普通高中教科书 化学 选择性必修 化学反应原理（沪教版）.pdf

主编：麻生明 陈 寅本册主编：竺际舜编写人员： （以姓氏笔画为序）包慧敏 朱万森 刘永梅 余方喜徐雪峰 唐增富 魏晓芳责任编辑：王美淞 孙 伟 胡恺岩美术设计：诸梦婷普通高中教科书化学选择性必修 1化学反应原理上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写出 版 上海世纪出版（集团）有限公司上海科学技术出版社 （上海市钦州南路 71 号邮政编码 200235）发 行上海新华书店印 刷当纳利（上海）信息技术有限公司版 次2021 年 3 月第 1 版印 次2021 年 3 月第 1 次开 本890 毫米 1240 毫米1/16印 张8字 数173 千字书 号ISBN 9787547853023/G1040定 价10.10 元版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话：02164848025，邮箱：全国物价举报电话：12315 声明按照中华人民共和国著作权法第二十三条有关规定，我们已尽量寻找原作者支付报酬。原作者如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。致同学们欢迎同学们进入普通高中化学选择性必修课程的学习！依据化学学科不同的基础性研究领域，普通高中化学选择性必修课程有： “化学反应原理” “物质结构与性质” “有机化学基础”3 个模块， 化学反应原理 物质结构与性质有机化学基础就是根据这 3 个模块而编写的。这些领域的课程，可以培养同学们深入学习与探索化学的志向，引导同学们更深入地认识化学科学，了解化学研究的内容与方法等。选择性必修课程是同学们根据个人需求与升学考试要求选择修习的课程。化学反应原理主要从化学反应与能量，化学反应的方向、限度和速率，以及水溶液中的离子反应与平衡等方面，引导同学们探索化学变化所遵循的基本原理及其应用。 物质结构与性质主要从原子、分子水平上研究物质构成的规律，以微粒之间不同的作用力为线索，侧重于研究不同类型物质的相关性质，引导同学们深入体会物质的结构与性质之间的关系。 有机化学基础主要从有机物的组成与结构、烃及其衍生物的性质与应用、生物大分子及合成高分子等方面，引导同学们形成基于官能团、化学键与反应类型认识有机物的一般思路，了解测定有机物结构、探究性质、设计合成路线的基础知识，建立组成和结构决定性质的重要观念。为了有利于同学们积极主动地投入学习，教材设置了不同功能的栏目，主要分布在学习准备、概念建构、拓展延伸、巩固提升等部分。学习准备帮助同学们了解本章节的学习目标，建立新旧知识的关联，有助于知识结构化和网络化。梳理在学习本节前需要回顾的知识。知 识 回 放明确本节主要的学习目标，包括核心的知识内容和需达到的学业质量水平等。学 习 聚 焦12普通高中化学选择性必修课程教材体现化学学习领域的特点和与大学化学课程的关联性，希望提升同学们化学学科核心素养的水平，促进正确的世界观、人生观和价值观的形成。想一想提出与正文相关的问题，供同学们思考、讨论，并解决问题。书写表达运用化学特有的语言来表征物质的组成、结构与变化。提供教师演示、学生必做实验等内容。实 验 探 究概念建构通过思考讨论、书写表达、实验探究等多样的学习方式，帮助同学们进行概念建构，有效地掌握知识与技能。拓展视野提供与正文内容相关的拓展性知识。拓展延伸为了拓展同学们的学习视野并激发学习兴趣，教材选择了一些补充资料，供同学们进一步了解化学与科学、技术、社会和环境的联系。例题导引提供典型的例题，附以解答过程，呈现解决问题的思维模型。练习巩固设计与本章节相关的练习，并检验学习成效。素养提升从化学学科核心素养的视角对本章的核心概念与技能进行归纳。核心框图以概念图形式呈现本章的知识结构。体验分享设计了制作类、课题类的实践任务或实际问题。巩固提升在章节的末尾，提供相关的例题、练习和实践活动，并将章节的素养要点进行提炼，帮助同学们巩固所学内容。链接学科链接职业介绍化学分支领域或跨学科领域，并提供与内容相关的职业链接。化学史话介绍化学家的成就或重要的历史事件。