第6章 第1节 课时1 化学反应与热能-【正禾一本通】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 单选）

第六章　化学反应与能量 第一节　化学反应与能量变化 第1课时　化学反应与热能 学习目标 素养解读 1.知道化学反应可以实现化学能与热能的转化，认识吸热反应和放热反应。 2．能从化学键变化的角度解释某些吸热反应和放热反应。 3．认识提高燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性 运用微观的思想从反应物和生成物中化学键变化的角度，从本质上认识物质变化与能量变化的关系，培养宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养 任务一　化学反应中的能量变化 “摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。吸食时，将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合摇动即会制冷。根据你的经验判断，该化学物质可能是氯化钠、固体氢氧化钠、固体硝酸铵、生石灰中的哪一个？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：固体硝酸铵。氯化钠溶于水的热量变化不明显；固体硝酸铵溶于水是吸热过程；固体氢氧化钠、生石灰溶于水是放热过程。 1．放热反应和吸热反应 (1)实验探究 实验操作 [实验6－1] [实验6－2] 实验现象 镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计的示数升高 搅拌后闻到有刺激性气味；触摸杯壁下部，有冰凉的感觉；拿起烧杯，木片黏结到烧杯的底部 实验结论 该反应放出热量 该反应吸收热量 化学方程式 Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=== BaCl2＋2NH3↑＋10H2O (2)放热反应与吸热反应 ①放热反应：释放热量的化学反应。 如活泼金属与酸的反应，燃烧反应等。 ②吸热反应：吸收热量的化学反应。 如氢氧化钡与氯化铵的反应，盐酸与碳酸氢钠的反应，灼热的炭与二氧化碳的反应等。 2．化学反应过程中能量变化的原因 (1)从化学键的断裂与形成的角度分析 (2)从物质具有的能量的角度分析 ①理解 放热反应可以看成是反应物所具有的化学能转化为热能释放出来 吸热反应可以看成是热能转化为化学能被生成物所“储存” ②结论 化学反应中的能量变化取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。 【易错辨析】 (1)放热反应在常温下便可进行，吸热反应需加热才能进行(×) (2)硝酸铵固体溶于水，溶液的温度降低，该变化为吸热反应(×) (3)化学反应中伴随着能量变化，故伴随有能量变化的物质变化一定是化学变化(×) (4)H2与O2生成H2O的反应是放热反应，故H2O分解生成H2和O2的反应是吸热反应(√) (5)放热反应为“贮存”能量的过程，吸热反应为“释放”能量的过程(×) 从微观角度理解反应热的实质 以反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) 的能量变化为例。在25 ℃和101 kPa下，1 mol各物质中的化学键断裂或形成时需要吸收或释放的能量如下图所示。 由图可知： 项目 断裂或形成1 mol化学键的能量变化 1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时，断裂或形成化学键的总能量变化 H—H 吸收436 kJ 共吸收679 kJ Cl—Cl 吸收243 kJ H—Cl 放出431 kJ 共放出862 kJ 结论 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) 的反应热ΔH＝－183_kJ·mol-1 问题1.从化学键变化的角度分析，化学反应的实质是什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：化学反应的实质是反应物中化学键断裂和生成物中化学键形成的过程。 问题2.从化学键的角度分析，为什么化学反应中一定存在能量的变化？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：化学反应发生时，反应物的化学键断裂要吸收能量，生成物的化学键形成要放出能量，且二者不相等，因此化学反应中一定存在能量变化。 【要点归纳】 1．常见的放热反应和吸热反应 2．关于吸热反应和放热反应的易错点 (1)“三个不一定” ①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。 ②放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应。 ③吸热反应不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 (2)吸热反应和放热反应都是化学变化。NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。 (3)化学反应能否发生与条件有关，反应过程的能量变化与反应条件没有必然联系，但持续加热才能进行的反应一般是吸热反应。 [点拨]由不稳定(能量高)的物质生成稳定(能量低)的物质的反应为放热反应，反之为吸热反应。如石墨变成金刚石吸收能量，说明石墨比金刚石稳定。 3．化学反应中能量变化的原因及计算 (1)根据化学键变化确定能量变化 ①化学键与能量变化的关系 ②计算 公式：化学反应能量变化＝反应物总键能－生成物总键能。 解答思路： (2)根据物质的能量确定能量变化 ①如果反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，化学反应放出能量，反之，化学反应吸收能量。如图所示： ②计算公式 能量变化＝生成物总能量－反应物总能量 [点拨]键能越大，破坏化学键需要的能量越高，物质本身具有的能量越低，物质越稳定。 【典例分析】 【典例】 化学反应N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)的能量变化如图所示，请回答下列问题： (1)反应_______(填“吸收”或“释放”)能量，能量变化为__________。 (2)反应过程中断裂的化学键为____________________，________(填“吸收”或“释放”)的能量为________；形成的化学键为______________，________(填“吸收”或“释放”)的能量为________。 答案：(1)释放　E2(或E3－E1)　(2)1 mol N≡N和3 mol H—H　吸收　E1　6 mol N—H　释放　E3 【对点练】 1.下列化学变化中，反应物的总能量低于生成物的总能量的是(　　) A．镁在氮气中燃烧 B．钠与水反应 C．盐酸与氢氧化钠溶液反应 D．氢氧化钡晶体与氯化铵反应 答案：D 2．