专题6 第二单元 第2课时 化学反应中能量变化的原因 燃料的选择和氢能的利用-【金版新学案】2025-2026学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（苏教版）

第2课时　化学反应中能量变化的原因　燃料的选择和氢能的利用 [学习目标]　1.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，能进行简单的能量变化计算。　2.认识燃料的燃烧效率及保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。　3.能利用化学反应中的能量变化解决生产、生活中的简单问题。 任务一　化学反应中能量变化的原因 1.宏观解释——反应物与生成物的总能量不同。 宏观解释 放热反应 示意图 吸热反应 示意图 2.微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同。 微观解释 反应物、生成物中化学键的变化关系 能量 变化 断裂旧化学键吸收的总能量＜形成新化学键释放的总能量 放出 能量 断裂旧化学键吸收的总能量＞形成新化学键释放的总能量 吸收 能量 学生用书⬇第17页 [交流研讨1]　材料1：利用化学键的能量变化可粗略计算化学反应过程中的能量变化。以反应H2＋Cl22HCl为例： 材料2：能量有各种不同的形式，它能从一种形式转化为另一种形式，或者从一物体传递给另一物体，但在转化和传递过程中，能量的总值是保持不变的(这叫能量守恒定律)。因此在化学反应过程中，与质量守恒一样，能量也是守恒的。 (1)断裂1 mol H—H键和1 mol Cl—Cl键形成H和Cl，能量有什么变化？数值为多少？ 提示：吸收能量。数值为436 kJ＋243 kJ＝679 kJ。 (2)H与Cl形成2 mol H—Cl，能量有什么变化？数值为多少？ 提示：放出能量。数值为2×431 kJ＝862 kJ。 (3)1 mol H2与1 mol Cl2生成2 mol HCl气体，能量有什么变化？数值为多少？ 提示：放出能量。数值为2×431 kJ－436 kJ－243 kJ＝183 kJ。 (4)请从能量的角度分析化学反应中为什么一定存在能量变化？化学反应放热还是吸热取决于什么因素？ 提示：由于化学反应中反应物能量之和与生成物能量之和不相等，所以化学反应中一定有能量变化。一个化学反应是释放能量还是吸收能量取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。 从化学键的角度理解化学反应过程中的能量变化 1.若反应物中的化学键断开时吸收的能量高于生成物成键释放的能量，则该反应吸收能量，吸收的能量＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量。 2.若反应物中的化学键断开时吸收的能量低于生成物成键释放的能量，则该反应放出能量，放出的能量＝生成物成键释放的总能量－反应物断键吸收的总能量。 1.已知2H→H2的能量变化如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.2H→H2过程中形成的化学键是共价键 B.相同质量的氢气分子的能量比氢原子的能量低 C.2H→H2过程中形成1 mol新化学键放出436.4 kJ的能量 D.1 mol H2离解成2 mol H要放出436.4 kJ热量 答案：D 解析：H2分子中含有共价键，故2H→H2过程中形成共价键，A对；由题图可知，氢原子变成H2放出能量，则相同质量的氢气分子的能量比氢原子的能量低，B对；由题图可知，2H→H2过程中，形成1 mol H—H键要放出436.4 kJ的能量，C对；1 mol H2离解成2 mol氢原子要断裂H—H键，故要吸收436.4 kJ能量，D错。 2.已知一定条件下断裂或生成某些化学键的能量关系如下表： 断裂或生成的化学键 能量数据 断裂1 mol H2分子中的化学键 吸收能量　436.4 kJ 断裂1 mol Cl2分子中的化学键 吸收能量　242.7 kJ 生成1 mol HCl分子中的化学键 释放能量　431.8 kJ 对于反应：H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g)，下列说法正确的是(　　) A.该反应属于吸热反应 B.生成1 mol HCl时反应放热431.8 kJ C.H2分子中的化学键比Cl2分子中的化学键更稳定 D.相同条件下，H2分子具有的能量高于Cl2分子具有的能量 答案：C 解析：反应：H2(g)＋Cl2(g)2HCl(g)，生成2 mol HCl，需要断裂1 mol H—H键和1 mol Cl—Cl键，需要吸收436.4 kJ＋242.7 kJ＝679.1 kJ热量，形成2 mol H—Cl键释放2×431.8 kJ＝863.6 kJ热量，则该反应属于放热反应，释放出的热量＝2×431.8 kJ－436.4 kJ－242.7 kJ＝184.5 kJ，A错误；由A项分析知生成2 mol HCl放热184.5 kJ，则生成1 mol HCl释放出的热量＝184.5 kJ×＝92.25 kJ，B错误；断裂1 mol H2分子中的化学键需吸收能量436.4 kJ，断裂1 mol Cl2分子中的化学键需吸收能量242.7 kJ，相同条件下，氢气分子中的化学键更稳定，氢气分子具有的能量更低，C正确，D错误。 学生用书⬇第18页 3.(1)20世纪30年代，Eyring和Pzer在碰撞理论的基础上提出化学反应的过渡态理论：化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。