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化学必修2第一节 化学能与热能教案及反思
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这是一份化学必修2第一节 化学能与热能教案及反思，共8页。
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．通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。
3．了解能量转化在生产、生活中的应用。
1．化学反应的实质：化学反应的过程，就是旧化学键断裂，新化学键形成的过程。
2．化学反应中能量变化的原因：断开反应物中的化学键要吸收能量，形成生成物中的化学键要放出能量，二者的差值构成化学反应中的能量变化。
3．决定化学反应中能量变化的因素：化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
4．化学反应中的能量变化：通常表现为热量的变化，酸与碱的中和反应是放热反应，反应后总能量降低。
5．吸热反应和放热反应：放出能量的化学反应为放热反应，吸收能量的化学反应为吸热反应。
6．中和热：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1_ml水时所释放出的热量。
[新知探究]
1．化学反应中的能量变化的原因(微观角度)
Q(吸)＞Q(放)：反应吸收能量。
Q(吸)＜Q(放)：反应释放能量。
2．化学反应中能量变化的决定因素(宏观角度)
物质内部含有化学键，因而物质内部储存有化学能。不同物质由于组成、结构不同，因而所包含的化学能不同。化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物和生成物总能量的相对大小。如图所示：
反应物总能量＜生成物总能量，反应吸收能量；
反应物总能量＞生成物总能量，反应放出能量。
[问题讨论]
1．断裂1 ml CH键要吸收415 kJ能量，形成1 ml CH键要释放415 kJ能量，1 ml CH4中含有4 ml CH键，断开 1 ml CH4中含有的CH键，要吸收 1 660 kJ 能量。化学键的断裂与形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。
2．根据如图所示的数据，你能否计算出氢气和氯气反应的能量变化？
提示：1 ml H2中含有1 ml H－H键，断开1 ml H－H键吸收436 kJ能量。1 ml Cl2中含有1 ml Cl－Cl键，断开1 ml Cl－Cl键吸收243 kJ能量。形成1 ml HCl分子中的H－Cl键会放出431 kJ能量，则断裂化学键吸收的总能量为：436 kJ＋243 kJ＝679 kJ，形成化学键放出的总能量为：431 kJ×2＝862 kJ，因此，反应中放出的能量为：862 kJ－679 kJ＝183 kJ。
[名师点拨]
1．当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时，该反应吸收能量；当破坏反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量时，该反应放出能量。
2．物质的稳定性与能量的关系
物质本身所具有的能量越高，该物质越不稳定，物质本身具有的能量越低，该物质越稳定，即能量越低越稳定。
[对点演练]
1．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ，且氧气中1 ml O===O键完全断裂时需要吸收能量496 kJ，水蒸气中1 ml H—O键形成时放出能量463 kJ，则氢气中1 ml H—H键断裂时吸收能量为( )
A．920 kJ B．557 kJ
C．436 kJ D．188 kJ
解析：选C 由1 g H2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ可知：2 g H2(即含1 ml H—H键)完全燃烧生成水蒸气时放出能量为121 kJ×2＝242 kJ。由化学方程式H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)eq \(=====,\s\up7(点燃))H2O(g)，可设1 ml H—H键断裂吸收的能量为Q，则：Q＋eq \f(1,2)×496 kJ－2×463 kJ＝－242 kJ，得Q＝436 kJ。
2．如图表示吸收能量反应的图像是( )
解析：选C 当反应物的总能量小于生成物的总能量时，该反应为吸收能量的反应。
[新知探究]
实验探究：化学能与热能的相互转化
1．铝与盐酸的反应
2.氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应
3.氢氧化钠与盐酸的反应
[问题讨论]
1．什么是放热反应？常见的放热反应有哪些？
提示：(1)反应过程中放出热量的反应，叫放热反应。
(2)常见的放热反应：①金属与酸的反应，②酸碱中和反应，③大部分化合反应，④燃料的燃烧。
2．什么是吸热反应？常见的吸热反应有哪些？
提示：(1)反应过程中吸收热量的反应，叫吸热反应。
(2)常见的吸热反应：①大多数分解反应，②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应，③C与CO2、C与H2O(g)的反应等。
3．根据你的生活经验和已学知识，判断下列反应是放热反应还是吸热反应。
(1)镁条的燃烧——放热反应
(2)高温煅烧石灰石——吸热反应
(3)氧化钙与水的反应——放热反应
(4)盐酸和氢氧化钙溶液反应——放热反应
4．什么是中和热？
提示：酸和碱发生中和反应生成1 ml H2O时所释放的热量称为中和热。
5．某些常见的热效应：①浓硫酸溶于水，②NaOH溶于水，③CaO溶于水，④铵盐溶于水。其中属于放热反应的是
______________。
提示：③
[名师点拨]
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)根据生成物和反应物的相对稳定性判断——由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应。
