第一章　化學反應與能量

第一節　化學反應與能量的變化

一、課標導航

二、核心綱要

1. 反應熱、焓變

在化學反應中，發生物質變化的同時，還伴有能量變化，這種能量變化，常以熱能的形式表現出來。在化學反應過程中放出或吸收的能量，通常叫做反應熱，又稱為“焓變”。反應熱用符號ΔH表示，單位一般采用“kJ/mol”。

2. 反應熱的微觀解釋

化學反應在本質上來說就是舊鍵的斷裂和新鍵的形成過程。

（1）破壞舊鍵時需要克服原子間的相互作用，需要吸收能量；

（2）形成新鍵時需要釋放能量。

在不做其他功的情況下則有：

當斷鍵吸收的能量大于成鍵釋放的能量時，為吸熱反應，ΔH>0；

當斷鍵吸收的能量小于成鍵釋放的能量時，為放熱反應，ΔH<0。

如圖1-1-1所示。

（1）實質：

① 斷裂1mol H2分子中的化學鍵需要吸收436kJ的能量。斷裂1mol Cl2分子中的化學鍵需要吸收243kJ的能量。

② 形成1mol HCl分子中的化學鍵需要放出431kJ的熱量。

（2）結論：該反應放出的能量為2×431kJ，吸收的能量為（436+243）kJ，故為放出能量的反應，兩者的熱量差為183kJ，即ΔH=-183kJ/mol。

3. 反應熱的計算

（1）如果將反應物具有的總能量定為E反，生成物具有的總能量定為E生，則ΔH=E生-E反。

（2）如果將反應物中化學鍵斷裂吸收的總能量定為E吸，生成物形成新鍵釋放的總能量定為E放，則ΔH=E吸-E放。

4. 放熱反應與吸熱反應的比較（如表1-1-1所示）

精華點撥

（1）放熱反應和吸熱反應與反應條件沒有必然聯系。需加熱才能發生的反應不一定是吸熱反應，如碳和氧氣的反應。放熱反應常溫下不一定容易發生，如鋁熱反應。吸熱反應也不一定需要加熱，如Ba（OH）2·8H2O晶體和NH4Cl晶體的反應。

（2）任何化學反應都伴隨著能量變化，不存在不發生能量變化的化學反應；吸熱反應和放熱反應都是化學反應。

（3）物質所具有的鍵能越大，物質的能量就越低，性質越穩定；反之鍵能越小，物質能量越高，性質越不穩定。

5. 熱化學方程式

（1）概念：熱化學方程式是用來表示參加反應物質的量和反應熱的關系的化學方程式。

（2）意義：不僅表明了化學反應中的物質變化，也表明了化學反應中的能量變化。

例如：熱化學方程式N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）　ΔH=-92.38kJ·mol-1表示的意義為1mol氮氣與3mol氫氣完全反應生成2mol氨氣，放出92.38kJ的熱量。

（3）熱化學方程式書寫。

① 注意ΔH的符號。

ΔH只能寫在熱化學方程式的右邊，且中間留一空格。若為放熱反應，ΔH為“-”；若為吸熱反應，ΔH為“+”。ΔH的單位一般為kJ/mol或kJ·mol-1。

② 注意測定條件。

反應熱ΔH與測定條件（溫度、壓強等）有關，因此書寫熱化學方程式時應注意ΔH的測定條件。絕大多數ΔH是在25℃、101kPa下測定的，可不注明溫度和壓強。

③ 注意物質的聚集狀態。

反應物和產物的聚集狀態不同，反應熱ΔH也不同。因此，書寫熱化學方程式必須注明物質的聚集狀態。氣體用“g”，液體用“l”，固體用“s”，溶液用“aq”。熱化學方程式中不用標“↑”和“↓”。

