第6章 第1节 第1课时 化学反应与热能-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册创新导学案word（人教版2019 不定项版）

第一节　化学反应与能量变化 第一课时　化学反应与热能 [学习目标]　1．知道化学反应可以实现化学能与热能的转化，熟知常见的吸热反应和放热反应。2．能从反应物与生成物所具有的能量、化学键的断裂与形成两个角度理解化学反应中能量变化的主要原因，提升证据推理能力。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，促进“科学态度与社会责任”化学核心素养的发展。 1．吸热反应和放热反应 (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，手感到温热；③用温度计测得反应后温度升高 该反应放出热量 闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，木片和烧杯黏结在一起，混合物呈糊状 该反应吸收热量 (2)概念 吸热反应：吸收热量的化学反应； 放热反应：释放热量的化学反应。 2．化学反应中能量变化的主要原因——微观角度 3．化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度 结论：化学反应中的能量变化决定于反应物总能量和生成物总能量的相对大小。 4．获取热能的途径及资源的有效利用 (1)人类获取热能的主要途径是通过物质的燃烧。 (2)化石燃料作为人类利用最多的常规能源，其利用过程中面临两方面亟待解决的问题：一是其短期内不可再生，储量有限；二是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)为了改善人类的生存环境，促进社会可持续发展，节能和寻找清洁的新能源成为人类的必然选择。节能不是简单地减少能源的使用，更重要的是充分有效地利用能源。 (4)理想的新能源应具有资源丰富、可以再生、对环境无污染等特点。目前，人们比较关注的新能源有太阳能、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)化学反应一定有物质变化可能有能量变化。(　　) (2)风能、太阳能属于清洁能源。(　　) (3)伴有能量变化的一定是化学反应。(　　) (4)相同条件下形成1 mol H—Cl键放出的能量与断开1 mol H—Cl键吸收的能量相等。(　　) (5)所有的燃烧反应都释放能量。(　　) (6)吸热反应需要加热才能发生，放热反应不需加热就能进行。(　　) 答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)× H2＋Cl2===2HCl反应过程的物质变化和能量变化如图所示： [问题探究] 1．H2中H—H键断裂吸收的能量与形成H—H键释放的能量相等吗？ 提示：相等。同一物质化学键断裂时吸收的能量与形成时放出的能量相等。 2．从图中能否得出该反应是吸热反应还是放热反应？该过程的能量变化是多少kJ? 提示：该反应过程中共吸收679 kJ能量，共放出862 kJ能量。该反应放出183 kJ能量，为放热反应。 3．思考化学反应中为什么会有能量变化？ 提示：化学反应中有化学键的断裂与形成。反应物中的化学键断裂需要吸收能量，而生成物中的化学键形成要放出能量。放出的能量与吸收的能量不相等，根据能量守恒定律，化学反应中有能量变化。 知识点一　放热反应与吸热反应 [重点讲解] 1．常见的放热反应和吸热反应 2．化学反应能量变化与反应条件的关系 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，但若反应在开始时需要加热，反应开始后不再加热就能继续进行的化学反应一般是放热反应，如铁与硫的反应；需要持续加热才能进行的反应一般是吸热反应，如碳酸钙的受热分解。 [对点练习] [练1]　下列说法中正确的是(　　) ①需要加热方能发生的反应一定是吸热反应　②放热反应在常温下一定很容易发生　③反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小　④放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应也能继续进行 A．只有③④ B．只有①② C．①②③④ D．只有②③④ 答案　A [练2]　将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可知(　　) A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应 B．该反应中，热能转化为产物内部的能量 C．反应物的总能量高于生成物的总能量 D．NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量 答案　B 解析　醋酸逐渐凝固，说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低，因此该反应为吸热反应，A错误；NH4HCO3粉末与盐酸的反应是吸热反应，反应物的总能量低于生成物的总能量，而NH4HCO3仅是两种反应物之一、NH4Cl仅是三种生成物之一，故无法得出NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量的结论，C、D错误。 [易错警示] 1．“三个不一定”。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；放热反应常温下不一定容易发生，如乙醇燃烧；吸热反应也不一定需要加热，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，如NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；如升华、蒸发等是吸热过程，但不是吸热反应。 3．