1.1 化学反应与能量变化 31.2反应热的测量和计算 101.3 燃料的合理利用 17本章复习 212.1化学反应的方向 272.2化学反应的限度 322.3化学反应的速率 412.4工业合成氨 46本章复习 533.1水的电离和溶液的酸碱性 593.2弱电解质的电离平衡 643.3酸碱中和与盐类水解 683.4难溶电解质的沉淀溶解平衡 75本章复习 81目 录第 1 章 化学反应的热效应 1第 2 章 化学反应的方向、限度和速率 25第 3 章 水溶液中的离子反应与平衡 571 一些化学反应的 H和 S（298 K，100 kPa） 115 酸、碱和盐的溶解性表（20） 116 化学词汇中英文对照表 117 学生必做实验索引 118 元素周期表 119附录 11524.1氧化还原反应 854.2 原电池和化学电源 894.3电解池 1004.4金属的电化学腐蚀与防护 108本章复习 112第 4 章 氧化还原反应和电化学 83化学反应的热效应第1章上海航天技术研究院参与研制的系列运载火箭。火箭发射时，燃料燃烧产生的巨大动力助推火箭升空 入轨。1第 7 章化学反应与能量变化反应热的测量和计算燃料的合理利用1.11.21.32常温下，氢氧化钡固体与氯化铵固体的反应化学反应的本质是化学键的断裂和形成。断裂原有的化学键需要吸收能量，生成新的化学键会释放能量，因此，化学反应都会伴随着能量变化。通过化学反应，不仅可以创造出新的物质，还可以进行化学能与热能、电能、光能等各种形式能量之间的转化。其中，化学能与热能之间的转化是化学反应能量变化中最常见的一种。在本章中，我们将学习化学反应中能量变化的本质、反应热的表示方法以及反应热的有效利用等，从而认识化学在提高能源利用率、促进社会可持续发展等方面起着至关重要的作用。化学反应与能量变化31.1身边的有机化合物第 7 章1.1化学反应与能量变化在自然科学研究中，被研究的对象称为系统。系统以外的，与系统相关的其他部分称为环境。例如，研究水的蒸发，水和水蒸气就是系统，周边的其他部分是环境。研究盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液就是系统，而盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等便是环境。系统与环境可以根据需要来划分，有一定的人为性。内能是系统内物质各种能量的总和，用符号 U 表示。当系统处于一定状态时，系统就具有确定的内能，当温度、压强、物质的聚集状态等发生改变，内能也随之改变 （图 1.1） 。系统的内能世界是物质的，物质是运动的，化学变化是物质运动的一种形式。物质在运动变化过程中会伴随着能量的变化，化学变化过程也伴随着能量的变化。我们将通过学习物质的内能来认识化学反应中能量变化的本质。 理解能量守恒定律在化学反应中的应用知道内能的含义 知道化学反应中的能量转化形式 了解反应焓变与反应热的关系学 习 聚 焦知 识 回 放 能量守恒定律 物质三态转化时伴随的能量变化 放热反应和吸热反应 化学键热与功系统与环境之间由于温度差交换或传递的能量称为热，用符号 Q 表示。除热以外，其他各种形式传递的能量都称为功，用符号 W表示。系统因体积变化所做的功称为体积功，除体积功以外，其他的功如电功、机械功、光能等都称为非体积功，或称其他功。资 料 库图 1.1 水发生状态变化时内能的变化一定压强下，0时 1.0 mol 的水和 0时 1.0 mol 的冰，哪个系统的内能更大？一定压强下，25时 1.0 mol 的水和25时 10.0 mol 的水，哪个系统的内能更大？想一想1 g 水蒸气蒸发1 g 液态水内能增加内能增加熔化1 g 冰化学反应的热效应第 1 章4拓展视野能量既不会凭空产生，也不会消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在各种形式的能量转化或传递过程中，总能量保持不变，这就是能量守恒定律。研究热与其他形式能量相互转化关系的科学被称为热力学。热力学第一定律是能量守恒定律在热力学系统中的应用。热力学第一定律用内能（U）来描述系统的能量，系统通过热（Q）和功（W） ，与环境交换能量，从而使内能改变。当系统与环境之间没有物质交换时，热力学第一定律的数学表达式为：U = Q + W。热力学第一定律为什么夏天走在沙滩上会感觉沙子很烫，而海水却凉快许多？假设 1 kg 海水和等质量的沙子同时在阳光中暴晒，若都获取了 100 kJ 热量（不考虑热量散失） ，则海水和沙子的温度分别升高了多少？已知水和沙（主要成分为二氧化硅）的比热容分别为 4.18 kJ K1 kg1和0.84 kJ K1 kg1。由于物质内部微观粒子运动及相互作用很复杂，系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以体现在状态变化的过程中。具体来说，可以是物质温度、聚集状态变化前后系统内能的变化，也可以是反应物转化为生成物的过程中系统内能的变化。系统内能的变化用符号 U 来 表示。几乎所有化学反应的发生，都伴随着能量的变化，能量通过功和热这两种形式在系统与环境之间实现转化或传递。