为E吸，生成物形成新键释放的总能量定为E放，则ΔH=E吸-E放。

4. 放热反应与吸热反应的比较（如表1-1-1所示）

精华点拨

（1）放热反应和吸热反应与反应条件没有必然联系。需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应。放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应。吸热反应也不一定需要加热，如Ba（OH）2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。

（2）任何化学反应都伴随着能量变化，不存在不发生能量变化的化学反应；吸热反应和放热反应都是化学反应。

（3）物质所具有的键能越大，物质的能量就越低，性质越稳定；反之键能越小，物质能量越高，性质越不稳定。

5. 热化学方程式

（1）概念：热化学方程式是用来表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。

（2）意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。

例如：热化学方程式N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）　ΔH=-92.38kJ·mol-1表示的意义为1mol氮气与3mol氢气完全反应生成2mol氨气，放出92.38kJ的热量。

（3）热化学方程式书写。

① 注意ΔH的符号。

ΔH只能写在热化学方程式的右边，且中间留一空格。若为放热反应，ΔH为“-”；若为吸热反应，ΔH为“+”。ΔH的单位一般为kJ/mol或kJ·mol-1。

② 注意测定条件。

反应热ΔH与测定条件（温度、压强等）有关，因此书写热化学方程式时应注意ΔH的测定条件。绝大多数ΔH是在25℃、101kPa下测定的，可不注明温度和压强。

③ 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也不同。因此，书写热化学方程式必须注明物质的聚集状态。气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用标“↑”和“↓”。

④ 注意化学计量数。

方程式中化学式前面的化学计量数只表示该物质的物质的量，不表示分子数或原子数。所以化学计量数可以是整数，也可以是分数。

如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。当反应逆向进行时，其反应热与正反应的反应热数值相等，符号相反。例如：相同物质的下列化学反应，前者的反应热是后者的两倍。

H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）　ΔH=-184.6kJ·mol-1

═HCl（g）　ΔH=-92.3kJ·mol-1

6. 中和反应反应热的测定

【实验目的】测定强酸与强碱反应的反应热，体验化学反应的热效应。

【实验用品】大烧杯（500mL）、小烧杯（100mL）、温度计、量筒（50mL）两个、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板（中心有两个小孔）、环形玻璃搅拌棒。

0.5mol/L盐酸、0.55mol/L NaOH溶液。

【实验步骤】

（1）按图1-1-2组装仪器。

（2）用一个量筒量取50mL 0.5mol/L盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入表1-1-2。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。

（3）用另一个量筒量取50mL 0.55mol/L NaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记入表1-1-2。

（4）把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯（注意不要洒到外面），盖好盖板。用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，记为终止温度，记入表1-1-2。

重复实验步骤（2）~（4）3次。

【实验数据处理】

该反应放出的热量Q=cmΔt=c（m2+m1）（t2-t1）=4.18×（50+50）×10-3×（t2-t1）kJ=0.418（t2-t1）kJ，则该反应生成1molH2O时放出的热量为。

