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    2020-2021学年第一节 化学反应与能量变化学案及答案

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    这是一份2020-2021学年第一节 化学反应与能量变化学案及答案,共9页。学案主要包含了实验6-1,实验6-2等内容,欢迎下载使用。

    第1课时 化学反应与热能
    1.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。
    2.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。
    3.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
    一.化学反应与热能的转化
    化石燃料燃烧会放出大量的热,除了燃烧,其它化学反应也伴随着放热或吸热现象。
    1.两条基本规律
    质量守恒定律: 化学反应前后物质的总质量保持不变。
    能量守恒定律: 一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量,转化的途经和能量的形式不同,
    但是体系包含的总能量不变。
    2.化学反应 一定 伴随有能量的变化,化学反应中能量变化主要表现为 热量 的变化,吸热或放热。
    3.化学能与热能的实验探究
    【实验6-1】
    现象: 铝片溶解,有气泡产生,试管外壁温度上升
    结论: 铝与盐酸的反应是放热反应
    化学反应方程式: 2Al+6HCl==2AlCl3+3H2 ↑
    【实验6-2】
    现象: 有刺激性气味气体产生,烧杯外壁温度下降,拿起烧杯,玻璃片粘在烧杯底部
    结论: Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应
    化学反应方程式:Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O
    4.放热反应和吸热反应
    化学上把释放热量的化学反应称为放热反应,吸收热量的化学反应称为吸热反应。
    (1)常见的放热反应:
    ①所有的燃烧反应;
    ②大多数的化合反应;(CO2+C2CO为吸热反应)
    ③酸碱中和反应;
    ④金属与酸或水反应置换出氢气;
    ⑤缓慢的氧化反应。
    (2)常见的吸热反应:
    ①大多数的分解反应;
    ②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应;③以C、CO、H2为还原剂一些高温反应:CO2+C2CO ;C+H2OCO+H2
    ④盐类的水解
    【注意】
    有热量放出未必是放热反应,放热反应和吸热反应必须是化学变化。
    反应条件与热量变化没有必然的关系,既需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。
    【例题1】化学反应中往往伴随着能量的变化,下列反应既属于氧化还原反应,又属于放热反应的是
    A.石灰石的分解反应B.铝与稀盐酸反应
    C.Ba(OH)2·8H2O 与NH4Cl反应D.NaOH与稀硫酸反应
    【答案】B
    【解析】A. 石灰石高温下分解生成氧化钙和二氧化碳,属于吸热的非氧化还原反应,A错误;B. 铝与稀盐酸反应生成氢气和氯化铝,既属于氧化还原反应,又属于放热反应,B正确;C. Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应属于吸热的非氧化还原反应,C错误;D. NaOH与稀硫酸反应生成硫酸钠和水,属于放热反应,但不是氧化还原反应,D错误。答案选B。
    二.化学反应中能量变化的原因
    1.化学键与化学反应中能量变化的关系
    (1)化学键与能量的关系
    化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用,断开反应物中的化学键需要 吸收 能量,形成生成物中的化学键要 释放 能量。
    键能: 标况下,将1ml气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量,单位(KJ·ml-1)
    氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下,氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开,氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。

    则:吸收总能量为: 436+243=679KJ