(5)根据反应条件判断——凡是需要持续加热才能进行的反应就是吸热反应。反之，一般为放热反应。
[特别提醒] (1)有热量放出未必是放热反应，放热反应和吸热反应必须是——化学变化。
(2)反应条件与热量变化没有必然的关系，即需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。
[对点演练]
3．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是( )
A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的
B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热，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化学键所放出的能量
D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量
解析：选D 吸热反应中反应物的总能量<生成物的总能量，不能单指某一种反应物与某一种生成物能量的大小，A错误，D正确；吸热反应不一定必须加热才能发生，B错误；从微观角度解释，吸热反应中破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，C错误。
1．下列过程一定释放能量的是( )
A．化合反应 B．分解反应
C．分子拆分成原子 D．原子组合成分子
解析：选D 分子拆分成原子是断开化学键的过程，吸收能量；原子组合成分子是形成化学键的过程，释放能量。
2．下列说法正确的是( )
A．化学反应未必伴随能量变化
B．放热反应全部不需要加热即可发生
C．需要加热条件的化学反应都是吸热反应
D．化学变化中的能量变化主要由化学键变化引起的
解析：选D 化学反应过程中必然伴随有能量变化，A错误；放热反应与吸热反应与反应条件无关，B、C错误；化学反应可以分为旧键断裂和新键形成两个过程，前者吸热，后者放热，化学反应的吸放热取决于两个过程的热量多少，D正确。
3．在下列化学变化中，反应物的总能量低于生成物总能量的是( )
A．2H2＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2H2O
B．CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑
C．CaO＋CO2===CaCO3
D．C2H5OH＋3O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2＋3H2O
解析：选B 当反应物的总能量低于生成物的总能量时，该反应为吸热反应，H2、C2H5OH的燃烧均为放热反应；CaO与CO2的化合反应属于放热反应；CaCO3的分解反应属于吸热反应。
4．下列有关能量转换的说法不正确的是( )
A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成化学能的过程
解析：选C 煤燃烧是将化学能转化为热能的过程，A项正确；化石燃料和植物燃料中的能量均来自太阳能，B项正确；动物体内葡萄糖被氧化生成CO2，是化学能转化为热能的过程，C项错误；植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖，是太阳能转化为化学能的过程，D项正确。
5．化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是( )
A．该反应是吸热反应
B．断裂1 ml A—A键和1 ml B—B键能放出x kJ能量
C．断裂2 ml A—B键需要吸收y kJ的能量
D．2 ml AB的总能量高于1 ml A2和1 ml B2的总能量
解析：选C 由图示知反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时吸收能量，B项错误。
6．如图所示，在小试管里加入2 g新制备的无水硫酸铜，把小试管套在具支试管内。在U形管内加入少量红墨水。打开T形管螺旋夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面。再夹紧螺旋夹，把水滴入小试管内，白色的无水硫酸铜完全变成蓝色的五水硫酸铜晶体，可观察到U形管右侧的液面立即下降，左侧的液面上升。
(1)①写出上述反应的化学方程式：_______________________。
②该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
③反应中的无水硫酸铜和水具有的总能量______(填“大于”或“小于”)五水硫酸铜晶体的总能量。
(2)如果U形管内两边的液面处于同一水平面后，在小试管内先加入Ba(OH)2·8H2O晶体，再加入NH4Cl固体，用玻璃棒不断搅拌，则可观察到U形管中的现象为____________。
解析：(1)滴入水后，CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O，现象是U形管右侧液面下降，左侧液面上升，可知是具支试管内气体受热膨胀，压强增大所致，所以此反应是放热反应，CuSO4和H2O的总能量大于CuSO4·5H2O的总能量。(2)Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，反应吸热，导致具支试管内气体压强减小，U形管中右侧液面上升，左侧液面下降。
答案：(1)①CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O
②放热 ③大于
(2)U形管右侧液面上升，左侧液面下降
实验操作
实验现象
反应方程式
实验结论
铝条逐渐溶解，表面有气泡冒出，温度计指示温度升高
2Al＋6HCl
===2AlCl3
＋3H2↑
反应过程中放出能量，化学能转化成热能
实验操作
实验现象
反应方程式
实验结论
产生刺激性气味的气体，反应物温度降低，烧杯与玻璃片粘在一起
Ba(OH)2·8H2O＋
2NH4Cl===BaCl2
＋2NH3↑＋10H2O
