人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化导学案

这是一份人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化导学案，共20页。学案主要包含了新知学习，知识进阶，问题探究，知识归纳总结，效果检测等内容，欢迎下载使用。
高一化学同步学习高效学讲练（精品学案）
第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第1课时 化学反应与热能
课程学习目标
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。
学科核心素养
宏观辨识与微观探析：能分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系。
变化观念与平衡思想：能认识到物质运动和变化是永恒的，能认识化学变化伴随着能量变化。
科学态度与社会责任：能主动关注与环境保护、资源开发等有关的社会热点问题，形成合理利用自然资源的观念。
【新知学习】
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
操作
试管中加入2 mL 2 mol·L－1盐酸，并用温度计测量其温度，再向试管中放入打磨过的镁条
将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，玻璃片盖上烧杯
实验
现象
镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计的示数升高
有刺激性气味气体产生，用手触摸杯壁下部，烧杯壁__变凉__，试着用手拿起烧杯，__木片黏在烧杯上__
实验
结论
该反应放出热量
该反应吸收热量4
化学反应发生时伴有__热量的释放和吸收__

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。
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。
（2） 键能： 标况下，将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的能量，单位（KJ·mol-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

三．人类对能源的利用
1．利用的三个阶段：
—树枝杂草
↓
—煤、石油、天然气
↓
—太阳能、氢能、核能、风能、地热能等
2．化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题
(1)一是其短期内不可再生，储量有限；
(2)二是煤和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．在燃料利用过程中，节能的主要环节：
(1)燃料燃烧阶段——可通过改进锅炉的炉型和燃料空气比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率；
(2)能量利用阶段——可通过使用节能灯，改进电动机的材料和结构，以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施促进能源循环利用，有效提高能量利用率。
4．新能源
(1)特点：资源丰富、__可以再生，对环境无污染__。
(2)人们比较关注的新能源：__太阳__能、__风__能、地热能、海洋能和__氢__能等。
【知识进阶】
一．放热反应与吸热反应的理解
【问题探究】
1．做实验时，吸热反应和放热反应都用到酒精灯，怎样判断该反应是吸热反应还是放热反应？放热反应加热的目的是什么？
持续用酒精灯加热，撤掉酒精灯反应就停止的反应是吸热反应；开始用酒精灯加热，反应开始后，撤去酒精灯仍能继续反应的是放热反应。放热反应加热的目的一般是引发反应或加快反应速率。
2．放热反应一定容易发生，吸热反应一定难发生吗？
不一定。反应放热和吸热与反应的条件无关，有些放热反应必须加热才能发生，如木炭的燃烧；而有些吸热反应常温下就能发生，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应。
【知识归纳总结】
1．放热反应与吸热反应的比较：

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
形成
原因
反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量
反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键
强弱的关系　
生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量
生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量
反应
过程
图示



2．常见的放热反应和吸热反应


3．放热反应和吸热反应的判断方法
(1)根据反应物和生成物的总能量大小判断。反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应。
(2)根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断。
破坏反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应，反之为放热反应。
(3)根据经验规律判断。用常见吸热和放热的反应类型来判断。
4．化学反应遵循的两条基本规律
(1)质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，总质量保持不变。
(2)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，但体系包含的总能量不变。
【典例1】某反应的能量变化如图所示。则有关该反应的叙述正确的是(　 　)

A．是吸热反应
B．生成物比反应物稳定
C．该反应一定是氧化还原反应
D．向外界放出的热量为(E2－E3)
【答案】B
【解析】该反应的反应物能量高于生成物，是放热反应，故A错误；生成物能量低于反应物，所以生成物比反应物稳定，故B正确；该反应不一定是氧化还原反应，故C错误；向外界放出的热量为(E1－E3)，故D错误。
（变式训练1）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
【详解】
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。
二．利用化学键计算化学反应中的能量变化
【问题探究】
1．对于放热反应：2H2＋O22H2O来说，“断裂1个H—H键和1个O===O键所吸收的能量小于形成1个H—O键所放出的能量”这种说法是否正确？
不正确。在反应2H2＋O22H2O中，每断裂1个O===O键，同时断裂2个H—H键，形成4个H—O键；正确说法是断裂2个H—H键和1个O===O键所吸收的能量小于形成4个H—O键所放出的能量。
2．如图是1 mol氢气燃烧的能量变化图，试分析a、b表示的含义。

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，故a表示破坏1 mol H—H键、0.5 mol O===O键所吸收的能量，b表示形成2 mol H—O键所放出的能量。
【知识归纳总结】
1．化学键与能量变化的关系

