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）-【优化指导】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 课程标准要求 学业质量水平 1.认识物质具有能量，知道吸热反应与放热反应的概念。 2．了解常见的吸热反应和放热反应。 3．认识化学反应中能量变化的原因及其转化形式。 4．知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化。 1.能说明化学变化中的能量转化形式。(水平1) 2．能分析化学变化中的能量吸收或释放的原因。(水平2) 3．能定量分析化学变化的热效应，能结合生产和生活实际问题情境说明化学变化中能量转化的重要应用。(水平3) 4．能依据化学变化中能量转化的原理，提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议。(水平4) [对应学生用书P56] 一、化学反应中的能量变化 1．活动探究——感受化学反应中的能量变化 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 [归纳]　化学反应都会伴随有能量的变化，有的释放能量，有的吸收能量。 2．吸热反应和放热反应的概念 (1)吸热反应：最终表现为吸收热量的化学反应。 (2)放热反应：最终表现为释放热量的化学反应。 3．常见的吸热反应和放热反应 吸热 反应 ①大多数分解反应，如CaCO3、NH4HCO3、NH4Cl等的分解反应；②部分复分解反应，如铵盐与碱、碳酸氢钠与柠檬酸等的反应；③以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C与H2O(g)和CO的反应 放热 反应 ①燃烧反应；②酸碱中和反应；③活泼金属与水或酸的反应；④活泼金属氧化物与水、酸的反应；⑤金属单质间的置换反应，如铝热反应；⑥大多数化合反应(C与CO2反应等除外)，如合成氨反应、SO2与O2生成SO3的反应等；⑦少数分解反应 二、化学反应中能量变化的原因 1．微观角度——从化学键的变化分析 　 注：E1为破坏旧化学键吸收的能量，E2为形成新化学键释放的能量。 (1)化学键断裂吸收的能量E1＞化学键形成释放的能量E2，―→反应吸收能量 (2)化学键断裂吸收的能量E1＜化学键形成释放的能量E2，―→反应释放能量 2．宏观角度——从物质具有的能量分析 (1)反应物具有的总能量＞生成物具有的总能量―→反应释放能量 (2)反应物具有的总能量＜生成物具有的总能量―→反应吸收能量 [强调]　任何化学反应都存在化学键的断裂和形成，化学键断裂吸收的能量与化学键形成释放的能量一定不相等，反应物所具有的总能量和生成物所具有的总能量也一定不相等，所以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。 三、化学反应中能量转化的形式及应用 1．能量转化的形式 化学能热能、电能、光能等。 2．能量转化的应用 (1)利用化学反应将化学能转化为热能、电能、光能等其他形式的能量，用于生产、生活和科研。 (2)利用热能、电能、光能等形式的能量促使化学反应的发生，获得所需要的物质。 [拓展]　氢能被视为21世纪最具有发展潜力的清洁能源，除可直接用作燃料外，还可用于氢氧燃料电池可将化学能直接转化为电能，能量转化效率高，污染少、噪音小、使用方便。 1．巧判断(对的打“√”，错的打“×”) (1)化学反应过程中必然伴随着热量的变化(×) (2)化学反应过程中的能量变化与反应条件没有必然联系(√) (3)有能量变化的过程都是化学变化(×) (4)所有的化合反应都是放热反应(×) (5)所有的分解反应都是吸热反应(×) 2．(2019·山东夏季学业水平合格测试，6)下列关于化学反应中能量变化的说法正确的是(　　) A．形成化学键的过程是放热过程 B．可逆反应进行的过程中没有能量变化 C．在常温下可以发生的反应一定是放热反应 D．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关 A　[断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，A项正确；可逆反应的正逆两个反应方向能量变化相反，大小相等，并不是可逆反应进行的过程中没有能量变化，B项错误；有些吸热反应常温下也可发生，如碳酸氢铵的分解，C项错误；化学反应中能量变化的大小与反应物的质量成正比，D项错误。] [对应学生用书P58] 学习任务一　吸热反应和放热反应与反应条件的关系 讨论分析下列说法是否正确，并举例说明： 1．放热反应一定比吸热反应更容易发生。 提示　不一定。化学反应的难易程度与反应吸热和放热没有必然的联系，如煤的燃烧是放热反应，但需要达到其燃点才可以发生，而碳酸氢铵的分解是吸热反应，但在常温常压下就可以发生。 2．放热反应不需要加热，吸热反应需要加热。 提示　反应条件与反应是否吸热和放热没有必然的联系。如二氧化硫的催化氧化反应是放热反应，但该反应需要在高温下才能发生反应，而碳酸氢钠与柠檬酸的反应是吸热反应，但在常温下就能发生。 1．