高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化导学案及答案

这是一份高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化导学案及答案，共9页。学案主要包含了化学反应中的能量变化，化学反应中能量变化的原因等内容，欢迎下载使用。
第2节　化学反应与能量转化基础课时8　化学反应中能量变化的本质及转化形式 学 习 任 务1.通过生产、生活、实验中的实例，了解化学能与热能的相互转化，建立吸热反应、放热反应的概念，从能量变化的视角发展对化学反应的认识，形成“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。2.关注与化学有关的社会热点问题，认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性，增强节约能源及环境保护等意识，形成“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养。 一、化学反应中的能量变化1．木炭在空气中燃烧，化学能要转化成热能和光能。2．电解水时电能转化为化学能，化学能也可以转化成电能。3．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，溶液温度下降NaHCO3与柠檬酸反应时吸收热量结论：化学反应都会伴随能量的变化，有的释放能量，有的吸收能量。吸热反应：吸收热量的化学反应。放热反应：放出热量的化学反应。　氧化钙干燥剂常常被添加在食品包装袋里面，用来吸湿、保存食品，具有较好的干燥效果。氧化钙干燥剂干燥时的反应是放热反应还是吸热反应？提示：氧化钙干燥时，氧化钙和水反应生成了氢氧化钙，是放热反应。二、化学反应中能量变化的原因1．从化学键的变化角度分析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。E1<E2时，反应放出能量，反应释放能量数值＝E2－E1。E1>E2时，反应吸收能量，反应吸收能量数值＝E1－E2。2．从物质所具有的总能量关系分析反应物总能量>生成物总能量，反应释放能量。反应物总能量<生成物总能量，反应吸收能量。3．化学反应中能量转化的形式化学能热能、电能或光能等。　判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)任何化学反应都伴随能量变化。 (　　)(2)反应物的总能量高于生成物的总能量时，反应放热。 (　　)(3)化学键断裂需要吸收能量，化学键形成会放出能量。 (　　)(4)相同质量的氢气在氧气中燃烧比与氧气混合发生爆炸反应放出的热量少。  (　　)(5)化学反应中的能量变化全部是以热量的形式转化的。 (　　)[答案]　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×放热反应和吸热反应某学生用如图所示装置对物质变化过程中的能量变化进行探究。探究发现向试管中加入NH4NO3(s)时，甲管液面高于乙管，向试管中加入CaO(s)时，甲管液面低于乙管。1．将NH4NO3加入水中后，发生了吸热的化学反应吗？提示：不是。NH4NO3溶于水吸热是物理变化过程。2．向水中加入CaO后，为什么甲管液面低于乙管？提示：CaO与水反应是一个放热反应，使锥形瓶内空气体积膨胀。 放热反应吸热反应能量变化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键能变化生成物的总键能大于反应物的总键能生成物的总键能小于反应物的总键能图示常见实例(1)金属与水或酸的反应(2)金属氧化物与水或酸的反应(3)可燃物的燃烧反应及缓慢氧化(4)酸与碱的中和反应(5)大部分化合反应(1)大部分分解反应(2)Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应(3)柠檬酸与NaHCO3的反应(4)高温下焦炭与水的反应化学反应中能量变化的“不一定”(1)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。(2)放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应。(3)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。(4)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．化学反应中必然伴随着物质变化和能量变化，下列说法正确的是(　　)A．NaOH溶于水共价键断裂并放出热量，所以该过程是放热反应B．吸热反应一定要在加热或高温条件下才能进行C．如图可表示放热反应中的能量变化D．焰色试验有能量变化，所以焰色试验是化学反应C　[NaOH溶于水离子键断裂并放出大量的热，没有产生新物质，不是化学变化，不能称为放热反应，A项错误；吸热反应不一定要在加热或高温条件下才能进行，例如氢氧化钡与氯化铵固体之间的反应，B项错误；图中反应物总能量高于生成物总能量，因此可表示放热反应中的能量变化，C项正确；焰色试验属于物理变化，D项错误。]2．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是(　　)A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量D．反应物X和Y的总能量一定小于生成物M和N的总能量D　[反应是吸热反应还是放热反应比较的是反应物的总能量和生成物的总能量，当反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应为吸热反应，故A错、D对；反应是吸热还是放热与反应条件无关，故B错；当破坏化学键吸收的总能量大于形成化学键所放出的总能量时为吸热反应，故C错。]3．下列各组变化中，前者是放热反应，后者是吸热反应的是(　　)A．生石灰溶于水；锌粒和稀硫酸反应B．干冰升华；金属或金属氧化物熔化C．氨水与醋酸反应；碳和水蒸气反应生成CO和H2D．工业煅烧石灰石；化石燃料燃烧C　[生石灰溶于水发生的反应是放热反应；锌粒和稀硫酸的反应为放热反应，故A错误。干冰升华属于物理变化；金属或金属氧化物的熔化也属于物理变化，故B错误。氨水与醋酸反应为酸碱中和反应，为放热反应；碳和水蒸气反应生成CO和H2，为吸热反应，故C正确。工业煅烧石灰石是分解反应，为吸热反应；化石燃料的燃烧为放热反应，故D错误。]利用化学键计算化学反应中的能量变化用H2和O2反应的实例探究化学反应中能量变化的实质现探究2 mol H2燃烧生成H2O(g)时的能量变化。