2．计算公式
用Q(吸)表示反应物分子化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子化学键形成时放出的总能量。
公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)
利用化学键形成和断裂时的能量变化计算化学反应中的能量变化：
ΔQ＝Q(吸)－Q(放)
3．实例(以H2＋Cl2===2HCl为例)：
(1)图示分析：
H—H H　＋　H 　
Cl—ClCl　 ＋Cl
　　　　　 ↓　↓放出436 kJ·mol－1
　　　 H—Cl　H—Cl
(2)计算分析：
化学键
反应中能量变化
1 mol A—B化学键
反应中能量变化
H—H
吸收436 kJ
共吸收679 kJ
Cl—Cl
吸收243 kJ
H—Cl
放出431 kJ
共放出862 kJ
结论
679 kJ－862 kJ＝－183 kJ，即反应放出183 kJ热量

【点拨】反应热与化学键键能的关系
(1)键能：
标准状况下，将1 mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。
(2)反应热与化学键键能的关系：
反应热Q＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，Q0，反应吸热。以反应H2＋Cl2===2HCl为例：H—H键、Cl—Cl键和H—Cl键的键能分别为436 kJ·mol－1、243 kJ·mol－1、431 kJ·mol－1，则反应热Q＝(436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1)－2×431 kJ·mol－1＝－183 kJ·mol－1E2，则该反应为_________(填“放热反应”或“吸热反应”)。
(6)下列有关反应A+B=C+D的说法正确的是_________(填标号)。
A．反应前后原子的种类和数目一定不变
B．该反应若有热量变化，则一定是氧化还原反应
C．若该反应为放热反应，则不需要加热该反应就一定能进行
D．反应物的总质量、总能量与生成物的总质量、总能量均相等
【答案】BC A 吸收 2218 放出 534 放热反应 A
【详解】
(1)已知H—O键的键能为463kJ·mol-1，结合键能的定义可知每形成1molH—O键放出463kJ能量、每断裂1molH—O键吸收463kJ能量，故选BC；
(2)共价键的键能越大，该共价键越牢固，含有该共价键的分子越稳定，根据题干所给数据可知H-F键的键能最大，所以HF最稳定，故选A；
(3)据图可知Q3=2752kJ/mol-534 kJ/mol =2218 kJ/mol，断键吸收能量，则1molN2H4(g)和1molO2(g)生成2molN原子、4molH原子、2molO原子的过程中吸收2218 kJ能量；
(4)据图可知反应物总能量比生成物总能量多534 kJ/mol，所以1molN2H4(g)和1molO2(g)生成1molN2(g)和2molH2O(g)的反应中放出534 kJ能量；
(5)E1>E2，即反应物总能量高于生成物总能量，该反应为放热反应；
(6)A．化学反应中遵循质量守恒定律，反应前后原子的种类和数目一定不变，A正确；
B．任何化学反应都有热量变化，所以有热量变化不一定是氧化还原反应，B错误；
C．反应的吸放热与反应条件无关，放热反应可能也需要加热引发，如铝热反应，C错误；
D．反应物的总质量与生成物的总质量相等，当总能量不相等，D错误；
综上所述答案为A。
20．（山西·浑源县第七中学校高一阶段练习）在化学反应中，只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应，这些分子被称为活化分子。使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，其单位通常用kJ·mol-1表示。请认真观察下图，然后回答下列问题。

(1)图中所示反应是___________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)已知拆开1 mol H—H键、1 mol I—I键、1 mol H—I键分别需要吸收的能量为436 kJ、151 kJ、299 kJ。则由1 mol氢气和1 mol碘反应生成HI会___________(填“放出”或“吸收”)___________ kJ的热量。在化学反应过程中，是将___________转化为___________。
(3)下列反应中，属于放热反应的是___________(填序号，下同)，属于吸热反应的是___________。
①物质燃烧　②炸药爆炸　③酸碱中和反应　④二氧化碳通过炽热的碳　⑤食物因氧化而腐败　⑥Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应　⑦铁粉与稀盐酸反应
【答案】放热 放出 11 化学能 热能 ①②③⑤⑦ ④⑥
【详解】
(1)由题图可知反应物的总能量高于生成物的总能量，故该反应为放热反应。
(2)H2(g)＋I2(g)===2HI(g)，断裂1 mol H—H键和1 mol I—I键需要吸收436 kJ＋151 kJ=587 kJ热量，生成2 mol HI放出2×299 kJ=598 kJ热量，所以1 mol氢气和1 mol碘反应生成HI放出11 kJ的热量；在化学反应过程中，将化学能转化为热能。
(3)应熟悉常见的吸热反应和放热反应：中和反应、燃料的燃烧、有氧参与的氧化还原反应、多数化合反应等属于放热反应；多数分解反应(H2O2分解除外)、二氧化碳通过炽热的碳、Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应等属于吸热反应。所以放热反应有：①②③⑤⑦；吸热反应有：④⑥.