内容正文:
第2章
化学键 化学反应规律
第2章 化学键 化学反应规律
化 学
必修第二册
知 识 点 一
强 化 落 实
知 识 点 二
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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
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知识点一 化学反应中的能量变化
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知识点二 化学反应中能量变化的实质
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课程标准解读
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。
化学
1.化学反应中的能量变化
(1)木炭在空气中燃烧,化学能要转化成__能和__能。
(2)电解水时__能转化为____能,化学能也可以转化成电能。
热
光
电
逐渐溶解
气泡
升高
释放
2.活动探究—感受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________,有____产生,溶液温度____
金属与酸反应时____热量
固体粉末________,有____产生,溶液温度____
NaHCO3与稀盐酸反应时____热量
气泡
升高
释放
能量
释放
吸收
放出
吸收
实验操作
实验现象
结论
有____产生,溶液的温度____
柠檬酸与碳酸氢钠反应时____热量
(2)结论:化学反应都会伴随____的变化,有的____能量,有的____能量。
(3)放热反应和吸热反应
①吸热反应:____热量的化学反应。
②放热反应:____热量的化学反应。
气泡
降低
吸收
√
[判断正误](正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)硝酸铵固体溶于水,溶液的温度上升,该变化为吸热反应。( )
(2)氢气燃烧、浓硫酸溶于水,都放出热量,这些变化都为放热反应。( )
(3)化学反应既有物质变化,又有能量变化。( )
(4)镁条在空气中燃烧是放热反应,反应过程中所释放的能量全部转化为热能。( )
(5)吸热反应需要加热才能进行,放热反应都不需要加热就可以进行。( )
(6)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。( )
×
×
×
×
√
明朝诗人于谦留有《石灰吟》:
千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲。
粉骨碎身浑不怕,要留清白在人间。
问题1 《石灰吟》这首古诗描述了几个化学反应?分别是什么?
提示: 3个化学反应,它们分别是①CaCO3 eq \o(=====,\s\up17(高温)) CaO+CO2↑;
②CaO+H2O===Ca(OH)2;
③Ca(OH)2+CO2===CaCO3↓+H2O
问题2 通过古诗的描述,制取石灰的反应是放热反应还是吸热反应?石灰遇水的反应呢?
提示: 碳酸钙变为氧化钙的反应为吸热反应;氧化钙变为氢氧化钙的反应为放热反应。
eq \a\vs4\al(名师点拨)
放热反应和吸热反应的比较
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
常见类型
(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
(1)大多数分解反应,如CaCO3 eq \o(=====,\s\up17(高温)) CaO+CO2↑等;
(2)碳酸氢钠和柠檬酸的反应;
(3)C与水蒸气反应、C与CO2反应等;
(4)Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应
1.下列过程需要吸热的是( )
A.O+O―→O2
B.HCl―→H+Cl
C.CaO+H2O===Ca(OH)2
D.浓硫酸稀释
B [化学键的断裂是吸热过程,化学键的形成是放热过程,故O+O―→O2放热,HCl―→H+Cl需要吸热,CaO溶于水为放热反应,浓硫酸稀释为放热过程,故B正确。]
2.下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是( )
A.铁片与稀硫酸的反应
B.Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应
C.灼热的焦炭与水蒸气的反应
D.镁条在氯气中燃烧
3.下列反应是放热反应的是( )
A.2Al+Fe2O3 eq \o(=====,\s\up17(高温)) 2Fe+Al2O3
B.C+CO2 eq \o(=====,\s\up17(高温)) 2CO
C.CaCO3 eq \o(=====,\s\up17(高温)) CaO+CO2↑
D.C+H2O(g) eq \o(=====,\s\up17(高温)) CO+H2
A [铝热反应属于放热反应,故A选项正确;碳与二氧化碳反应生成一氧化碳、碳酸钙分解生成氧化钙和二氧化碳、碳和水蒸气反应都属于吸热反应,故B、C、D选项错误。]
1.从化学键角度分析
1 mol H2和 eq \f(1,2) mol O2反应生成1 mol H2O
断键吸收的能量
436 kJ+249 kJ=685 kJ
成键释放的能量
930 kJ
总反应
____能量:_____________________
结论
ΔE=反应物的键能之和-生成物的键能之和
放出
245kJ
eq \a\vs4\al(微点拨)
从化学键的变化角度对吸热反应和放热反应进行对比
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。
①E1<E2时,反应放出能量,反应释放能量数值=E2-E1。
②E1>E2时,反应吸收能量,反应吸收能量数值=E1-E2。
释放
吸收
2.从物质所具有的总能量关系分析
放热反应
吸热反应
图示
反应物与生成物的能量高低
反应物总能量>生成物总能量
反应物总能量<生成物总能量
表现
反应____能量
反应____能量
结论
ΔE=生成物的能量之和-反应物的能量之和
[判断正误](正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)对于一个化学反应来说,当化学键断裂时吸收的能量大于化学键形成时放出的能量时,则反应放热。( )
(2)需要加热才能发生的反应一定是吸热反应,放热反应在常温下一定容易发生。( )
(3)相同条件下形成1 mol H—Cl放出的能量与断开1 mol H—Cl吸收的能量相等。( )
×
×
(4)任何化学反应,都有物质的变化,同时伴随着能量变化。( )
(5)放热反应为“贮存”能量的过程,吸热反应为“释放”能量的过程。( )
(6)已知Fe与稀盐酸的反应为放热反应,即Fe的能量大于H2的能量。( )
×
×
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂条件下直接合成的氨,为一种基本无机化工流程。
氨的合成反应为N2+3H22NH3,其能量变化如图所示。
问题1 该反应的反应物和生成物总能量相比高低关系如何?该反应是放热反应还是吸热反应?