有关吸热反应和放热反应理解的三个“不一定” (1)放热反应不一定容易发生，如合成氨反应需要在高温高压和催化剂作用下才能发生；吸热反应不一定难发生，如碳酸氢钠与柠檬酸的反应在常温下能发生。 (2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如硫与铁的反应；吸热反应也不一定需要加热，如碳酸氢铵的分解反应、Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。 (3)放热过程不一定是放热反应，如NaOH固体的溶解和浓硫酸的稀释是放热过程，但不是放热反应；吸热过程也不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。 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。 1．(2019·河南学业水平考试，10改编)下列反应属于需要加热才能发生的吸热反应是(　　) A．碳酸氢氨的分解　　 B．木炭燃烧 C．酸碱中和反应 D．煅烧石灰石 D　[木炭的燃烧和酸碱中和反应是放热反应；碳酸氢铵的分解反应是吸热反应，但在常温下就可以发生，不需要加热；碳酸钙的分解反应是吸热反应，反应需要持续高温加热才可以发生。] 2．下列说法正确的是(　　) A．放热反应在常温下一定很容易发生 B．需要加热方能发生的反应一定是吸热反应 C．吸热反应在通常条件下不可能很容易发生 D．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 答案　D 学习任务二　化学反应中能量变化的计算与物质的稳定性 已知25 ℃和101 kPa条件下，H2和O2气反应生成1 mol H2O的有关数据如下，请根据下列信息分析讨论，回答下列问题： 1．25 ℃和101 kPa条件下，H2和O2气反应生成1 mol H2O的过程中是释放能量还是吸收能量？其能量变化是多少？ 提示　1 mol H2和 mol O2中化学键断裂吸收的能量为436 kJ＋249 kJ＝685 kJ，形成1 mol H2O中的化学键释放的能量为930 kJ，释放的能量大于吸收的能量，则反应放出的能量为245 kJ。 2．若在25 ℃和101 kPa条件下，1 mol H2O分解为H2和O2，则该过程中是释放能量还是吸收能量？其能量变化是多少？ 提示　25 ℃和101 kPa条件下，1 mol H2O分解为H2和O2与H2和O2反应生成1 mol H2O两个过程相反，参与反应的物质的量相同，则1 mol H2O分解为H2和O2的过程应吸收245 kJ的能量。 3．由以上讨论可知，1 mol H2和 mol O2具有的能量与1 mol H2O具有的能量，哪一个高？是H2和O2稳定还是H2O稳定？ 提示　由于1 mol H2和 mol O2形成1 mol H2O的反应过程中释放能量，故1 mol H2和 mol O2具有的能量大于1 mol H2O具有的能量；H2O的稳定性大于H2和O2的稳定性。 1．化学反应中能量变化的实质 2．化学反应中能量变化的计算 化学反应中的能量变化：ΔQ＝Q吸(化学键断裂吸收的能量)－Q放(形成化学键释放的能量)，若ΔQ＜0，反应释放能量，若ΔQ＞0，反应吸收能量。 3．物质稳定性与其具有能量的关系 物质具有的能量越高，断裂化学键需要的能量越小，其稳定性越小；物质具有的能量越低，断裂化学键需要的能量越大，其稳定性越大。 1．已知断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ，形成1 mol N—H键放出的能量为391 kJ，根据化学方程式N2＋3H22NH3，反应消耗1 mol N2放出的能量为92.4 kJ，则断开1 mol N≡N键吸收的能量是(　　) A．945.6 kJ　　　　　　 B．869 kJ C．649.6 kJ D．431 kJ A　[设断开1 mol N≡N键需吸收的能量为x，根据反应放出的能量＝形成新键放出的能量－断开旧键吸收的能量可知：92.4 kJ＝6×391 kJ－3×436 kJ－x，解得x＝945.6kJ。] 2．(2020·山东济宁一中检测)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，又知有关化学键键能如下： 下列说法正确的是(　　) A．1 mol H2的能量比2 mol H(g)的能量高 B．将0.5 mol H2与1 mol I2(g)混合充分反应后放出的热量为0.5a kJ C．H—I键的键能为0.5(a＋b＋c)kJ·mol－1 D．H(g)＋I(g)―→HI(g)是吸热变化 C　[断开化学键需要吸热，即H2―→H＋H为吸热过程，则1 mol H2的能量比2 mol H(g)的能量低，A项错误；根据题意，生成2 mol HI时会有a kJ的能量放出，将0.5 mol H2与1 mol I2(g)混合充分反应后生成的HI少于1 mol，则放出的热量少于0.5a kJ，B项错误；反应放出的热量＝放出的热量－吸收的热量＝H—I键的键能×2－b kJ·mol－1－c kJ·mol－1＝a kJ·mol－1，则H—I键的键能为0.5(a＋b＋c)kJ·mol－1，C项正确；H(g)＋I(g)―→HI(g)是形成化学键的过程，该过程是放热过程，D项错误。] [对应学生用书P60] 1．下列说法正确的是(　　) A．