④ 注意化學計量數。

方程式中化學式前面的化學計量數只表示該物質的物質的量，不表示分子數或原子數。所以化學計量數可以是整數，也可以是分數。

如果化學計量數加倍，則ΔH也要加倍。當反應逆向進行時，其反應熱與正反應的反應熱數值相等，符號相反。例如：相同物質的下列化學反應，前者的反應熱是后者的兩倍。

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

═HCl（g）　ΔH=-92.3kJ·mol-1

6. 中和反應反應熱的測定

【實驗目的】測定強酸與強堿反應的反應熱，體驗化學反應的熱效應。

【實驗用品】大燒杯（500mL）、小燒杯（100mL）、溫度計、量筒（50mL）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）、環形玻璃攪拌棒。

0.5mol/L鹽酸、0.55mol/L NaOH溶液。

【實驗步驟】

（1）按圖1-1-2組裝儀器。

（2）用一個量筒量取50mL 0.5mol/L鹽酸，倒入小燒杯中，并用溫度計測量鹽酸的溫度，記入表1-1-2。然后把溫度計上的酸用水沖洗干凈。

（3）用另一個量筒量取50mL 0.55mol/L NaOH溶液，并用溫度計測量NaOH溶液的溫度，記入表1-1-2。

（4）把套有蓋板的溫度計和環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。用環形玻璃攪拌棒輕輕攪動溶液，并準確讀取混合溶液的最高溫度，記為終止溫度，記入表1-1-2。

重復實驗步驟（2）~（4）3次。

【實驗數據處理】

該反應放出的熱量Q=cmΔt=c（m2+m1）（t2-t1）=4.18×（50+50）×10-3×（t2-t1）kJ=0.418（t2-t1）kJ，則該反應生成1molH2O時放出的熱量為。