物质具有的能量越低，断开其中的化学键需要的能量越多，该物质越稳定；物质具有的能量越高，断开其中的化学键需要的能量越少，该物质越不稳定。 知识点二　化学反应中能量变化的原因 [重点讲解] 1．宏观角度：从反应物、生成物总能量角度解释化学反应中的能量变化 放热反应 吸热反应 [总结]　化学反应能量变化(ΔE)＝生成物总能量－反应物总能量。 ΔE>0，为吸热反应；ΔE<0，为放热反应。 2．微观角度：从化学键角度解释化学反应中的能量变化 用Q(吸)表示反应物化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物化学键形成时放出的总能量。 公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝反应物总键能－生成物总键能。 ΔQ>0，为吸热反应；ΔQ<0，为放热反应。 [注意]　应用公式计算化学反应中的能量变化时，不仅要注意反应中的各物质的物质的量，还要注意1 mol物质中化学键的物质的量，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。 3．化学反应遵循的两条基本规律 (1)质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，总质量保持不变。 (2)能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，但体系包含的总能量不变。 [注意]　任何化学反应在发生物质变化的同时必然伴随着能量的变化，但化学反应中能量的转化不一定都表现为化学能与热能的转化，化学能也可以与光能、电能等发生转化。 [对点练习] [练3]　下列说法中正确的是(　　) A．任何化学反应都伴随着能量的变化 B．H2O(g)―→H2O(l)该过程放出大量的热，所以该过程发生放热反应 C．化学反应中能量的变化都表现为热量的变化 D．对于如图所示的过程，是吸收能量的过程 答案　A [练4]　化学反应A2＋B2===2AB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1 mol A—A键和1 mol B—B键放出x kJ的能量 C．断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量 D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 答案　C 解析　从题图可以看出，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，A、D错误；断键时需要吸收能量，B错误，C正确。 1．如图为某化学反应的能量－反应进程图，由此可判断该反应(　　) A．为放热反应 B．为吸热反应 C．属于燃烧反应 D．属于中和反应 答案　B 2．下列叙述错误的是(　　) A．化石能源物质内部蕴含着大量的能量 B．绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来 C．物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能，为人类所利用 D．吸热反应没有利用价值 答案　D 3．“嫦娥”奔月、“神舟”飞天，长征系列运载火箭功不可没，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 mol H2(g)的能量低于1 mol H2(l)的能量 答案　A 解析　煤油是不可再生能源，B错误；燃烧是燃料的化学能转化为热能的过程，C错误；同一物质，气态时的能量高于液态时的能量，所以1 mol H2(g)的能量高于1 mol H2(l)的能量，D错误。 4．请根据下面信息，判断下列叙述中正确的是(　　) A．1 mol H2O分解为H2与O2需吸收930 kJ热量 B．H2与O2反应生成1 mol H2O放出930 kJ热量 C．2 mol H的能量小于1 mol H2的能量 D．2 mol H结合成1 mol H2放出436 kJ的热量 答案　D 解析　由反应方程式H2＋O2===H2O可知，反应物化学键断裂吸收的能量为436 kJ＋249 kJ＝685 kJ，形成2 mol O—H键放出的能量为930 kJ，可知，分解1 mol水需要吸收245 kJ的能量，生成1 mol水时放热245 kJ，A、B错误；1 mol H2生成2 mol H吸收436 kJ能量，反之2 mol H结合生成1 mol H2放出436 kJ能量，C错误，D正确。 5．在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下图： (1)若E1>E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)若E1<E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应。 答案　(1)降低　放热　(2)升高　吸热 课时作业 [学习·理解] 本组内选择题只有1个选项符合题意。 1．下列反应既是氧化还原反应，又是吸热反应的是(　　) A．铝片和稀硫酸反应 B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 C．灼热的炭与CO2反应 D．甲烷在O2中燃烧 答案　C 2．“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是(　　) A．煤炭、石油、潮汐能 B．水能、生物质能、天然气 C．太阳能、风能、沼气 D．地热能、海洋能、核能 答案　C 解析　煤炭、石油、天然气、核能均为不可再生能源。 3．下列过程中生成物总能量高于反应物总能量的是(　　) A．碳酸钙受热分解 B．乙醇燃烧 C．液态水汽化 D．氧化钙与水反应 答案　A 4．