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化学反应与热能
第1课时
第一节　化学反应与能量变化
学习目标
1.通过实验和已有知识、经验感受化学反应中的能量变化,知道常见的吸热反应、放热反应,树立物质变化中伴随能量变化的
观念。
2.能从反应物与生成物所具有的总能量、化学键的断裂与形成两个角度理解化学反应中能量变化的主要原因,提升证据推理能力。
3.通过多种渠道了解人类对化学反应中能量的利用情况,了解节能的意义和方法,感受化学学科的社会价值,培养科学态度与社会责任。
『自主梳理』
学习任务1　探究化学能与热能的转化
1.化学反应与热能
化石燃料燃烧会释放大量的热。除了燃烧,其他化学反应也伴随着
或 现象。
放热
吸热
实验操作
实验现象 　 有 气体产生,用手触摸杯壁下部,烧杯壁 ,用手拿起烧杯,
实验结论 该反应产生 , 热量 该反应产生NH3, 热量
反应过程中伴有 2.化学能与热能的实验探究[实验6-1]和[实验6-2]
镁条逐渐溶解,有气泡产生,
温度计的示数升高
刺激性气味
变凉
木片粘在烧杯上
气体
放出
吸收
热量的释放或吸收
3.放热反应和吸热反应
(1)概念。
化学上把释放热量的化学反应称为 ,把吸收热量的化学反应称为 。
放热反应
吸热反应
(2)常见的放热反应和吸热反应。
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; ⑥H2O2分解、铝热反应; …… ①大多数分解反应;
②C+CO2、C+H2O(以C、H2为还原剂的氧化还原反应);
③Ba(OH)2·8H2O+NH4Cl(固态铵盐与碱的反应);
④NaHCO3与盐酸的反应;
……
『互动探究』
探究　对放热反应与吸热反应的理解
如图所示装置气密性良好。
问题1:该装置能否用来判断物质变化过程的吸、放热情况
提示:能。如果使用试剂水和生石灰、水和氢氧化钠等,是放热过程,装置内部压强增大,使注射器活塞向右移动。如果使用试剂水和硝酸铵等,是吸热过程,实验过程中注射器活塞会向左移动。
问题2:硝酸铵溶于水时吸热,氢氧化钠固体溶于水和浓硫酸稀释时会放热,能说它们分别是吸热反应或放热反应吗 请说明理由。
提示:不能。这些物质溶于水时伴有吸热或放热现象,但不属于化学变化,因此不是吸热反应或放热反应。
提示:目的一般是引发反应或增大反应速率。
问题3:该装置没有加热装置,是否只能用来验证放热反应
提示:不是。反应放热或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。
问题4:很多放热反应需要加热、高温或者点燃条件,采取这些操作的目的是什么
问题5:做实验时,吸热反应和放热反应都可能需要用酒精灯加热,怎样判断该反应是吸热反应还是放热反应
提示:持续用酒精灯加热,撤掉酒精灯反应就停止的是吸热反应;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。
对吸热反应和放热反应的理解
(1)“三个不一定”:①需加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如碳和氧气的反应;②放热反应常温下不一定容易发生,如铝热反应;③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。
(2)吸热反应和放热反应都是化学变化,如NaOH固体溶于水是放热过程,但不是放热反应;升华、蒸发等过程是吸热过程,但不是吸热反应。
归
纳
拓
展
『题组例练』
1.下列说法正确的是(　　)
A.任何放热反应在常温条件下一定能发生
B.生石灰溶于水的过程中有物质变化,也伴随着能量变化
C.炎热夏季,洒在道路上的水吸热蒸发,该过程是吸热反应
D.烛光晚餐时,蜡烛燃烧仅产生热能一种能量
B
解析:放热反应在常温条件下不一定能发生,如铝热反应为放热反应,常温下不能发生,A错误;生石灰溶于水的过程中CaO与H2O生成Ca(OH)2,有物质变化,且伴随着热量的放出,B正确;炎热夏季,洒在道路上的水吸热蒸发,属于吸热过程,而不是吸热反应,C错误;烛光晚餐时,蜡烛燃烧产生了热能、光能,D错误。
2.古代诗词中蕴含着许多科学知识,下列叙述正确的是(　　)
A.“冰,水为之,而寒于水”说明水转化为冰为放热反应
B.“纷纷灿烂如星陨, 喧豗似火攻”所描述的产生灿烂烟花的反应是吸热反应
C.“千锤万凿出深山,烈火焚烧若等闲”描述的石灰石煅烧是吸热反应
D.“煮豆燃豆萁,豆在釜中泣”,这里的变化只有化学能转化为
热能
C
