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高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化课文配套课件ppt
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这是一份高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化课文配套课件ppt，共57页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，逐渐溶解，刺激性，化学键的断裂和形成，对大小，不可再生，SO2，NOx，燃烧效率，能源利用等内容，欢迎下载使用。
一、化学反应与能量1.实验探究
Mg+2H+ ==== Mg2++H2↑
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl====
BaCl2+2NH3↑+10H2O
2.吸热反应与放热反应
【自主探索】(1)NaOH固体溶于水温度升高,该变化是放热反应吗?提示:NaOH固体溶于水温度升高是物理变化,不是化学变化,放热反应必须是化学变化。
(2)(情境思考)人们冬天时想吃得热一些,夏天时想喝得冷一些,于是发明了微波炉、冰箱等设备,但这些设备太大,不方便携带。现在就有了一拉就会热的食品“一拉热”,摇一摇就会冷的食品“摇摇冰”,非常方便,也非常有趣。一次性冰袋使用方便,可以在野外、旅途中以及高温作业时使用。它对治疗中暑、头痛发热、运动型拉伤,以及对提神醒脑都可产生良好的效果。“一拉热”和“摇摇冰”的原理是什么?
提示:“一拉热”食品就是利用生石灰与水反应所产生的热量给食品加热的。“摇摇冰”则利用铵盐溶于水能吸热等相似原理。
(3)(知识关联)前面学习过过氧化钠的性质,如图试管中盛有水,气球a中盛有干燥的Na2O2粉末,U形管中注有浅红色的水,将气球用橡皮绳紧系在试管口,实验时将气球中的Na2O2抖落到试管b的水中。气球a大小如何变化?U形管中水位有何变化?U形管内水会褪色吗?
提示:由于发生反应2Na2O2+2H2O====4NaOH+O2↑,产生O2使气球膨胀,该反应放出大量热,使集气瓶中空气受热膨胀而出现U形管中水位d>c,由于浅红色的水是在U形管中而非试管中,则U形管内浅红色的水不褪色。
二、化学键与化学反应中能量变化的关系1.从微观角度认识化学反应中能量变化的根本原因(1)化学反应的实质:原子的重新组合,即反应物中旧化学键的_____和生成物中新化学键的_____的过程。(2)化学反应中能量变化的原因
(3)实例H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)反应的能量变化如图:
(4)结论:___________________是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。
2.从宏观角度认识化学反应中能量变化的决定因素
结论:化学反应中的能量变化取决于__________________________________________。
反应物的总能量与生成物的总能量的相
【自主探索】(1)如何从能量角度理解反应2H2+O2 2H2O的含义?提示:反应物H2和O2所具有的总能量高于产物H2O所具有的总能量。(2)(教材二次开发)“反应物的化学键断裂要吸收能量”,同一物质化学键断裂和形成的能量变化有何特点?提示:同一物质化学键断裂和形成的能量变化相等,但前者吸收热量,后者放出热量。
三、人类对能源的利用1.人类利用能源的三个阶段
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_________,储量有限;(2)二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、___、___、___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_________;(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____________。
【自主探索】(1)柴草、木炭等燃烧时,化学能可以全部转变为热能吗?提示:柴草、木炭燃烧不仅能提供给我们热量,还可以释放光能为人类照明。即柴草、木炭燃烧时,化学能转变为热能和光能等。
(2)(情境思考)能源日益短缺,给国民经济带来严重的后果。开发利用新能源,势在必行。浩瀚的大海,不仅蕴藏着丰富的矿产资源,更有真正意义上取之不尽、用之不竭的海洋能源。属于海洋能源的潮汐能、波浪能、海洋温差能在生活中展现了独特的风采。而且海洋能属于可再生能源,只要海水不枯竭,其能量就生生不息。作为新能源,海洋能源吸引了越来越多人的眼球。你熟悉的新能源还有哪些?
