2018-2019學年高中化學 第2章 化學反應與能量 第一節(jié) 化學能與熱能學案 新人教版必修2.docx
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第一節(jié) 化學能與熱能 1．知道化學鍵的斷裂與形成是化學反應中能量變化的主要原因。 2．知道反應物與生成物總能量的相對高低是反應過程中能量變化的決定因素。 3．通過生產、生活中的實例了解化學能與熱能的相互轉化。 一、化學鍵與化學反應中能量變化的關系 1．化學反應中能量變化的原因(微觀角度) (1)組成物質的原子(或原子團)之間是通過化學鍵相結合的。 (2)當物質發(fā)生化學反應時，斷開反應物中的化學鍵要吸收能量，而形成生成物中的化學鍵要放出能量。 (3)化學鍵的斷裂與形成是物質在化學反應中發(fā)生能量變化的主要原因。 2．化學反應中能量變化的決定因素(宏觀角度) 一個確定的化學反應是吸熱還是放熱，決定于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小。 (1)反應物的總能量大于生成物的總能量，則化學反應釋放能量。如圖A所示。 (2)反應物的總能量小于生成物的總能量，則化學反應吸收能量。如圖B所示。 二、化學能與熱能的相互轉化 1．兩條基本的自然定律 (1)質量守恒定律：自然界中的物質發(fā)生轉化時，總質量保持不變。 (2)能量守恒定律：一種形式的能量可以轉化為另一種形式的能量，但是體系包含的總能量保持不變。 2．化學能與熱能的相互轉化 (1)化學能轉化為熱能 ①鹽酸與鋁反應，溶液溫度升高，說明該反應是放熱反應。 ②Ba(OH)28H2O與NH4Cl反應，燒杯變涼，玻璃片與燒杯粘在一起，說明該反應是吸熱反應。化學方程式為Ba(OH)28H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3H2O＋8H2O。 ③中和熱：酸與堿發(fā)生中和反應生成1molH2O時釋放的熱量。 (2)熱能轉化為化學能 人們利用熱能可以促使化學反應的發(fā)生，從而探索物質的組成、性質或制備所需的物質，如高溫冶煉金屬、分解化合物等。 三、人類利用能源的三個階段 1．柴草時期：從火的發(fā)現至18世紀產業(yè)革命，以樹枝雜草為主要能源。 2．化石能源時期：從18世紀中期到現代，以煤、石油、天然氣為主要能源。 3．多能源結構時期：以可再生能源和清潔能源(綠色能源)為主要能源，主要包括太陽能、氫能、核能、生物質能等。 1．(2018甘肅師大附中期末)綠色能源是指使用過程中不排放或排放極少污染物的能源，如一級能源中的水能、地熱、天然氣等；二級能源中電能、氫能等。下列能源屬于綠色能源的是( ) ①太陽能?、陲L能 ③石油?、苊骸、莩毕堋、弈静? A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．①②⑤ 解析：石油和煤是化石燃料，燃燒除了產生大量的二氧化碳之外，也會產生二氧化硫等有毒的氣體，煤還有固體廢棄物需要處理，③④不屬于綠色能源；木材屬于傳統(tǒng)能源，燃燒除了產生大量的二氧化碳之外，還有固體廢棄物需要處理，并且破壞綠化，⑥不屬于新能源；太陽能、風能和潮汐能是清潔、無污染的新能源，屬于綠色能源。 答案：D 2．已知2H2＋O22H2O，關于該反應的下列說法錯誤的是( ) A．該反應是一個放熱反應 B．參加反應的氫氣和氧氣的總能量高于反應生成的水的總能量 C．該反應是一個吸熱反應 D．參加反應的氫氣和氧氣的總質量等于反應生成的水的總質量 解析：A、B、D三項正確；C項該反應為放熱反應，錯誤。 答案：C 3．(2018佛山市第一中學期中)下列各圖中，表示正反應是吸熱反應的圖是( ) 解析：當反應物的總能量大于生成物的總能量，此時反應放熱，當反應物的總能量小于生成物的總能量，此時反應吸熱，故選A項。 