注：m1、m2分別代表鹽酸和氫氧化鈉溶液的質量。

【問題探究】

（1）填入的碎泡沫塑料或紙條的作用是什么？

保溫隔熱，減少實驗過程中熱量損失。

（2）溫度計上的酸為何用水沖洗干凈？

因溫度計還要測堿液的溫度，若不沖洗，溫度計上的酸和堿發生中和反應會放熱使所測堿液溫度升高。

（3）實驗中所用鹽酸和NaOH溶液的物質的量的比為什么不是1∶1，而是氫氧化鈉溶液過量？

NaOH溶液過量是為了使鹽酸完全被中和。

精華點撥

1. 中和熱

（1）概念：在稀溶液中發生中酸與堿和反應生成1molH2O時的反應熱。

強酸與強堿生成可溶性的鹽和1molH2O時放出的熱量為57.3kJ，可表示為

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

（2）注意：

① 如果是濃硫酸參加反應，因為濃硫酸稀釋時要放熱，所以生成1mol H2O時放出的熱量大于57.3kJ。

② 如果反應中有弱酸或弱堿參加反應，生成1molH2O時放出的熱量小于57.3kJ，因為弱電解質的電離是吸熱的。

③ 反應中如果有沉淀、氣體等物質生成，那么生成1molH2O時放出的熱量也不是57.3kJ。

2. 反應熱大小比較

（1）同一反應生成物的狀態不同時。

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

C（g）轉化成C（l）需要放熱，因此A（g）+B（g）=C（l）放出的熱量更多。因ΔH為負值，所以ΔH2<ΔH1。

（2）同一反應反應物狀態不同時。

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

S（g）轉化成S（s）需要放熱，所以S（g）與O2（g）反應放出的熱量更多，因ΔH為負值，所以ΔH1<ΔH2。

（3）兩個有聯系的不同反應相比。

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

C（s）完全燃燒生成CO2（g）比不完全燃燒放出的熱量要多，ΔH為負值，所以ΔH1<ΔH2。

三、全能突破

基礎演練

1. （雙選）下列說法中正確的是（　　）。

A. 干冰汽化需要吸收大量的熱，這個變化是吸熱反應

B. 酒精可用作燃料，說明酒精燃燒是釋放能量的反應

C. 木炭需要加熱到一定溫度才燃燒，所以木炭燃燒是吸收能量的反應

D. 釋放能量的反應一定是反應物的總能量高于生成物的總能量

2. 下列說法正確的是（　　）。

A. 焓變單位中kJ·mol-1，是指1mol物質參加反應時的能量變化

B. 當反應放熱時ΔH>0，反應吸熱時ΔH<0

C. 一個化學反應中，當反應物的總能量大于生成物的總能量時，反應放熱，ΔH為“-”

D. 一個化學反應中，生成物總鍵能大于反應物的總鍵能時，反應吸熱，ΔH為“+”

3. 下列對于化學鍵與化學反應中能量變化的關系敘述正確的是（　　）。

A. 物質發生化學反應時，斷開反應物中的化學鍵要放出能量

B. 物質發生化學反應時，形成生成物中的化學鍵要吸收能量

C. 斷開1mol C—H鍵要放出415kJ能量，那么斷開1mol CH4中所有C—H鍵則要放出4mol×415kJ/mol=1660kJ能量

D. 化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因

4. 根據熱化學方程式：S（l）+O2（g）═SO2（g）　ΔH=-293.23kJ/mol分析下列說法中正確的是（　　）。

A. S（s）+O2（g）═SO2（g），反應放出的熱量大于293.23kJ/mol

B. S（g）+O2（g）═SO2（g），反應放出的熱量小于293.23kJ/mol

C. 1mol SO2的鍵能的總和小于1mol硫和1mol氧氣的鍵能之和

D. 1mol SO2的鍵能的總和大于1mol硫和1mol氧氣的鍵能之和

5. 下列反應中，生成物的總能量大于反應物總能量的是（　　）。

A. 甲烷在空氣中燃燒

B. 金屬鈉與水反應

C. 鋁粉與氧化鐵粉末反應

D. 焦炭在高溫下與水蒸氣反應

6. 下列變化中，屬于吸熱反應的是（　　）。

① 液態水汽化　② 將膽礬加熱變為白色粉末　③ 濃H2SO4稀釋　④ KClO3分解制O2　⑤ 生石灰跟水反應生成熟石灰　⑥ 石灰石高溫分解　⑦ 　⑧ Ba（OH）2·8H2O與固體NH4Cl混合　⑨ 　⑩ Al與鹽酸反應

A. ②③④⑥⑦⑧⑨

B. ②④⑥⑦⑧⑨

C. ②④⑥⑧

D. ②③④⑧⑨

7. 在一定條件下，A和B反應可生成C和D，其能量變化如下：

（1）下列有關反應A+B═C+D的說法正確的是（　　）。

A. 反應前后原子的種類和數目一定不變

B. 該反應若有熱量變化，則一定是氧化還原反應

C. 若該反應為放熱反應，則不需加熱，反應就一定能自發進行

D. 反應物的總質量與生成物的總質量一定相等，且遵循能量守恒

（2）若E1<E2，則生成物的總能量_______（填“>”、“<”或“=”）反應物的總能量，為_______（填“吸熱”或“放熱”）反應。

能力提升

8. 下列熱化學方程式書寫正確的是（　　）。

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時，合成氨反應N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）　ΔH=-92.2kJ/mol，將此溫度下的1mol N2和3mol H2放在一密閉容器中，在催化劑存在時進行反應，測得反應放出的熱量為（忽略能量損失）（　　）。

A. 一定大于92.2kJ

B. 一定等于92.2kJ

C. 一定小于92.2kJ

D. 不能確定

10. 通常人們把拆開1mol某化學鍵所吸收的能量看成該化學鍵的鍵能。鍵能的大小可用于估算化學反應的焓變（ΔH），化學反應的ΔH等于反應中斷裂舊化學鍵的鍵能之和與反應中形成新化學鍵的鍵能之和的差。