提示:太阳能、风能、水能、地热能、核能、生物质能等。
知识点一 放热反应与吸热反应的辨析
【规律方法】1.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:不同形式的能量发生转换时,总能量保持不变。2.规避吸热反应和放热反应判断的2个易错点(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吸热反应也不一定需要加热,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;如升华、蒸发等过程是吸热过程,但不是吸热反应。
3.吸热反应和放热反应的判断方法(1)根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——决定因素。若反应物的总能量大于生成物的总能量,属于放热反应,反之是吸热反应。(2)根据化学键断裂或形成时的能量变化判断——用于计算。若断裂反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中的化学键所放出的能量,属于放热反应,反之是吸热反应。(3)根据反应物和生成物的相对稳定性判断。由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应,反之为吸热反应。
(4)根据反应条件判断。凡是持续加热才能进行的反应一般就是吸热反应。(5)经验判断法:根据常见的放热反应、吸热反应类型判断。
【合作探究】(1)(情境应用)相传一万年前,有燧明国,不识四时昼夜。其人不死,厌世则升天。国有燧木,又叫火树,屈盘万顷,云雾出于其间。有鸟若鹗,用咀去啄燧木,发出火光。有位圣人,从中受到启发,于是就折下燧枝钻木取火,人们就把这位圣人称为燧人氏。钻木取火的原理是什么?物质燃烧是放热反应还是吸热反应?(科学探究与创新意识)提示:硬木棒对着木头摩擦或钻进去,靠摩擦取火。燃烧反应均是放热反应。
(2)(教材二次开发)教材P33讲到:吸热反应可以看成是热能转化为化学能被生物所“储存”,有下列化学反应:①盐酸和氢氧化钠溶液的反应;②甲烷在空气中燃烧;③氢气(H2)和氟气(F2)反应;④CO2和C共热反应生成CO;⑤液态水变成水蒸气;⑥常温下,Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应。吸热或放热反应可以用能量图来表示(如图),该图可以表示上述变化中的哪些化学反应?(证据推理与模型认知)
提示:④⑥;能量图表明该反应为吸热反应。
【典例示范】【典例】根据如图提供的信息,下列所得结论不正确的是( )
A.该反应是吸热反应B.该反应一定需要加热才能发生C.该反应可能是碳酸钙的分解反应D.该反应不可能是铝与氧化铁的反应
【解题指南】解答本题需注意两点:(1)利用图示判断反应物、生成物能量的高低确定吸、放热反应。(2)熟悉常见的吸、放热反应。【解析】选B。A项,由题图分析反应物能量低于生成物,根据能量守恒,反应是吸热反应,正确;B项,吸热反应在常温下也能发生,如氢氧化钡晶体和氯化铵反应,错误;C项,碳酸钙的分解反应为吸热反应,正确;D项,铝与氧化铁的反应为放热反应,正确。
【误区警示】反应中的能量变化易错点(1)要注意吸热反应、放热反应与吸热过程、放热过程的区别。吸热反应、放热反应必须是化学反应。如浓硫酸的稀释、氢氧化钠固体溶于水均属于放热过程而不是放热反应;又如硝酸铵溶于水、碘升华、水蒸发等均属于吸热过程而不是吸热反应。(2)吸热反应、放热反应与反应条件没有必然的关系。常温下进行的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应;高温下进行的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应;有催化剂参与的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。
【素养训练】1.(2020·温州高一检测)下列反应既是氧化还原反应,又是吸热反应的是( )A.铝热反应 B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应C.钠与水的反应D.绿色植物的光合作用【解析】选D。铝热反应放出大量的热,属于放热反应,故不选A;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应,属于吸热反应,没有化合价变化,属于非氧化还原反应,故不选B;钠与水的反应,反应放出热量,属于放热反应,故不选C;绿色植物的光合作用,需要吸收太阳能,属于吸热反应,有化合价变化,属于氧化还原反应。
2.下列反应中,属于氧化还原反应且反应前后能量变化如图所示的是( )A.生石灰溶于水B.在人体组织里葡萄糖转化为CO2和H2OC.高温条件下炭粉与二氧化碳的反应D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl固体的反应