    释放总能量为: 431×2=862KJ
    反应中放出的热量: 862-679=183KJ
    这样,由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量,根据“能量守恒定律”,多余的能量就会以热量的形式释放出来。
    (3)化学键与化学反应中能量变化的关系
    断开化学键要 吸收 能量,形成化学键要 释放 能量; 化学键的变化 是化学反应中能量变化的主要原因。
    能量是守恒的,化学反应中的能量变化通常表现为 热量 的变化。
    2.从物质储存化学能的角度理解化学反应过程中能量变化的关系
    (1)一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量,决定于 反应物总能量 和
    生成物总能量 相对大小。
    (2)化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,吸热或者放热。吸热反应和放热反应与反应物和生成物总能量的关系如下:
    吸热反应:反应物的总能量 小于 生成物的总能量
    放热反应:反应物的总能量 大于 生成物的总能量
    (3)以能量为纵坐标,画出放热反应和吸热反应的简单示意图
    反应物的总能量大于生成物的总能量
    反应物的总能量小于生成物的总能 量
    放热反应 吸热反应
    【例题2】反应(石墨)(金刚石)是吸热反应,下列说法不正确的是( )
    A.金刚石和石墨是不同的单质
    B.金刚石和石墨可以相互转化
    C.石墨比金刚石更稳定
    D.相同质量的石墨比金刚石的能量高
    【答案】D
    【解析】A. 金刚石、石墨的结构不同,都是由碳元素组成的不同单质,A项正确;B. 金刚石和石墨是不同的物质,二者在一定条件下可以相互转化,B项正确;C. (石墨)(金刚石)是吸热反应,故相同质量的石墨比金刚石的能量低,即石墨比金刚石稳定,C项正确;D. 由C项分析知,相同质量的石墨比金刚石的能量低,D项错误;故选D。
    【例题3】(2020·哈密市第八中学高一期中)放热反应一定是( )
    A.断开反应物中的化学键吸收的能量比形成生成物中的化学键放出的能量多
    B.贮存能量
    C.反应物的总能量高于生成物的总能量
    D.反应物的总能量低于生成物的总能量
    【答案】C
    【解析】A.断开反应物中的化学键吸收的能量比形成生成物中的化学键放出的能量多,反应为吸热反应,故A错误;B.放热反应一定是释放能量的过程,故B错误;C.放热反应一定是反应物的总能量高于生成物的总能量,故C正确;D.反应物的总能量低于生成物的总能量的反应为吸热反应,故D错误;故选C。
    三.化学反应与能源
    1.现阶段人类获取热能的主要途径是: 物质的燃烧
    使用最多的常规能源是:化石燃料(煤、石油和天然气)。
    2.化石燃料储量有限,短期内不可再生;影响环境:煤、石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
    3.节能减排,提高能源的利用率;开发使用新能源,如太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。
    4.一次能源:从自然界中直接获取的能源
    二次能源:一次能源转化获取的能源
    【例题4】下列措施能使煤炭燃烧更充分,提高热能利用率的是( )
    A.多加煤以使炉火更旺
    B.在煤炭中加入生石灰
    C.制蜂窝煤时常在煤中掺一些黄泥
    D.把煤粉碎,在煤粉燃烧器中燃烧
    【答案】D
    【解析】A.多加煤可导致燃烧不充分,浪费资源,A不符合题意;B.在煤炭中加入生石灰的目的是脱硫,减少的排放,与煤炭燃烧更充分无关,B不符合题意;C.制蜂窝煤时常在煤中掺一些黄泥,主要目的是使煤炭易于成型,与煤炭燃烧更充分无关,C不符合题意;D.把煤粉碎能增加煤与空气中的接触面积,使煤燃烧得更快、更充分,提高热能利用率,D符合题意;故选D。
    1.(2020·石门县第六中学高一期末)下列有关燃烧的说法中,错误的是( )
    A.燃烧一定是氧化还原反应B.燃烧一定发出热量
    C.燃烧一定伴有发光现象D.燃烧一定需要氧气参加
    【答案】D
    【解析】A.燃烧是还原剂与氧化剂发生的剧烈的化学反应,一定是氧化还原反应,A正确;B.燃烧是放热反应,所以一定发出热量,B正确;C.燃烧是发光发热的化学反应,所以一定伴有发光现象,C正确;D.燃烧需要氧化剂的参与,但不一定需要氧气参加,如氢气在氯气中燃烧,故D错误;故选D。
    2.下列说法正确的是( )
    A.化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化,且均表现为吸热或放热
    B.能量守恒定律说明,必须从外界吸收能量后才表现出放热反应.
