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(Word教参)-【精讲精练】2024-2025学年高中化学必修第二册（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 [素养目标]　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和化学键的断裂与形成有关。3.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化。 知识点一　化学反应中的能量变化 1．实验探究 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 金属与酸反应释放能量 固体粉末逐渐溶解，有气泡产生，溶液温度升高 Na2CO3与稀盐酸反应时释放热量 有气泡产生，溶液的温度降低 柠檬酸与碳酸氢钠反应时吸收热量 结论：每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的反应释放能量，有的反应吸收能量。 2．吸热反应与放热反应 化学上把最终表现为吸收热量的化学反应叫作吸热反应；把最终表现为释放热量的反应叫作放热反应。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)任何化学反应都伴随能量变化(　　) (2)化学反应中的能量变化全部是以热量的形式转化的(　　) (3)需要加热才能发生的反应一定是吸热反应(　　) (4)有热量放出的变化都是放热反应(　　) 提示　(1)√　(2)×　(3)×　(4)× 2．下列变化是常见的四个变化过程，其中既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是________(填序号)。 ①铝片与稀盐酸的反应 ②氢氧化钡溶液与稀硫酸的反应 ③灼热的氧化铜与H2的反应 ④甲烷在氧气中的燃烧 提示　③ 3.某学生用如图所示装置进行化学反应：X＋2Y===2Z能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂Y时，看到U形管中液面甲处下降、乙处上升。试分析产生该现象的原因是什么？ 提示　当往试管中加入试剂Y时，看到U形管中液面甲处下降，乙处上升，说明该反应为放热反应，放出的热使得锥形瓶中的气压升高而出现该现象。反应物的能量高于生成物的能量，反应放热；该反应过程中可以看成是贮存在X、Y内部的部分能量转化为热量而释放出来。 【归纳提升】 1．常见的放热反应 (1)大多数化合反应； (2)酸碱中和反应； (3)燃烧反应，如木炭、CH4、H2、CO等在空气中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧等； (4)金属与酸的反应； (5)铝热反应。 2．常见的吸热反应 (1)大多数分解反应，如CaCO3CaO＋CO2↑等； (2)消石灰与NH4Cl固体反应； (3)C与水蒸气反应、C与CO2反应等； (4)NaHCO3与柠檬酸反应等。 1．下列说法中正确的是(　　) A．化合反应均是放热反应，分解反应均是吸热反应 B．燃料的燃烧反应是放热反应 C．干冰的升华是吸热反应 D．需要点燃或加热的化学反应一定是吸热反应 解析　C＋CO22CO是化合反应，但需要吸热，2H2O2===2H2O＋O2↑是分解反应，但是放出热量，A错误；燃烧都是放热反应，B正确；吸热反应属于化学反应，干冰升华不是化学反应，C错误；反应是吸热还是放热与反应发生的外部条件无关。“点燃”“加热”都属于化学反应发生的外部条件，D错误。 答案　B 2．下列反应中属于放出能量的反应是________(填序号，后同)，属于吸收能量的反应是________。 ①煅烧石灰石制生石灰(CaO) ②燃烧木炭取暖 ③炸药爆炸 ④酸与碱的中和反应 ⑤生石灰与水作用制熟石灰 ⑥食物因氧化而腐败 ⑦硝酸铵溶于水 答案　②③④⑤⑥　① 3．为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如图所示三套实验装置。 (1)上述3个装置中，不能证明“铜与浓硝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(溶解或化学反应在甲中进行)。 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”)。 ③若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱，液面高于烧杯中液面，则M可能是________。 (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，若观察到脱脂棉燃烧起来，则说明该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。 解析　(1)可通过装置Ⅰ的U形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝酸的反应是放热还是吸热 ；装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断铜与浓硝酸的反应放热还是吸热；装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置，不能证明该反应是放热反应还是吸热反应。 (2)氢氧化钡与硫酸反应属于中和反应，中和反应都是放热反应，所以锥形瓶中气体受热膨胀，导致U形管左端液柱降低，右端液柱升高。 (3)①若M为钠，钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，该反应为放热反应，放出的热量使大试管中温度升高，气体压强增大，所以右边烧杯中有气泡产生，反应完毕后，冷却至室温，烧杯里的导管内液面上升；②若观察到烧杯里产生气泡，说明M溶于水可能放出热量，由于放热反应一定属于化学变化，而有热量放出的过程不一定为化学变化，所以不一定属于放热反应，某些物质(如氢氧化钠)溶于水放热，但不是化学反应；③若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱，液面高于烧杯中液面，说明装置中气体的压强减小，则M可能是硝酸铵，硝酸铵溶于水吸收热量，温度降低，气体压强减小。 (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：选择题给装置Ⅰ(或Ⅱ)进行实验，装置Ⅰ右边U形管中左端液柱降低，右端液柱升高(或装置Ⅱ烧杯中导管口有气泡放出)，证明该反应为放热反应；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，若观察到脱脂棉燃烧，则说明该反应放出大量热，使棉花燃烧，证明该反应是放热反应。 答案　(1)Ⅲ (2)左端液柱降低，右端液柱升高　放热 (3)①产生气泡，反应完毕后，冷却至室温，烧杯里的导管内液面上升　②可能是放热反应　③NH4NO3(合理即可)　(4)“Ⅰ”或“Ⅱ”　放热 知识点二　化学反应中能量变化的实质及原因分析 1．化学反应的实质 反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。 2．化学反应中能量变化的微观原因 3．化学反应中能量变化的宏观原因(用E表示物质能量) 1．如图是1 mol H2与 mol O2反应中能量的变化图。 回答下列问题： (1)图中a、b、c、d表示的含义是什么？ (2)图中c＋d是何意义？a、b、d之间有什么关系？ 提示　(1)a表示1 mol H2O(g)的能量；b表示1 mol H2(g)和 mol O2(g)的能量之和；c表示破坏1 mol H—H键、 mol —键所吸收的能量；d表示反应过程中生成1 mol H2O(g)放出的能量。 (2)c＋d代表形成2 mol H—O键所放出的能量。b－a＝d。 2．用H2和O2反应的实例探究化学反应中能量变化的实质。在25 ℃和101 kPa的条件下， 燃烧1 mol H2生成水蒸气的能量变化： (1)吸收的总能量为多少？ (2)释放的总能量为多少？ (3)这个反应释放出能量还是吸收能量？释放或吸收多少能量？ 提示　(1)E总吸＝436 kJ＋249 kJ＝685 kJ； (2)E总放＝930 kJ； (3)E总放>E总吸，反应释放的能量为930 kJ－685 kJ＝245 kJ。 【归纳提升】 1．能量变化两角度 (1)能量变化与化学键的关系(微观角度) 吸收能量E1 ⇓ 反应物生成物 ⇓ 放出能量E2 ①E1＞E2：反应吸收能量(吸热反应)。 ②E1＜E2：反应放出能量(放热反应)。 可以总结为新大于旧，反应放热；旧大于新，反应吸热。 (2)能量变化与物质内部能量的关系(宏观角度) ①可以看成是“储存”在物质内部的能量(化学能)转化成热能、光能或电能等释放出来的过程。 ②也可以看成是热能、电能或光能等物质外部的能量被“储存”起来的过程。 2．图示 3．能量的计算方法 (1)根据化学方程式确定断键、成键的物质的量。 (2)确定断键吸收的总能量和成键释放的总能量。 (3)计算反应的能量变化 ①若反应释放能量 E＝成键时释放能量之和－断键时吸收能量之和。 ②若反应吸收能量 E＝断键时吸收能量之和－成键时释放能量之和。 1．(2023·深圳中学高一期中)化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，下列说法正确的是(　　) A．该反应是吸收能量的反应 B．1 mol A—A键和1 mol B—B键断裂能放出x kJ能量 C．2 mol A—B键断裂需要吸收y kJ能量 D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 解析　由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，故A、D错误；化学键的断裂需吸收能量，而不是释放能量，故B错误；化学键断裂时吸收能量，由题图可知，断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ能量，故C正确。 答案　C 2．(双选)(2024·菏泽鄄城县一中高一月考)已知反应H2(g)＋I2(g)2HI(g)中，每生成2 mol HI时会有a kJ的能量放出，已知可逆反应中反应物不能完全反应，又知有关化学键断裂情况如下： 下列说法不正确的是(　　) A．1 mol H2的能量比2 mol H的能量低 B．断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量大于断开2 mol H—I键所需能量 C．将0.5 mol H2(g)与1 mol I2(g)混合充分反应后放出的热量为0.5a kJ D．形成1 mol H—I键释放的能量为0.5(a＋b＋c)kJ 解析　断键吸收能量，则1 mol氢气需要吸收能量生成2 mol H，所以1 mol H2的能量比2 mol H 的能量低，故A正确；该反应是放热反应，断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量小于断开2 mol H—I键所需能量，故B错误；该反应为可逆反应，反应物H2不能完全转化为生成物，所以0.5 mol H2(g)与1 mol I2(g)混合充分反应后放出的热量小于0.5a kJ，故C错误；ΔH＝反应物断裂化学键需要的总能量－生成物形成化学键放出的总能量＝b kJ/mol＋c kJ/mol－2H—I＝－a kJ/mol，得到断开2 mol H—I键所需能量约为(a＋b＋c)kJ，形成1 mol H—I键释放的能量为 kJ，故D正确。 