【解析】选B。根据图示可知该反应是放热反应。A项,生石灰溶于水是放热反应,但是没有元素化合价的变化,属于非氧化还原反应,错误;B项,在人体组织里葡萄糖转化为CO2和H2O的反应是放热反应,也是氧化还原反应,正确;C项,高温条件下炭粉与二氧化碳的反应是氧化还原反应,同时属于吸热反应,错误;D项,Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl固体的反应是复分解反应,属于非氧化还原反应,同时是吸热反应,错误。
3.化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的,如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化,下列说法正确的是 ( )
A.1 ml N2(g)和NA个O2(g)反应放出的能量为180 kJB.1 ml N2(g)和1 ml O2(g)具有的总能量小于2 ml NO(g)具有的总能量C.通常情况下,N2(g)和O2(g)混合能直接生成NOD.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
【解析】选B。A项,化学反应中的能量变化=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量=946 kJ+498 kJ-2×632 kJ=180 kJ,故该反应是吸热反应,错误;B项,依据A计算可知反应是吸热反应,依据能量守恒,1 ml N2(g)和1 ml O2(g)具有的总能量小于2 ml NO(g)具有的总能量,正确;C项,通常情况下,N2(g)和O2(g)混合不能直接生成NO,错误;D项,一个化学反应是吸热还是放热与反应条件无关,氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应属于吸热反应,在常温下即可进行,加热至红热的炭在O2中燃烧是放热反应,错误。
知识点二 利用化学键计算化学反应中的能量变化 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。
【合作探究】1.(思维升华)已知断开1 ml H—H键吸收能量436 kJ,断开1 ml O＝O键吸收能量498 kJ,断开1 ml H—O键吸收能量463 kJ,1 ml H2完全燃烧生成气态水放出的能量是多少?提示:4×463 kJ/2-(2×436 kJ+498 kJ)/2=241 kJ。
2.(情境应用)碘蒸气是紫红色气体,在较高温度下与足量氢气发生反应生成无色气体碘化氢,但紫红色并未完全消失。已知断裂1 ml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)(已知g为气体),根据已知条件判断该反应是吸热反应还是放热反应?热量变化是多少?提示:放热反应且放出11 kJ的热量。依据题意,断裂1 ml H—H键和1 ml I—I键共吸收的能量=436 kJ+151 kJ=587 kJ,形成2 ml H—I键共放出的能量=299 kJ×2=598 kJ,即该反应为放热反应且放出11 kJ的热量。
【典例示范】【典例】(2020·湖州高一检测)已知拆开1 ml H2(g)中的H—H键需要消耗436kJ能量,如图是反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)的能量变化示意图。下列说法不正确的是( )
A.断开1 ml N2(g)中的N≡N键要吸收941 kJ能量B.由N(g)和H(g)生成2 ml NH3(g)中的N—H键吸收2 346 kJ能量C.反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)为放热反应D.若8.5 g NH3(g)完全分解,吸收的热量为24.25 kJ
【解题指南】解答本题要明确如下两点:(1)断裂化学键需要吸收热量;形成化学键需要释放热量。(2)判断一个反应是吸热反应还是放热反应看反应物和生成物能量和的相对大小。
【解析】选B。拆开1 ml H2(g)中的H—H键需要消耗436 kJ能量,图中断裂化学键吸收能量为2 249 kJ,则断开1 ml N2(g)中的N≡N键要吸收能量为2 249 kJ-436 kJ×3=941 kJ,故A正确;图中生成2 ml NH3(g)时形成化学键释放的能量为2 346 kJ,而断裂化学键吸收能量,故B错误;由图可知反应物的能量和大于生成物的能量和,则反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)为放热反应,故C正确;由图可知由1 ml N2(g)和3 ml H2(g)反应生成2 ml NH3(g)放出的热量为2 346 kJ-2 249 kJ=97 kJ,则2 ml NH3(g)完全分解生成1 ml N2(g)和3 ml H2(g)吸收的热量为97 kJ,8.5 g NH3(g)的物质的量为0.5 ml,所以8.5 g NH3(g)完全分解,吸收的热量为 ×97 kJ=24.25 kJ,故D正确。