    C.石墨完全转化为金刚石时,要吸收热量,说明金刚石稳定
    D.化学反应是吸热还是放热取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量
    【答案】D
    【解析】A.化学反应的能量变化大多为热量变化,但不是唯一途径。还可能转化为光能、电能、体积膨胀做功等,A错误;B.放热反应的实质是反应物的总能量高于生成物的总能量,并不一定从外界吸收能量,B错误;C.物质具有的能量高,性质活泼,不稳定,故石墨比金刚石稳定,C错误;D.化学反应是吸热还是放热取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量的相对大小,D正确;故选D。
    3.下列说法中正确的是( )
    A.放热反应在常温下就能发生,吸热反应必须加热才能进行
    B.不需要加热就能发生的反应是放热反应
    C.一定质量的硫在空气中完全燃烧比纯氧中燃烧放热要多
    D.氯化钠晶体熔化时,离子键被破坏,吸收能量,属于吸热反应
    【答案】C
    【解析】A.一个化学反应,是放热反应还是吸热反应不能用是否需要加热才能发生来判断, A错误;B.有些放热反应如煤的燃烧、铝热反应都需要加热或高温才能进行,B错误;C.硫在纯氧中燃烧产生的光能多,根据能量守恒,放出的热量就少,C正确;D.吸热反应和放热反应指的是化学变化,而氯化钠晶体熔化属于物理变化,只能叫吸收能量的过程,不能叫吸热反应,D错误;故选C。
    4.(2020·长沙市·湖南师大附中高一期末)下列反应中属于吸热反应的是( )
    A.生石灰与水反应制熟石灰B.氢氧化钠与盐酸反应
    C.食物因氧化而变质D.Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应
    【答案】D
    【解析】A.生石灰与水反应是常见放热反应,A错误;B.盐酸与氢氧化钠溶液是中和反应,是放热反应,B错误;C.食物因氧化而变质,属于放热反应,C错误;D.Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体混合反应是典型的吸热反应,D正确;故选D。
    5.科学家已获得了气态分子,其结构为正四面体形(如图所示)。已知断裂1ml键吸收193kJ能量,断裂1ml键吸收946kJ能量,下列说法正确的是( )
    A.属于一种新型的化合物
    B.的过程中释放1002kJ能量
    C.1ml转化为时要吸收734kJ能量
    D.和互为同素异形体,转化为属于化学变化
    【答案】D
    【解析】A. 属于一种新型的单质,A项错误;B. 的过程中吸收的能量为,B项错误;C. 1ml转化为时的能量变化为,即放出734kJ能量,C项错误;D. 和均为氮元素形成的单质,互为同素异形体,转化为属于化学变化,D项正确;故选D。
    6.下列说法正确的是( )
    A.任何化学反应都伴随着能量的变化
    B.,该过程放出大量的热,所以该过程是放热反应
    C.化学反应中能量的变化都表现为热量的变化
    D.如图所示,该反应是吸热反应
    【答案】A
    【解析】A.一切化学变化过程中都伴随着能量的变化,故A正确;B.物质的三态变化过程中,虽然存在能量变化,但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成,故不属于化学变化,故B错误;C.化学反应中能量变化的形式有多种,除热能外,还有光能、电能等,故C错误;D.由题图知,该反应过程中反应物的总能量高于生成物的总能量,故该反应是放热反应,故D错误;故选:A。
    7.下列化学反应过程中的能量变化与下图相符的是( )
    A.
    B.
    C.
    D.