注：m1、m2分别代表盐酸和氢氧化钠溶液的质量。

【问题探究】

（1）填入的碎泡沫塑料或纸条的作用是什么？

保温隔热，减少实验过程中热量损失。

（2）温度计上的酸为何用水冲洗干净？

因温度计还要测碱液的温度，若不冲洗，温度计上的酸和碱发生中和反应会放热使所测碱液温度升高。

（3）实验中所用盐酸和NaOH溶液的物质的量的比为什么不是1∶1，而是氢氧化钠溶液过量？

NaOH溶液过量是为了使盐酸完全被中和。

精华点拨

1. 中和热

（1）概念：在稀溶液中发生中酸与碱和反应生成1molH2O时的反应热。

强酸与强碱生成可溶性的盐和1molH2O时放出的热量为57.3kJ，可表示为

H+（aq）+OH-（aq）═H2O（l）　ΔH=-57.3kJ·mol-1

（2）注意：

① 如果是浓硫酸参加反应，因为浓硫酸稀释时要放热，所以生成1mol H2O时放出的热量大于57.3kJ。

② 如果反应中有弱酸或弱碱参加反应，生成1molH2O时放出的热量小于57.3kJ，因为弱电解质的电离是吸热的。

③ 反应中如果有沉淀、气体等物质生成，那么生成1molH2O时放出的热量也不是57.3kJ。

2. 反应热大小比较

（1）同一反应生成物的状态不同时。

A（g）+B（g）═C（g）　ΔH1<0；A（g）+B（g）═C（l）　ΔH2<0；C（g）═C（l）　ΔH3<0；

C（g）转化成C（l）需要放热，因此A（g）+B（g）=C（l）放出的热量更多。因ΔH为负值，所以ΔH2<ΔH1。

（2）同一反应反应物状态不同时。

S（g）+O2（g）═SO2（g）　ΔH1<0；S（s）+O2（g）═SO2（g）　ΔH2<0；S（g）═S（s）　ΔH3<0；

S（g）转化成S（s）需要放热，所以S（g）与O2（g）反应放出的热量更多，因ΔH为负值，所以ΔH1<ΔH2。

（3）两个有联系的不同反应相比。

C（s）+O2（g）═CO2（g）　ΔH1<0；C（s）+O2（g）═CO（g）　ΔH2<0；

C（s）完全燃烧生成CO2（g）比不完全燃烧放出的热量要多，ΔH为负值，所以ΔH1<ΔH2。

三、全能突破

基础演练

1. （双选）下列说法中正确的是（　　）。

A. 干冰汽化需要吸收大量的热，这个变化是吸热反应

B. 酒精可用作燃料，说明酒精燃烧是释放能量的反应

C. 木炭需要加热到一定温度才燃烧，所以木炭燃烧是吸收能量的反应

D. 释放能量的反应一定是反应物的总能量高于生成物的总能量

2. 下列说法正确的是（　　）。

A. 焓变单位中kJ·mol-1，是指1mol物质参加反应时的能量变化

B. 当反应放热时ΔH>0，反应吸热时ΔH<0

C. 一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“-”

D. 一个化学反应中，生成物总键能大于反应物的总键能时，反应吸热，ΔH为“+”

3. 下列对于化学键与化学反应中能量变化的关系叙述正确的是（　　）。

A. 物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要放出能量

B. 物质发生化学反应时，形成生成物中的化学键要吸收能量

C. 断开1mol C—H键要放出415kJ能量，那么断开1mol CH4中所有C—H键则要放出4mol×415kJ/mol=1660kJ能量

D. 化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因

4. 根据热化学方程式：S（l）+O2（g）═SO2（g）　ΔH=-293.23kJ/mol分析下列说法中正确的是（　　）。

A. S（s）+O2（g）═SO2（g），反应放出的热量大于293.23kJ/mol

B. S（g）+O2（g）═SO2（g），反应放出的热量小于293.23kJ/mol

C. 1mol SO2的键能的总和小于1mol硫和1mol氧气的键能之和

D. 1mol SO2的键能的总和大于1mol硫和1mol氧气的键能之和

5. 下列反应中，生成物的总能量大于反应物总能量的是（　　）。

A. 甲烷在空气中燃烧

B. 金属钠与水反应

C. 铝粉与氧化铁粉末反应

D. 焦炭在高温下与水蒸气反应

6. 下列变化中，属于吸热反应的是（　　）。

① 液态水汽化　② 将胆矾加热变为白色粉末　③ 浓H2SO4稀释　④ KClO3分解制O2　⑤ 生石灰跟水反应生成熟石灰　⑥ 石灰石高温分解　⑦ 　⑧ Ba（OH）2·8H2O与固体NH4Cl混合　⑨ 　⑩ Al与盐酸反应

A. ②③④⑥⑦⑧⑨

B. ②④⑥⑦⑧⑨

C. ②④⑥⑧

D. ②③④⑧⑨

7. 在一定条件下，A和B反应可生成C和D，其能量变化如下：

（1）下列有关反应A+B═C+D的说法正确的是（　　）。

A. 反应前后原子的种类和数目一定不变

B. 该反应若有热量变化，则一定是氧化还原反应

C. 若该反应为放热反应，则不需加热，反应就一定能自发进行

D. 反应物的总质量与生成物的总质量一定相等，且遵循能量守恒

（2）若E1<E2，则生成物的总能量_______（填“>”、“<”或“=”）反应物的总能量，为_______（填“吸热”或“放热”）反应。

能力提升

8. 下列热化学方程式书写正确的是（　　）。

C. 2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）　ΔH=+571.6kJ/mol

D. C（s）+O2（g）═CO2（g）　ΔH=+393.5kJ/mol

9. 已知298K时，合成氨反应N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）　ΔH=-92.2kJ/mol，将此温度下的1mol N2和3mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量为（忽略能量损失）（　　）。

