第6章 第1节 第1课时 化学反应与热能（Word教参）-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中化学必修第二册（人教版2024）

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] 1.认识物质具有能量，认识吸热反应与放热反应，了解化学反应体系能量改变与化学键的形成和断裂有关。（宏观辨识与微观探析） 2.知道化学反应可以实现化学能与热能的转化。（宏观辨识与微观探析） 3.体会提高燃料的燃烧效率、开发清洁能源的重要性。（科学态度与社会责任）。 （见学生用书P46） 知识点1　化学反应过程中存在热量变化 1.实验探究 实验操作 实验现象 结论 ①看到有气泡产生 ②用手触摸反应后的试管，①　温热　 ③用温度计测得反应后的温度，温度计示数②　升高　 该反应产生③　气体　，④　放出　热量 （1） （2）闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯 ①混合物呈糊状 ②闻到刺激性气味 ③用手触摸杯壁下部，⑤　冰凉　，用手拿起烧杯，⑥　木片与烧杯粘在一起　 该反应产生NH3和H2O，⑦　吸收　热量 结论：化学反应过程伴有热量的⑧　释放　或⑨　吸收　。 2.吸热反应和放热反应 （1）把⑩　释放　热量的化学反应称为放热反应。 （2）把⑪　吸收　热量的化学反应称为吸热反应。 知识点2　化学反应中能量变化的原因 1.化学反应中能量变化的原因 （1）化学反应过程（物质变化） ①反应物的化学键断裂要⑫　吸收　能量。 ②生成物的化学键形成要⑬　放出　能量。 （2）化学反应中能量变化的原因 ①化学键的⑭　断裂与形成　是化学反应中能量变化的主要原因。 ②一个化学反应过程中放出的能量⑮　多于　吸收的能量，则有能量向环境释放，发生⑯　放热　反应；反之，放出的能量⑰　少于　吸收的能量，则需从环境中吸收能量，发生⑱　吸热　反应。 2.化学反应中能量变化的决定因素 一个化学反应是释放热量还是吸收热量，与⑲　反应物的总能量　和⑳　生成物的总能量　的相对大小有关。 放热反应 吸热反应 化学能转化为热能 热能转化为化学能 被生成物“储存” 知识点3　能量转化与能量利用 1.人类对化学反应中热能的利用——燃烧 2.从化石燃料获取能量面临的问题 （1）储量有限，短期内不可再生，能源消费需求不断增加。 （2）影响环境：煤、石油产品燃烧排放的㉑　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 节能不是简单的减少能源的使用，更重要的是要充分有效地利用能源。 （1）燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。 （2）能量利用阶段提高能源的利用率。 （3）开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有㉒　太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能　等。 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 （1）苛性钠溶于水放出热量，该变化为放热反应。 （　×　） （2）化学反应既有物质变化，又有能量变化。 （　√　） （3）火药爆炸时所释放的能量包括热、光、声、机械能等多种能量形式。 （　√　） （4）相同条件下形成1molH—Cl键放出的能量与断开1molH—Cl键吸收的能量相等。 （　√　） （5）放出能量越多的化学反应，其生成物的总能量越低。 （　×　） （6）有化学键的形成，是化学反应的本质特征。 （　×　） （1）吸热反应和放热反应均属于化学反应。NaOH固体溶于水、浓H2SO4稀释等属于放热过程，不属于放热反应；NH4NO3固体溶于水、碘升华、蒸发等属于吸热过程，不属于吸热反应。 （2）一个化学反应放出能量的多少取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。 （3）化学反应的本质特征是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。 （见学生用书P47） 探究点1　吸热反应与放热反应 1.加热条件下进行的反应是否一定是吸热反应，常温下进行的反应是否一定是放热反应？ 答案　都不一定。化学反应是吸热还是放热，与反应条件无关，而是取决于反应过程中破坏旧化学键吸收的总能量与形成新化学键放出的总能量的相对大小。常温下进行的反应有的放热（如中和反应），有的吸热[如NH4Cl和 Ba（OH）2·8H2O的反应]。加热条件下进行的反应有的放热（如Fe＋SFeS），有的吸热（如C＋CO22CO）。 1.化学反应中能量变化的原因 2.放热反应与吸热反应比较 类型 比较　　 放热反应 吸热反应 定义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应 形成 原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 与化学键 的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量 图示 3.常见的吸热反应和放热反应 【例题1】下列反应过程中能量变化符合如图所示的是（　　） A.C＋CO22CO B.Zn＋H2SO4ZnSO4＋H2↑ C.CH4＋2O2CO2＋2H2O D.KOH＋HNO3KNO3＋H2O 答案　A 解析　图中反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，则该反应是吸热反应，C和CO2反应生成CO的反应是吸热反应，A项正确；Zn与H2SO4的反应、CH4与O2的燃烧反应及KOH和HNO3的中和反应都是放热反应，B、C、D项错误。 吸热反应和放热反应的判断方法 （1）根据反应物和生成物的总能量大小判断——反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应。 （2）根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断——破坏反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键放出的总能量的反应为吸热反应，反之为放热反应。 （3）根据经验规律判断——用常见的吸热反应和放热反应的反应类型来判断。 （4）根据生成物和反应物的相对稳定性判断——由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应。 （5）根据反应条件判断——凡是需持续加热才能进行的反应一般为吸热反应，反之，一般为放热反应。 （6）根据实验现象判断——化学反应引起温度升高或降低，可通过触摸反应容器外壁温度直接感知，或是与反应装置相连的连通器中液面出现高度差。 【变式1】除了用手触摸和温度计测量外还可以借助其他方法感知温度的变化，如在探究过氧化钠与水反应为放热反应时，可采取如下两种方法： （1）Ⅰ、Ⅱ装置能说明反应为放热反应的现象是：　　　　　　　；　　　　　　　。 （2）产生上述现象的原因是：　　　　　　　　　　　　　。 答案　（1）滴入水后，Ⅰ中U形管右侧液面下降，左侧液面上升　Ⅱ烧杯中导管口有气泡冒出　（2）过氧化钠与水反应放热，锥形瓶内气体温度升高，气压增大 探究点2　利用化学键数据计算化学反应中的能量变化 2.甲烷燃烧要放出热量，试从化学键变化的角度分析其原因？ 答案　甲烷燃烧CH4＋2O2CO2＋2H2O，形成4 mol H—O键和2 mol键释放的能量比断裂4 mol C—H键和2 mol O≡O键所吸收的能量高，因此放出热量。 1.过程分析 利用化学键的能量变化可粗略计算化学反应过程中的能量变化。以反应H2（g）＋Cl2（g）2HCl（g）为例： 断裂化学键吸收的能量 形成化学键放出的能量 H2 Cl2 HCl 1mol化学键 436kJ 243kJ 431kJ H2＋Cl22HCl 共吸收436kJ＋243kJ＝679kJ 共放出862kJ 679kJ－862kJ＝－183kJ，即反应放出183kJ热量 2.计算公式 利用化学键的能量变化计算化学反应中的能量变化： ΔQ＝Q（吸）－Q（放） 特别提示：（1）原子形成1mol化学键所放出的能量与断开1mol该化学键所吸收的能量相等；（2）化学反应中能量变化遵循“能量守恒”，能量变化通常以热能、光能、机械能等形式表现出来，故在化学反应中，释放的能量大于放出的热量。 