提示: A、C分别表示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,反应物的总能量高于生成物的总能量,该反应为放热反应。
问题2 反应过程中断裂的化学键和形成的化学键各是什么?各物质的量分别是多少?吸收能量还是放出能量?能量值为多少?
提示: 反应过程中断裂的化学键为1 mol N≡N键和3 mol H—H键,吸收的能量为E1;形成的化学键为6 mol N—H键,放出的能量为E3。
问题3 该反应放出的能量为多少?
提示: 该反应放出的能量为E2,E2=A-C=E3-E1。
eq \a\vs4\al(名师点拨)
化学反应中能量变化的实质及计算
1.化学反应中能量变化的实质
化学反应中能量的变化ΔQ=反应物的总键能(断开旧键吸收的能量)-生成物的总键能(形成新键放出的能量)。计算得到的值如果是正值,则该反应为吸热反应;如果是负值,该反应为放热反应。
ΔQ=Q吸-Q放 eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(<0,为放出能量的反应,>0,为吸收能量的反应))
2.化学反应中能量计算的步骤
(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.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的分子结构如图所示。
现提供以下化学键的键能(kJ·mol-1):
P—P:198 P—O:360 OO:497
若生成1 mol P4O6,则反应P4(白磷)+3O2===P4O6中的能量变化为( )
A.吸收1 641 kJ能量
B.放出1 641 kJ能量
C.吸收126 kJ能量
D.放出126 kJ能量
B [断键吸收的能量:6 mol P—P键为6×198 kJ,3 mol O=O键为3×497 kJ,共为2 679 kJ;成键放出的能量:12 mol P—O键为12×360 kJ=4 320 kJ;故反应放出的能量大于吸收的能量,放出的能量为4 320 kJ-2 679 kJ=1 641 kJ。]
2.已知断裂1 mol H—H键吸收能量为436 kJ,形成1 mol H—N键放出能量为391 kJ,若1 mol N2和3 mol H2完全反应;N2+3H22NH3,放出的能量为92.4 kJ,则断裂1 mol N≡N键吸收的能量是( )
A.433.6 kJ
B.945.6 kJ
C.649 kJ
D.869 kJ
B [断键吸收能量为Q吸=E(N≡N)+3×436 kJ,成键放出能量为Q放=6×391 kJ,Q放-Q吸=92.4 kJ,即6×391 kJ-E(N≡N)-3×436 kJ=92.4 kJ,解得E(N≡N)=945.6 kJ。]
3.已知断裂1 mol H—H键吸收能量E1,断裂1 mol O===O 键吸收能量E2,形成1 mol H—O键放出能量E3,对于氢气燃烧生成水的反应的能量变化描述,下列各项正确的是( )
A.2E1+E2>2E3 B.2E1+E2<4E3
C.2E1+E2>4E3 D.2E1+E2<2E3
B [1 mol H2O中含2 mol H—O键,断开1 mol H—H、1 mol O===O键需吸收的能量分别为E1、E2,形成1 mol O—H键放出能量E3,对于反应H2(g)+ eq \f(1,2) O2(g)===H2O(g),反应放热,断开1 mol H—H键和 eq \f(1,2) mol O===O键所吸收的能量为E1+ eq \f(1,2) E2,生成新键释放的能量为2E3,则E1+ eq \f(1,2) E2<2E3,即2E1+E2<4E3。]
(1)化学反应一定伴随着能量变化。
(2)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。
(3)放热反应常温下不一定容易发生,如铝热反应。
(4)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。
(5)放热(或吸热)过程不一定是放热(或吸热)反应,如冰融化是吸热过程而不是吸热反应。
1.下列叙述正确的是( )
A.物质燃烧不一定是放热反应
B.放热反应不需要从外界吸收能量就能发生
C.在一个确定的化学反应中,反应物总能量总是高于生成物总能量
D.化学反应除了生成新的物质外,还伴随着能量的变化
D [燃烧都是放热反应,A错误;有些放热反应也需要从外界吸收能量才能发生,B错误;反应物的总能量不一定比生成物的总能量高,C错误;任何化学反应都伴随能量的变化,D正确。]
2.下列反应是吸热反应的是( )
A [由图像可知,生成物的总能量高于反应物的总能量,因此A中反应为吸热反应;由图像可知,生成物的总能量低于反应物的总能量,因此B中反应为放热反应;铝热反应为放热反应,C中反应为放热反应;锌和稀盐酸的置换反应为放热反应,D中反应为放热反应。]
3.下列叙述错误的是( )
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释放的能量时,该反应为吸收能量的反应
4.如图是某同学设计的放热反应的实验装置。其实验操作步骤如下:
①按如图所示将实验装置连接好;
②在U形管内加入少量红墨水(或品红溶液),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)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2的能量之间的关系: ___。
(4)若该实验中CaO换成NaCl,实验还观察到相同现象。
解析: (1)该实验是由于气压变化导致实验现象的出现,所以实验之前一定要检查装置气密性;(2)CaO和水反应放出热量,使大试管中空气膨胀,内部压强增大,导致U形管里的液体左边下降,右边上升;(3)CaO+H2O===Ca(OH)2,根据实验现象可知:氧化钙和水之间的反应是放热的,1 mol CaO和1 mol H2O具有的能量和大于1 mol Ca(OH)2具有的能量;(4)氯化钠和水混合后,能量的变化不明显,试管内气体压强几乎不变,不会出现任何现象。
答案: (1)检查装置气密性
(2)U形管里的液体左边下降,右边上升
(3)1 mol CaO和1 mol H2O具有的能量和大于1 mol Ca(OH)2具有的能量
(4)否
$