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是(　　) A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的 B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热，反应才能进行 C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量 D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量 答案　D 解析　吸热反应中反应物的总能量<生成物的总能量，不能单指某一种反应物与某一种生成物的能量大小，A错误，D正确；吸热反应不一定需要加热才能发生，B错误；从微观角度解释，吸热反应中破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，C错误。 5．下列说法正确的是(　　) A．Fe与S在加热条件下才能发生反应，所以该反应属于吸热反应 B．HNO3、H2SO4分别与NaOH溶液反应都放出热量 C．分解反应都是吸热反应，化合反应都是放热反应 D．合成氨的反应是放热反应，所以N2与其他物质的反应也是放热反应 答案　B 解析　Fe与S虽然需加热才能发生反应，但该反应是放热反应，A错误；分解反应不一定是吸热反应，如H2O2的分解反应就是放热反应，化合反应也不一定是放热反应，如CO2与C的反应就是吸热反应，C错误；与N2反应的物质不同，能量变化也不同，不能根据合成氨反应的能量变化来类推N2与其他物质反应的能量变化，如N2和O2在放电条件下生成NO就是吸热反应，D错误。 6．已知反应3H2＋N22NH3为放热反应，由此推断出(　　) A．氢气和氮气在常温常压下，不需要任何能量就可以迅速发生反应 B．3 mol氢气和1 mol氮气所具有的总能量低于2 mol氨气所具有的总能量 C．断裂1 mol N≡N键和3 mol H—H键吸收的能量小于形成6 mol N—H键所放出的能量 D．氢气和氮气是高能极不稳定的物质，氨气是低能且非常稳定的物质 答案　C 解析　氢气与氮气需要在高温、高压、催化剂作用下才能发生反应，A错误；放热反应中，反应物总能量高于生成物总能量，B错误；N2是非常稳定的物质，其稳定性强于NH3，D错误。 7．下列说法正确的是(　　) A．若氢气和氧气化合是放热反应，则电解水生成氢气和氧气是吸热反应 B．需要加热才能发生的反应是吸热反应 C．反应放出热量的多少与反应物的质量无关 D．对于放热反应A＋B===C＋D，A、B的能量总和小于C、D的能量总和 答案　A 解析　B项，需要加热才能发生的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，错误；C项，反应放出热量的多少与反应物的质量成正比，错误；D项，对于放热反应A＋B===C＋D，A、B的能量总和大于C、D的能量总和，错误。 8．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出121 kJ的能量，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时需要吸收496 kJ的能量，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出463 kJ的能量，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收的能量为(　　) A．920 kJ B．557 kJ C．436 kJ D．181 kJ 答案　C 解析　由“1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出121 kJ的能量”可知，2 g氢气(含1 mol H—H键)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121 kJ×2＝242 kJ。根据化学方程式H2(g)＋O2(g)H2O(g)，可设1 mol H—H键断裂吸收的能量为Q，则2×463 kJ－Q－×496 kJ＝242 kJ，解得Q＝436 kJ。 9．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按图所示将实验装置连接好； ②在U形管内加入少量红墨水，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)实验中发生反应的化学方程式：______________________________。 (4)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2的能量之间的关系：_____________________________。 答案　(1)检查装置的气密性 (2)U形管液面左低右高 (3)CaO＋H2O===Ca(OH)2 (4)CaO和H2O所具有的总能量高于Ca(OH)2的总能量 [应用·实践] 本组内选择题有1个或2个选项符合题意。 10．如图所示，下列有关说法错误的是(　　) A．1 mol I2(s)与1 mol H2(g)化合生成2 mol HI(g)时，需要放出26．48 kJ的能量 B．2 mol HI(g)分解生成1 mol I2(g)与1 mol H2(g)时，需要吸收9．48 kJ的能量 C．1 mol I2(s)变为1 mol I2(g)时需要吸收35．96 kJ的能量 D．I2(g)与H2(g)生成HI(g)的反应是吸热反应 答案　AD 解析　由题图知，I2(s)与H2(g)化合生成HI(g)要吸收能量，I2(g)与H2(g)生成HI(g)的反应为放热反应，A、D错误。 11．如图所示，对A生成C的反应，下列所得结论正确的是(　　) A．该反应为吸热反应 B．该反应进行时，一定有能量放出 C．A物质比C物质稳定 D．该反应一定很容易发生，不需要加热就可以进行 答案　B 解析　据题图知，反应物A的能量大于生成物C的能量，该反应为放热反应，反应进行时，一定有能量释放，A错误，B正确；A物质的能量高于C，则A不如C稳定，C错误；放热反应不一定很容易发生，也可能需加热等反应条件，D错误。 