第1节 化学反应的热效应
第1课时 化学反应的反应热
[核心素养发展目标] 1.变化观念：知道化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式，理解反应热的概念，认识和判断放热反应和吸热反应。2.科学探究：了解反应热(中和热)测定的原理和方法，会分析产生误差的原因，不断完善和改进测定方法。
一、化学反应的反应热
1．化学反应过程中能量变化的原因
(1)化学反应的两大基本特征
(2)化学反应中的能量变化
已知：
1molH2分子中的化学键断裂吸收的能量是kJ；
1molCl2分子中的化学键断裂吸收的能量是kJ；
2molHCl分子中的化学键形成释放的能量是kJ；
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应放出的热量为kJ。
2．反应热的概念
当化学反应在一定的温度下进行时，反应所释放或吸收的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称为反应热。
(1)表示方法：用符号Q表示；Q0，反应吸热；Q0，反应放热。
(2)单位：J·mol－1或kJ·mol－1。
(3)图示
图1表示放热反应，图2表示吸热反应。
(1)反应热与化学键断裂与形成的关系
Q＝断裂反应物化学键吸收的总能量(E1)－形成反应产物化学键放出的总能量(E2)
①若E1E2，则Q0，为吸热反应。
②若E1E2，则Q0，为放热反应。
(2)反应热与反应物、反应产物能量的关系
Q＝反应产物的总能量(E2)－反应物的总能量(E1)
A．每生成2分子AB吸收bkJ热量
B．断裂1molA—A键和1molB—B键，放出akJ能量
C．该反应中反应物的总能量高于反应产物的总能量
D．该反应热为(a－b)kJ·mol－1
答案 D
解析 依据题图分析，1molA2和1molB2反应生成2molAB，每生成2molAB(g)吸收(a－b)kJ的热量，A项错误；断裂1molA—A键和1molB—B键，吸收akJ能量，B项错误；依据题图可知，反应物的总能量低于反应产物的总能量，C项错误；反应热Q＝反应产物的总能量－反应物的总能量，所以反应热Q＝(a－b)kJ·mol－1，D项正确。
A．－kJ·mol－1 B．－kJ·mol－1
C．－kJ·mol－1 D．kJ·mol－1
答案 B
解析 利用反应热Q＝反应物的键能之和－生成物的键能之和进行计算。Q＝kJ·mol－1＋3×kJ·mol－1－6×kJ·mol－1＝－kJ·mol－1。
思维启迪——根据键能计算反应热的方法
(1)写出化学方程式。
(2)分析断裂或形成的化学键的数目。
(3)根据公式计算：Q＝E1(断裂反应物化学键吸收能量)－E2(形成反应产物化学键放出能量)。
二、反应热的测定
1．测定反应热的仪器——量热计
下图是一种简易量热计示意图。
2．测定方法：将反应物溶液加入到量热计内筒并迅速混合，搅拌，测量反应前后溶液温度的变化值。
3．计算公式：Q＝－C(T2－T1)。其中C表示溶液及量热计的热容，T1、T2分别表示反应前和反应后体系的温度。
4．利用量热计测定中和反应的反应热
(1)实验步骤
①向量热计内筒中加入1.0mol·L－1的盐酸mL，搅拌后测初始温度T1。
②向mL烧杯中加入1.0mol·L－1NaOH溶液mL，调节温度为T1。
③快速将烧杯中碱液倒入量热计中，盖好杯盖，轻轻搅拌，记录体系的最高温度T2。
④重复实验操作，记录每次的实验数据，取其平均值作为计算依据。
(2)实验数据处理
盐酸、氢氧化钠溶液为稀溶液，其密度近似地认为都是1g·cm－3，反应前后溶液的比热容
(3)思考讨论：①用同样的方法分别测定KOH溶液与盐酸反应，NaOH溶液与稀硝酸反应的反应热，所测得的上述三个中和反应的反应热相同吗？为什么？
答案 相同。
原因：参加反应的物质都是强酸、强碱，它们在水中完全电离，中和反应的离子方程式都是H＋＋OH－===H2O，反应都在室温下进行，且参加反应的n(H＋)和n(OH－)都相同，所以反应热也相同。
②若用mL1.1mol·L－1NaOH溶液和mL1.0mol·L－1的盐酸进行该实验，所测的反应热数值会更加准确，为什么？
答案 有利于盐酸全部参加反应。
③若用相同浓度的醋酸溶液代替盐酸进行实验(已知醋酸电离吸收能量)测得的中和热的数值会如何变化？
答案 变小。
测定中和反应的反应热需注意的几个问题
(1)简易量热计的保温隔热的效果要好。
(2)实验中要用酸和碱的稀溶液。