我们可以通过测定系统变化过程中的功和热得到系统内能的变化量。热容和比热容在不发生化学反应和物质聚集状态不变的条件下，一定量物质吸收热量，温度每升高 1 K 时所吸收的热量称为该物质的热容，用符号 C 表示，单位是 J K1。 单位质量物质的热容称为该物质的比热容，用符号 c 表示，常用单位是kJ K1 kg1。利用下式可以计算一定质量的物质在温度上升或降低时所需吸收或释放的热量。Q = cmT资 料 库书写表达化学反应与能量变化51.1化学能储存在物质的化学键中。对于化学反应而言，由于化学键及分子间作用力发生变化，反应物转化为生成物的过程不仅有物质的变化，还伴随着能量的变化，并以声、光、热、电等形式表现出来。化学反应实现了化学能与其他能量形式之间的转化，其中化学能与热能之间的转化是最常见的一种形式。化学反应的焓变取一只 100 mL 烧杯，加入 10 g 碳酸氢钠固体和 10 g 柠檬酸固体（为防止反应过快液体冲出烧杯，所加固体不宜太多） ，再向烧杯中注入少量蒸馏水后搅拌，观察现象。待反应稍平缓后，用手小心触摸烧杯壁，感受反应的热效应。 现象记录： 。 实验结论： 。 问题：若要测定一定量的碳酸氢钠固体和柠檬酸固体加水后系统的温度变化，你会怎么做？请设计方案，并与同学分享交流。碳酸氢钠与柠檬酸反应的热效应实 验 探 究图 1.2碳酸氢钠与柠檬酸反应的系统温度变化我们还可以借助温度传感器来记录碳酸氢钠与柠檬酸反应时温度随时间的变化。图1.2 为某次实验中温度传感器记录的数据。从图中不仅能看到温度变化的情况，还能读出某时刻反应系统对应的温度。在一定温度下，化学反应过程中吸收或释放的热称为化学反应的热效应，也称反应热，用符号 Q 表示。系统从环境吸热，则 Q0；系统对环境放热，则 Q0。燃放烟花时，能量主要以哪几种形式释放出来？这些能量是从哪里来的呢？想一想温度/时间/s化学反应的热效应第 1 章6氢气与氧气化合是放热反应，而氧化汞的分解则是吸热反应。两个化学反应中的焓变如图 1.3 所示。图 1.3化学反应中的焓变示意图画出下列化学反应中的焓变示意图。CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H = 891 kJ mol1书写表达焓（H）是一种与内能有关的物理量。系统状态发生变化，焓也随之改变。在科学研究与生产实践中，大多数化学反应是在等压或接近等压的条件下进行，此时的反应热称为等压反应热，用符号 Qp表示。人们常用系统的焓的变化，即焓变（H）来表示在等压、只做体积功条件下的反应热，单位常用kJ mol1，此时：H = Qp在一定条件下，一个化学反应是吸热还是放热，是在等压条件下由生成物和反应物的焓的差值决定的，即：H = H（生成物） H（反应物）当H0时，为吸热反应。如以下两个反应：2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) H = 484 kJ mol12HgO (s) 2Hg (l) + O2 (g) H = 182 kJ mol1焓焓放热2H2(g) + O2(g)2H2O(g)H = 484 kJmol1H = 182 kJmol12HgO(s)2Hg(l) + O2(g)吸热生成物反应物反应物生成物化学反应与能量变化71.1化学反应的本质是化学键的断裂和形成。化学反应的热效应主要与化学键重组时键能的变化有关。断裂原有的化学键需要吸收能量，生成新的化学键会释放能量。若反应物断键时吸收的能量小于生成物成键时放出的能量，该反应是放热反应，反之为吸热反应。在放热反应中，反应物所具有的化学能转化为热释放出来；在吸热反应中，吸收的热转化为化学能储存在生成物之中。化学热力学是将热力学的基本理论用于研究化学现象及其相关物理现象的化学分支学科。化学热力学一般处理平衡问题，而不涉及达到该平衡态的途径，即知道系统的始态和终态便可得到结果，不研究过程中的变化机理和反应速率等问题。热化学是化学热力学的重要领域，主要研究化学变化及物理变化过程的热效应。工业生产中热交换、燃料的利用等都需要使用热化学数据，这些数据也会对化学理论研究、探究分子结构间的变化规律、了解化学键本质等起着重要作用。热化学常用量热法测量热效应，随着微型热量计被用于研究追踪细胞生长和蛋白质分子之间的各种生化反应过程，现代热化学的研究对象已扩展到复杂的化学系统和生物系统。化学热力学链接学科一定条件下，1 mol 气态 H2与 1 mol 气态 Br2断键时分别需要吸收 436 kJ 和 193 kJ 的热量，而 1 mol 气态 HBr 成键时会放出 366 kJ 的热量。