答案：A 吸熱反應與放熱反應 放熱反應 吸熱反應 定義 釋放熱量的化學反應 吸收熱量的化學反應 宏觀解釋 反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量 反應物具有的總能量小于生成物具有的總能量 微觀解釋 生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應物分子斷鍵時吸收的總能量 生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應物分子斷鍵時吸收的總能量 圖示 常見實例 ①大部分化合反應 ②金屬和水或酸的反應 ③可燃物的燃燒反應及緩慢氧化反應 ④酸和堿的中和反應 ⑤鋁熱反應 ①大部分分解反應 ②較典型的反應： Ba(OH)28H2O和NH4Cl反應 C＋CO22CO C＋H2O(g)CO＋H2等 (2018北京師大附中期中)下列事實描述不正確的是( ) A．高溫煅燒石灰石的反應中，反應物總能量高于生成物總能量 B．中和反應中，反應物總能量高于生成物總能量 C．鋁粉和鹽酸反應時，溶液溫度通常會上升 D．氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體的反應是吸熱反應 【解析】 石灰石分解是吸熱反應，應是反應物總能量低于生成物總能量，A錯誤；中和反應是放熱反應，應是反應物總能量高于生成物的總能量，B正確；鋁粉和鹽酸反應屬于放熱反應，因此溶液溫度通常會上升，C正確；氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體在常溫下就能發(fā)生反應，但屬于吸熱反應，D正確。 【答案】 A (2018信陽高級中學期中)下列變化過程，屬于吸熱反應的是( ) ①碳與水蒸氣反應?、趯⒛懙\加熱變?yōu)榘咨勰、蹪釮2SO4稀釋 ④氯化銨晶體溶于水?、軭2在Cl2中燃燒 ⑥液態(tài)水變成水蒸氣 ⑦NH4Cl晶體與Ba(OH)28H2O混合攪拌?、嗵妓徕}熱分解 A．①②④⑥⑦⑧ B．①②⑥⑦ C．④⑥⑦⑧ D．①②⑦⑧ 解析：③④⑥不是化學反應，錯誤；H2在Cl2中燃燒，是放熱反應，⑤錯誤；①②⑦⑧是吸熱反應。 答案：D 利用化學鍵數據計算化學反應中的能量 1．化學鍵與能量變化的關系 化學鍵的斷裂和形成是物質在化學反應中發(fā)生能量變化的主要原因。利用化學鍵的能量變化可粗略計算化學反應過程中的能量變化。 以H2＋Cl2===2HCl為例，利用化學鍵的能量變化計算，化學反應中的能量變化，1 mol H2和1 mol Cl2反應生成2 mol HCl的能量轉化如圖所示： 斷裂1 mol H—H鍵和1 mol Cl—Cl鍵吸收的總能量 436 kJ＋243 kJ＝679 kJ， 形成2 mol H—Cl鍵放出的總能量 431 kJ＋431 kJ＝862 kJ， 反應的熱量變化為679 kJ－862 kJ＝－183 kJ，即反應放出183 kJ熱量。 2．相關計算公式 (1)ΔQ＝Q(吸)－Q(放) (2)ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝反應物的總鍵能－生成物的總鍵能。 Q(吸)指反應物斷鍵吸收的總能量，Q(放)指生成物形成化學鍵釋放的總能量，ΔQ表示化學反應吸收或放出能量的多少。 物質的穩(wěn)定性與物質具有的能量的關系 (1)物質的能量越低越穩(wěn)定，參加反應時，化學鍵斷裂吸收的能量就越多；而如果是通過新化學鍵形成而生成該物質時，放出的能量就越多。 (2)物質的能量越高越不穩(wěn)定，參加反應時，化學鍵斷裂吸收的能量就越少；該物質化學性質活潑，而形成該物質時，放出的能量就越少。 已知2 mol H2完全燃燒生成水蒸氣放出熱量484 kJ，且1 mol H—H鍵斷裂時吸收熱量為436 kJ，水蒸氣中1 mol H—O鍵形成時放出熱量463 kJ，則O2中1 mol O===O鍵完全斷裂時吸收熱量( ) A．496 kJ B．188 kJ C．557 kJ D．