第2章 第2节 第1课时 化学反应中能量变化的本质及转化形式-【金版教程】2024-2025学年高中化学必修第二册创新导学案word（鲁科版2019）

第2节　化学反应与能量转化 第1课时　化学反应中能量变化的本质及转化形式 核心素养 学业要求 丰富对化学变化的认识角度，认识化学反应中能量变化。 1.了解化学反应中存在能量变化以及化学反应的实质。 2.知道常见的放热反应和吸热反应。 3.了解化学反应中能量变化的实质。 一、化学反应中的能量变化的实验探究 1.实验探究——化学反应中的能量变化 实验操作 实验现象 结论 铁粉逐渐溶解，有气泡产生，溶液温度升高 化学方程式：Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑，反应时放出热量 有气泡产生，溶液温度降低 反应时吸收热量 2.吸热反应与放热反应 (1)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。 (2)吸热反应：最终表现为吸收热量的化学反应。如碳酸氢钠和柠檬酸的反应、碳酸钙受热分解的反应、二氧化碳与碳单质化合生成一氧化碳的反应等。 (3)放热反应：最终表现为放出热量的化学反应。如燃烧反应、金属和酸反应、中和反应等。 二、化学反应中的能量变化的实质及原因分析 1.化学反应中能量变化的实质 在化学反应过程中，旧化学键的断裂需要吸收一定的能量；新化学键的形成需要释放一定的能量，二者不相等。 2.化学反应中能量变化的原因 (1)微观角度：若形成新化学键所释放的总能量大于破坏旧化学键所吸收的总能量，就会有一定的能量以热能、电能或光能等形式释放出来；如果形成新化学键所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，则需要吸收能量。 (2)宏观角度：化学反应的过程可以看作是“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来，或是热能、电能或光能等物质外部的能量转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。一个确定的化学反应发生时是吸收能量还是释放能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。 1.判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)化学反应过程中不一定有能量变化。(　　) (2)NaOH固体溶于水，溶液温度升高，故为放热反应。(　　) (3)所有的燃烧均是放热反应。(　　) (4)化合反应均是放热反应，分解反应均是吸热反应。(　　) (5)对于一个化学反应来说，当化学键断裂时所吸收能量大于化学键形成时所释放能量时，反应放热。(　　) (6)已知在一定温度、压强下，等质量的石墨转化为金刚石需要吸收热量，则金刚石比石墨能量低。(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)× (6)× 2.生活中每时每刻都发生着各种化学反应，下列反应不一定属于放热反应的是(　　) A.H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应 B.燃烧反应 C.复分解反应 D.中和反应 答案　C 3.在含少量铝粉的试管中滴入稀盐酸，产生大量气泡，且试管壁发热。该反应为(　　) A.放热反应 B.吸热反应 C.化合反应 D.置换反应 答案　A 4.下列说法正确的是(　　) A.化学键断裂的过程中放出热量 B.化学键形成的过程中需要吸收热量 C.伴有能量变化的物质变化都是化学变化 D.化学反应除了生成新的物质外，还伴随着能量的变化 答案　D 5.“即食即热型”快餐适合外出时携带和食用，其内层中有用铝箔包裹的已加工好的真空包装食品，外层有分别包装的两包化学物质，拉动预留在外的拉线使这两种化学物质相互作用，放出的热量便可对食物进行加热。这两包化学物质最合理的组合是(　　) A.浓硫酸和水 B.生石灰和水 C.熟石灰和水 D.硝酸铵和水 答案　B 解析　选项中只有浓硫酸与水、生石灰与水相互作用是明显放热的，但浓硫酸为腐蚀品，不适用于食物加热，且浓硫酸与水混合所得的稀硫酸能与铝箔反应，故不适用。 探究一　化学反应中的能量变化 1.常见的放热反应 (1)所有的燃烧反应，如木炭、H2、CH4等在氧气中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧。 (2)酸碱中和反应，如H＋＋OH－===H2O。 (3)大多数的化合反应，如H2＋Cl22HCl。 (4)铝热反应，如8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe。 (5)活泼金属与酸或H2O的反应，如2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。 2.常见的吸热反应 (1)铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应。 (2)大多数的分解反应，如NH4ClHCl↑＋NH3↑。 (3)碳与水蒸气的反应：C＋H2O(g)CO＋H2。 (4)以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C＋CO22CO。 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.下列说法正确的是(　　) ①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应　②伴有能量变化的物质变化都是化学变化　③H2在O2中的燃烧是放热反应　④放热反应加热到一定温度引发后，停止加热，反应仍能继续进行 A.③④ B.①② C.①②③④ D.②③④ 答案　A 2.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.稀释浓硫酸；金属或金属氧化物熔化 C.氢氧化钠和盐酸反应；二氧化碳和碳反应 D.工业煅烧石灰石；化石燃料燃烧 答案　C 吸热反应与放热反应判断的注意事项 (1)反应是吸热反应还是放热反应与条件无关。需要点燃、加热、光照的反应不一定是吸热反应，有些放热反应需要加热等条件引发反应。如H2在O2中的燃烧、木炭的燃烧等。 (2)不需要加热(在常温下)能进行的反应不一定是放热反应。如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应，在常温下能反应。 (3)在高温下或持续加热条件下进行的反应一般是吸热反应。 探究二　化学反应中能量变化的原因 1.从化学键的断裂与形成分析能量变化 (1)若E1>E2，反应吸收能量(吸热反应)； (2)若E1<E2，反应放出能量(放热反应)。 2.从反应物、生成物所具有的总能量分析能量变化 图1中反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量，反应放出能量(放热反应)； 图2中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)。 (1)ΔE(化学反应中能量的变化)＝E(断开反应物化学键所吸收的能量)－E(形成生成物化学键所释放的能量)。若ΔE>0，则为吸热反应；若ΔE<0，则为放热反应。 (2)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；而形成该物质化学键时，放出的能量也越少。 3.已知反应X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是(　　) A.X的能量一定高于M的，Y的能量一定高于N的 B.破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量 C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量 D.因为该反应为放热反应，所以不必加热就可发生 答案　C 解析　由于该反应为放热反应，所以X和Y的总能量一定高于M和N的总能量，A不正确，C正确；破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量时，该反应则为吸热反应，B不正确；有些放热反应需要在一定的条件(如加热或光照等)下才能发生，D不正确。 4.科学家已获得了气态N4分子，其结构为正四面体(如图所示)。已知断裂1 mol N—N键需要吸收167 kJ能量，断裂1 mol N≡N键需要吸收942 kJ能量，下列说法正确的是(　　) A.N4属于一种新型的化合物 B.N4(g)===4N(g)的过程中释放1002 kJ能量 C.1 mol N4转化为N2时要吸收882 kJ能量 D.N4和N2互为同素异形体，N4转化为N2属于化学变化 答案　D 解析　N4属于一种新型的单质，A错误；N4(g)===4N(g)的过程中吸收的能量为6×167 kJ＝1002 kJ，B错误；1 mol N4转化为N2时的能量变化为6×167 kJ－2×942 kJ＝－882 kJ，即放出882 kJ能量，C错误。 本课小结 课时作业 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1.下列说法错误的是(　　) A.任何化学反应都伴随着能量变化 B.化学反应中能量变化的大小与反应物的质量无关 C.化学变化中的能量变化主要是由化学键变化引起的 D.能量变化是化学反应的基本特征之一 答案　B 2.以下叙述错误的是(　　) 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 答案　A 3.生活中每时每刻都发生着各种化学反应，下列反应不一定属于放热反应的是(　　) A.活泼金属与酸的置换反应 B.燃烧反应 C.复分解反应 D.中和反应 答案　C 4.100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石的能量变化如图所示，下列说法正确的是(　　) A.