A. 一定大于92.2kJ

B. 一定等于92.2kJ

C. 一定小于92.2kJ

D. 不能确定

10. 通常人们把拆开1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可用于估算化学反应的焓变（ΔH），化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。

则下列热化学方程式不正确的是（　　）。

B. H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）　ΔH=-183kJ/mol

D. 2HCl（g）═H2（g）+Cl2（g）　ΔH=+183kJ/mol

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

A. -1780kJ/mol

B. -1220kJ/mol

C. -450kJ/mol

D. +430kJ/mol

12. 白磷与氧可发生如下反应：P4+5O2═P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为：P—P　akJ·mol-1、P—O　bkJ·mol-1、P=O　ckJ·mol-1、O=O　dkJ·mol-1。

根据如图1-1-3所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是（　　）。

A. （6a+5d-4c-12b）kJ·mol-1

B. （4c+12b-6a-5d）kJ·mol-1

C. （4c+12b-4a-5d）kJ·mol-1

D. （4a+5d-4c-12b）kJ·mol-1

13. 写出下列反应的热化学方程式。

（1）6.0g石墨与适量的水蒸气反应生成二氧化碳气体和氢气，吸收56.7kJ热量，其热化学方程式为

___________________________________。

（2）3molNO2气体溶于水生成HNO3和NO气体，放出138kJ热量，其热化学方程式为____________________。

（3）0.3mol气态高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧气中燃烧，生成固态三氧化二硼和液态水，放出649.5kJ的热量，其热化学方程式为___________________________________。

14. 在相同温度和压强下，将32g硫分别在纯氧中和空气中完全燃烧，令前者热效应为ΔH1，后者热效应为ΔH2，则关于ΔH1和ΔH2的相对大小正确的是（除了热量，不考虑其他能量转化）（　　）。

A. ΔH1=ΔH2

B. ΔH1>ΔH2

C. ΔH1<ΔH2

D. 无法判断

15. 在同温同压下，下列各组热化学方程式中Q2>Ql的是（　　）。

A. 2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）；ΔH=-Q1；　2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）；ΔH=-Q2