答案　BC 3．已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为243 kJ·mol－1，H—Cl键的键能为431 kJ·mol－1，当1 mol H2与1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时，对化学反应：H2＋Cl22HCl的判断正确的是(　　) A．是吸热反应　　　 B.放出91.5 kJ热量 C．吸收183 kJ热量 D．放出183 kJ热量 解析　化学反应中，反应物断键吸收能量，生成物成键放出能量，若吸收总能量Q(吸)＞放出总能量Q(放)，反应为吸热反应；反之Q(吸)＜Q(放)时，反应就为放热反应。题中Q(吸)＝436 kJ＋243 kJ，Q(放)＝431 kJ×2，Q(放)－Q(吸)＝183 kJ，反应为放热反应，放出183 kJ热量。 答案　D 分析化学反应中的能量变化时的注意事项 (1)要从两个方面来理解和掌握化学反应中的能量变化，其中化学键的断裂与形成是本质(微观)原因，而物质具有的能量是宏观性质。 (2)由于任何化学反应中都存在化学键的断裂与生成，因此，任何化学反应在发生物质变化的同时必然发生能量的变化。也就是说，任何化学反应中反应物具有的总能量与生成物具有的总能量一定不相等。 (3)反应过程中能量的变化＝破坏反应物中的化学键需吸收的能量－形成生成物中的化学键所释放的能量，当能量的变化＞0时，则为吸热反应，反之为放热反应。　 1．(2023·江西宜春高一月考)下列变化过程属于放热反应的是(　　) ①食物腐烂　②NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体混合搅拌　③木炭的燃烧　④硫酸与氢氧化钠的中和反应　⑤液态水变成水蒸气　⑥碳酸钙受热分解 A．①②③ B.①③④⑤ C．①③④ D．②④⑥ 解析　食物腐烂为食物的缓慢氧化过程，属于放热反应，故①选；NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体混合搅拌生成氨气、氯化钡和水，属于吸热反应，故②不选；木炭的燃烧为放热反应，故③选；硫酸与氢氧化钠的中和反应为放热反应，故④选；液态水变成水蒸气需要吸收热量，是物理变化，不属于化学变化，故⑤不选；碳酸钙受热分解为吸热反应，故⑥不选。属于放热反应的有①③④，故选C。 答案　C 2．下列实验现象或图像信息不能充分说明相应的化学反应是放热反应的是(　　) 选项 反应装置或图像 实验现象或图像信息 A 温度计的水银柱上升 B 反应物总能量大于生成物总能量 C 反应开始后，针筒活塞向右移动 D 反应开始后，甲处液面低于乙处液面 解析　因为温度计的水银柱上升，温度升高，说明氢氧化钠与盐酸反应释放热量，故A不符合题意；反应物的总能量比生成物的总能量高，所以在发生反应时会有一部分能量释放，表现为反应放热，故B不符合题意；锌粒与稀硫酸反应会产生氢气，使锥形瓶内气体压强增加，所以针筒活塞向右移动，不能证明是反应释放热量导致的，故C符合题意；锌粒与稀硫酸反应开始后，甲处液面低于乙处液面，说明反应导致集气瓶内气体压强增大，但反应并未在集气瓶中进行，说明是反应释放的热量使集气瓶内的温度升高而导致压强增大，故D不符合题意。 答案　C 3．(2023·江苏前黄中学高一月考)下列反应是吸热反应的是(　　) 解析　由图像可知，生成物的总能量高于反应物的总能量，因此该反应为吸热反应，A符合题意；由图像可知，生成物的总能量低于反应物的总能量，因此该反应为放热反应，B不符合题意；铝热反应为放热反应，C不符合题意；锌和稀盐酸的置换反应为放热反应，D不符合题意。 答案　A 4．(双选)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)的总能量高于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量 解析　A的能量低于B，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错误；反应中C和N元素化合价发生变化，则该反应为氧化还原反应，C正确；由题图可知，反应物总能量高于生成物总能量，则1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的总能量高于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的总能量，D正确。 答案　CD 5．(2023·郑州高一检测)氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。合成氨工业在20世纪初期形成，第一次世界大战结束后，转向为农业、工业服务。合成氨反应：N2(g)＋3H22NH3的能量变化如图所示，请回答下列问题： (1)图中A、C分别表示____________、____________，反应________(填“吸收”或“放出”)能量。 (2)反应过程中断裂的化学键及其物质的量为____________________________________，________(填“吸收”或“放出”，下同)的能量为________(用E1、E2或E3表示，下同)；形成的化学键及其物质的量为________，________的能量为________。 (3)E2＝________。(用“E1、E3”表示) 答案　(1)1 mol N2(g)和3 mol H2(g)(反应物)的总能量　2 mol NH3(g)(生成物)的总能量　放出 (2)1 mol N≡N键和3 mol H—H键　吸收　E1　6 mol N—H键　放出　E3　(3)E3—E1 学科网（北京）股份有限公司 $$