高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化学案

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第1课时 化学反应与热能
一、吸热反应和放热反应
1．实验探究
结论：化学反应除了有新物质生成以外，还总会伴随着能量变化，通常主要表现为热能的变化，有的________热量，有的________热量。
2．放热反应和吸热反应
(1)概念
①放热反应：________热量的化学反应。
②吸热反应：________热量的化学反应。
(2)常见的放热反应和吸热反应
二、化学反应与能量变化的关系
1．化学反应中能量变化的实质
(1)以H2＋Cl2===2HCl反应为例探究化学反应中能量变化
①该反应过程中共吸收________ kJ能量，共放出________kJ能量。
②该反应________ (填“放出”或“吸收”) ________kJ热量，为________反应。
(2)化学反应中能量变化的本质原因
2．化学反应中能量变化的决定因素
化学反应中能量变化决定于反应物的总能量和生成物的总能量的________大小。
三、化学能与热能相互转化的应用
1．现阶段人类获取热能的主要途径
________________；使用最多的常规能源是：________________________________。
2．化石燃料获取能量面临的问题
(1)储量有限，短期内不可再生。
(2)影响环境：煤、石油产品燃烧排放的________________________等是大气污染物的主要来源。
3．节能减排的措施
(1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。
(2)能量利用阶段提高能源的利用率。
(3)开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有________________________等。
►问题一 放热反应和吸热反应
【典例1】除了用手触摸和温度计测量外还可以借助其他方法感知温度的变化，如在探究化学反应过程中有热量变化时，某兴趣小组设计了如下三套装置：
(1)该小组选择装置Ⅰ探究Na2O2和H2O反应为放热反应，将水滴入盛有过氧化钠的试管中，现象为___________________________________，化学方程式：_______________________________。
(2)该小组采用装置Ⅱ，探究硝酸铵溶于水的能量变化，当向盛有硝酸铵固体的试管中滴入少量水，发现导管中形成一段水柱，则该变化________(填“是”或“不是”)吸热反应，原因为________________ _____________________________________________________________。
(3)该小组在探究镁和盐酸反应热量变化时，选择了装置Ⅲ，发现反应过程中，导管口有气泡冒出该装置________(填“能”或“不能”)证明镁和盐酸反应为放热反应，原因为____________________________ ___________________________________________________________________。
【归纳小结】对放热反应和吸热反应的理解
(1)放热反应不一定容易发生，如合成氨反应需要在高温、高压和催化剂作用下才能发生；吸热反应不一定难发生，如盐酸与碳酸氢钠的反应在常温下就能发生。
(2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如硫与铁的反应；吸热反应不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。
(3)放热过程不一定是放热反应，如NaOH固体的溶解和浓硫酸的稀释是放热过程，但不是放热反应；吸热过程不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。
【变式练1-1】下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是( )
A．锌粒与稀硫酸的反应
B．灼热的木炭与CO2的反应
C．甲烷在氧气中的燃烧反应
D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
【变式练1-2】把下列物质分别加入装有水的锥形瓶中，立即塞紧带U形管的塞子，已知U形管内预先装有少量水(为便于观察，预先将水染成红色)，如图所示，结果U形管左边液面升高，则加入的物质可能是( )
A．NaOH固体 B．浓H2SO4
C．NH4NO3晶体 D．Na2O2固体
►问题二 化学反应与能量变化的关系
【典例2】已知N2(g)和O2(g)反应生成2 ml NO(g)吸收180 kJ能量，反应过程中能量变化如下图所示。
根据图示回答下列问题：
(1)该反应中反应物所具有的总能量________(填“高于”或“低于”)生成物的总能量。
(2)1 ml NO(g)分子中的化学键断裂时要吸收________ kJ能量。
(3)断裂1 ml N≡N吸收的能量x值为________。
【归纳小结】
(1)放热反应与吸热反应的比较
(2)判断吸热反应和放热反应的两种方法
①根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——反应物的总能量高于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应(宏观角度)。
②根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断——断裂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(微观角度)。
【变式练2-1】已知某化学反应A2(g)＋2B2(g)===2AB2(g)(A2、B2、AB2的结构式分别为A===A、B—B、B—A—B)，反应过程中的能量变化如图所示，下列有关叙述正确的是( )
A．该反应的进行一定需要加热或点燃
B．该反应若生成2 ml AB2(g)，则放出的热量为(E1－E2) kJ