任何化学反应都伴随有能量的变化 B．化学反应中的能量变化都表现为热量的变化 C．反应物化学键断裂吸收的能量小于生成物化学键形成释放的能量时，反应吸热 D．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 A　[化学反应中的能量变化可表现为热能、光能、电能等多种，B项错误；反应物化学键断裂吸收的能量大于生成物化学键形成释放的能量时，反应吸热，C项错误；反应条件与反应是否吸热和放热，没有必然的联系，D项错误。] 2．(2020·北京朝阳区高一检测)中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如下图所示： 下列说法不正确的是(　　) A．整个过程实现了光能向化学能的转化 B．过程Ⅱ放出能量并生成了O—O键 C．总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑ D．过程Ⅲ属于分解反应，也是吸热反应 D　[由图可知，利用太阳光在催化剂表面实现水分解为氢气和氧气，光能转化为化学能，故A正确；过程Ⅱ生成了O—O键，释放能量，故B正确；该过程的总反应是水分解为氢气和氧气，故C正确；由图可知，过程Ⅲ中过氧化氢转化为氢气和氧气，属于放热反应，故D错误。] 3．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 C　[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项错误；断键时需要吸收能量，B项错误，C项正确。] 4．(2020·福建厦门高二检测)根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是(　　) A．H2O分解为H2与O2时放出热量 B．生成1 mol H2O时吸收热量245 kJ C．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙＞甲＞丙 D．氢气和氧气比水稳定 C　[由图中信息可知，1 mol H2断裂共价键变为2 mol H要吸收436 kJ的能量，0.5 mol O2断裂共价键变为1 mol O要吸收249 kJ的能量，2 mol H和1 mol O结合成1 mol H2O要放出930 kJ的能量，因此可以算出1 mol H2和0.5 mol O2反应生成1 mol H2O要放出245 kJ的能量，则水分解为H2与O2时吸收热量。由此进一步可知：甲、乙、丙中物质所具有总能量的大小关系为乙＞甲＞丙，H2O、H2和O2三者中水最稳定。] 5．已知H2(g)＋O2(g)===H2O(g)，如图表示1 mol H2燃烧反应过程中的能量变化。 请回答下列问题： (1)a、b、c分别代表什么意义？ a________________________________________________________________________； b________________________________________________________________________； c________________________________________________________________________。 (2)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”), a、b、c的关系为________。 (3)氢气在氧气中燃烧，破坏1 mol H—H键吸收Q1 kJ的能量，破坏1 mol O===O键吸收Q2 kJ的能量，形成1 mol H—O键释放Q3 kJ的能量，则下列关系式正确的是(　　 ) A．2Q1＋Q2>4Q3　 B．2Q1＋Q2<4Q3 C．Q1＋Q2<Q3 D．2Q1＋Q2＝4Q3 解析　(1)化学反应发生时，首先断裂反应物中的化学键，再形成生成物中的化学键。由图可知： a表示断裂1 mol H—H键和0.5 mol O===O键所吸收的总能量，b表示形成2 mol H—O键所放出的总能量，c表示1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)完全反应生成1 mol H2O(g)放出的能量。 (2)由图可知，该反应中反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应为放热反应，由(1)分析可知c＝b－a。 (3)氢气在氧气中燃烧的反应为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)，反应释放能量。在该反应中破坏2 mol H—H键、1 mol O===O键，形成4 mol H—O键，所以2Q1＋Q2<4Q3，故选B项。 答案　(1)a表示断裂1 mol H—H键和0.5 mol O===O 键所吸收的总能量　b表示形成2 mol H—O键所释放的总能量　c表示1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)完全反应生成1 mol H2O(g)放出的能量　(2)放热　c＝b－a　(3)B 学科网（北京）股份有限公司 $$