反应中吸收能量，热能转化成化学能
实验操作
实验现象
实验结论
混合溶液的温度比反应前盐酸和NaOH溶液的温度高
反中放出能量，化学能转化成热能
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．通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。
3．了解能量转化在生产、生活中的应用。
1．化学反应的实质：化学反应的过程，就是旧化学键断裂，新化学键形成的过程。
2．化学反应中能量变化的原因：断开反应物中的化学键要吸收能量，形成生成物中的化学键要放出能量，二者的差值构成化学反应中的能量变化。
3．决定化学反应中能量变化的因素：化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
4．化学反应中的能量变化：通常表现为热量的变化，酸与碱的中和反应是放热反应，反应后总能量降低。
5．吸热反应和放热反应：放出能量的化学反应为放热反应，吸收能量的化学反应为吸热反应。
6．中和热：在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1_ml水时所释放出的热量。
[新知探究]
1．化学反应中的能量变化的原因(微观角度)
Q(吸)＞Q(放)：反应吸收能量。
Q(吸)＜Q(放)：反应释放能量。
2．化学反应中能量变化的决定因素(宏观角度)
物质内部含有化学键，因而物质内部储存有化学能。不同物质由于组成、结构不同，因而所包含的化学能不同。化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物和生成物总能量的相对大小。如图所示：
反应物总能量＜生成物总能量，反应吸收能量；
反应物总能量＞生成物总能量，反应放出能量。
[问题讨论]
1．断裂1 ml CH键要吸收415 kJ能量，形成1 ml CH键要释放415 kJ能量，1 ml CH4中含有4 ml CH键，断开 1 ml CH4中含有的CH键，要吸收 1 660 kJ 能量。化学键的断裂与形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。
2．根据如图所示的数据，你能否计算出氢气和氯气反应的能量变化？
提示：1 ml H2中含有1 ml H－H键，断开1 ml H－H键吸收436 kJ能量。1 ml Cl2中含有1 ml Cl－Cl键，断开1 ml Cl－Cl键吸收243 kJ能量。形成1 ml HCl分子中的H－Cl键会放出431 kJ能量，则断裂化学键吸收的总能量为：436 kJ＋243 kJ＝679 kJ，形成化学键放出的总能量为：431 kJ×2＝862 kJ，因此，反应中放出的能量为：862 kJ－679 kJ＝183 kJ。
[名师点拨]
1．当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时，该反应吸收能量；当破坏反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量时，该反应放出能量。
2．物质的稳定性与能量的关系
物质本身所具有的能量越高，该物质越不稳定，物质本身具有的能量越低，该物质越稳定，即能量越低越稳定。
[对点演练]
1．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ，且氧气中1 ml O===O键完全断裂时需要吸收能量496 kJ，水蒸气中1 ml H—O键形成时放出能量463 kJ，则氢气中1 ml H—H键断裂时吸收能量为( )
A．920 kJ B．557 kJ
C．436 kJ D．188 kJ
解析：选C 由1 g H2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ可知：2 g H2(即含1 ml H—H键)完全燃烧生成水蒸气时放出能量为121 kJ×2＝242 kJ。由化学方程式H2(g)＋eq \f(1,2)O2(g)eq \(=====,\s\up7(点燃))H2O(g)，可设1 ml H—H键断裂吸收的能量为Q，则：Q＋eq \f(1,2)×496 kJ－2×463 kJ＝－242 kJ，得Q＝436 kJ。
2．如图表示吸收能量反应的图像是( )
解析：选C 当反应物的总能量小于生成物的总能量时，该反应为吸收能量的反应。
[新知探究]
实验探究：化学能与热能的相互转化
1．铝与盐酸的反应
2.氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应
3.氢氧化钠与盐酸的反应
[问题讨论]
1．什么是放热反应？常见的放热反应有哪些？
提示：(1)反应过程中放出热量的反应，叫放热反应。
(2)常见的放热反应：①金属与酸的反应，②酸碱中和反应，③大部分化合反应，④燃料的燃烧。
2．什么是吸热反应？常见的吸热反应有哪些？
提示：(1)反应过程中吸收热量的反应，叫吸热反应。
(2)常见的吸热反应：①大多数分解反应，②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应，③C与CO2、C与H2O(g)的反应等。
3．根据你的生活经验和已学知识，判断下列反应是放热反应还是吸热反应。
(1)镁条的燃烧——放热反应
(2)高温煅烧石灰石——吸热反应
(3)氧化钙与水的反应——放热反应
(4)盐酸和氢氧化钙溶液反应——放热反应
4．什么是中和热？
提示：酸和碱发生中和反应生成1 ml H2O时所释放的热量称为中和热。
5．某些常见的热效应：①浓硫酸溶于水，②NaOH溶于水，③CaO溶于水，④铵盐溶于水。其中属于放热反应的是
______________。
提示：③
[名师点拨]
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)根据生成物和反应物的相对稳定性判断——由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应。
(5)根据反应条件判断——凡是需要持续加热才能进行的反应就是吸热反应。反之，一般为放热反应。
[特别提醒] (1)有热量放出未必是放热反应，放热反应和吸热反应必须是——化学变化。