【母题追问】(1)反应3H2(g)+N2(g) 2N(g)+6H(g)是吸热反应吗?提示:该过程中只有旧化学键的断裂,没有新化学键的形成,不属于吸热反应,只是一个吸热过程。(2)反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)和3H2(g)+N2(g) 2NH3(l)放出的热量相同吗?提示:不同。因为气体的能量比液体的能量高,所以由气体变成液体过程中要释放能量,则生成液氨放出的热量多。
【误区警示】规避能量计算时“4”个失分点(1)旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任何一个过程都不是化学变化。(2)互为可逆反应的正反应和逆反应的能量变化恰好相反。(3)注意计算共价化合物中的共价键数目,如1 ml H2O中含有2 ml H—O键,1 ml H2O2中含有2 ml H—O键和1 ml O—O键。(4)计算时要注意化学计量数与共价键总数的关系,不能按1 ml计算,要根据实际配平的化学方程式计算反应物或生成物的总能量。
【素养训练】1.根据下面的信息,判断下列叙述正确的是( )
A.氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量B.氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量C.1 ml H2跟 ml O2反应生成1 ml H2O一定释放能量241 kJD.2 ml H2(g)跟1 ml O2(g)反应生成2 ml H2O(g)吸收能量482 kJ
【解析】选A。由题中信息可知,1 ml H2(g)的共价键断裂吸收能量436 kJ, ml O2(g)的共价键断裂吸收能量249 kJ,两项共吸收能量685 kJ;形成2 ml H—O键时共释放能量926 kJ。在1 ml H2(g)和 ml O2(g)反应生成1 ml H2O(g)的过程中,释放的能量比吸收的能量多241 kJ,C项中缺少物质的状态,所以释放的能量不一定是241 kJ。
2.SF6气体已有百年历史,它是法国两位化学家Missan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体。六氟化硫具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能,国际上称为“气体绝缘开关设备”。SF6分子结构中只存在S—F键。已知:1 ml S(固体)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 ml F—F、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)+3F2(g)====SF6(g)(已知s为固体,g为气体)的能量变化为( )A.放出1 780 kJ的能量B.放出1 220 kJ的能量C.放出450 kJ的能量D.吸收430 kJ的能量
【解析】选B。由题意得1 ml S(s)和3 ml F2形成S原子和F原子共需要吸收能量=280 kJ+3×160 kJ=760 kJ,而生成1 ml SF6气体时需形成6 ml S—F键,共放出能量:6×330 kJ=1 980 kJ,因此该反应共放出的能量为1 980 kJ-760 kJ=1 220 kJ。
所有的燃烧大多数的化合反应活泼金属与酸或水的反应酸碱中和反应缓慢氧化、铝热反应
大多数的分解反应Ba(OH)2和NH4Cl的反应C+H2O＝CO+H2C+CO2＝2CO
观察物质变化的现象（颜色、状态等）
对物质的变化进行分类（化学变化、物理变化）
微粒之间的重新组合，化学键的断裂与形成
一、化学反应与能量1.实验探究
Mg+2H+ ==== Mg2++H2↑
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl====
BaCl2+2NH3↑+10H2O
2.吸热反应与放热反应
【自主探索】(1)NaOH固体溶于水温度升高,该变化是放热反应吗?提示:NaOH固体溶于水温度升高是物理变化,不是化学变化,放热反应必须是化学变化。
(2)(情境思考)人们冬天时想吃得热一些,夏天时想喝得冷一些,于是发明了微波炉、冰箱等设备,但这些设备太大,不方便携带。现在就有了一拉就会热的食品“一拉热”,摇一摇就会冷的食品“摇摇冰”,非常方便,也非常有趣。一次性冰袋使用方便,可以在野外、旅途中以及高温作业时使用。它对治疗中暑、头痛发热、运动型拉伤,以及对提神醒脑都可产生良好的效果。“一拉热”和“摇摇冰”的原理是什么?
提示:“一拉热”食品就是利用生石灰与水反应所产生的热量给食品加热的。“摇摇冰”则利用铵盐溶于水能吸热等相似原理。
(3)(知识关联)前面学习过过氧化钠的性质,如图试管中盛有水,气球a中盛有干燥的Na2O2粉末,U形管中注有浅红色的水,将气球用橡皮绳紧系在试管口,实验时将气球中的Na2O2抖落到试管b的水中。气球a大小如何变化?U形管中水位有何变化?U形管内水会褪色吗?