解析:水转化为冰是物理变化,是放热过程,A错误;产生灿烂烟花的反应是燃烧反应,是放热反应,B错误;石灰石的煅烧是分解反应,绝大多数分解反应是吸热反应,C正确;燃烧是剧烈的发光发热的氧化还原反应,因此这里的变化是化学能转化为热能和光能,D错误。
学习任务2　探究化学反应中能量变化的原因
『自主梳理』
1.从化学键变化的角度理解能量变化的原因
(1)实例。
H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)的
反应过程如图所示:
吸收
吸收
放出
放出
(2)原因。
(3)结论。
E1>E2,反应 能量(吸热反应);
E1吸收
放出
吸收
放出
放热反应 吸热反应
化学能转化为 　 热能转化为化学能被生成物“储存”
2.从反应物及生成物总能量的相对大小理解能量变化的原因
释放
吸收
热能
3.化学反应与能源
(1)获取热能的主要途径——物质的燃烧。
早期:以 为主要能源。
现代:以 为主要能源。
(2)化石燃料利用过程中待解决的问题。
①短期内 ,储量有限;
②煤和石油产品燃烧排放的粉尘、 等造成大气污染。
树枝杂草
煤、石油和天然气
不可再生
SO2、NOx、CO
(3)解决方法。
①节能:燃料燃烧阶段,提高燃料的燃烧效率;能量利用阶段,提高能源利用率。
②开发利用新能源:理想的新能源具有资源丰富、 、
等特点,如
等。
可以再生
对环境无污染
太阳能、风能、地热能、海洋能和
氢能
『互动探究』
探究　化学反应中的能量变化
研究人员研制出一种新型复合光催化剂,利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,其主要过程如图所示。
几种物质中化学键的键能如表所示。[已知:①键能是指气态分子中1 mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。②1 mol化学键断裂(或形成)吸收(或放出)的能量的数值等于其键能的值。]
化学键 键能/(kJ/mol)
H2O中H—O 463
O2中O O 496
H2中H—H 436
H2O2中O—O 138
H2O2中O—H 463
问题1:该过程的总反应如何表示 该反应的本质是什么
问题2:若反应过程中分解了2 mol H2O,请分析过程Ⅰ、过程Ⅱ、过程Ⅲ的能量变化情况,并计算出具体数值。
提示:过程Ⅰ中2 mol H2O各断裂了1 mol H—O,共吸收了
463 kJ×2=926 kJ能量;过程Ⅱ中形成了 1 mol H—H和1 mol O—O,共放出了436 kJ+138 kJ=574 kJ能量;过程Ⅲ相当于断裂了
2 mol H2O2中的H—O,吸收了463 kJ×2=926 kJ 能量,同时形成了1 mol H—H,放出了 436 kJ 能量,形成的O O是由O—O转变成的,放出496 kJ-138 kJ=358 kJ能量,整个过程Ⅲ吸收了926 kJ-436 kJ-358 kJ=132 kJ能量。
问题3:常温下,2 mol H2O分解与H2和O2化合生成2 mol H2O的热量有何关系
提示:2 mol H2O分解吸收热量,生成2 mol H2O放出热量,但数值上相等。
问题4:研究人员研制出一种新型复合光催化剂,利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,被认为开启了由水制取氢气的新篇章,为什么
提示:传统的由水电解制取氢气,消耗电能。而利用太阳光在新型复合光催化剂表面分解水制取氢气,高效且只消耗来源广泛的太阳能。
问题5: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表示断裂1 mol H—H、0.5 mol O O所吸收的能量,
b表示形成2 mol H—O所放出的能量。
归
纳
拓
展
放热反应与吸热反应的比较
项目 放热反应 吸热反应
定义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应
形成 原因 反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量
与化学 键强弱 的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量
反应过程图示
反应举例 如Na和水反应、铝热反应等 如H2还原CuO、Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
『题组例练』
1.已知某反应中能量变化如图所示。下列所得结论正确的是(　　)
A.该图像可以表示氯化铵与氢氧化钡晶体反应的能量变化
