高中人教版 (2019)第一节 化学反应与能量变化第1课时导学案

第六章　化学反应与能量

知识导航

第一节　化学反应与能量变化

1．化学反应与热能

(1)知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。

(2)知道反应物和生成物总能量的相对高低是反应过程中能量变化的决定因素。

(3)了解化学能与热能的相互转化。

(4)了解能量转化在生产、生活中的应用。

2．化学反应与电能

(1)能举例说明化学能转化为电能的实例及其应用。

(2)掌握化学电池的工作原理及构成条件。

(3)了解研制新型电池的重要性及常用的化学电源。

(4)理解燃料电池的工作原理。

第二节　化学反应的速率与限度

1．化学反应的速率

(1)掌握化学反应速率的含义及表示方法。

(2)了解影响化学反应速率的因素。

(3)初步了解控制化学反应速率的方法。

2．化学反应的限度

(1)认识可逆反应及其特征。

(2)了解并会判断化学平衡状态。

3．化学反应条件的控制

初步了解化学反应条件的控制。

学法指导

1．把握内涵，懂实质。了解一个化学反应的发生必然伴随能量变化，能量变化的根本原因是旧的化学键断裂吸收能量与新的化学键生成释放能量的不等。

2．理解本质，重应用。了解化学能与电能的转化是建立在氧化还原反应的基础之上的，紧扣氧化还原反应的概念与知识，理解原电池的原理及其在化学电源中的实际应用。

3．明确概念，练规范。理解化学反应速率的概念，学会运用“三段式”进行相关计算，规范做题掌握规律方法。

4．了解特征，会判断。深刻理解化学反应限度的特征，学会判断一个可逆反应到达化学平衡状态的方法。

第一节　化学反应与能量变化

第1课时　化学反应与热能

新课情景呈现

700多年前，著名的意大利旅行家马可·波罗到过中国，看见中国人烧煤炼铁，这是他生平第一次看到煤做燃料，马可·波罗在他的游记里记载了这件新鲜事。书中写到，中国有一种黑色石头，能燃烧，着起火来像火柴一样，而且终夜不灭。现代科学可以这样解释，煤中含有大量的碳，燃烧时放出热能。你一定想知道，这种能量从何而来？它与化学物质和化学反应有什么关系？请随我一起走进教材第二章第一节：化学反应与热能。

课前素能奠基

新知预习

一、化学反应与能量

1．实验探究：

2．放热反应和吸热反应

(1)含义：

①放热反应：__释放热量__的化学反应。

②吸热反应：__吸收热量__的化学反应。

(2)实例：

①放热反应：

a．镁条、铝片与盐酸的反应；

b．木炭、氢气、甲烷等在氧气中的燃烧

c．氢气与氯气的化合。

②吸热反应：

a．氢氧化钡与氯化铵的反应；

b．盐酸与碳酸氢钠的反应；

c．灼热的炭与二氧化碳的反应。

二、化学键与化学反应中能量变化的关系

1．化学反应中能量变化的本质原因：

(1)原因：

(2)实例：

计算分析：

　 2．多角度分析化学反应的能量变化

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。

预习自测

1．判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)吸热反应需要加热才能反应。(　×　)

(2)已知Al与稀盐酸的反应为放热反应，即Al的能量大于H2的能量。(　×　)

(3)有能量变化的物质变化一定是化学变化。(　×　)

(4)地下水循环取暖属于放热反应。(　×　)

(5)空调取暖属于放热反应。(　×　)

解析：(1)如氢氧化钡与氯化铵的反应吸热，在常温下就能进行。(2)反应放热说明反应物的总能量大于生成物的总能量，即Al与稀盐酸具有的总能量大于AlCl3与H2所具有的总能量，而Al与H2的能量大小无法比较。(3)有能量变化的物质变化不一定是化学变化，物质发生物理变化时也伴有能量变化。如冰融化、氢氧化钠的溶解等。(4)是热量的交换。(5)是电能转化为热能。

2．下列变化过程中需要吸收能量的是(　D　)

A氢气球发生燃烧爆炸

B．向污染的河水中投入生石灰

C．

D．

解析：H2的燃烧属放热反应，A项错误；CaO与H2O发生化合反应，放出热量，B项错误；氯原子结合成氯气分子，形成化学键放出能量，C项错误；H2分子拆为氢原子，破坏化学键，吸收能量，D项正确。

3．新能源的开发利用是人类社会可持续发展的重要课题。

下列属于新能源的是(　A　)

A．氢气　　 B．煤炭

C．天然气　　 D．石油

解析：新能源包括太阳能、核能、风能、氢能等；煤、石油、天然气是化石燃料，属常规能源，所以选A。

4．白磷、红磷是磷的两种同素异形体。

某温度下1 mol白磷转化为红磷放出29.2 kJ的热量，则下列叙述正确的是(　B　)

A．白磷比红磷稳定

B．红磷比白磷稳定

C．1 mol白磷比1 mol红磷含有的总能量低

D．红磷转化为白磷要放热

解析：已知某温度下，1 mol白磷转化为红磷放出29.2 kJ热能，则白磷转化成红磷是放热的，说明红磷更稳定，A错，B正确；物质具有的能量越低越稳定，C错；红磷转化为白磷是吸热的，D错。

课堂素能探究

放热反应与吸热反应的理解,

知识点

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？

提示：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？

提示：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：

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。

┃┃典例剖析__■

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(　B　)

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)

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．对放热反应：A＋B===C＋D，以下说法一定正确的是(EA、EB、EC、ED分别表示物质A、B、C、D所具有的能量)(　A　)

A．EA＋EB>EC＋ED

B．EA>EB＋EC

C．EA>EB

D．EA＋EB<EC＋ED

解析：反应物的总能量大于生成物的总能量的反应属放热反应，则有EA＋EB>EC＋ED，A正确。

知识点

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？

提示：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。

提示：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：

点拨：反应热与化学键键能的关系

(1)键能：在标准状况下，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，Q<0，反应放热，Q>0，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－1<0，反应放热。

┃┃典例剖析__■

典例2 根据如图所示的信息，下列叙述错误的是(　B　)

H2O(g)

A．1 mol H2的共价键形成放出436 kJ能量

B．氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量

C．1 mol H2(g)跟 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)释放能量220 kJ

D．1 mol H2(g)与 mol O2(g)的总能量大于1 mol H2O(g)的能量

解析：A项，对同一种化学键来说，断裂时吸收的能量与形成时放出的能量相等，正确；B项，H2在O2中燃烧为放热反应，错误；C项，ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝(436 kJ＋249 kJ)－905 kJ＝－220 kJ，说明该反应释放出220 kJ能量，正确；D项，放热反应的反应物总能量大于生成物总能量，正确。

┃┃变式训练__■

2．已知断裂1 mol共价键所需要吸收的能量分别为H—H：436 kJ，I—I：151 kJ，H—I：299 kJ，下列对H2(g)＋I2(g)2HI(g)的反应类型判断错误的是(　B　)

A．放出能量的反应

B．吸收能量的反应

C．氧化还原反应

D．可逆反应

解析：反应的热量变化等于反应物键能总和减去生成物键能总和，即436＋151－2×299＝－11(kJ)<0，属放热反应，B错误。

名师博客呈现

能源的多角度分类

〔即时训练〕

“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是(　C　)

A．煤炭、石油、潮汐能

B．水能、生物质能、天然气

C．太阳能、风能、沼气

D．地热能、海洋能、核能

解析：A项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B项，天然气不是新能源，也不是可再生能源；D项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳的能源。