【例题2】已知反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），有关物质的化学键键能（拆开1mol化学键所需要的能量）如表，则该反应生成2mol NH3时的能量变化是（　　） 化学键 N—H H—H 键能（kJ/mol） 945.0 391.0 436.0 A.吸收46.5kJ B.放出46.5kJ C.吸收93.0kJ D.放出93.0kJ 答案　D 解析　旧键断裂需要吸收的能量：Q吸＝E（N≡N）＋3×E（H—H）＝945.0kJ/mol＋3×436.0kJ/mol＝2253.0kJ/mol。因为1 molNH3中含有3 mol N—H键，化学反应中生成2 molNH3，共含有6mol N—H键，所以新键形成放出的能量：Q放＝6E（N—H）＝6×391.0kJ/mol＝2346.0kJ/mol，Q吸＜Q放，所以该反应为放出热量的反应。ΔQ＝Q吸－Q放＝2253.0kJ/mol－2346.0kJ/mol＝－93.0kJ/mol。即当生成2 molNH3时放出的热量为93.0kJ。 【变式2】已知化学反应A2（g）＋B2（g）2AB（g）的能量变化如图所示，下列叙述中正确的是（　　） A.每生成2分子AB（g）吸收b kJ热量 B.该反应过程中，生成2 mol AB（g）时吸收（a－b） kJ热量 C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 D.断裂1 mol A—A和1 mol B—B，共放出a kJ能量 答案　B 解析　每生成2分子AB（g）吸收 kJ热量，A项错误；该反应的能量变化＝断裂化学键吸收的热量－形成化学键放出的热量，所以该反应生成2 mol AB（g）时，吸收（a－b） kJ热量，B项正确；由题图可知，该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，C项错误；断裂1 mol A—A和1 mol B—B，共吸收a kJ能量，D项错误。 探究点3　能源的综合应用 3.煤、汽油和柴油大量使用会造成空气污染，但不使用又会严重影响生产和生活，对此，你有什么看法？ 答案　（1）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。 （2）节约能源，减少煤、汽油、柴油等燃料的使用。 （3）大力发展新能源，如太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等清洁能源。 【例题3】“嫦娥”奔月，“神舟”飞天，长征系列运载火箭（如图）功不可没，其火箭燃料有液氢、偏二甲肼、煤油等，下列有关说法正确的是（　　） A.氢能热值高，来源广，无污染 B.煤油是可再生能源 C.偏二甲肼燃烧过程中，热能转化为化学能 D.1摩尔氢气的能量低于1摩尔液氢的能量 答案　A 解析　氢气可以来自水的分解，来源广；单位质量的氢气燃烧放出的热量多，热值高；生成物是水，无污染，A项正确；煤油是石油分馏的产物，石油是不可再生能源，所以煤油也是不可再生能源，B项错误；燃烧过程是燃料的化学能转化为热能的过程，C项错误；同一物质，气态能量高于液态能量，所以1 mol氢气的能量高于1 mol液氢的能量，D项错误。 【变式3】碳中和作为一种新型环保形式，可推动全社会绿色发展。我国争取2060年前实现碳中和，科学家正在研究建立如下图所示的二氧化碳新循环体系： 下列说法正确的是（　　） ①燃烧时化学能可以转化为热能　②光能（或电能）可以转化为化学能　③无机物和有机化合物可以相互转化　④减少碳排放有利于缓解全球变暖　⑤风电、光伏发电等新能源的开发和使用可减少碳排放 A.①④ B.①②④⑤ C.①②③ D.①②③④⑤ 答案　D 解析　二氧化碳的转化过程是一个复杂的过程，这一过程中发生的变化都是化学变化，所以满足质量守恒定律。同时在这些变化中化学能和动能、势能之间相互转化，有机物和无机物之间也能相互转化。