B.若反应物是石墨,生成物是金刚石,则金刚石更稳定
C.该反应过程中,形成新化学键释放的总能量大于断裂旧化学键吸收的总能量
D.因为生成物的总能量高于反应物的总能量,所以该反应一定需要加热才可进行
A
解析:题给图像中反应物的总能量小于生成物的总能量,该反应为吸热反应,可表示NH4Cl与 Ba(OH)2·8H2O晶体反应中的能量变化,A正确;互为同素异形体的物质,其能量越低越稳定,则金刚石更不稳定,B错误;该反应为吸热反应,形成新化学键释放的总能量小于断裂旧化学键吸收的总能量,C错误;反应吸热还是放热与反应条件无关,该反应不一定需要加热,D错误。
2.科学家已获得了气态N4分子,其结构为正四面体形(如图所示)。已知断裂1 mol N—N吸收193 kJ能量,断裂1 mol N≡N吸收946 kJ能量。下列说法正确的是(　　)
A.N4属于一种新型的化合物
B.N4(g) 4N(g)的过程中吸收772 kJ能量
C.1 mol N4转化为N2时要吸收734 kJ能量
D.N4和N2互为同素异形体,N4转化为N2属于化学变化
D
解析:N4是氮元素形成的非金属单质,A错误;N4(g) 4N(g)是化学键断裂的过程,需要吸收能量为6×193 kJ=1 158 kJ,B错误;1 mol N4中含6 mol N—N,2 mol N2中含2 mol N≡N,断裂 6 mol N—N吸收6×193 kJ=1 158 kJ能量,形成2 mol N≡N放出946 kJ×2=1 892 kJ能量,故 1 mol N4转化为2 mol N2放出的能量为 1 892 kJ-1 158 kJ=
734 kJ,C错误;N4和N2为氮元素的不同单质,互为同素异形体,N4转化为N2时有新物质生成,属于化学变化,D正确。
知识整合
学科素养测评
现代社会的一切活动都离不开能量,化学反应在发生物质变化的同时伴随能量的变化。回答下列问题。
(1)下列反应属于放热反应的是　　　　(填字母)。
A.盐酸与NaHCO3反应
B.Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应
C.Zn和稀硫酸反应
D.KOH溶液和稀硝酸反应
CD
解析:(1)盐酸与NaHCO3反应、Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应均为常见的吸热反应,而Zn和稀硫酸反应、KOH溶液和稀硝酸反应均为常见的放热反应,选CD。
(2)由如图的能量转化关系可知生成16 g CH3OH(l)需要　
(填“吸收”或“放出”)　　　kJ能量。
放出
解析:(2)结合图示可知1 mol CO(g)和2 mol H2(g)反应生成
1 mol CH3OH(l)放出(510-419) kJ=91 kJ能量,根据正比关系可知,生成16 g即0.5 mol CH3OH(l)时放出45.5 kJ能量。
45.5
(3)某实验小组为了探究化学能与热能的转化,设计了如图所示的三套实验装置。
①某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平),
在甲试管中加入了适量Ba(OH)2溶液与稀硫酸,U形管中可观察到的现象是　　　　　　　　　　　　　　　。
左端液面降低,右端液面升高
解析:(3)①装置Ⅰ中,甲试管中Ba(OH)2溶液与稀硫酸的反应为放热反应,则乙中气体受热膨胀,U形管中可观察到的现象是左端液面降低,右端液面升高。
②上述3个装置中,能探究“铜与浓硝酸的反应是吸热反应还是放热反应”的装置是　　 　(填装置序号)。
Ⅰ、Ⅱ
解析:②题述3个装置中,装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝酸反应的热效应;装置Ⅱ可通过烧杯中产生气泡或导管中形成一段水柱判断铜与浓硝酸反应的热效应;装置Ⅲ是铜与浓硝酸反应并将产生的气体用水吸收的装置,不能探究反应的热效应,则能探究“铜与浓硝酸的反应是吸热反应还是放热反应”的装置是Ⅰ、Ⅱ。
命题解密与解题指导
情境解读:本题以常见吸热反应与放热反应的判断、化学反应中能量变化、实验探究吸热反应与放热反应等为载体,考查对吸热反应、放热反应的理解与实验探究等。
素养立意:能根据常见反应类型、能量变化图像等判断吸热或放热反应,能结合实验装置理解吸热或放热反应;同时培养证据推理与模型认知的学科核心素养。
思路点拨:(1)常见的吸热与放热反应,根据能量图示分析吸热或放热反应。
(2)能设计实验装置,探究化学反应中的能量变化。
谢 谢 观 看

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