則下列熱化學方程式不正確的是（　　）。

B. H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）　ΔH=-183kJ/mol

D. 2HCl（g）═H2（g）+Cl2（g）　ΔH=+183kJ/mol

11. SF6是一種優良的絕緣氣體，分子結構中只存在S—F鍵。已知：1mol S（s）轉化為氣態硫原子吸收能量280kJ，斷裂1molF—F、S—F鍵需吸收的能量分別為160kJ、330kJ。則S（s）+3F2（g）═SF6（g）的反應熱ΔH為（　　）。

A. -1780kJ/mol

B. -1220kJ/mol

C. -450kJ/mol

D. +430kJ/mol

12. 白磷與氧可發生如下反應：P4+5O2═P4O10。已知斷裂下列化學鍵需要吸收的能量分別為：P—P　akJ·mol-1、P—O　bkJ·mol-1、P=O　ckJ·mol-1、O=O　dkJ·mol-1。

根據如圖1-1-3所示的分子結構和有關數據估算該反應的ΔH，其中正確的是（　　）。

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. 寫出下列反應的熱化學方程式。

（1）6.0g石墨與適量的水蒸氣反應生成二氧化碳氣體和氫氣，吸收56.7kJ熱量，其熱化學方程式為

___________________________________。

（2）3molNO2氣體溶于水生成HNO3和NO氣體，放出138kJ熱量，其熱化學方程式為____________________。

（3）0.3mol氣態高能燃料乙硼烷（B2H6）在氧氣中燃燒，生成固態三氧化二硼和液態水，放出649.5kJ的熱量，其熱化學方程式為___________________________________。

14. 在相同溫度和壓強下，將32g硫分別在純氧中和空氣中完全燃燒，令前者熱效應為ΔH1，后者熱效應為ΔH2，則關于ΔH1和ΔH2的相對大小正確的是（除了熱量，不考慮其他能量轉化）（　　）。

A. ΔH1=ΔH2

B. ΔH1>ΔH2

C. ΔH1<ΔH2

D. 無法判斷

15. 在同溫同壓下，下列各組熱化學方程式中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. 根據以下3個熱化學方程式，下列有關Q1、Q2、Q3三者關系的判斷中正確的是（　　）。

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. 燃燒1g乙醇（液態）生成CO2氣體和液態水放出熱量為29.7kJ，則乙醇燃燒的熱化學方程式正確的是（　　）。

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. 下列說法或表示方法正確的是（　　）。

A. 等物質的量的硫蒸氣與固體硫分別完全燃燒，后者放出熱量多

B. 由C（石墨）=C（金剛石），ΔH=+1.90kJ/mol可知，金剛石比石墨穩定

C. 在101kPa時，2g氫氣完全燃燒生成液態水，放出285.8kJ熱量，氫氣燃燒的熱化學方程式表示為：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，若將含有0.5molH2SO4的濃硫酸與含1molNaOH的溶液混合，放出的熱大于57.3kJ

19. 氨在國民經濟中占重要的地位，合成氨時，合成塔中每產生1molNH3，放出46.1kJ的熱量。

（1）工業合成氨的熱化學方程式___________________________________。

（2）已知則斷開1molN—H鍵所需要的能量是_______kJ。

20. 實驗室進行中和熱測定的實驗時除需要大燒杯（500mL）、小燒杯（100mL）外，其他所用的儀器和試劑均正確的一組是（　　）。

A. 0.50mol/L鹽酸，0.50mol/L NaOH溶液，100mL量筒1個

B. 0.50mol/L鹽酸，0.55mol/L NaOH溶液，100mL量筒2個

C. 0.50mol/L鹽酸，0.55mol/L NaOH溶液，50mL量筒1個

D. 0.50mol/L鹽酸，0.55mol/L NaOH溶液，50mL量筒2個

21. 強酸與強堿的稀溶液發生中和反應的反應熱H+（aq）+OH-（aq）═H2O（l）　ΔH=-57.3kJ/mol。分別向1L 0.5mol/L的NaOH溶液中加入：①稀醋酸，②濃硫酸，③稀硝酸。恰好完全反應的反應熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3，它們之間的關系正確的是（　　）。