C．该反应断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量
D．生成2 ml B—A放出E2 kJ能量
【变式练2-2】磷元素有多种性质不同的单质，红磷(结构复杂用“P”表示)和白磷(P4)是磷的两种同素异形体，充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷。在25 ℃、101 kPa下，31 g白磷完全转化为红磷，放出11 kJ的热量，根据以上事实回答下列问题：
(1)红磷转化为白磷属于________反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)等质量的红磷和白磷分别完全燃烧，放出热量较多的是________(填“白磷”或“红磷”，下同)。
(3)31 g白磷与31 g红磷的能量较高的是________，二者更稳定的是________。
►问题三 化学能与热能相互转化的应用
【典例3】日常生产、生活中常常采用下列能源：
①煤；②石油；③天然气；④太阳能；⑤水能；⑥氢能；⑦核能；⑧风能；⑨地热能
属于清洁能源的有______________。
【变式练3-1】下列有关新能源的说法不正确的是( )
A．绿色植物通过光合作用，将光能转化为化学能
B．风能、太阳能是清洁能源
C．氢能还未进入实用阶段的主要原因是其燃烧所释放热量低于相同质量的矿物燃料
D．共享单车利用太阳能发电完成卫星定位，有利于节能环保
【变式练3-2】液态储氢技术就是在常温常压下将氢气融入到一种化合物“储油”中，形成“氢油”，便于储存和运输。下列有关说法错误的是( )
A．“氢油”不稳定
B．氢能源属于可再生能源
C．该技术实现了常温常压下储氢技术的新突破
D．液态储氢项目有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级
【基础强化】
1．下列对于化学反应过程的理解，错误的是( )
A．化学反应过程中同时存在物质和能量的变化
B．凡是能量变化一定发生在化学变化中
C．化学反应中同时存在质量守恒和能量守恒
D．能量的释放和吸收以发生变化的物质为基础
2．下列说法不正确的是( )
A．在常温下可以发生的反应不一定是放热反应
B．化学反应必然伴随能量变化，原因是化学反应中旧键断裂所吸收的能量与新键形成所释放的能量不相等
C．一定条件下，石墨转化为金刚石要吸收能量，说明石墨比金刚石稳定，等质量的金刚石和石墨完全燃烧石墨释放的能量更多
D．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少有关
3．下列反应或过程中能量的变化符合图像的是( )
A．H＋H―→H—H
B．2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
C．Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
D．H2SO4＋2KOH===K2SO4＋2H2O
4．下列各组变化中，前者属于吸热反应，后者属于放热反应的是( )
A．生石灰与水反应；醋酸与氢氧化钠反应
B．煅烧石灰石；碳酸氢钠与盐酸反应
C．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；钠与水反应
D．甲烷的燃烧；过氧化氢的分解
5．如图是某化学反应过程中能量变化的曲线图。下列叙述正确的是( )
A．该反应为吸热反应
B．该图可以表示Zn与盐酸反应的能量变化
C．该反应先发生物质变化后发生能量变化
D．断开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
6．已知反应A＋B===C＋D的能量变化如图所示，下列说法不正确的是( )
A．该反应为吸热反应
B．该反应吸收的能量为E1－E2
C．该图可表示为酸和碱的反应图像
D．该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量
7．人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态)，人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是( )
A．研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”
B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应
C．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能
D．石油和天然气都属于碳素燃料
8．下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述错误的是( )
A．化石能源物质内部蕴含着大量的能量
B．绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来
C．物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能，为人类所利用
D．吸热反应没有利用价值
9．化学反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的能量变化如图所示，请回答下列问题：
(1)图中A、C分别表示______________________、_______________________，反应________(填“吸收”或“释放”)能量。
(2)反应过程中断裂的化学键为_____________________，________(填“吸收”或“释放”)的能量为________；形成的化学键为________，________(填“吸收”或“释放”)的能量为________。
(3)E2＝______或______(用A、C或E1、E3表示)。
10．请根据化学反应与热能的有关知识，填写下列空白：
(1)在一个小烧杯里，加入20 g Ba(OH)2·8H2O粉末，将小烧杯放在事先已滴有4～5滴水的玻璃片上。然后加入10 g NH4Cl晶体，并用玻璃棒迅速搅拌。