石墨比金刚石更稳定 B.金刚石比石墨更稳定 C.石墨转化为金刚石的反应为放热反应 D.破坏1 mol石墨化学键所吸收的能量小于形成1 mol金刚石化学键所放出的能量 答案　A 解析　由题图可知，石墨转化为金刚石需吸收能量，故石墨能量更低，更稳定，A正确。 5.下列过程中的能量变化情况符合图示关系的是(　　) A.酸与碱的中和反应 B.H＋Cl―→H—Cl C.氧化钙与水反应制熟石灰 D.NaHCO3与柠檬酸的反应 答案　D 解析　酸与碱的中和反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，故A错误；形成化学键放出能量，故B错误；氧化钙和水的反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，故C错误；NaHCO3与柠檬酸的反应属于吸热反应，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，故D正确。 6.氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A.燃烧时化学能全部转化为热能 B.断开1 mol氢氧键吸收930 kJ能量 C.相同条件下，1 mol氢原子的能量为E1，1 mol氢分子的能量为E2，则2E1<E2 D.该反应生成1 mol水蒸气时能量变化为245 kJ 答案　D 解析　燃烧时化学能可转化为热能、光能等形式，故A错误；由题图可知，断开2 mol氢氧键吸收930 kJ的能量，故B错误；氢分子变成氢原子要吸收能量，所以2E1>E2，故C错误；该反应生成1 mol水蒸气时的能量变化为930 kJ－436 kJ－249 kJ＝245 kJ，故D正确。 7.已知反应NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)的能量变化如图所示，下列说法正确的是(　　) A.图中A→B的过程为放热过程 B.1 mol NO2和1 mol CO的键能总和大于1 mol NO和1 mol CO2的键能总和 C.该反应为氧化还原反应 D.1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量低于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量 答案　C 解析　A状态的能量低于B状态的能量，则图中A→B的过程为吸热过程，A错误；反应物总能量高于生成物总能量，反应为放热反应，即断键吸收的能量低于成键放出的能量，则1 mol NO2和1 mol CO的键能总和小于1 mol NO和1 mol CO2的键能总和，B、D错误。 8.最新报道，科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如图： 下列说法正确的是(　　) A.CO和O生成CO2是吸热反应 B.在该过程中，CO断键形成C和O C.CO和O形成了含有共价键的CO2 D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程 答案　C 解析　由图知反应物总能量大于生成物总能量，为放热反应，A错误；由图示可知，反应过程不存在CO的断键过程，B错误；由状态Ⅰ→状态Ⅲ可知，CO和O在催化剂表面形成CO2，C正确，D错误。 9.航天飞船可用肼(N2H4)作动力源。已知1 g液态肼和足量的液态过氧化氢反应生成N2和水蒸气时放出20.05 kJ热量，反应的化学方程式为N2H4＋2H2O2===N2↑＋4H2O。下列说法中错误的是(　　) A.该反应中肼作还原剂 B.肼(N2H4)分子中只存在极性共价键 C.此情况下，液态肼燃烧生成1 mol N2时放出的热量为641.6 kJ D.该反应反应物的总能量高于生成物的总能量 答案　B 解析　肼(N2H4)分子中既有极性共价键(N—H键)，又有非极性共价键(N—N键)，B错误。 10.键能是指破坏(或形成)1 mol化学键所吸收(或放出)的能量。化学反应就是旧键断裂和新键形成的过程。现查得：H—H、H—O和O===O的键能分别为a kJ·mol－1、b kJ·mol－1和c kJ·mol－1，用此数据估计由H2(g)、O2(g)生成1 mol H2O(g)时的能量变化为(　　) A.放热 kJ B.吸热 kJ C.放热 kJ D.吸热 kJ 答案　C 解析　H2(g)与O2(g)生成H2O(g)的反应为放热反应，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)中断裂2 mol H—H键和1 mol O===O键吸收(2a＋c) kJ能量，形成4 mol H—O键释放4b kJ能量，即生成2 mol H2O(g)时放热(4b－2a－c) kJ，则由H2(g)、O2(g)生成1 mol H2O(g)时放热 kJ，C正确。 二、非选择题 11.H2与O2、F2均能发生反应，如图为H2与F2发生反应生成HF过程中的能量变化示意图。