高中化学第一节 化学能与热能学案

第一节　化学能与热能

1.知道化学反应中能量变化的主要原因。

2.根据反应前后物质总能量的相对大小判断化学反应是吸热反应还是放热反应。重难点

3.了解化学能与热能的相互转化。

4.了解化学能转化为热能在生产、生活中的应用及其对人类文明发展的贡献。

[基础·初探]

教材整理　化学反应中能量变化的原因

1．化学反应中能量变化的原因——微观角度

(1)原因

(2)实例

断裂1 mol H—H键(H—H―→2H)吸收436 kJ能量，形成1 mol H—H键(2H―→H—H)放出436 kJ能量；

断裂4 mol C—H键(CH4―→C＋4H)吸收1 660 kJ能量，形成1 mol C—H键(C＋H―→C—H)放出415 kJ能量。

(3)结论：化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。

2．化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度

E(反应物)＞E(生成物)放出能量

E(反应物)＜E(生成物)吸收能量

结论：化学反应中的能量变化决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。

[探究·升华]

[思考探究]

探究　利用化学键的数据计算反应中的能量变化

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＋Cl2===2HCl为例：

问题思考：

(1)断裂1 mol H—H和1 mol Cl—Cl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＋243)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。

(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)原子形成1 mol化学键所放出的能量与断开1 mol该化学键所吸收的能量有什么关系？

【提示】　相等。

[认知升华]

升华1　化学反应中能量变化的原因

在化学反应中，断开反应物中的化学键(即破坏旧化学键)需要吸收一定能量(E1)克服原子(或离子)间的相互作用；而形成新化学键时，又要释放一定的能量(E2)。

E1>E2，反应吸收能量；

E1<E2，反应释放能量。

升华2　计算公式

利用化学键的能量变化计算化学反应中的能量变化：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)

[题组·冲关]

题组　化学反应能量变化的原因

1．下列关于化学反应的说法中不正确的是(　　)

【导学号：30032034】

A．化学反应过程中一定有热量释放出来

B．化学反应的特征是有新物质生成

C．化学反应的过程实际上是一个旧键断裂、新键形成的过程

D．在一确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定不相等

【解析】　化学反应的本质特征是一定有新物质生成。化学反应是吸热还是放热，取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小，或旧键断裂吸收能量与新键形成放出能量的相对大小。

【答案】　A

2．根据下面的信息，判断下列叙述正确的是(　　)

A．氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量

B．氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量

C．1 mol H2跟 mol O2反应生成1 mol H2O一定释放能量245 kJ

D．2 mol H2(g)跟1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)吸收能量490 kJ

【解析】　由题中信息可知，1 mol H2(g)的共价键断裂吸收能量436 kJ， mol O2(g)的共价键断裂吸收能量249 kJ，两项共吸收能量685 kJ；2 mol H(g)与1 mol O(g)形成1 mol H2O(g)共释放能量930 kJ。在1 mol H2(g)跟 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)的过程中，放出的能量比吸收的能量多245 kJ，C项中缺少物质的状态，所以释放的能量不一定是245 kJ。

【答案】　A

[基础·初探]

教材整理1　化学能与热能的相互转化

1．两个基本的自然规律——“质量守恒”和“能量守恒”

质量守恒定律：自然界中的物质发生转化时，总质量不变；

能量守恒定律：不同形式的能量发生转换时，总能量不变。

2．吸热反应和放热反应

3．化学能与热能相互转化的意义

过程(1)：提供了人类生存和发展所需要的能量和动力。

过程(2)：人类进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径。

【特别提醒】　

教材整理2　能源利用的三阶段

[探究·升华]

[思考探究]

探究　常见的吸热与放热反应实验探究

(1)

(2)

(3)

[认知升华]

升华　放热反应与吸热反应的比较                  

注意：有的放热反应需要加热才能发生，例如煤的燃烧就是放热反应，但需要加热或点燃引发反应；有的放热反应不需要加热，如磷的自燃。吸热反应大都需要加热，也有不需加热就能反应的，例如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应。

[题组·冲关]

题组1　放热反应与吸热反应的判断与理解

1．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，下列说法正确的是(　　)

A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的

B．该反应一定要加热，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的化学键所放出的能量

D．X和Y的总能量低于M和N的总能量

【解析】　由该反应为吸热反应可知，反应物的总能量小于生成物的总能量，即X和Y的总能量低于M和N的总能量。吸热反应不一定需要加热反应才能进行，如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应，常温下就可以发生。破坏化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量时，为放热反应。故A、B、C错误，D正确。

【答案】　D

2．下列图示变化为吸热反应的是(　　)

【解析】　A项中生成物的总能量高于反应物的总能量，只能通过吸收能量才能实现；B项则恰好相反；C项中浓硫酸溶于水放出热量，但此过程是物理变化，没有发生化学反应；D项是放热反应。

【答案】　A

题组2　反应能量变化的实验探究

3.某学生用如图所示的装置进行化学反应X＋2Y―→2Z能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂Y时，看到试管中甲处液面下降，乙处液面上升。关于该反应的下列叙述正确的是(　　)

【导学号：30032035】

①该反应为放热反应

②反应物的总能量比生成物的总能量高

③该反应过程可以看成是“贮存”于X、Y内部的能量转化为热量而释放出来

A．①②③ B．①③

C．②③ D．③

【解析】　根据液面变化可知广口瓶中气体压强增大，证明该反应为放热反应，即反应物的总能量大于生成物的总能量，也可认为“贮存”于X、Y内部的能量转化为热量而释放出来，A正确。

【答案】　A