①实验中玻璃棒的作用是___________________________________。
②写出有关的反应方程式：_______________________________________。
③实验中观察到的现象有____________________________和反应混合物呈糊状。
(2)下列过程中不一定释放能量的是_____________(填编号)。
①形成化学键 ②燃料燃烧 ③化合反应 ④葡萄糖在体内的氧化反应 ⑤酸碱中和 ⑥炸药爆炸
(3)等质量的下列物质分别完全燃烧，放出热量较多的是________(填编号)。
①固体硫 ②硫蒸气
(4)已知：通常条件下，酸碱稀溶液中和生成1 ml水放出的热量为中和热。稀溶液中1 ml H2SO4和NaOH恰好反应时放出Q kJ热量，则其中和热为________ kJ· ml－1。
【能力提升】
1．化学家证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：
下列关于合成氨反应的叙述不正确的是( )
A．该过程表明，在化学反应中存在化学键的断裂与形成
B．在催化剂的作用下，反应物的化学键变得容易断裂
C．过程②需吸收能量，过程③则放出能量
D．常温下该反应难以进行，是因为常温下生成物的化学键难以形成
2．某反应由两步反应ABC构成，反应过程中的能量变化曲线如图，下列叙述正确的是( )
A．A与C的能量差为E1
B．两步反应均为吸热反应
C．三种化合物中C最稳定
D．反应AB，反应条件一定要加热
3．NF3是一种温室气体，其储存能量的能力是CO2的12 000～20 000倍。已知：断开1 ml N≡N吸收的能量为946 kJ，断开1 ml F—F吸收的能量为154.8 kJ，断开1 ml N—F吸收的能量为283 kJ。下列说法正确的是( )
A．N2(g)―→2N(g)的过程会放出能量
B．N(g)＋3F(g)―→NF3(g)的过程会放出能量
C．N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)的反应为吸热反应
D．如果NF3吸收能量后没有化学键的断裂与形成，仍可能会发生化学反应
4．为探究Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应是吸热反应还是放热反应，某同学进行了下列实验(盐酸浓度相同，每项实验各做3次，取平均值)。
(1)设计a、b组实验的目的是_______________________________________。
(2)通过上述实验可得出结论：Na2CO3溶液和盐酸的反应是________(填“吸热”或“放热”，下同)反应；NaHCO3溶液和盐酸的反应是________反应，NaHCO3溶液和盐酸反应的能量变化对应的图像是______(填字母)。
5．Ⅰ.下表中的数据是破坏1 ml物质中的化学键所吸收的能量：
根据上述数据，回答下列问题：
(1)下列物质本身具有的能量最低的是________(填字母，下同)。
A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2
(2)下列氢化物中最稳定的是________。
A．HCl B．HBr C．HI
(3)X2(g)＋H2(g)===2HX(g)(X代表Cl、Br、I)的反应是_____(填“吸热反应”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，放出或吸收的热量最多的是________。
Ⅱ.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[通常把拆开(或形成)1 ml化学键吸收(或放出)的能量称为键能]：P—P为198 kJ·ml－1、P—O为360 kJ·ml－1、O==O为498 kJ·ml－1。则P4(白磷，s)＋3O2(g)===P4O6(s)的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，生成1 ml P4O6放出的热量为_________________。
1．认识吸热反应和放热反应。
2．了解化学反应体系能量与化学键断裂和形成的关系。
3．认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。
实验操作
实验现象
有______产生；用温度计测量，温度______
闻到________气味；烧杯壁______；玻璃片和烧杯____________，混合物呈______
实验结论
该反应产生______，______热量
该反应产生NH3和H2O，______热量
化学方程式
Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
放热反应
吸热反应
①所有燃烧反应
②酸碱中和反应
③大多数化合反应
④活泼金属跟水或酸的反应
⑤物质的缓慢氧化
①大多数分解反应
②铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O或Ca(OH)2与NH4Cl反应
③以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C与H2O(g)反应，C与CO2反应
④需要持续加热的反应
放热反应
吸热反应
化学能转化为热能
热能转化为化学能被生成物“储存”
放热反应
吸热反应
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
生成物成键时释放的总能量大于反应物断键时吸收的总能量
生成物成键时释放的总能量小于反应物断键时吸收的总能量
反应过程示意图
实验序号
试剂
固体
混合前温度/℃
混合后温度/℃
a
35 mL水
2.5 g NaHCO3
20.0
18.5
b
35 mL水
3.2 g Na2CO3
20.0
24.3
c
35 mL盐酸
2.5 g NaHCO3
20.0
16.2
d
35 mL盐酸
3.2 g Na2CO3
20.0
25.1
物质
Cl2
Br2
I2
HCl
HBr
HI
H2
能量/kJ
243
193
151
432
366
298
436