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1、第二章 化学反应与能量 第一节 化学能与热能,【新课导入】 (教师用书备用)“天宫一号”是中国第一个目标飞行器和空间实验室,于2011年9月29日在酒泉卫星发射中心发射。2016年10月17日早晨7点30分,我国的载人航天飞船“神舟十一号”由长征2F遥十一火箭发射升空。“神舟十一号”飞船搭载景海鹏和陈冬两名男性航天员与“天宫一号”成功实现对接,他们在轨工作、生活33天,创造了中国载人航天在轨飞行时间的新纪录。 你一定很想知道“天宫一号”中所装燃料产生的热能从何而来,与化学物质及其化学反应有什么关系?,【课标要求】 1.知道化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。 2.知道反应物与生成
2、物总能量相对高低是反应过程中能量变化的决定因素。 3.了解放热反应、吸热反应的含义。 4.通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。,知识探究 梳理知识点拨方法,探究点一 放热反应和吸热反应,一、化学键与化学反应中能量变化的关系 1.化学反应的实质,2.化学反应的基本特征 (1)有 生成。 (2)有 变化。,新物质,能量,3.化学反应中的能量变化的原因(微观角度),4.化学反应中能量变化的决定因素(宏观角度,E表示物质的能量),吸收,释放,放出,吸收,思考1 是否存在反应物的总能量等于生成物的总能量的化学反应?为什么? 答案:不存在。化学反应的特征之一是有能量变化,而化学反应过程中的能
3、量变化值则是反应物总能量与生成物总能量的差值,故两者不能相等。 二、化学能与热能的相互转化 1.化学能与热能的相互转化 (1)化学能转化为热能 盐酸与铝反应后,溶液温度 ,说明该反应是 反应; 中和热:酸与碱发生中和反应生成 时所释放的热量。,升高,放热,1 mol H2O,(2)热能转化为化学能 Ba(OH)28H2O晶体与NH4Cl晶体反应,烧杯 ,玻璃片与烧杯间的水结成冰将它们粘在一起,说明该反应是 反应,化学方程式为 .。,Ba(OH)28H2O+,吸热,(3)放热反应与吸热反应,思考2 浓硫酸稀释时放出热量,是放热反应吗? 答案:不是。放热反应应为化学反应,而浓硫酸稀释是物理变化。,
4、放出,吸收,变凉,2.化学反应中能量变化的应用 利用 转化为 进行生活、生产和科研,提供人类生存和发展所需要的能量和动力;利用热能转化为化学能进行化工生产、研制新物质。 3.人类利用能源的三个阶段时期、 时期和 时期。 能源和 能源是两类重要的新能源,主要有 、 、 、 等。,化学能,热能,柴草,化石能源,多能源结构,可再生,清洁,太阳能,氢能,核能,生物质能,名师点拨,1.吸热反应与放热反应的判断 (1)从化学键断裂与形成角度判断,若E1E2,化学反应表现为吸热反应; 若E1E,化学反应表现为放热反应;,若EE,化学反应表现为吸热反应。 2.物质的稳定性与能量的关系,3.常见的吸热反应、放热
5、反应易错辨析 (1)吸热反应和放热反应均是化学反应。NaOH固体溶于水、浓硫酸稀释属于放热过程,NH4NO3固体溶于水属于吸热过程,不属于化学反应。,(2)需要加热的反应不一定是吸热反应,如Fe+S FeS,需要加热才能进行,但该反应是放热反应,有些吸热反应在常温下也能进行,如Ba(OH)28H2O和NH4Cl反应,故反应条件与该反应的能量变化之间没有必然联系。 (3)一个反应若正向是放热反应,则逆向为吸热反应,故判断一个反应的热效应时需弄清反应方向。 (4)某个反应开始时需用酒精灯加热,当反应开始后撤掉酒精灯反应仍在继续,说明该反应是放热反应。,过关演练 巩固知识提升能力,1.下列变化过程,