(3)碱液(或酸液)稍过量，以确保酸(或碱)完全反应。
(4)读取中和反应的温度(T2)是反应混合液的最高温度。
(5)实验操作动作要迅速，尽量减少热量损失。
(1)大小烧杯间填满碎纸条的作用是
。
(2)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”)。
(3)实验中改用60mL0.50mol·L－1盐酸与50mL0.55mol·L－1NaOH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
(4)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会(填“偏大”“偏小”或“无影响”)；用50mL0.50mol·L－1NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
答案 (1)减少实验过程中的热量损失 (2)偏小
(3)不相等 相等 因中和热是指在稀溶液中1molH＋和1molOH－发生中和反应生成
1molH2O(l)时所放出的热量，与酸碱的用量无关 (4)偏小 偏小
解析 实验操作要点：①量热计保温效果要好；②酸碱溶液的浓度要小；③酸碱一方要过量；④操作迅速准确，减少热量损失；⑤及时准确记录数据。大小烧杯间填满碎纸条的作用是防止热量散失，大烧杯如不盖硬纸板，会使热量散失，测得的中和热数值偏小。实验改用60mL盐酸，会生成更多的水，反应放出的热量变大，盐酸与NaOH的中和热是在稀溶液中，1molH＋和1molOH－发生中和反应生成1mol液态H2O时所放出的热量，强酸与强碱反应的实质是H＋＋OH－===H2O，计算出来的中和热是相同的。
思维启迪——中和热的含义
(1)中和热：稀的酸溶液和稀的碱溶液反应生成1mol液态水时所释放出的热量叫做中和热。
(2)离子方程式符合H＋＋OH－===H2O的稀的强酸与强碱溶液反应的中和热均相等，且室温下测定时与强酸与强碱的用量无关。
(3)若相同温度下，用稀的弱酸或弱碱测得的中和热的数值会变小。
中和热测定实验中应注意的事项
(1)实验成功的关键是做好保温措施，具体操作是：①两个烧杯口要相平；②在两个烧杯之间填充碎泡沫塑料或碎纸片；③用玻璃棒搅拌，而不能用金属棒(丝)搅拌；④实验时动作要迅速。
(2)加过量碱液使酸完全反应，碱过量对中和热测定没有影响。
(3)温度计不能代替环形玻璃搅拌棒，只能用于测量溶液的温度。
1．(·济南高二月考)下列说法正确的是(
)
A．化学反应除了生成新的物质外，还伴随着能量的变化
B．据能量守恒定律，反应物的总能量一定等于反应产物的总能量
C．放热的化学反应不需要加热就能发生
D．吸热反应不加热就不会发生
答案 A
解析 化学反应的本质特征是有新物质的生成，形成新化学键释放的能量与断裂旧化学键吸收的能量不相等，所以化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化，A项正确；化学反应中反应产物的总能量不等于反应物的总能量，反应前后的能量差值为化学反应中的能量变化，B项错误；放热反应有的需要加热，如木炭的燃烧是一个放热反应，但需要点燃，C项错误；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，但不需要加热，D项错误。
2．(·青海一中高二质检)已知EA、EB、EC、ED分别表示A(g)、B(g)、C(g)、D(g)所具有的能量，则对于吸热反应：A(g)＋B(g)===C(g)＋D(g)，下列说法正确的是(
)
A．EAEC B．EAEC＋ED
C．EA＋EBEC＋ED D．EA＋EBEC＋ED
解析 反应物的总能量低于反应产物的总能量的反应为吸热反应，故吸热反应：A(g)＋B(g)===C(g)＋D(g)中，EA＋EBEC＋ED，D项正确。
3．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(
)
A．铝片与稀盐酸反应
B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C．灼热的炭与二氧化碳反应
D．甲烷在氧气中的燃烧反应
答案 C
解析 Al与盐酸反应是放热反应，A项错误；B中反应是吸热反应，但不是氧化还原反应，B项错误；灼热的C和CO2反应是氧化还原反应，同时又是吸热反应，C项正确；甲烷的燃烧是放热反应，D项错误。
4．根据下面的信息，判断下列叙述中正确的是(