从图示中可以看出，二氧化碳的转化过程是化学变化，所以符合质量守恒定律，汽油、甲醇转化为二氧化碳是将化学能转化为热能和光能，同时将有机物转化为无机物，水转化为氢气过程中说明光能（或电能）可以转化为化学能，二氧化碳综合利用减少碳排放有利于缓解全球变暖，风电、光伏发电等新能源的开发和使用可减少碳排放；故选D项。 （见学生用书P50） 1.（化学反应中的能量变化）下列关于化学变化的说法中错误的是（　　） A.化学变化过程中必然会引起能量变化，但能量变化不一定会引起化学变化 B.化学变化过程中一定有化学键的断裂和形成，但有化学键断裂或形成的过程不一定发生了化学变化 C.所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒 D.化学变化过程中的能量变化都是热能变化 答案　D 解析　核反应、物质三态之间的转化也存在能量变化，均不属于化学变化，A项正确；氯化钠晶体的电离发生了化学键的断裂，不是化学变化，B项正确；化学变化既遵循质量守恒也遵循能量守恒，C项正确；化学变化过程中的能量变化可能是化学能转化为热能，也可能是化学能转化为光能、电能等，D项错误。 2.（吸热反应与放热反应的判断）已知反应A＋BC＋D的能量变化如图所示，下列叙述正确的是（　　） A.该反应为放热反应 B.该反应为吸热反应 C.反应物的总能量高于生成物的总能量 D.该反应只有在加热条件下才能进行 答案　B 解析　由题给图像可知，反应物能量低，生成物能量高，则该反应为吸热反应，A、C项错误，B项正确；吸热反应不一定需要加热才能进行，D项错误。 3.（吸热反应与放热反应的判断）下列关于化学反应与能量的说法中，不正确的是（　　） A.镁条与盐酸的反应属于放热反应 B.NaHCO3分解反应属于吸热反应 C.生石灰与水的反应属于吸热反应 D.液氨汽化能吸收大量的热，但不属于吸热反应 答案　C 解析　活泼金属与酸发生的置换反应为放热反应，故镁条与盐酸反应属于放热反应，A项正确；NaHCO3分解反应需要吸收热量，属于吸热反应，B项正确；生石灰与水的反应属于放热反应，C项错误；液氨汽化没有新物质生成，不属于化学变化，故不属于吸热反应，D项正确。 4.（反应热与键能的关系）化学反应A2＋B22AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是（　　） A.该反应是吸热反应 B.断裂1mol A—A键和1mol B—B键放出xkJ能量 C.断裂2mol A—B键需要吸收ykJ的能量 D.2mol AB的总能量高于1mol A2和1mol B2的总能量 答案　C 解析　由图示知反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时吸收能量，B项错误。 5.（综合应用）如图所示，在小试管里加入2g新制备的无水硫酸铜，把小试管套在具支试管内。在U形管内加入少量红墨水。打开T形管螺旋夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面。再夹紧螺旋夹，把水滴入小试管内，白色的无水硫酸铜完全变成蓝色的五水硫酸铜晶体，可观察到U形管右侧的液面立即下降，左侧的液面上升。 （1）①写出上述反应的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②该反应是　　　　（填“吸热”或“放热”）反应。 ③反应中的硫酸铜和水具有的总能量　　　　（填“大于”或“小于”）五水硫酸铜晶体的总能量。 （2）如果U形管内两边的液面处于同一水平面后，在小试管内先加入Ba（OH）2·8H2O晶体，再加入NH4Cl固体，用玻璃棒不断搅拌，则可观察到U形管中的现象为　　　　　　　　　　　　　　。 解析　（1）滴入水后，CuSO4＋5H2OCuSO4·5H2O。由U形管内右侧液面下降，左侧液面上升的现象可知，是具支试管内气体受热膨胀，压强增大所致，所以此反应是放热反应，则CuSO4和H2O的总能量大于CuSO4·5H2O的总能量。（2）Ba（OH）2·8H2O＋2NH4ClBaCl2＋2NH3↑＋10H2O，反应吸热，导致具支试管内气体压强减小，U形管中右侧液面上升，左侧液面下降。 答案　（1）①CuSO4＋5H2OCuSO4·5H2O　②放热　③大于　（2）U形管右侧液面上升，左侧液面下降 学科网（北京）股份有限公司 $$