2.2.1 化学反应中能量变化的本质及转化形式 学案 2024-2025学年高一下学期化学鲁科版（2019）必修第二册

化学反应中能量变化的本质及转化形式 学习目标　1.认识物质具有能量,认识吸热反应与放热反应。2.了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。3.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化。4.能基于化学键解释某些化学反应的热效应。 一、化学反应中的能量变化 感受化学反应中的能量变化 实验操作 实验现象 结论 固体粉末逐渐溶解,有气泡产生,溶液温度升高 金属与酸反应释放热量 固体粉末逐渐溶解,有气泡产生,溶液温度降低 NaHCO3与酸反应吸收热量 结论:任何化学反应都伴随着能量变化,有的反应释放能量,有的反应吸收能量。 [问题讨论] 1.放热反应一定容易发生,吸热反应一定难以发生吗? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 3.有能量放出的变化过程都是放热反应吗?吸收能量的变化过程都是吸热反应吗? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.吸热反应 (1)概念:最终表现为吸收热量的化学反应,叫作吸热反应。 (2)常见的吸热反应 ①Ba(OH)2·8H2O(s)与NH4Cl(s)的反应。 ②以C、H2、CO为还原剂的部分氧化还原反应。③大多数分解反应。 ④柠檬酸与NaHCO3的反应。 2.放热反应 (1)概念:最终表现为释放热量的化学反应,叫做放热反应。 (2)常见的放热反应 ①可燃物的燃烧。②酸碱中和反应。③活泼金属与酸或水生成H2的反应。④大多数化合反应(如CaO与H2O反应)。⑤少数分解反应(如硝酸铵受热分解而爆炸)。⑥物质的缓慢氧化。⑦铝热反应。 3.能量变化与反应类型 化学反应中必然有能量变化,但有能量变化的过程不一定发生化学反应。如NaOH固体溶于水、水蒸气转化为液态水时放出能量,都是放热的物理变化过程而不是发生了放热反应;NH4NO3固体溶于水、碘升华、水蒸发时吸收能量,都是吸热的物理变化过程而不是发生了吸热反应。 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(2024·山东威海高一月考)古代诗词中蕴含着许多科学知识,下列叙述正确的是 (　　) A.“冰,水为之,而寒于水”说明等质量的水和冰相比,冰的能量更高 B.于谦《石灰吟》“千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲”,描述的石灰石煅烧是吸热反应 C.曹植《七步诗》“煮豆燃豆萁,豆在釜中泣”,这里的变化只有化学能转化为热能 D.苏轼《石炭并引》“投泥泼水愈光明,烁玉流金见精悍”,指高温时碳与水蒸气反应为放热反应 2.(2024·河北沧州泊头一中高一月考)下列反应既属于氧化还原反应,又属于生成物的总能量大于反应物的总能量的是 (　　) A.Ba(OH)2·8H2O 与 NH4Cl 的反应 B.碳与二氧化碳的反应 C.高温下煅烧石灰石 D.甲烷在氧气中的燃烧 3.下列各组变化中,前者是放热反应,后者是吸热反应的是 (　　) A.生石灰溶于水;锌粒和稀硫酸反应 B.干冰升华;金属或金属氧化物熔化 C.氨水与醋酸反应;碳和水蒸气反应生成CO和H2 D.工业煅烧石灰石;化石燃料燃烧 二、化学反应中能量变化的原因 　　　　　　　　　　　　　　　　 请根据下列信息判断氢气燃烧生成水蒸气时是吸收能量还是释放能量。 [问题讨论] 1.根据以上图示回答下列问题: 燃烧1 mol H2生成水蒸气的能量变化: (1)吸收的总能量E1为多少? (2)释放的总能量E2为多少? (3)这个反应是释放能量还是吸收能量?释放或吸收多少能量? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2.为什么所有化学反应前后都有能量的变化? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.化学反应中能量变化的原因 (1)微观探析——化学键的变化 注:E1为破坏旧化学键吸收的能量,E2为形成新化学键释放的能量。 E1<E2,反应放出能量,反应释放能量数值=E2-E1; E1>E2,反应吸收能量,反应吸收能量数值=E1-E2。 (2)宏观辨识——物质所具有的总能量 反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量,反应释放能量(放热反应); 反应物内部的总能量小于生成物内部的总能量,反应吸收能量(吸热反应)。 2.利用化学键计算反应的能量变化 (1)计算公式 化学反应中能量的变化ΔQ=断开旧键吸收的总能量-形成新键放出的总能量 或ΔQ=Q吸-Q放 (2)注意事项 ①注意共价化合物中的共价键数目,如1 mol H2O中含有2 mol H—O键,1 mol H2O2中含有2 mol H—O键和1 mol O—O键。 ②注意要根据实际配平的反应方程式计算反应物中旧键断裂吸收的总能量或生成物中新键形成释放的总能量,不能都按1 mol计算。 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.下列反应是吸热反应的是 (　　) 2.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1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ,断裂1 mol F2中的化学键消耗的能量为Q2 kJ,形成1 mol HF中的化学键释放的能量为Q3 kJ。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 3.已知N2(g)和O2(g)反应生成2 mol NO(g)吸收180 kJ能量,反应过程中能量变化如图所示。 根据图示回答下列问题: (1)该反应中反应物所具有的总能量　　　　　(填“高于”或“低于”)生成物的总能量。  (2)1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时要吸收　　　kJ能量。  (3)断裂1 mol N≡N吸收的能量x值为　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  【题后归纳】 (1)①物质的能量越低越稳定,参加反应时,化学键断裂吸收的能量就越多;形成该物质化学键时,放出的能量也越多。 ②物质的能量越高越不稳定,化学性质越活泼,参加反应时,化学键断裂吸收的能量就越少;形成该物质化学键时,放出的能量也越少。 (2)化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的本质(微观)原因,而物质具有的能量(化学能)变化是宏观原因。 　　　　　　　　　　　　　　　　 1.下列说法正确的是 (　　) A.化学反应中的能量变化都表现为热量的变化 B.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 C.放热反应在常温下一定很容易发生 D.反应是吸热还是放热必须看反应物和生成物的总能量的大小 2.以下叙述中错误的是 (　　) A.反应物的总能量低于生成物的总能量时,反应释放能量 B.物质燃烧可看作“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、光能等形式释放出来 C.氢原子与氯原子结合生成氯化氢后,其结构的稳定性增强,体系的能量降低 D.当断开旧键吸收的能量大于形成新键放出的能量时,该反应为吸收能量的反应 3.(2024·山东威海高一月考)下列反应中,一定可以用如图表示能量变化的有(　　) ①分解反应　②CO2与C在高温下反应生成CO ③甲烷在空气中燃烧　④需要加热才能明显发生的反应　⑤化学键断裂吸收的能量比化学键生成放出的能量多的反应 A.1个 B.2个 C.3个 D.4个 4.已知1 g 氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ,且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量496 kJ,水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ,则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量为 (　　) A.436 kJ B.557 kJ C.920 kJ D.618 kJ 5.如图是某同学设计的放热反应的观察装置。其实验操作步骤如下: ①按如图所示将实验装置连接好; ②在 U 形管内加入少量红墨水(或品红溶液),打开 T 形管活塞,使 U 形管内两边的液面处于同一水平面,再关闭 T 形管活塞; ③在盛有 1.0 g 氧化钙的小试管里滴入 2 mL 左右的蒸馏水,观察现象。试回答: (1)实验前必须进行的一步实验操作是　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。  (2)实验中观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　。  (3)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2的能量之间的关系:　　　　　　　　　　　　　　　。  (4)若该实验中 CaO 换成 NaCl,实验还能否观察到相同现象?　　　　(填“能” 或“否”)。 化学反应中能量变化的本质及转化形式 一、 问题讨论 1.放热反应不一定容易发生,如合成氨的反应;吸热反应不一定难以发生,如Ca(OH)2与NH4Cl的反应。 2.不一定。如木炭的燃烧。 3.不一定。如图,物质的状态变化也伴随能量的变化,但它们属于物理变化;而放热反应和吸热反应指的是化学变化。 