据此推算，反应：H2 (g) + Br2 (g) 2HBr (g) 是吸热反应还是放热反应？想一想化学反应的热效应第 1 章8 相同条件下，发生下列两个化学反应： 简述 H1与 H2的联系和差别。 上述两个反应的共同点在于：反应条件、反应物的聚集状态及物质的量是相同的，表明两者反应物的焓H（反应物） 相等。差别在于：一个反应的生成物是液态水，另一个反应的生成物是气态水。由于液态水要吸收能量才能变为水蒸气，因此生成物液态水和水蒸气的焓不同，这就导致了 H1 和 H2数值的差异。由此说明，相同条件下氢气和氧气化合生成液态水时，会比生成水蒸气放出更多的热量。学习指南例题导引问题：分析：2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) H1 = 572 kJ mol12H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) H2 = 484 kJ mol1练习巩固1. 下列化学反应中，由热能转化为化学能的是（） 。2. 等物质的量的下列物质中，内能最大的是（） 。 （A） 水蒸气 （B） 液态水 （C） 冰 （D） 冰水混合物3. 已知 CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l)H = 891 kJ mol1。 下列选项正确的是（） 。 （A） 反应物的焓大于生成物的焓 （B） 反应物的焓小于生成物的焓 （A） C (s) + O2 (g) CO2 (g) （B） CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) （C） 2H2O (l) 2H2 (g) + O2 (g) （D） Pb (s) + PbO2 (s) + 2H2SO4 (aq) 2PbSO4 (s) + 2H2O (l)点燃高温电解放电充电化学反应与能量变化91.1内容放热反应吸热反应反应物与生成物的焓反应物的焓生成物的焓反应物的焓生成物的焓化学反应中化学键的断裂与生成断键时吸收的热量成键时放出的热量断键时吸收的热量成键时放出的热量 （C） 根据能量守恒定律，反应物的焓等于生成物的焓 （D） 该反应为吸热反应4. 已知 N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)H = 92 kJ mol1。若反应生成的 NH3为液态，则此时的 H 与“92 kJ mol1”相比会有何变化？5. 完成下表中的大小比较。化学反应的热效应第 1 章10身边的有机化合物第 7 章1.2反应热的测量和计算焓的绝对值无法直接测量，但 H 是可以测量的。许多化学反应的反应热可以通过实验来测量。测量反应热的仪器称为热量计。反应热的测量在化学研究和化工生产中我们总会遇到一些实际问题，有许多要借助于热化学数据才能得以解决。其中焓变对于了解反应本质及微观机理具有重要的价值。通过本节的学习，我们将了解如何来测量、描述和计算化学反应的焓变，为进一步认识热化学原理以及解决实际问题奠定基础。图 1.4测定中和反应反应热的实验装置在测定中和反应的反应热时，应该测量哪些数据？如何根据测得的数据计算反应热？按下列实验步骤测量酸碱中和反应的反应热。（1） 用量筒量取 50 mL 0.50 mol L1盐酸，倒入简易热量计中，用温度传感器测量盐酸的温度，记录数据。（2） 用量筒量取 50 mL 0.55 mol L1 NaOH 溶液，倒入烧杯中，调节其温度，使之与热量计中盐酸的温度相同。（3） 把搅拌磁子放入热量计中，盖好杯盖（图 1.4） 。启动应用程序，打开磁力搅拌器，开始采集数据。（4） 打开杯盖上的橡皮塞，将 NaOH 溶液沿漏斗迅速全部倒入热量计中，塞紧橡皮塞。待温度平稳后，停止采集，温度变化如图 1.5 所示，将起始温度和最高温度的数据记录在表格中。再重复实验步骤（1） （4）两次。实 验 探 究用简易热量计测定中和反应的反应热了解反应热的测量方法学会书写热化学方程式 了解盖斯定律能进行反应焓变的简单计算学 习 聚 焦知 识 回 放 焓变 酸碱中和反应图 1.5温度变化图时间 /s温度 /111.2反应热的测量和计算实验编号溶液温度 /t（起始）t（最高）123（5） 为计算简便，我们近似认为混合液的比热容等于水的比热容，并忽略热量计的比热容，根据反应过程中溶液温度的变化值，计算该中和反应的反应热。问题：为了提高测定的准确度，应该采取哪些措施？弹式热量计拓展视野弹式热量计是一种常见的热量计（图 1.6） 。化学反应可在一个完全密闭的厚壁钢制容器中进行。