提示:由于发生反应2Na2O2+2H2O====4NaOH+O2↑,产生O2使气球膨胀,该反应放出大量热,使集气瓶中空气受热膨胀而出现U形管中水位d>c,由于浅红色的水是在U形管中而非试管中,则U形管内浅红色的水不褪色。
二、化学键与化学反应中能量变化的关系1.从微观角度认识化学反应中能量变化的根本原因(1)化学反应的实质:原子的重新组合,即反应物中旧化学键的_____和生成物中新化学键的_____的过程。(2)化学反应中能量变化的原因
(3)实例H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)反应的能量变化如图:
(4)结论:___________________是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。
2.从宏观角度认识化学反应中能量变化的决定因素
结论:化学反应中的能量变化取决于__________________________________________。
反应物的总能量与生成物的总能量的相
【自主探索】(1)如何从能量角度理解反应2H2+O2 2H2O的含义?提示:反应物H2和O2所具有的总能量高于产物H2O所具有的总能量。(2)(教材二次开发)“反应物的化学键断裂要吸收能量”,同一物质化学键断裂和形成的能量变化有何特点?提示:同一物质化学键断裂和形成的能量变化相等,但前者吸收热量,后者放出热量。
三、人类对能源的利用1.人类利用能源的三个阶段
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_________,储量有限;(2)二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、___、___、___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_________;(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____________。
【自主探索】(1)柴草、木炭等燃烧时,化学能可以全部转变为热能吗?提示:柴草、木炭燃烧不仅能提供给我们热量,还可以释放光能为人类照明。即柴草、木炭燃烧时,化学能转变为热能和光能等。
(2)(情境思考)能源日益短缺,给国民经济带来严重的后果。开发利用新能源,势在必行。浩瀚的大海,不仅蕴藏着丰富的矿产资源,更有真正意义上取之不尽、用之不竭的海洋能源。属于海洋能源的潮汐能、波浪能、海洋温差能在生活中展现了独特的风采。而且海洋能属于可再生能源,只要海水不枯竭,其能量就生生不息。作为新能源,海洋能源吸引了越来越多人的眼球。你熟悉的新能源还有哪些?
提示:太阳能、风能、水能、地热能、核能、生物质能等。
知识点一 放热反应与吸热反应的辨析
【规律方法】1.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:不同形式的能量发生转换时,总能量保持不变。2.规避吸热反应和放热反应判断的2个易错点(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吸热反应也不一定需要加热,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;如升华、蒸发等过程是吸热过程,但不是吸热反应。
3.吸热反应和放热反应的判断方法(1)根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——决定因素。若反应物的总能量大于生成物的总能量,属于放热反应,反之是吸热反应。(2)根据化学键断裂或形成时的能量变化判断——用于计算。若断裂反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中的化学键所放出的能量,属于放热反应,反之是吸热反应。(3)根据反应物和生成物的相对稳定性判断。由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应,反之为吸热反应。
(4)根据反应条件判断。凡是持续加热才能进行的反应一般就是吸热反应。(5)经验判断法:根据常见的放热反应、吸热反应类型判断。
【合作探究】(1)(情境应用)相传一万年前,有燧明国,不识四时昼夜。其人不死,厌世则升天。国有燧木,又叫火树,屈盘万顷,云雾出于其间。有鸟若鹗,用咀去啄燧木,发出火光。有位圣人,从中受到启发,于是就折下燧枝钻木取火,人们就把这位圣人称为燧人氏。钻木取火的原理是什么?物质燃烧是放热反应还是吸热反应?(科学探究与创新意识)提示:硬木棒对着木头摩擦或钻进去,靠摩擦取火。燃烧反应均是放热反应。
(2)(教材二次开发)教材P33讲到:吸热反应可以看成是热能转化为化学能被生物所“储存”,有下列化学反应:①盐酸和氢氧化钠溶液的反应;②甲烷在空气中燃烧;③氢气(H2)和氟气(F2)反应;④CO2和C共热反应生成CO;⑤液态水变成水蒸气;⑥常温下,Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应。吸热或放热反应可以用能量图来表示(如图),该图可以表示上述变化中的哪些化学反应?(证据推理与模型认知)
提示:④⑥;能量图表明该反应为吸热反应。
【典例示范】【典例】根据如图提供的信息,下列所得结论不正确的是( )
A.该反应是吸热反应B.该反应一定需要加热才能发生C.该反应可能是碳酸钙的分解反应D.该反应不可能是铝与氧化铁的反应
【解题指南】解答本题需注意两点:(1)利用图示判断反应物、生成物能量的高低确定吸、放热反应。(2)熟悉常见的吸、放热反应。【解析】选B。A项,由题图分析反应物能量低于生成物,根据能量守恒,反应是吸热反应,正确;B项,吸热反应在常温下也能发生,如氢氧化钡晶体和氯化铵反应,错误;C项,碳酸钙的分解反应为吸热反应,正确;D项,铝与氧化铁的反应为放热反应,正确。