B. S（g）+O2（g）═SO2（g）；ΔH=-Q1；　S（s）+O2（g）═SO2（g）；ΔH=-Q2

C. C（s）+O2（g）═CO（g）；ΔH=-Q1；　C（s）+O2（g）═CO2（g）；ΔH=-Q2

D. H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）；ΔH=-Q1；　

16. 根据以下3个热化学方程式，下列有关Q1、Q2、Q3三者关系的判断中正确的是（　　）。

2H2S（g）+3O2（g）═2SO2（g）+2H2O（l）　ΔH=-Q1kJ/mol

2H2S（g）+O2（g）═2S（s）+2H2O（l）　ΔH=-Q2kJ/mol

2H2S（g）+O2（g）═2S（s）+2H2O（g）　ΔH=-Q3kJ/mol

A. Q1>Q2>Q3

B. Q1>Q3>Q2

C. Q3>Q2>Q1

D. Q2>Q1>Q3

17. 燃烧1g乙醇（液态）生成CO2气体和液态水放出热量为29.7kJ，则乙醇燃烧的热化学方程式正确的是（　　）。

A. C2H5OH+3O2═2CO2+3H2O　ΔH=-29.7kJ/mol

B. C2H5OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+3H2O（l）　ΔH=-1366.2kJ/mol

C. C2H5OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+3H2O（l）　ΔH=+29.7kJ/mol

D. C2H5OH（l）+3O2（g）═2CO2（g）+3H2O（l）　ΔH=+1366.2kJ/mol

18. 下列说法或表示方法正确的是（　　）。

A. 等物质的量的硫蒸气与固体硫分别完全燃烧，后者放出热量多

B. 由C（石墨）=C（金刚石），ΔH=+1.90kJ/mol可知，金刚石比石墨稳定

C. 在101kPa时，2g氢气完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式表示为：2H2（g）+O2（g）═2H2O（l），ΔH=-285.8kJ/mol

D. 在稀溶液中，H+（aq）+OH-（aq）═H2O（l），ΔH=-57.3kJ/mol，若将含有0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热大于57.3kJ

19. 氨在国民经济中占重要的地位，合成氨时，合成塔中每产生1molNH3，放出46.1kJ的热量。

（1）工业合成氨的热化学方程式___________________________________。

（2）已知则断开1molN—H键所需要的能量是_______kJ。

20. 实验室进行中和热测定的实验时除需要大烧杯（500mL）、小烧杯（100mL）外，其他所用的仪器和试剂均正确的一组是（　　）。

A. 0.50mol/L盐酸，0.50mol/L NaOH溶液，100mL量筒1个

B. 0.50mol/L盐酸，0.55mol/L NaOH溶液，100mL量筒2个

C. 0.50mol/L盐酸，0.55mol/L NaOH溶液，50mL量筒1个

D. 0.50mol/L盐酸，0.55mol/L NaOH溶液，50mL量筒2个

21. 强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的反应热H+（aq）+OH-（aq）═H2O（l）　ΔH=-57.3kJ/mol。分别向1L 0.5mol/L的NaOH溶液中加入：①稀醋酸，②浓硫酸，③稀硝酸。恰好完全反应的反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3，它们之间的关系正确的是（　　）。

A. ΔH1>ΔH2>ΔH3

B. ΔH2<ΔH1<ΔH3

C. ΔH1=ΔH2=ΔH3

D. ΔH1>ΔH3>ΔH2

22. 下列说法正确的是（　　）。

A. 中和热一定是强酸跟强碱反应放出的热量

B. 1mol酸与1mol碱完全反应放出的热量是中和热

C. 在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1mol H2O（l）时的反应热叫做中和热

D. 表示中和热的离子方程式为：H++OH-═H2O　ΔH=-57.3kJ/mol

23. 将V1mL1.0mol·L-1HCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图1-1-4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℃

B. 该实验表明当加入酸与碱都为30mL时刚好完全反应，此时放出的热量最多

C. NaOH溶液的浓度约为1.5mol/L

D. 该实验表明有水生成的反应都是放热反应

24. 50mL 0.50mol/L盐酸与50mL 0.55mol/L NaOH溶液在如图1-1-5所示的装置中进行中和反应。通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热，回答下列问题：

（1）从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是_______。

（2）烧杯间填满碎纸条的作用是_______。

（3）大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值将_______（填“偏大”“偏小”或“无影响”）。

（4）实验中改用60mL 0.50mol/L盐酸跟60mL 0.55mol/L NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量_______（填“相等”或“不相等”），所求中和热_______（填“相等”或“不相等”），简述理由_______。

（5）实验中改用8.0mL 15mol/L硫酸溶液跟60mL 0.55mol/L NaOH溶液进行反应，与上述实验（4）相比，所求中和热_______（填“相等”或“不相等”），简述理由：___________________________________。

25. 下列说法正确的是（　　）。

A. 任何酸与碱发生中和反应生成1mol H2O的过程中，能量变化均相同

B. 同温同压下，H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）在光照和点燃条件下的ΔH不同

C. 已知：①2H2（g）+O2（g）═2H2O（g）　ΔH=-akJ·mol-1，②2H2（g）+O2（g）═2H2O（1）　ΔH=-bkJ·mol-1，则a>b

D. 已知：①C（s，石墨）+O2（g）═CO2（g）　ΔH=-393.5kJ·mol-1，②C（s，金刚石）+O2（g）═CO2（g）　ΔH=-395.0kJ·mol-1，则C（s，石墨）更稳定

高考链接

26. （2014安徽）CuCl（s）与O2反应生成CuCl2（s）和一种黑色固体。在25℃、101kPa下，已知该反应每消耗1mol CuCl（s），放热44.4kJ，该反应的热化学方程式是___________________________________。

27. （2014北京）降低温度，将NO2（g）转化为N2O4（l），再制备浓硝酸。

已知：2NO2（g）⇌N2O4（g）　ΔH1

2NO2（g）⇌N2O4（l）　ΔH2

下列能量变化示意图中，正确的是（选填字母）_______。

巅峰突破

28. 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：

已知：反应A中，4mol HCl被氧化，放出115.6kJ的热量。

回答下列问题：

（1）H2O的电子式是_______。

（2）断开1mol H—O键与断开1mol 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”）_______。

注：第26、27、28题视频二维码参见“答案与提示”部分。