实验前向容器中通入反应所需的一定量高压氧气，故该容器也叫“氧弹” 。氧弹位于有绝热套的水浴之中。弹内的试样跟引燃电阻丝接触，试样燃烧时放出的热量等于水浴中水所吸收的热量以及各部件吸热的总和。由于氧弹是密闭容器，在反应过程中，系统的总体积可视为恒定，故测得的热效应是等容反应热。这种热量计常用于测定物质的燃烧热。图 1.6弹式热量计示意图温度传感器引燃电极高压氧气阀引燃电阻丝高压氧气搅拌器绝热套氧弹试样水化学反应的热效应第 1 章12研究热化学时，我们可以用热化学方程式表示一个化学反应中的反应焓变和物质变化。例如，实验测得 298 K 和100 kPa 时，1 mol 碳与 1 mol 氧气完全反应生成 1 mol 二氧化碳气体时，放热 394 kJ。该反应的热化学方程式可写成：书写热化学方程式时应注意：（1） H 与物质的聚集状态有关，因为物质的聚集状态变化时会发生焓变，故应标明物质的聚集状态。通常用英文字母 s、l、g 分别表示固态、液态和气态，用 aq 表示水溶液，通常指稀溶液。（2） H 要注明反应的温度和压强，一般不注明时，表示的反应温度为 298 K、压强为 100 kPa。（3） H 的单位一般是 kJ mol1。在相同条件下正向反应和逆向反应的 H 数值相同，符号相反。另外，H的数值也与化学方程式的书写形式有关。例如：H2 (g) + 12O2 (g) H2O (l) H = 286 kJ mol12H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)H = 572 kJ mol1H2 O(l) H2 (g) + 12O2 (g)H = 286 kJ mol1热化学方程式C (s) + O2 (g) CO2 (g)H = 394 kJ mol1在 298 K 和 100 kPa 时，合成氨反应的热化学方程式为：试写出相同条件下反应 NH3 (g) 12N2 (g) + 32 H2 (g)的热化学方程式。 N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)H = 92 kJ mol1书写表达H单位中的“mol1”反应进度是以反应方程式整体作为一个特定组合单元来表示反应进行的程度。mol 1指反应进度为 1 mol，此时各种反应物消耗掉的物质的量，各种生成物的物质的量，在数值上均等于热化学方程式中各自的化学计 量数。资 料 库131.2反应热的测量和计算在上海搭乘地铁从汉中路到陕西南路，你可以选择以下任意一条路线（图 1.7） 。例如：路线 1：乘地铁 12 号线沿途经过 2 个车站。路线 2：乘地铁 1 号线沿途经过 4 个车站。然而，在一般搭乘情况时，无论你选择哪条路线，只要起点站（始点）和终点站（终点）相同，经过闸机时，你所付的车费是一样的。化学反应热效应的计算与上述事例也有相似之处。无论化学反应遵循哪条路线进行，当中涉及多少步骤，只要反应的起始状态和最终状态相同，该化学反应的焓变都是相同的。需要注意的是，前者是一种人为规定的计算方式，后者是客观存在的反应过程能量变化规律。在研究许多化学热现象后，科学家盖斯（Germain Henri Hess, 18021850）提出：化学反应的热效应仅与反应物的最初状态及生成物的最终状态有关，而与其中间步骤无关，这就是盖斯定律。换言之，一个反应若能分解成两步或更多步实现，则总反应的 H 等于各分步反应的 H 之和。我们以铜与氧气化合生成氧化铜为例。这个反应可以按以下两条路线来进行：路线 A：2Cu (s) + O2 (g) 2CuO (s)，反应的焓变为 H1。路线 B：先按反应 2Cu (s) + 12O2 (g) Cu2O (s) 生化学反应焓变的计算图 1.7上海地铁线路（局部）天潼路曲阜路新闸路汉中路上海火车站中潭路江宁路昌平路静安寺淮海中路自然博物馆南京东路大世界豫园陆家嘴四川北路宝山路老西门新天地南京西路人民广场黄陂南路常熟路陕西南路1 号线12 号线化学反应的热效应第 1 章14成氧化亚铜，再按反应：Cu2O (s) +12O2 (g) 2CuO (s)生成氧化铜，以上两步的焓变分别为 H2、H3。因为焓变跟路径无关，无论是一步反应，还是多步反应，始态都是 2Cu (s) + O2 (g)，终态都是 2CuO (s)，路线 A和路线 B 的焓变应该相等（图 1.8） 。通过计算，这两条路线最终的焓变相等，即 HA = HB。若一个反应的化学方程式可由其他几个化学方程式相加减得到，则该化学反应的焓变就等于其他几个反应焓变的代数和。在科学研究中，科学家可以利用各种类型的热量计精确测量许多化学反应的反应热。