如图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，说明这个反应是　　　　(填“吸热”或“放热”)反应，NO2和CO的总能量　　　　(填“大于”“小于”或“等于”)CO2和NO的总能量。 (2)已知在高温、高压、催化剂作用下，含1 mol碳原子的石墨转化为金刚石，吸收1.9 kJ的热量。 ①该反应　　　　(填“是”或“不是”)吸热反应。 ②石墨和金刚石相比，　　　　能量高，　　　　更稳定。 ③推测含碳原子数相同的石墨与金刚石在相同条件下燃烧，　　　　放出的热量多。 答案：(1)放热　大于　(2)①是　②金刚石　石墨 ③金刚石 解析：(1)根据图像可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放热。(2)含1 mol碳原子的石墨转化为金刚石吸收1.9 kJ的热量，属于吸热反应，金刚石的能量高，石墨的能量低，故石墨更稳定，含碳原子数相同的石墨与金刚石各在相同条件下燃烧时金刚石放出的热量多。 1.键能是指在标准状况下，将1 mol气体分子AB(g)解离为气体原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。 2.所含能量越低，物质越稳定，键能越大，断裂其化学键所需能量越高，而形成其化学键所释放的能量也越多，反之亦然。 3.ΔH＝E反应物的键能之和－E生成物的键能之和。 任务二　燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景 1.燃料的热值 在一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热，单位是kJ·g－1。 2.燃料使用的现状与问题 (1)当前我国使用最多的能源：化石燃料，即煤、石油、天然气。 (2)化石燃料亟待解决的问题： (3)解决燃料燃烧存在问题的研究方向 ①研究化石燃料完全燃烧的条件和减少燃料燃烧产生的热量损耗的技术，研究提高燃料利用率的措施； ②防止燃料燃烧造成的环境污染； ③通过化学方法把石油、煤等化石燃料转化为清洁燃料； ④开发氢能、核能、太阳能等清洁、高效的新能源。 3.氢燃料的应用前景 (1)氢能的优点 (2)氢能利用存在的问题 ①廉价的制氢技术——首要难点 a.原因：制氢需要消耗大量的 能量 ，且效率低。 b.解决途径：将太阳能转化为电能，再将水催化电解获得氢气，其中最关键的高效、廉价、绿色的催化技术已有突破性进展。 ②安全可靠的贮氢和输氢方法——关键 a.原因：H2密度小、熔点低、难液化，贮存液氢的容器要求高。 b.解决途径：研究具备良好吸收和释放氢气性能的合金(如镧镍合金等)。 4.太阳能及其利用 (1)大自然利用太阳能——光合作用 光化学能能量。 学生用书⬇第19页 (2)人类利用太阳能的两种常见方式 ①光—热转换，如地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等。 ②光—电转换 光—热—电和光—电(太阳能电池)两种转换方式。 [交流研讨1]　硼烷密度小、沸点低、难储存、毒性强，但它是一种热值很高的燃料(其热值是煤的2倍多)。它能否作为燃料，选择燃料需要考虑哪些因素？ 提示：不能。选择燃料不仅要考虑热值大小，还要考虑燃料的稳定性、来源、价格、运输、对环境的影响、使用的安全性等因素。 [交流研讨2]　城市生活垃圾资源化清洁再生利用是近年新兴起来的朝阳产业，“湍流式”烟气净化成功应用于生活垃圾处理，实现了城市生活垃圾的高效洁净焚烧和能源化利用。 (1)分析城市生活垃圾焚烧应注意哪些问题？ 提示：生活垃圾焚烧时的热能利用；防止二次污染。 (2)生活垃圾送到焚烧发电厂之后，卸至垃圾池内，发酵七天左右，可以实现脱水。然后才焚烧发电。分析这样操作的原因是什么？ 提示：诸如果皮等生活垃圾富含水分，如果直接送到焚烧炉里，难以彻底燃烧。脱水之后的生活垃圾更容易燃烧，利用率自然更高，产生的固体废物也更少，生活垃圾的处理也更加彻底。 1.氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢气作燃料的燃料电池汽车备受青睐。氢能具有的优点包括(　　) ①原料来源广　②易燃烧、热值高　③贮存方便　④制备工艺易行、成本廉价 A.①② B.①②③ C.②③④ D.①②④ 答案：A 解析：氢气作为燃料的优点：来源丰富(水)；单位质量的氢气燃烧时产生的热量多；氢气燃烧的唯一产物是水，不产生污染。其缺点：现有的制氢方法耗能大，成本太高；氢气的熔、沸点低，给贮存和运输带来困难。 2.“能源的发展”与“能源和环境”是全世界、全人类共同关心的问题，下列措施中不利于可持续发展的是(　　) A.开发太阳能、氢能、海洋能等新能源 B.将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源 C.大力开采煤、石油和天然气以供人类所需 D.增加资源的重复使用和循环再生 答案：C 解析：太阳能、氢能、海洋能等新能源都是清洁的绿色能源，开发使用新能源可减少化石能源使用，有利于可持续发展，A不符合题意；大力发展农村沼气，将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源，可减少化石能源使用，有利于可持续发展，B不符合题意；煤、石油和天然气为不可再生能源，并且其燃烧产物会污染环境，大力开采并使用不利于可持续发展，C符合题意；资源的重复使用和循环再生有利于提高资源的利用率，能减少化石燃料等资源使用，有利于可持续发展，D不符合题意；故选C。 3.一种环保型燃料——丙烷，其燃烧时发生反应C3H8(g)＋5O2(g)3CO2(g)＋4H2O(l)。