请回答下列问题： (1)完成转化Ⅰ、Ⅱ________(填“吸收”或“放出”，下同)能量，完成转化Ⅲ________能量。 (2)H2和F2反应的能量变化图可用________(填“A”或“B”)表示。 (3)H2在O2中燃烧的过程主要是________能转化为________能的过程。 答案　(1)吸收　放出　(2)A　(3)化学　热 12.下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(单位：kJ)： 物质 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2 能量/kJ 243 193 151 432 366 298 436 (1)下列氢化物中最稳定的是________(填字母)。 A.HCl　　　 B.HBr　　　 C.HI (2)H2＋X2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸收能量的反应还是放出能量的反应：____________。 (3)在相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与H2反应，当消耗的物质的量相同时，放出或吸收的能量最多的是________。 答案　(1)A　(2)放出能量的反应　(3)Cl2 解析　(1)破坏1 mol HX中的化学键所消耗的能量越多，说明HX越稳定，由表中数据可判断氢化物中最稳定的为HCl。 13.化学键的键能是形成(或断开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能：P—P：198 kJ·mol－1、P—O：360 kJ·mol－1、O===O：498 kJ·mol－1，则P4(白磷)＋3O2P4O6的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，生成1 mol P4O6________的热量为________。 答案　放热　放出　1638 kJ 解析　断开旧键吸收的能量为198×6 kJ＋3×498 kJ＝2682 kJ，形成新键放出的能量为12×360 kJ＝4320 kJ，故该反应为放热反应，生成1 mol P4O6放出的热量为4320 kJ－2682 kJ＝1638 kJ。 14.某同学设计如下三种实验方案以探究某反应是放热反应还是吸热反应。 方案一：如图甲，在小烧杯里放一些已除去氧化铝保护膜的铝片，然后向烧杯里加入10 mL 2 mol·L－1稀硫酸，再插入一支温度计，温度计的温度由20 ℃逐渐升至75 ℃，随后，温度逐渐下降至30 ℃，最终停留在20 ℃。 方案二：如图乙，在烧杯底部用熔融的蜡烛粘一块小木片，在烧杯里加入10 mL 2 mol·L－1稀硫酸，再向其中加入氢氧化钠溶液，片刻后提起烧杯，发现小木片脱落下来。 方案三：如图丙，A试管中发生某化学反应，实验前U形管中的红墨水液面相平，在化学反应过程中，通过观察U形管两侧红墨水液面高低变化判断某反应是吸热反应还是放热反应。 项目 A试管里发生反应的物质 U形管里红墨水液面变化 ① 氧化钙与水 左低右高 ② NaHCO3与柠檬酸 ？ ③ 铝片与烧碱溶液 左低右高 ④ 铜与浓硝酸 左低右高 根据上述实验回答相关问题： (1)铝片与稀硫酸的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，写出该反应的离子方程式：______________________________。 (2)方案一中，温度升至最大值后又下降的原因是__________________________________。 (3)方案二中，小木片脱落的原因是____________________，由此得出的结论是______________________________________。 (4)方案三中，如果A试管里发生的反应是放热反应，则U形管里红墨水液面高度：左边________(填“高于”“低于”或“等于”)右边。 (5)由方案三的现象得出结论：①③④组物质发生的反应都是________(填“吸热”或“放热”)反应，如果放置较长时间，可观察到U形管里的现象是____________________。 (6)方案三实验②的U形管中的现象为____________________，说明反应物的总能量________(填“高于”“低于”或“等于”)生成物的总能量。 答案　(1)放热　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ (2)反应完全后，热量向空气中传递，烧杯里物质的温度降低 (3)蜡烛受热熔化　氢氧化钠与硫酸的反应放热 (4)低于 (5)放热　红墨水液面左右相平 (6)红墨水液面左高右低　低于 解析　(5)由方案三的现象得出结论：①③④组物质发生的反应都是放热反应，如果放置较长时间，热量散失，装置中气体的压强与外界压强相等，U形管中红墨水液面左右相平。 (6)方案三中的实验②属于吸热反应，装置中气体的压强减小，U形管中红墨水液面左高右低，反应物的总能量低于生成物的总能量。 11 学科网（北京）股份有限公司 $$