但并不是所有的反应热都可通过实验直接测量，例如，C (s) + 12O2 (g) CO (g) 的反应热就不能由实验直接测得，因为反应过程中很难控制副产物 CO2 (g) 的生成。对于这些反应，我们就可利用一些已知反应的焓变数据来计算得到。图 1.8总反应的 H 等于各分步反应的 H 之和路线 A：2Cu (s) + O2 (g) 2CuO (s) HA = H1 = 315 kJ mol1路线 B：2Cu (s) + 12O2 (g) Cu2O (s) H2 = 169 kJ mol1 +） Cu2O (s) + 12O2 (g) 2CuO (s) H3 = 146 kJ mol12Cu (s) + O2 (g) 2CuO (s) HB = H2+H3= 169 kJ mol1 + （146 kJ mol1）= 315 kJ mol1路线 B路线 AH1 = 315 kJmol1Cu2O(s)+12O2(g)2Cu(s)+O2(g)2CuO(s)H3 = 146 kJ mol1H2 = 169 kJ mol1151.2反应热的测量和计算 已知下列两个反应热的实验值（298 K，100 kPa） ： C (s) + O2 (g) CO2 (g) H1 = 394 kJ mol1 CO (g) + 12O2 (g) CO2 (g) H2 = 283 kJ mol1试写出： 2C (s) + O2 (g) 2CO (g) 的热化学方程式。 要书写式的热化学方程式，就需要知道其反应的焓变（H3） 。 观察式、和后，我们可以发现：式=（式式） 2。 根据盖斯定律可知：H3 = (H1H2)2 = 394(283)kJ mol12 = 222 kJ mol1 式的热化学方程式为：2C (s) + O2 (g) 2CO (g)H3 = 222 kJ mol1 学习指南例题导引问题：分析：练习巩固1. “CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O (l)H = 891 kJ mol1”在298 K 和100 kPa时，表示的意义是（） 。 （A） 甲烷与氧气反应，吸热891 kJ （B） 1个甲烷分子与2个氧分子反应生成1个二氧化碳分子和2个水分子，放热891 kJ （C） 1 mol甲烷与2 mol氧气反应生成1 mol二氧化碳和2 mol水，吸热891 kJ （D） 1 mol甲烷气体和2 mol氧气反应生成1 mol二氧化碳气体和2 mol液态水，放热891 kJ2. 在298 K和100 kPa时，0.1 mol甲醇完全燃烧生成二氧化碳和液态水时，放热72.7 kJ。下列热化学方程式中，书写正确的是（） 。 （A） CH3OH (l) + 32 O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) H = 727 kJ mol1化学反应的热效应第 1 章16 （B） CH3OH (l) + 32 O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (g) H = 1 454 kJ mol1 （C） 2CH3OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 4H2O (l) H = 1 454 kJ mol1 （D） 2CH3OH (l) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 4H2O (g) H = 1 460 kJ mol13. 为了测定酸碱中和反应的反应热，你认为需要测量和获取的数据有哪些？（可以不填满）4. 通常情况下，反应H2 (g) + O2 (g) H2O2 (l)难以进行，且无法直接测定其焓变。请查阅相关物质的热力学数据，设计合理路线，计算该反应的焓变。编号数据名称对应物理量的符号反应热的数学表达式Q=_171.2反应热的测量和计算随着社会经济的发展，人类对能源的需求大幅度增长，其中燃料燃烧放出的热是人类生产、生活所需能量的重要来源。我们可以通过燃烧反应的焓变来认识燃料的燃烧效率，从而合理地选择燃料，充分地利用燃料，树立绿色环保的能源意识，提升社会责任感，促进社会的可持续发展。化学反应的反应热有燃烧热、中和热等不同的类型。在指定温度和 100 kPa 时，1 mol 物质完全燃烧生成稳定产物时所放出的热量叫做该物质的燃烧焓，习惯上又称为该物质的燃烧热，单位是 kJ mol1。例如，实验测得在 298 K 和100 kPa 时，1 mol CH4在 O2中完全燃烧： 上述反应的 H 就是 CH4的燃烧热。