)
A．氢气与氧气反应生成水的同时吸收能量
B．氢气与氧气反应生成水，该反应的反应物的总能量小于反应产物的总能量
C．1molH2(g)与0.5molO2(g)反应生成1molH2O(l)，释放能量kJ
D．2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(g)放出能量kJ
0.5molO==O键吸收的能量为kJ＋kJ＝kJ，形成1molH2O(g)中化学键放出的能量为kJ，反应生成1molH2O(g)时放出能量为kJ－kJ＝kJ，生成2molH2O(g)时放出能量为2×kJ＝kJ，反应物总能量高于反应产物总能量，该反应为放热反应。
题组一 反应热的概念
1．下列说法不正确的是(
)
A．反应产物总能量一定低于反应物总能量
B．反应热的大小与反应物和反应产物的能量有关
C．化学反应放热还是吸热与反应条件(是否需要加热等)无关
D．停止加热后仍能进行的反应一般为放热反应
解析 反应产物的总能量不一定低于反应物总能量，A项不正确。
2．(·济南一中月考)下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是(
)
A．放热反应的发生无须任何条件
B．化学键的断裂和形成与反应放热和吸热无关
C．化学反应过程都伴随着能量的变化
D．硫酸与氢氧化钠的反应是吸热反应
解析 放热反应的发生可能需要条件，如加热等，A项错误；化学键的断裂和形成与反应放热和吸热有关，B项错误；化学反应过程都伴随着能量的变化，C项正确；H2SO4与NaOH的反应是放热反应，D项错误。
题组二 放热反应和吸热反应
3．(·临沂高二检测)已知反应X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是(
)
A．X的能量一定高于M
B．Y的能量一定高于N
C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D．因该反应为放热反应，故不必加热就可发生
解析 放热反应指反应物的总能量高于生成物的总能量，所以X和Y的总能量高于M和N的总能量，C项正确；A项，X的能量不一定高于M的能量，错误；B项，Y的能量不一定高于N的能量，错误；D项，放热反应有些也需要加热，错误。
4．下列图示变化为吸热反应的是(
)
解析 A项中的图像表示生成物的能量比反应物的能量高，故为吸热反应；B项中的图像表示反应物的能量比生成物的能量高，故为放热反应；C项中浓硫酸溶于水放热，不是化学变化；D项中锌与盐酸反应是放热反应。
题组三 化学反应中能量变化图像的识别
5．参照反应Br·＋H2―→HBr＋H·的能量与反应过程的关系示意图，判断下列叙述中正确的是(
)
A．正反应为吸热反应
B．正反应为放热反应
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．断裂反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量
解析 反应中，反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，A项正确，B、C项错误；D项，反应为吸热反应，断裂化学键吸收的能量大于形成化学键放出的能量，错误。
6．反应A＋B―→C(Q＜0)分两步进行：①A＋B―→X(Q＞0)，②X―→C(Q＜0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(
)
解析 由A＋B―→X为吸热反应，可知X的能量高于A＋B的能量，可排除A项和C项；由总反应A＋B―→C为放热反应，可知C的能量小于A＋B的能量，故B项错误、D项正确。
题组四 反应热与化学键的关系
7．(·黑龙江哈三中验收考试)氢气和氟气混合在黑暗处即可发生爆炸而释放出大量的热量。在反应过程中，断裂1molH2中的化学键消耗的能量为Q1kJ，断裂1molF2中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1molHF中的化学键释放的能量为Q3kJ。下列关系式中正确的是(
)
A．Q1＋Q2＜2Q3 B．Q1＋Q2＞2Q3
C．Q1＋Q2＜Q3 D．Q1＋Q2＞Q3
8．根据下图所示的N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中能量变化情况，判断下列说法错误的是(
)