N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化情况如下图a所示，下列说法不正确的是(　　) A．等质量的N2(g)、N2(l)具有的能量不相同 B．N2(g)＋O2(g)===2NO(g)的能量关系可用图b表示 C．在N2(g)和O2(g)的反应过程中，断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放的总能量 D．该反应若生成1 mol NO(g)分子，需要吸收180 kJ能量 解析：选D。等质量的N2(g)、N2(l)的物质的量相同、物质状态不同，则具有的能量不相同，A正确；该反应为吸热反应，生成物能量大于反应物能量，可用图b表示，B正确；由图可知，在N2(g)和O2(g)的反应过程中，断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放的总能量，C正确；该反应若生成1 mol NO(g)分子，需要吸收180 kJ/2＝90 kJ能量，D错误。 任务二　认识人类对能源的利用 氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，世界上许多国家和地区已经对氢能开展了广泛的研究。试着分析为什么氢能发展前景良好？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：原料来源广，燃烧产物无污染等。 1．能源利用的发展阶段 (1)早期：以树枝杂草为主要能源。 (2)现代：以煤、石油和天然气为主要能源。 2．化石燃料利用过程中亟待解决的问题 (1)短期内不可再生，储量有限。 (2)煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。 3．节能减排的措施 (1)节能 燃料燃烧阶段 可通过改进锅炉的炉型和燃料空气比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率 能量利用阶段 可通过使用节能灯，改进电动机的材料和结构，以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施促进能源循环利用，有效提高能源利用率 (2)开发使用新能源 新能源的特点 资源丰富、可以再生、对环境无污染等 人们比较关注的新能源 太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等 【对点练】 3．下列措施不能实现绿色转型的是(　　) A．取消自备燃煤锅炉，改用周边燃煤热电厂集中供热 B．大力开发核能、氢能等新能源 C．大力发展风力发电、水力发电、光伏发电、生物质能发电 D．加大对茶叶、林业、水电、特色生物等产业的扶持力度 答案：A 4．在人类生产、生活对能量的需求日益增长的今天，研究化学反应及其能量变化，对合理利用常规能源和开发新能源具有十分重要的意义。能源是人类赖以生存和发展不可缺少的因素。请完成下列问题： (1)矿物能源是现代人类社会赖以生存的重要物质基础。目前，全球仍主要处于化石能源时期。下列不属于化石能源的是______(填字母，下同)。 A．石油 B．煤 C．天然气 D．生物质能 (2)下列对能源的看法合理的是________。 A．化石能源短期内不可再生，只会越用越少 B．生物质能是一种可再生能源，有广泛的前景 C．太阳能、氢能、核能、地热能都属于新能源 D．我国人口众多、资源相对匮乏、环境承载能力较弱，因此要建设节约型社会 答案：(1)D　(2)ABCD 课堂加练·课后检测 【课堂加练题组】 1．分解水可以制取氢气，分解时的能量变化如图所示。下列有关该反应的说法正确的是(　　) A．断开H—O键放出能量 B．反应物的总键能大于生成物的总键能 C．该条件下生成物比反应物更为稳定 D．寻找合适催化剂可不需要额外提供能量实现分解水 解析：选B。在H2O分解产生H2和O2的反应过程中，断开H—O键需要吸收能量，A错误；根据图示可知反应物的总能量小于生成物的总能量，反应为吸热反应，故反应物的总键能大于生成物的总键能，B正确；该条件下生成物能量更高，且为H2和O2两种，由题图无法比较H2O、H2、O2的能量高低，即无法比较三者的稳定性，C错误；催化剂并不改变反应放热和吸热，仍需要额外提供能量实现分解水，D错误。 2．(2024·河南新乡期中)下列物质间的能量变化与如图所示反应的能量变化相符的是(　　) A．浓硫酸的稀释 B．C与二氧化碳生成一氧化碳的反应 C．铁粉与稀硫酸的反应 D．氢氧化钠与稀硝酸的反应 解析：选B。碳酸氢钠与盐酸反应是吸热反应。 3．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(　　) A．锌粒与稀硫酸的反应 B．灼热的木炭与CO2的反应 C．甲烷在氧气中的燃烧反应 D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应 解析：选B。锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，A、C项错误；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但反应前后所含元素的化合价均无变化，是非氧化还原反应，D项错误。 4．根据下面的信息，下列叙述正确的是(　　) A．2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成 2 mol H2O(g)吸收的能量为490 kJ B．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量大小无关 C．1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g) 反应生成 1 mol H2O(l)释放的能量为245 kJ D．2 mol H2O(g)的能量比2 mol H2(g)与1 mol O2(g)的能量之和低 解析：选D。H2(g)与O2(g)反应生成H2O(g)，同时放出热量，A错误；化学反应中能量变化是以物质变化为基础的，发生变化的反应物的质量越大，反应中能量变化越大，B错误；1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)释放的能量为245 kJ，而生成1 mol H2O(l)释放的能量大于245 kJ，C错误；H2(g)与O2(g)反应生成H2O(g)是放热反应，故2 mol H2O(g)的能量低于2 mol H2(g)与1 mol O2(g)的能量之和，D正确。 5．根据下列反应和信息回答下列问题： 在25 ℃和101 kPa条件下，H2＋F2===2HF。 已知： 化学键 H—H F—F H—F 键能(kJ/mol) 436 157 568 (1)该反应中反应物断裂化学键需要吸收的能量E吸收＝__________kJ，生成物形成化学键放出的能量E放出＝__________kJ，该反应属于__________反应(填“放热”或“吸热”)，能量变化为__________kJ。 (2)该反应的能量变化图是__________。 答案：(1)593　1 136　放热　543　(2)b 学科网（北京）股份有限公司 $$