12．现将下列物质分别装入有水的锥形瓶里，立即塞紧带U形管的塞子，发现U形管内的红墨水的液面呈如图所示状态，加入的物质不可能是(　　) A．NaOH固体 B．浓硫酸 C．NH4NO3晶体 D．CaO固体 答案　C 13．化学反应中的能量变化是化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如下图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化： 下列说法不正确的是(　　) A．通常情况下，NO没有N2稳定 B．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO(g) C．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量 D．1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应放出的能量为180 kJ 答案　BD 解析　通常情况下，N2和O2不反应，B错误；由题图知1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应吸收的热量为946 kJ＋498 kJ－2×632 kJ＝180 kJ，D错误。 14．为了探究化学反应的热效应，某兴趣小组进行了如下实验： (1)将纯固体物质X分别装入有水的锥形瓶里(发生化学反应)，立即塞紧带U形管的塞子，发现U形管内红墨水的液面高度如图所示。 ①若如图1所示，发生的反应(假设没有气体生成)是________(填“放热”或“吸热”)反应，X是____________(任填两种物质的化学式)。 ②若如图2所示，发生的反应(假设没有气体生成)是________(填“放热”或“吸热”)反应，以下选项中与其能量变化相同的是________(填字母)。 A．碳的燃烧反应 B．CaCO3的分解反应 C．盐酸与NaOH溶液的反应 (2)如图3所示，把试管放入盛有25 ℃的饱和澄清石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块铝片，再滴入5 mL稀NaOH溶液。试回答下列问题： ①实验中观察到的现象是铝片逐渐溶解、有大量气泡产生、__________________。 ②产生上述现象的原因是________________________________________________。 答案　(1)①放热　Na2O、CaO(答案合理即可)　②吸热　B (2)①饱和澄清石灰水中出现白色浑浊　②铝和NaOH溶液反应生成H2，且该反应是放热反应，Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低 解析　(1)①若如图1所示，体系内压强大于外界大气压，说明体系内气体膨胀，反应放热，遇水放热的物质X可以是Na2O、CaO等；②若如图2所示，体系内压强小于外界大气压，说明体系内气体体积缩小，反应吸热。A项，碳的燃烧反应为放热反应；C项，盐酸与NaOH溶液的反应为放热反应。 [创新·提高] 15．为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如下三套实验装置： (1)上述3个装置中，不能证明“Zn与稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应”的是________。 (2)某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平)，在甲试管里加入适量氢氧化钡溶液与稀硫酸，U形管中可观察到的现象是______________________，说明该反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应。 (3)为探究固体M溶于水的热效应，选择装置Ⅱ进行实验(反应在甲中进行)。 ①若M为钠，则实验过程中烧杯中可观察到的现象是____________________________________________________________。 ②若观察到烧杯里产生气泡，则说明M溶于水____________(填“一定是放热反应”“一定是吸热反应”或“可能是放热反应”)，理由是________________________________________________。 ③若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱，则M可能是________(任填一种)。 (4)至少有两种实验方法能证明超氧化钾与水的反应(4KO2＋2H2O===4KOH＋3O2↑)是放热反应还是吸热反应。方法①：选择上述装置________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)进行实验；方法②：取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上，向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水，片刻后，若观察到棉花燃烧，则说明该反应是____________反应。 答案　(1)Ⅲ (2)左端液面降低，右端液面升高　放热 (3)①产生气泡，反应完毕后，冷却至室温，烧杯里的导管内形成一段液柱　②可能是放热反应　某些物质(如浓硫酸)溶于水放热，但不是放热反应　③硝酸铵(或其他合理答案) (4)Ⅰ(或Ⅱ)　放热 解析　(1)Zn与稀硫酸反应有气体生成，故装置Ⅲ不能证明该反应是放热反应还是吸热反应。 (4)证明超氧化钾与水反应的热效应可用装置Ⅰ或Ⅱ进行实验；脱脂棉的着火点很低，若超氧化钾与水反应有热量放出，使体系温度升高，则脱脂棉能够被点燃。 14 学科网（北京）股份有限公司 $$