A. ΔH1>ΔH2>ΔH3

B. ΔH2<ΔH1<ΔH3

C. ΔH1=ΔH2=ΔH3

D. ΔH1>ΔH3>ΔH2

22. 下列說法正確的是（　　）。

A. 中和熱一定是強酸跟強堿反應放出的熱量

B. 1mol酸與1mol堿完全反應放出的熱量是中和熱

C. 在稀溶液中，酸與堿發生中和反應生成1mol H2O（l）時的反應熱叫做中和熱

D. 表示中和熱的離子方程式為：H++OH-═H2O　ΔH=-57.3kJ/mol

23. 將V1mL1.0mol·L-1HCl溶液和V2mL未知濃度的NaOH溶液混合均勻后測量并記錄溶液溫度，實驗結果如圖1-1-4所示（實驗中始終保持V1+V2=50mL）。下列敘述正確的是（　　）。

A. 做該實驗時環境溫度為22℃

B. 該實驗表明當加入酸與堿都為30mL時剛好完全反應，此時放出的熱量最多

C. NaOH溶液的濃度約為1.5mol/L

D. 該實驗表明有水生成的反應都是放熱反應

24. 50mL 0.50mol/L鹽酸與50mL 0.55mol/L NaOH溶液在如圖1-1-5所示的裝置中進行中和反應。通過測定反應過程中所放出的熱量可計算中和熱，回答下列問題：

（1）從實驗裝置上看，圖中尚缺少的一種玻璃用品是_______。

（2）燒杯間填滿碎紙條的作用是_______。

（3）大燒杯上如不蓋硬紙板，求得的中和熱數值將_______（填“偏大”“偏小”或“無影響”）。

（4）實驗中改用60mL 0.50mol/L鹽酸跟60mL 0.55mol/L NaOH溶液進行反應，與上述實驗相比，所放出的熱量_______（填“相等”或“不相等”），所求中和熱_______（填“相等”或“不相等”），簡述理由_______。

（5）實驗中改用8.0mL 15mol/L硫酸溶液跟60mL 0.55mol/L NaOH溶液進行反應，與上述實驗（4）相比，所求中和熱_______（填“相等”或“不相等”），簡述理由：___________________________________。

25. 下列說法正確的是（　　）。

A. 任何酸與堿發生中和反應生成1mol H2O的過程中，能量變化均相同

B. 同溫同壓下，H2（g）+Cl2（g）═2HCl（g）在光照和點燃條件下的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，則a>b

D. 已知：①C（s，石墨）+O2（g）═CO2（g）　ΔH=-393.5kJ·mol-1，②C（s，金剛石）+O2（g）═CO2（g）　ΔH=-395.0kJ·mol-1，則C（s，石墨）更穩定

高考鏈接

26. （2014安徽）CuCl（s）與O2反應生成CuCl2（s）和一種黑色固體。在25℃、101kPa下，已知該反應每消耗1mol CuCl（s），放熱44.4kJ，該反應的熱化學方程式是___________________________________。

27. （2014北京）降低溫度，將NO2（g）轉化為N2O4（l），再制備濃硝酸。

已知：2NO2（g）?N2O4（g）　ΔH1

2NO2（g）?N2O4（l）　ΔH2

下列能量變化示意圖中，正確的是（選填字母）_______。

巔峰突破

28. 用Cl2生產某些含氯有機物時會產生副產物HCl。利用反應A，可實現氯的循環利用。

反應A：

已知：反應A中，4mol HCl被氧化，放出115.6kJ的熱量。

回答下列問題：

（1）H2O的電子式是_______。

（2）斷開1mol H—O鍵與斷開1mol H—Cl鍵所需能量相差約為_______kJ，H2O中H—O鍵比HCl中H—Cl鍵（填“強”或“弱”）_______。

注：第26、27、28題視頻二維碼參見“答案與提示”部分。