A．2mol气态氧原子结合生成O2(g)时，能放出kJ能量
B．断裂1molNO分子中的化学键，需要吸收kJ能量
C．1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量
D．1molN2和1molO2的反应热Q＝－kJ·mol－1
解析 反应热就是断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键所放出的能量的差值，该反应的反应热是kJ·mol－1＋kJ·mol－1－2×kJ·mol－1＝kJ·mol－1，所以该反应是吸热反应，反应物总能量小于生成物总能量，D项错误。
9．已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量kJ，且氧气中1molO===O键完全断裂时吸收热量为kJ，水蒸气中1molH—O键形成时放出热量kJ，则氢气中1molH—H键断裂时吸收的热量为(
)
A．kJB．kJC．kJD．kJ
－kJ，Q＝kJ。
10．工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，已知下列化学键的键能(拆开或形成
1mol化学键所吸收或放出的热量)：
下列说法正确的是(
)
A．该反应为吸热反应
B．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
C．反应热Q＝92kJ·mol－1
D．生成1molNH3放出92kJ热量
题组五 反应热的测定
11．在测定中和反应的反应热的实验中，下列叙述错误的是(
)
A．向量热计中加入盐酸，盖上杯盖，搅拌后的温度即为初始温度
B．酸、碱混合后，盖好杯盖，匀速搅拌，记录体系达到的最高温度
C．向量热计中加入碱液时，碱液的温度应与酸液的温度相同
D．可以用KOH溶液代替NaOH溶液，浓硫酸代替盐酸
解析 可以用KOH溶液代替NaOH溶液，但不能用浓硫酸代替盐酸，因为浓硫酸溶于水时会放出热量，影响测定结果。
12．将V1mL1.00mol·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．该实验表明化学能可以转化为热能
C．NaOH溶液的浓度约为1.00mol·L－1
D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应
解析 实验所测量的温度不是环境温度，而是反应后溶液的温度；根据图像，当V1＝30mL时，反应混合液温度最高，说明此时二者恰好完全反应，V2＝20mL，1.00mol·L－1×
30mL＝c(NaOH)×20mL，c(NaOH)＝1.50mol·L－1；NH4Cl(s)与Ba(OH)2·8H2O(s)的反应也有水生成，但该反应是吸热反应。
13．(1)写出下列反应的化学方程式：
①将0.02mol·L－1盐酸与0.02mol·L－1氢氧化钠溶液等体积混合：。
②将0.01mol·L－1硫酸与0.02mol·L－1氢氧化钠溶液等体积混合：。
(2)上述两反应，若从物质类别的变化分析，其反应类型是；若从能量的变化分析，其反应类型是。
(3)上述两反应的离子方程式是，
两反应过程中的热量变化(填“相同”或“不同”)，你判断的依据是
答案 (1)①HCl＋NaOH===NaCl＋H2O②H2SO4＋2NaOH===Na2SO4＋2H2O
(2)中和反应 放热反应 (3)H＋＋OH－===H2O 相同 参加两反应的H＋、OH－的数目都相同
14．合成氨工业中，合成塔中每产生2molNH3，放出92.2kJ热量。
(1)若起始时向容器内放入2molN2和6molH2，达平衡后放出的热量为Q，则Q(填“”“”或“＝”).4kJ。
(2)已知
1molN—H键断裂吸收的能量等于kJ。
答案 (1) (2)
解析 (1)反应是可逆反应，不能进行彻底，2molN2和6molH2反应生成的NH3小于4mol，故达到平衡时放出的热量小于.4kJ。
(2)3H2(g)＋N2(g)2NH3(g)，反应热Q＝反应物化学键断裂吸收的能量－反应产物化学键形成放出的能量，即3×kJ＋.8kJ－6×EN－H＝－92.2kJ，EN－H＝kJ。
(1)a、b所代表的意义依次是，
(2)该反应是(填“吸热”或“放热”)反应。
(3)该反应的反应热为(用“a”“b”“c”表示)kJ·mol－1。
答案 (1)旧键断裂吸收的能量 新键形成释放的能量
(2)放热 (3)－c(或a－b)