    【答案】D
    【解析】A.题图中反应物的总能量低于生成物的总能量,是吸热反应。酸碱中和反应是放热反应,A项错误;B.活泼金属与酸的反应为放热反应,B项错误;C.物质的燃烧反应都是放热反应,C项错误;D.为铵盐与碱的反应,属于吸热反应,D项正确;故选:D。
    8.氯化钾固体溶于水时,溶液温度变化不显著的原因是( )
    A.溶解过程中只发生了水合作用
    B.溶解过程中只发生了扩散作用
    C.溶解过程中没有发生热效应
    D.水合过程放出的热量与扩散过程吸收的热量接近
    【答案】D
    【解析】A.氯化钾固体溶解过程中发生了扩散过程和水合作用,故A错误;B.氯化钾固体溶解过程中发生了扩散过程和水合作用,故B错误;C.氯化钾固体溶解过程中发生了扩散过程和水合作用,扩散过程吸收能量、水合过程释放能量,故C错误;D.氯化钾固体水合过程放出的热量与扩散过程吸收的热量接近,所以溶液温度变化不显著,故D正确;选D。
    9.风力发电是崇明东滩湿地旅游区的一道独特景观,下列有关风力发电的叙述不正确的是
    A.可节约大量煤、天然气、石油等燃料B.有效减少二氧化碳,控制温室效应
    C.风能是一种清洁的环保型能源D.风力发电是化学能转变为电能
    【答案】D
    【解析】A.风力发电可以减少热力发电的需要,从而节约大量煤、天然气、石油等燃料,故A正确;B.风力发电过程中没有化石燃料的燃烧,且可以减少热力发电,有效减少二氧化碳,控制温室效应,故B正确;C.风力发电不会对环境造成污染,为清洁能源,故C正确;D.风力发电是把风能转化为电能,故D错误;综上所述答案为D。
    10.N2和H2在催化剂表面合成氨的微观历程及能量变化的示意图如下,用、、分别表示N2、H2、NH3,已知:N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ,该反应属于放热反应。下列说法正确的是
    A.催化剂仅起到吸附N2和H2的作用,对化学反应速率没有影响
    B.②→③过程,是放热过程
    C.③→④过程,N原子和H原子形成了含有非极性键的NH3
    D.合成氨反应中,反应物断键吸收能量小于生成物形成新键释放的能量
    【答案】D
    【解析】A. 由图知,通过催化剂的参与,N2和H2生成了NH3,催化剂通过改变反应条件而改变了反应速率, A错误;B. ②→③过程,断裂为,H-H键断裂为两个H原子,均为吸热过程,B错误;C. ③→④过程, N原子和H原子通过共用电子对形成NH3,N-H是极性键,C错误;D. 合成氨为放热反应,反应物断键吸收能量小于生成物形成新键释放的能量,D正确。答案选D。
    11.(2020·青海西宁市·高一期末)下图是H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)反应过程中的能量变化图。
    (1)由图可知,1 ml H2(g)和1 ml Cl2(g)的总能量____(填“>”、“<”或者“=”) 2 ml HCl(g)的能量。
    (2)该反应是___________(填“吸”或者 “放”)热反应,从化学键的角度进行解释__________________________。
    【答案】> 放 断裂1mlH-H键和1mlCl-Cl键吸收的总能量小于形成2mlH-Cl键放出的总能量
    【解析】图象分析可知反应物能量高于生成物,反应是放热反应,表示化学反应H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)的能量变化,从化学键的角度进行解释 断裂1mlH-H键和1mlCl-Cl键吸收的总能量小于形成2mlH-Cl键放出的总能量。
    12.下表中的数据是破坏1ml物质中的化学键所消耗的能量:
    根据上述数据回答下列问题:
    (1)下列物质中本身具有的能量最低的是_______(填字母)。
    A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2
    (2)下列氢化物中最稳定的是_______(填字母)。
    A.HCl B.HBr C.HI
    (3)(X代表Cl、Br、I)的反应是_______(填“吸热”或“放热”)反应。
    (4)相同条件下,X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应,当消耗等物质的量的氢气时,放出的热量最多的是_______。
    【答案】A A 放热 Cl2
    【解析】(1)、(2)破坏1ml物质中的化学键所消耗的能量越高,则该物质越稳定,其本身具有的能量越低。故答案(1)选A,(2)选A。
    (3)、(4)断开1ml Cl—Cl键和1ml H—H键需吸收能量:,而形成2ml H—Cl键放出的能量为,所以在反应中每生成2ml HCl放出的热量,同理可计算出、反应中每生成2ml HBr、2ml HI分别放出103kJ、9kJ的热量。故(3)答案:放热,(4)答案:Cl2 。物质
    Cl2
    Br2
    I2
    HCl
    HBr
    HI
    H2
    能量/kJ
    243
    193
    151
    432
    366
    298
    436
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