CH4完全燃烧后生成的稳定产物是 CO2 (g) 和 H2O (l)。物质的燃烧热都为负值，通常可以通过实验测得。表 1.1 中大部分物质都可用作燃料。例如，CO 或 CH4是城市管道燃气的主要成分；丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）是液化石油气的主要成分；而异辛烷（C8H18）则是车用汽油的重要成分。科学家在选用燃料时会考虑燃料的特点及其燃烧热。身边的有机化合物1.3燃料的合理利用燃烧热CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l)H = 891 kJ mol1知道物质的燃烧热 了解提高燃料利用率的常见途径 分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响学 习 聚 焦知 识 回 放 燃烧反应 放热反应 化石燃料 一次能源与二次能源表 1.1一些物质的燃烧热物质燃烧热（kJ mol1）H2 (g)286C ( 金刚石 )395C ( 石墨 )394CO (g)283CH4 (g)891C2H6 (g)1 561C3H8 (g)2 220C4H10 (g)2 878C8H18 (l)5 470CH3OH (l)726CH3CH2OH (l)1 367C6H12O6 (s)2 803 注：表中所列数据均为 298 K和 100 kPa 时物质的燃烧热，此时生成物中的水都为液态。根据表 1.1 计算：在等物质的量、等质量两种情况下，H2、CO、CH4完全燃烧生成稳定产物时放出的热量。讨论计算结果对指导生产、生活实践的作用和意义。书写表达化学反应的热效应第 1 章18表 1.2一些燃料的组分及热值燃料主要成分热值天然气CH450 MJ kg1管道煤气H2、CO16 MJ m3液化气烃的混合物（碳原子数为 3 4）47 MJ kg1或 109 MJ m3汽油烃的混合物（碳原子数为 5 11）46 MJ kg1柴油烃的混合物（碳原子数为 15 18）43 MJ kg1煤碳29 MJ kg1观察图 1.9，指出甲醇（CH3OH）的燃烧热。图 1.9CH3OH 燃烧反应的 H（298 K，100 kPa）结合 CH4(g)、CH3OH(l) 的燃烧热、储量、生产等因素，对它们作为生活燃料的可行性进行分析。生活中使用的各种燃料，如煤气、液化气、汽油等都是混合物，相同质量的燃料因物质组分不同，完全燃烧后放出的热量也不相等，人们通常会用热值来表示放出的热量。100 kPa 时，单位质量或单位体积的燃料完全燃烧所放出的热量叫做该燃料的热值。热值是燃料质量优劣的重要参数（表 1.2） 。想一想焓放热2CH3OH(l) + 3O2(g)2CO2(g) + 4H2O(l)H = 1 454 kJmol1生成物反应物191.3燃料的合理利用能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，其开发和利用水平，可用来衡量一个国家或地区经济、科技的发展程度。目前世界各国消耗的能源大多来自化石燃料，而这些化石燃料的储藏量是有限的。所以，节约能源、提高能源利用率、开发低碳环保的可再生资源是实现可持续发展的基本途径。当今能源研究的一个热点就是寻求新的替代能源。太阳能、氢能、风能、生物质能等来源丰富、污染少、可再生，备受各国关注；另一个热点就是提高能源的综合利用效率，例如，化学能除了可以直接转化为热能利用外，还可转化为电能等形式。提高燃料的利用率也是有效提高能源转化效率的重要方面。工业上常把固体燃料粉碎，把液体燃料喷成雾状，以增加燃料跟空气的接触面积，使燃料尽可能充分燃烧。燃料充分燃烧过程中要有足量的空气。当然，空气也不是越多越好，因为通入过多的空气会带走一部分热能，造成能量损失。为了充分利用燃料释放的热能，除了要使燃料尽量完全燃烧外，还可通过改进设备、利用余热、防止热损失等方法来实现。热交换就是工业上充分利用热能的常见方法，热交换器（图 1.10）是提高热交换效率的一种设备，其内部装有许多平行或蛇形管道，以扩大传热面积。当一种流体在管道内流动，另一种流体在管道外逆向流动时，它们通过管壁进行热交换，使热的流体得到降温，冷的流体得到预热。在工业生产中，常利用热交换原理，使一种反应物放出的热能用于加热另一种反应物。此外，工厂也会利用化学反应中放出的热能来加热冷水，满足热水需求。燃料的充分燃烧和利用图 1.10热交换器示意图热气体温度较低的气体温度较高的气体冷气体化学反应的热效应第 1 章20学习指南练习巩固1. 下列关于燃烧热的说法中，正确的是（） 。 （A） 燃烧反应放出的热量 （B） 1 mol 可燃物发生氧化反应所放出的热量 （C） 1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定产物时所放出的热量 （D） 在 298 K 和 100 kPa 时，1 mol 物质完全燃烧生成稳定产物时所放出的热量2. 在298 K和100 kPa时，下列反应的H可表示物质燃烧热的是（） 。 （A） H2 (g) + Cl2 (g) 2HCl (g) H = 185 kJ mol1 （B） C4H10 (g) + 92 O2 (g) 4CO (g) + 5H2O (l) H = 1 746 kJ mol1 （C） H2 (g) + 12 O2 (g) H2O (l) H = 286 kJ mol1 （D） 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) H = 566 kJ mol13. 科学家研制出火箭上使用的煤油燃料雾化器，它是一种多孔金属制品，简述该雾化器的作用。 火箭常用肼（N2H4）和过氧化氢（H2O2）作动力源。已知 1 g N2H4 (l)和足量 H2O2 (l) 反应生成 N2 (g) 和 H2O (g) 时放热 20 kJ，计算该反应的反应进度为 1 mol 时的 H。 N2H4 (l) + 2H2O2 (l) N2 (g) + 4H2O (g)反应进度为 1 mol 时的= 640 kJ mol120 kJ0.031 25 molH =因此，反应进度为 1 mol 时的 H 为640 kJ mol1。例题导引问题：分析：= 0.031 25 mol1 g32 g mol1 n(N2H4) =211.3燃料的合理利用本 章 复 习素 养 提 升 学会从能量变化的角度认识化学反应，认识化学变化的本质不仅有新物质生成，也常伴有能量的转化。从能量守恒定律和盖斯定律等感知化学反应过程中能量变化所遵循的客观规律，并能运用这些规律解决一些简单的实际问题。 知道等压条件下，化学反应的反应热可以用焓变表示；理解热化学方程式的书写 规则。 能完成中和反应的反应热测定实验，培养科学探究能力；能基于能量利用需求选择反应和设计能量转化路径，促进科学态度与创新意识的养成。 通过对燃料的充分燃烧和热能的充分利用等内容的学习树立节约资源、保护环境的可持续发展意识，从自身做起，形成简约适度、绿色低碳的生活方式。21核 心 框 图化学反应的热效应规律表达热化学方程式燃料的合理利用应用分类本质内能视角化学能视角放热反应反应热的测量盖斯定律燃烧热燃料的充分燃烧热能的充分利用吸热反应化学反应的焓变（H）化学反应的热效应第 1 章2222练 习 巩 固1. 下列关于燃料充分燃烧的说法中，错误的是（） 。 （A） 应通入适量的空气 （B） 固体燃料要粉碎 （C） 空气的量越多越好 （D） 防止空气污染2. 下列说法中，正确的是（） 。 （A） 无论什么状态，同种物质的内能总是相同的 （B） 某些难以直接测量的反应焓变可以根据盖斯定律计算获得 （C） 同一个化学反应进行的途径不同，反应的焓变也是不同的 （D） 物质必须加热才能发生的反应一定是吸热反应3. 下列反应中，焓变符合图示的是（） 。 （A） 碳酸钙受热分解 （B） 甲烷燃烧 （C） 盐酸与氢氧化钠溶液反应 （D） 铝热反应4. 在硫酸工业生产中，为了有利于 SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的转化器。下列说法中，正确的是（） 。 （A） a、b 两处的混合气体成分含量相同，温度相同 （B） a、b 两处的混合气体成分含量不同，温度不同 （C） c、d 两处的混合气体成分含量相同，温度相同 （D） c、d 两处的混合气体成分含量不同，温度不同5. 已知 H2O2在催化剂作用下分解速率加快，反应过程中的能量变化如图所示。下列说法中正确的是（） 。 （A） 加入催化剂，减小了反应的焓变 （B） 加入催化剂，增大了反应的焓变 （C） H2O2分解的热化学方程式： H2O2(l) H2O(l) + 12 O2(g) H0 （D） 反应物的焓高于生成物的焓6. 已知 1 mol 白磷变为红磷放出 18.4 kJ 热量。对于下列两个反应的焓变的比较，正确的是（） 。 （1） 4P (白磷，s) + 5O2 (g) 2P2O5 (s)H1 （2） 4P (红磷，s) + 5O2 (g) 2P2O5 (s)H2 （A） H1H2 （B） H1 = H2 （C） H10 为熵增反应，SS(l) S(s)；同类物质的摩尔质量越大，熵越大，如甲烷的熵小于乙烷。2