6、属于放热反应的是( ) 液态水变成冰 酸碱中和反应 固体NaOH溶于水 H2在Cl2中燃烧 碳高温条件下还原CO2 锌与稀硫酸的反应 A. B. C. D.,C,解析:液态水变成冰要放出热量,是物理变化,故错误;酸碱中和反应放出热量,属于放热反应,故正确;固体NaOH溶于水要放出热量,是物理变化,故错误;H2在Cl2中燃烧要放出热量,属于放热反应,故正确;碳高温条件下还原CO2,属于吸热反应,故错误;锌与稀硫酸的反应属于放热反应,故正确。,2.“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( )A.煤炭、石油、潮汐能 B.水能、生物能、天然气 C.太阳能、风能、沼气 D
7、.地热能、海洋能、核能,C,解析:煤炭、石油、天然气不是新能源,也不是可再生能源,A、B不符合;地热能是来自地球内部的能源,核能也不是来自太阳的能源,D不符合。,3.(2017河南天一大联考)为证明铝与盐酸的反应是放热反应,下列实验装置可达到实验目的,且方案最佳的是( ),A,解析:铝与盐酸反应时有氢气生成,B项的烧杯中产生气泡或者D项中红墨水的液面变化并不能说明反应时放出热量,结合B项中装置反应完成并冷却后会产生液柱,也能说明放热,但分析太复杂,不直观,效果不理想,B、D不符合题意;C项中装置未形成密闭体系,C不符合题意;而A项中产生的气体则对实验无影响,A符合题意。,探究点二 化学反应中能
8、量变化的计算,知识探究 梳理知识点拨方法,1.两条基本的自然定律,不变,不变,2.化学键与能量 物质中原子之间是通过化学键相结合的。断开物质中的化学键要吸收能量,而形成物质中的化学键要放出能量。如下表:化学键的变化与能量的关系(25 、101 kPa),注意:断开和形成1 mol相同的化学键吸收和放出的能量数值相同。化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。物质中所含化学键的键能越大,则该物质具有的能量越低。,吸收,放出,吸收,放出,名师点拨,根据化学键形成和断裂时的能量变化计算化学反应中能量变化的方法Q(吸)表示断裂反应物所有化学键吸收的能量总和;Q(放)表示形成生成物所有化学键放出
9、的能量总和。化学反应放出能量还是吸收能量取决于反应物中化学键断裂时所吸收的能量和生成物中化学键形成时所放出的能量的相对大小。Q=Q(吸)-Q(放) 。,过关演练 巩固知识提升能力,1.已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ,且氧气中1 mol O O键完全断裂时吸收热量496 kJ,水蒸气中1 mol HO键形成时放出热量463 kJ,则氢气中1 mol HH键断裂时吸收热量为( ) A.920 kJ B.557 kJ C.436 kJ D.188 kJ,C,解析:设氢气中1 mol HH键断裂时吸收热量为a。Q=Q(吸)-Q(放)= 496 kJ+2a-463 kJ4=-12
10、1 kJ4,则a=436 kJ。,2.(2017山东济南检测)反应Cl2+H2 2HCl可以爆炸的方式剧烈进行,该实验能充分证明( ) A.1 mol Cl2的能量高于1 mol HCl B.Cl2的还原性强于H2 C.1 mol Cl2的能量高于1 mol H2 D.Cl2的氧化性强于HCl,D,解析:该反应可从两个角度分析,从能量的角度,说明1 mol Cl2和1 mol H2的能量总和远大于2 mol HCl所具有的能量,故A、C错;从氧化还原反应的角度分析,即氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性,还原剂的还原性大于还原产物的还原性,因此选D。,3.(2016广东湛江高一检测)肼(H2NN