对点训练 1.B　[冰的温度低于水,相同质量的水和冰,水的能量更高,故A错误;石灰石煅烧是分解反应,过程中吸收能量,属于吸热反应,故B正确;煮豆会发生燃烧,燃烧过程中化学能转化为热能同时有部分光能。同时豆里面也会发生化学变化,会放出热量,存在化学能转化为热能,故C错误;碳与水蒸气反应为吸热反应,故D错误。] 2.B　[生成物的总能量大于反应物的总能量,则表明反应为吸热反应。Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为非氧化还原反应,A不符合题意;碳与二氧化碳的反应为吸热反应,且为氧化还原反应,B符合题意;高温下煅烧石灰石的反应为非氧化还原反应,C不符合题意;甲烷在氧气中燃烧是放热反应,D不符合题意。] 3.C　[生石灰溶于水发生的反应是放热反应;锌粒和稀硫酸的反应为放热反应,故A错误。干冰升华属于物理变化;金属或金属氧化物的熔化也属于物理变化,故B错误。氨水与醋酸反应为酸碱中和反应,为放热反应;碳和水蒸气反应生成CO和H2,为吸热反应,故C正确。工业煅烧石灰石是分解反应,为吸热反应,化石燃料的燃烧为放热反应,故D错误。] 二、 问题讨论 1.燃烧1 mol H2生成水蒸气的能量变化为 (1)E1=436 kJ+249 kJ=685 kJ。 (2)E2=930 kJ。 (3)E2>E1,反应释放的能量为930 kJ-685 kJ=245 kJ。 2.因为化学反应过程中一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成,旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成释放的能量不相等。 对点训练 1.A　[由图像可知,生成物的总能量高于反应物的总能量,因此A反应为吸热反应;由图像可知,生成物的总能量低于反应物的总能量,因此B反应为放热反应;铝热反应为放热反应,C反应为放热反应;锌和稀盐酸的置换反应为放热反应,D反应为放热反应。] 2.A　[断裂1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ,则H—H键能为Q1 kJ·mol-1,断裂1 mol F2中的化学键消耗的能量为Q2 kJ,则F—F键能为Q2 kJ·mol-1,形成1 mol HF中的化学键释放的能量为Q3 kJ,则H—F键能为Q3 kJ·mol-1,则Q1 kJ·mol-1+Q2 kJ·mol-1-2Q3 kJ·mol-1<0,即Q1+Q2<2Q3。] 3.(1)低于　(2)632　(3)946 解析　根据图示,断裂旧化学键所吸收能量为(x+498)kJ,形成新化学键释放能量为2×632 kJ=1 264 kJ,每生成2 mol NO(g)吸收能量180 kJ,因此有180 kJ=(x+498)kJ-1 264 kJ,故x为946。 课堂达标训练 1.D　[任何化学反应都伴随着能量变化,但这种能量变化不仅仅以热能的形式表现出来。比如可以转化成电能、光能、动能等等,A项错误;反应条件和反应是否吸热没有必然联系,B项错误;有的放热反应需要加热或高温,C项错误;反应物和生成物所具有的总能量的大小决定着反应是吸热还是放热,D项正确。] 2.A　[当反应物的总能量低于生成物的总能量时,该反应发生时需要吸收能量,故A错误;物质燃烧是放热反应,可看成“储存”在物质内部的能量转化为热能、光能等形式释放出来,故B正确;形成化学键释放能量,则氢原子与氯原子结合成氯化氢后体系能量降低,其结构的稳定性增强,故C正确;对于吸收能量的化学反应,断开反应物中的化学键吸收的能量高于形成生成物中的化学键释放的能量,故D正确。] 3.B　[反应物的总能量小于生成物的总能量的反应为吸热反应;分解反应不一定为吸热反应,如双氧水分解为放热反应,故①不符合;CO2与C在高温下反应生成CO为吸热反应,故②符合;甲烷在空气中燃烧为放热反应,故③不符合;反应的热效应与反应是否需要加热没有关系,需要加热的反应不一定为吸热反应,故④不符合;化学键断裂吸收的能量比化学键生成放出的能量多的反应一定为吸热反应,故⑤符合。] 4.A　[1 g 氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ,可知1 mol H2(g)燃烧放热242 kJ,设1 mol H—H键断裂时吸收热量为x kJ, 则x+×496-2×463=-242,解得x=436。] 5.(1)检查装置气密性　(2)U形管里的液面左边下降,右边上升　(3)1 mol CaO 和 1 mol H2O具有的能量和大于 1 mol Ca(OH)2具有的能量　(4)否 解析　(1)该实验是由于气压变化导致实验现象的出现,所以实验之前一定要检查装置气密性。(2)CaO和水反应放出热量,使大试管中空气膨胀,内部压强增大,导致U形管里的液面左边下降,右边上升。(3)CaO+H2OCa(OH)2,根据实验现象可知:氧化钙和水之间的反应是放热的,1 mol CaO和1 mol H2O具有的能量和大于1 mol Ca(OH)2具有的能量。(4)氯化钠和水混合后,能量的变化不明显,试管内气体压强几乎不变,不会出现任何现象。 学科网（北京）股份有限公司 $$