920 kJ 【解析】 根據反應方程式2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)，可知2 mol H2完全燃燒生成2 mol H2O(g)放出熱量484 kJ，可設1 mol O===O鍵完全斷裂吸收的熱量為Q，則ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝2436 kJ＋Q－4463 kJ＝－484 kJ，解得Q＝496 kJ。 【答案】 A (2018湖南師大附中期中)NF3是一種溫室氣體，其存儲能量的能力是CO2的12 000～20 000倍，在大氣中的壽命可長達740年，如表所示是幾種化學鍵的鍵能： 化學鍵 N≡N F—F N—F 鍵能(kJmol－1) 946 154.8 283.0 下列說法中正確的是( ) A．過程N2(g)―→2N(g)放出能量 B．過程N(g)＋3F(g)―→NF3(g)放出能量 C．反應N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)為吸熱反應 D．NF3吸收能量后如果沒有化學鍵的斷裂與生成，仍可能發(fā)生化學反應 解析：N2(g)―→2N(g)為化學鍵的斷裂過程，應該吸收能量，A錯誤；N(g)＋3F(g)―→NF3(g)為形成化學鍵的過程，放出能量，B正確；反應N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)的ΔH＝(946＋3154.8－283.06)kJmol－1＝－287.6 kJmol－1，ΔH＜0，屬于放熱反應，C錯誤；化學反應的實質是舊鍵的斷裂和新鍵的形成，NF3吸收能量后如果沒有化學鍵的斷裂與生成，則不能發(fā)生化學反應，D錯誤。 答案：B 1.(2018北京師大附中期中)未來可再生能源和清潔能源將成為人類利用新能源的主力軍，下列關于能源的敘述正確的是( ) A．化石燃料是可再生能源 B．風能、太陽能是清潔能源 C．化石燃料都是清潔能源 D．氫能是不可再生的清潔能源 解析：化石燃料屬于不可再生能源，A錯誤；風能、太陽能對環(huán)境無影響，是清潔能源，B正確；化石燃料燃燒時會產生二氧化硫等污染物，不是清潔能源，C錯誤；氫氣燃燒的產物是水，電解水可以獲得氫氣，因此氫能是可再生的清潔能源，D錯誤。 答案：B 2．下列選項屬于釋放能量的化學反應的是( ) A．糖類在人體內緩慢氧化 B．濃硫酸稀釋 C．碳和二氧化碳生成一氧化碳 D．碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳 解析：A項化學反應放熱，符合題意；B項不是化學反應，不符合題意；C、D兩個化學反應吸熱，不符合題意。 答案：A 3．如圖是化學反應中物質變化和能量變化的示意圖。若E1>E2，則下列反應符合該示意圖的是( ) A．NaOH溶液與稀鹽酸的反應 B．鋅與稀鹽酸的反應 C．氫氧化鋇與氯化銨固體的反應 D．一氧化碳在空氣中的燃燒反應 解析：由于吸收的能量大于反應放出的能量，故反應總的能量變化為吸收能量，A、B、D三項的三個反應為放熱反應；C項反應為吸熱反應，故選C項。 答案：C 4．(2018云南民族大學附中期中)CH4在O2中燃燒生成CO2和氣態(tài)H2O的反應是一個放熱反應，在反應過程中( ) A．核能轉化成熱能 B．化學能轉化成熱能 C．生成物的總能量等于反應物的總能量 D．生成物的總能量大于反應物的總能量 解析：CH4在O2中燃燒生成CO2和氣態(tài)H2O的反應為放熱反應，在放熱反應過程中化學能轉化成熱能，反應物的總能量大于生成物的總能量，B正確。 答案：B 5．在一定條件下，M與N反應可生成P和Q，其能量變化如下圖： (1)若E1>E2，反應體系的總能量________(填“升高”或“降低”)，為________(填“吸熱”或“放熱”)反應。 (2)若E1
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