11、H2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示,已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ):NN键为942、O O键为500、NN键为154,则断裂1 mol NH键所需的能量(kJ)是( ),B,A.194 B.391 C.516 D.658,解析:利用图示可知1 mol 肼和氧气变成原子时断键需要的能量为 2 752 kJ-534 kJ=2 218 kJ。肼和氧气断键变为原子时要断裂1个NN键,4个NH键,1个O O键,所以 1154 kJ+4E(NH键)+1 500 kJ=2 218 kJ,解得断裂1 mol NH键所需的能量为391 kJ。,课堂检测 即学即测查漏补缺,1.下列属
12、于吸热反应的是( ) A.液态水汽化 B.氢气燃烧 C.浓硫酸的稀释 D.Ba(OH)28H2O和NH4Cl(s)混合,解析:液态水汽化是吸热过程,是物理变化,故A错误;氢气燃烧是放热反应,故B错误;浓硫酸的稀释是放热过程,不是化学反应,故C错误;Ba (OH)28H2O和NH4Cl反应是吸热反应,故D正确。,D,2.(2017江苏无锡四校联考)下列符合图中的实验是( )A.天然气燃烧 B.浓硫酸倒入水中 C.用氢气还原氧化铜 D.铝热反应,解析:该反应为吸热反应。A项,天然气燃烧放出大量的热,为放热反应,错误;B项,浓硫酸倒入水中,放出热量,且不属于化学变化,错误;C项,用氢气还原氧化铜,为
13、吸热反应,正确;D项,铝热反应为放热反应,错误。,C,3.根据如图所示的信息,判断下列叙述不正确的是( ),B,H2O(g),解析:对同一个化学键来说,断裂时吸收的能量与形成时放出的能量相等, A正确;H2在O2中燃烧为放热反应,B不正确;Q=Q(吸)-Q(放)=(436kJ+ 248 kJ)-926 kJ=-242 kJ,说明该反应中释放出242 kJ能量,C正确;放热反应的反应物总能量大于生成物总能量,D正确。,4.(2017湖南株洲联考)金刚石和石墨都是碳的单质,石墨在一定条件下可以转化为金刚石并需要吸收能量。已知12 g石墨或金刚石完全燃烧时放出的热量依次为Q1和Q2,下列说法错误的是
14、( ) A.Q1Q2 B.石墨不如金刚石稳定 C.石墨具有的能量比金刚石低 D.完全燃烧,生成的二氧化碳一样多,B,解析:石墨在一定条件下可以转化为金刚石并需要吸收能量,说明石墨的能量低于金刚石的能量,12 g石墨完全燃烧时放出的热量小于12 g金刚石完全燃烧时放出的热量,即Q1Q2,A正确;石墨转化为金刚石要吸收能量,说明石墨的能量低,石墨比金刚石稳定,B错误、C正确;金刚石和石墨互为同分异构体,等质量的金刚石和石墨完全燃烧时生成的二氧化碳质量是一样的,D正确。,5.断开1 mol HH键、1 mol NH键、1 mol NN键分别需要吸收的能量为436 kJ、391 kJ、946 kJ。求
15、: (1)1 mol N2完全反应生成NH3需 (填“吸收”或“放出”)能量 kJ。 (2)1 mol H2完全反应生成NH3需 (填“吸收”或“放出”)能量 kJ。(不考虑可逆反应),答案:(1)放出 92 (2)放出 30.7,实验微专题三 化学反应中能量变化的实验探究,化学反应中能量变化的定性探究,可以:(1)用手触摸反应容器外壁,感知温度变化(适用于吸热、放热明显的反应)。(2)用温度计测量反应前后温度变化(适用于吸热、放热不很明显的反应)。(3)设计如图装置(适用于吸热、放热不很明显的反应)。,【典型例题】 某同学设计如下三个实验方案以探究某反应是放热反应还是吸热反应。 方案一:如图1,在小烧杯里放一些除去氧化铝保护膜的铝片,然后向烧杯里加入10 mL 2 molL-1稀硫酸,再插入一支温度计,温度计的示数由20 逐渐升至75 ,随后,逐渐下降至30 ,最终停留在20 。 方案二:如图2,在烧杯底部用熔融的石蜡粘一块小木片,在烧杯里加入10 mL 2 molL-1硫酸溶液,再向其中加入氢氧化钠溶液,片刻后提起烧杯,发现小木片脱落下来。,