1．断裂旧化学键时吸收的总能量是多少？提示：吸收的总能量：2×436 kJ＋2×249 kJ＝1 370 kJ。2．形成新化学键时释放的能量是多少？提示：930 kJ×2＝1 860 kJ。3．H2燃烧是吸热反应还是放热反应？2 mol H2在该条件下燃烧的能量变化了多少？提示：放热反应，因为形成新化学键释放的能量高于断裂旧化学键吸收的能量。能量变化：1 860 kJ－1 370 kJ＝490 kJ。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(断开旧化学键吸收的能量)－生成物的总键能(形成新化学键放出的能量)。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【例题】　下表中的数据表示破坏或形成1 mol化学键需消耗或释放的能量，根据表中数据计算以下反应生成1 mol CO2时的热量变化 (　　)CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)化学键C—HO—OO===OC—OC===OH—O能量(kJ)415138498343798465A．放出热量800 kJ B．放出热量1 520 kJC．吸收热量110 kJ  D．放出热量610 kJA　[1个CH4中含4个C—H键，1个O2中含1个O===O键，1个CO2中含2个C===O键，1个H2O中含2个H—O键。生成1 mol CO2时，断裂4 mol C—H键和2 mol O===O键，吸收的热量为Q吸＝4EC－H＋2EO＝O＝4×415 kJ＋2×498 kJ＝2 656 kJ。形成4 mol 键和2 mol C===O键，释放的热量为Q放＝4EO－H＋2EC＝O＝4×465 kJ＋2×798 kJ＝3 456 kJ，因为Q放>Q吸，所以反应放热。放出的热量为ΔQ＝Q放－Q吸＝3 456 kJ－2 656 kJ＝800 kJ。][变式旁通]　(1)因为甲烷生成二氧化碳的反应是放热反应，能不能说甲烷具有的能量大于二氧化碳？(2)当反应生成液态水时，反应放出的热量是变多还是变少？提示：(1)不能。放热反应是指反应物总能量大于生成物总能量。(2)变多。气态水变为液态水时放热。1．氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，断裂 1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，断裂 1 mol Cl2中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中，正确的是(　　)A．Q1＋Q2>Q3  B．Q1＋Q2>2Q3C．Q1＋Q2<Q3  D．Q1＋Q2<2Q3D　[氢气在氯气中的燃烧反应为放热反应，反应物断键所吸收的能量小于生成物成键所放出的能量，再结合化学方程式H2＋Cl2===2HCl，故Q1＋Q2<2Q3。]2．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 kJC．649.6 kJ  D．431 kJA　[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＝形成新化学键放出的能量－断开旧化学键吸收的能量可知：92.4 kJ＝6×391 kJ－3×436 kJ－x，解得x＝945.6 kJ。]1．下列说法错误的是(　　)A．化学反应必然伴随发生能量变化B．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少有关C．能量变化必然伴随发生化学反应D．化学反应中的能量变化主要是由化学键变化引起的C　[化学反应必然有能量变化，但有能量变化的过程不一定伴随化学反应，如浓H2SO4溶于水，C错。]2．下列变化过程需要吸收能量的是(　　)A．2H2＋O2―→2H2OB．CaO＋H2O―→Ca(OH)2C．Cl＋Cl―→Cl2D．H2―→H＋HD　[A、B项反应均是放出能量的反应，C项是新化学键形成放出能量，D项是旧化学键断裂过程，为吸收能量过程。]3．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是 (　　)A．实验室制H2B．用Al焊接钢轨C．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应D．灼热的碳放入CO2中D　[实验室制H2的反应Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑是放热的氧化还原反应；焊接钢轨的原理是2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3是放热的氧化还原反应。C项是吸热的复分解反应。]4．如图所示，有关化学反应和能量变化的说法正确的是(　　)图a　　　　　　　图bA．图a表示的是吸热反应的能量变化B．图b中生成物比反应物稳定C．图b可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化D．图a不需要加热就一定能发生，图b一定需要加热才能发生C　[图a中反应物总能量高于生成物总能量，故为放热反应，A项错误；图b中反应物总能量低，反应物比生成物稳定，故B项错误；图b中反应物总能量低于生成物总能量，可以表示吸热反应，故C项正确；图a表示的是放热反应，所有的燃烧反应均为放热反应，但是多数的燃烧反应开始时需要加热，故D项错误。]5．在一定条件下，A与B反应可生成C和D，其能量变化如图所示：(1)若E1>E2，则反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，该反应为________(填“吸热”或“放热”)，原因是______________________________________________________________________。(2)若E1<E2，则反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，该反应为________(填“吸热”或“放热”)反应，原因是_______________________________________________________________________________________。[解析]　研究化学反应的能量变化，应从反应体系和环境两个方面进行分析。[答案]　(1)降低　放热　反应物的部分能量转化为热能释放到环境中　(2)升高　吸热　反应物从环境中吸收能量