下列说法中不正确的是(　　) A.火炬燃烧时化学能只转化为热能 B.所有的化学反应都会伴随着能量变化，有能量变化的过程不一定发生化学反应 C.1 mol C3H8(g)和5 mol O2(g)所具有的总能量大于3 mol CO2(g)和4 mol H2O(l)所具有的总能量 D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料 答案：A 解析：火炬燃烧时化学能转化为热能和光能等，A错误；物质发生化学反应一定伴随着能量变化，伴随着能量变化的过程却不一定发生化学变化，如物质的“三态”变化、核变化也都伴随能量变化，B正确；可燃物的燃烧属于放热反应，放热反应反应物总能量大于生成物总能量，C正确；丙烷完全燃烧的产物为CO2和H2O，无污染，D正确。 常规能源与新型能源 1.常规能源：煤、石油、天然气等能源，称为常规能源。 2.新型能源：新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括：太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等。此外还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。 3.重点开发的能源：太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能等。 学生用书⬇第20页 1.下列化学反应过程中的能量变化符合如图所示的是(　　) A.HCl＋NaOHNaCl＋H2O B.Fe＋H2SO4FeSO4＋H2↑ C.CH4＋2O2CO2＋2H2O D.Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O 答案：D 解析：酸碱中和反应是放热反应，故A错误；金属与酸的反应为放热反应，故B错误；物质的燃烧反应是放热反应，故C错误；Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O为铵盐与碱的反应，属于吸热反应，故D正确。 2.一种生产和利用氢能的途径如图所示。 下列说法错误的是(　　) A.氢能属于二次能源 B.图中能量转化的方式至少有6种 C.太阳能电池工作时把电能转化为太阳能 D.太阳能、风能、氢能都属于新能源 答案：C 解析：氢能是利用太阳能等产生的，故属于二次能源，A项正确；题图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能，电能与化学能的相互转化，电能与光能、热能的转化等，B项正确；太阳能电池把太阳能转化为电能，C项错误；太阳能、风能、氢能都属于新能源，D项正确。 3.化学反应：A2＋B22AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是(　　) A.1 mol A2和1 mol B2完全反应吸收(y－x) kJ热量 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：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，A错误；化学键的断裂需要吸收能量，由题图可知，断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量，B错误，C正确；由题图可知，2 mol AB的总能量低于1 mol A2和1 mol B2的总能量，D错误。 4.能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，常规能源的合理利用和新能源的合理开发是当今社会人类面临的严峻课题，回答下列问题： (1)我国是世界上少数以煤为主要燃料的国家，下列关于煤作燃料的论点正确的是　　　　(填字母)。 A.煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单燃烧掉太可惜，应该综合利用 B.煤是发热很高的固体燃料，我国煤炭资源相对集中，开采成本低，用煤作燃料实惠 C.煤燃烧时生成大量的SO2和烟尘，对环境污染严重 D.通过洁净煤技术，如煤的气化和液化以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的热利用率 (2)根据“绿色化学”的思想，为了制备氢气，某化学家设计了下列化学反应步骤： ①CaBr2＋H2OCaO＋2HBr ②2HBr＋HgHgBr2＋H2↑ ③HgBr2＋CaOHgO＋CaBr2 ④2HgO2Hg＋O2↑ 上述过程的总反应可表示为　　　　　　　。 (3)也有人认为利用氢气作为能源不太现实。你的观点呢？请说明能够支持你的观点的理由：　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　 　　　　　　　。 答案：(1)ACD (2)2H2O2H2↑＋O2↑ (3)不现实，理由是现有的制取氢气的方法耗能太大，制取的成本太高，另外氢气的熔、沸点太低，给储存和运输带来很大困难(或现实，制取氢气用水为原料，来源丰富；氢气燃烧的产物是水，不会给环境带来任何污染等) 解析：(1)煤是一种化石燃料，也是一种重要的化工原料，属于不可再生能源，把煤作燃料简单燃烧是一种浪费，并且煤燃烧时生成的SO2和烟尘会对环境造成污染，通过洁净煤技术，如煤的气化和液化以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤的污染，还能提高煤燃烧的热利用率。(2)将(①＋②＋③)×2＋④得到：2H2O2H2↑＋O2↑。 学科网（北京）股份有限公司 $