(2)反应条件与热量变化没有必然的关系，即需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。
[对点演练]
3．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是( )
A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的
B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热，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化学键所放出的能量
D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量
解析：选D 吸热反应中反应物的总能量<生成物的总能量，不能单指某一种反应物与某一种生成物能量的大小，A错误，D正确；吸热反应不一定必须加热才能发生，B错误；从微观角度解释，吸热反应中破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，C错误。
1．下列过程一定释放能量的是( )
A．化合反应 B．分解反应
C．分子拆分成原子 D．原子组合成分子
解析：选D 分子拆分成原子是断开化学键的过程，吸收能量；原子组合成分子是形成化学键的过程，释放能量。
2．下列说法正确的是( )
A．化学反应未必伴随能量变化
B．放热反应全部不需要加热即可发生
C．需要加热条件的化学反应都是吸热反应
D．化学变化中的能量变化主要由化学键变化引起的
解析：选D 化学反应过程中必然伴随有能量变化，A错误；放热反应与吸热反应与反应条件无关，B、C错误；化学反应可以分为旧键断裂和新键形成两个过程，前者吸热，后者放热，化学反应的吸放热取决于两个过程的热量多少，D正确。
3．在下列化学变化中，反应物的总能量低于生成物总能量的是( )
A．2H2＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2H2O
B．CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑
C．CaO＋CO2===CaCO3
D．C2H5OH＋3O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2CO2＋3H2O
解析：选B 当反应物的总能量低于生成物的总能量时，该反应为吸热反应，H2、C2H5OH的燃烧均为放热反应；CaO与CO2的化合反应属于放热反应；CaCO3的分解反应属于吸热反应。
4．下列有关能量转换的说法不正确的是( )
A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成化学能的过程
解析：选C 煤燃烧是将化学能转化为热能的过程，A项正确；化石燃料和植物燃料中的能量均来自太阳能，B项正确；动物体内葡萄糖被氧化生成CO2，是化学能转化为热能的过程，C项错误；植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖，是太阳能转化为化学能的过程，D项正确。
5．化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是( )
A．该反应是吸热反应
B．断裂1 ml A—A键和1 ml B—B键能放出x kJ能量
C．断裂2 ml A—B键需要吸收y kJ的能量
D．2 ml AB的总能量高于1 ml A2和1 ml B2的总能量
解析：选C 由图示知反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时吸收能量，B项错误。
6．如图所示，在小试管里加入2 g新制备的无水硫酸铜，把小试管套在具支试管内。在U形管内加入少量红墨水。打开T形管螺旋夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面。再夹紧螺旋夹，把水滴入小试管内，白色的无水硫酸铜完全变成蓝色的五水硫酸铜晶体，可观察到U形管右侧的液面立即下降，左侧的液面上升。
(1)①写出上述反应的化学方程式：_______________________。
②该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
③反应中的无水硫酸铜和水具有的总能量______(填“大于”或“小于”)五水硫酸铜晶体的总能量。
(2)如果U形管内两边的液面处于同一水平面后，在小试管内先加入Ba(OH)2·8H2O晶体，再加入NH4Cl固体，用玻璃棒不断搅拌，则可观察到U形管中的现象为____________。
解析：(1)滴入水后，CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O，现象是U形管右侧液面下降，左侧液面上升，可知是具支试管内气体受热膨胀，压强增大所致，所以此反应是放热反应，CuSO4和H2O的总能量大于CuSO4·5H2O的总能量。(2)Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，反应吸热，导致具支试管内气体压强减小，U形管中右侧液面上升，左侧液面下降。
答案：(1)①CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O
②放热 ③大于
(2)U形管右侧液面上升，左侧液面下降
实验操作
实验现象
反应方程式
实验结论
铝条逐渐溶解，表面有气泡冒出，温度计指示温度升高
2Al＋6HCl
===2AlCl3
＋3H2↑
反应过程中放出能量，化学能转化成热能
实验操作
实验现象
反应方程式
实验结论
产生刺激性气味的气体，反应物温度降低，烧杯与玻璃片粘在一起
Ba(OH)2·8H2O＋
2NH4Cl===BaCl2
＋2NH3↑＋10H2O
反应中吸收能量，热能转化成化学能
实验操作
实验现象
实验结论
混合溶液的温度比反应前盐酸和NaOH溶液的温度高
反中放出能量，化学能转化成热能
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