【误区警示】反应中的能量变化易错点(1)要注意吸热反应、放热反应与吸热过程、放热过程的区别。吸热反应、放热反应必须是化学反应。如浓硫酸的稀释、氢氧化钠固体溶于水均属于放热过程而不是放热反应;又如硝酸铵溶于水、碘升华、水蒸发等均属于吸热过程而不是吸热反应。(2)吸热反应、放热反应与反应条件没有必然的关系。常温下进行的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应;高温下进行的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应;有催化剂参与的反应可能是吸热反应,也可能是放热反应。
【素养训练】1.(2020·温州高一检测)下列反应既是氧化还原反应,又是吸热反应的是( )A.铝热反应 B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应C.钠与水的反应D.绿色植物的光合作用【解析】选D。铝热反应放出大量的热,属于放热反应,故不选A;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应,属于吸热反应,没有化合价变化,属于非氧化还原反应,故不选B;钠与水的反应,反应放出热量,属于放热反应,故不选C;绿色植物的光合作用,需要吸收太阳能,属于吸热反应,有化合价变化,属于氧化还原反应。
2.下列反应中,属于氧化还原反应且反应前后能量变化如图所示的是( )A.生石灰溶于水B.在人体组织里葡萄糖转化为CO2和H2OC.高温条件下炭粉与二氧化碳的反应D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl固体的反应
【解析】选B。根据图示可知该反应是放热反应。A项,生石灰溶于水是放热反应,但是没有元素化合价的变化,属于非氧化还原反应,错误;B项,在人体组织里葡萄糖转化为CO2和H2O的反应是放热反应,也是氧化还原反应,正确;C项,高温条件下炭粉与二氧化碳的反应是氧化还原反应,同时属于吸热反应,错误;D项,Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl固体的反应是复分解反应,属于非氧化还原反应,同时是吸热反应,错误。
3.化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的,如图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化,下列说法正确的是 ( )
A.1 ml N2(g)和NA个O2(g)反应放出的能量为180 kJB.1 ml N2(g)和1 ml O2(g)具有的总能量小于2 ml NO(g)具有的总能量C.通常情况下,N2(g)和O2(g)混合能直接生成NOD.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
【解析】选B。A项,化学反应中的能量变化=反应物断裂化学键吸收的能量-生成物形成化学键放出的能量=946 kJ+498 kJ-2×632 kJ=180 kJ,故该反应是吸热反应,错误;B项,依据A计算可知反应是吸热反应,依据能量守恒,1 ml N2(g)和1 ml O2(g)具有的总能量小于2 ml NO(g)具有的总能量,正确;C项,通常情况下,N2(g)和O2(g)混合不能直接生成NO,错误;D项,一个化学反应是吸热还是放热与反应条件无关,氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应属于吸热反应,在常温下即可进行,加热至红热的炭在O2中燃烧是放热反应,错误。
知识点二 利用化学键计算化学反应中的能量变化 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。
【合作探究】1.(思维升华)已知断开1 ml H—H键吸收能量436 kJ,断开1 ml O＝O键吸收能量498 kJ,断开1 ml H—O键吸收能量463 kJ,1 ml H2完全燃烧生成气态水放出的能量是多少?提示:4×463 kJ/2-(2×436 kJ+498 kJ)/2=241 kJ。
2.(情境应用)碘蒸气是紫红色气体,在较高温度下与足量氢气发生反应生成无色气体碘化氢,但紫红色并未完全消失。已知断裂1 ml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)(已知g为气体),根据已知条件判断该反应是吸热反应还是放热反应?热量变化是多少?提示:放热反应且放出11 kJ的热量。依据题意,断裂1 ml H—H键和1 ml I—I键共吸收的能量=436 kJ+151 kJ=587 kJ,形成2 ml H—I键共放出的能量=299 kJ×2=598 kJ,即该反应为放热反应且放出11 kJ的热量。
【典例示范】【典例】(2020·湖州高一检测)已知拆开1 ml H2(g)中的H—H键需要消耗436kJ能量,如图是反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)的能量变化示意图。下列说法不正确的是( )
A.断开1 ml N2(g)中的N≡N键要吸收941 kJ能量B.由N(g)和H(g)生成2 ml NH3(g)中的N—H键吸收2 346 kJ能量C.反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)为放热反应D.若8.5 g NH3(g)完全分解,吸收的热量为24.25 kJ
【解题指南】解答本题要明确如下两点:(1)断裂化学键需要吸收热量;形成化学键需要释放热量。(2)判断一个反应是吸热反应还是放热反应看反应物和生成物能量和的相对大小。
【解析】选B。拆开1 ml H2(g)中的H—H键需要消耗436 kJ能量,图中断裂化学键吸收能量为2 249 kJ,则断开1 ml N2(g)中的N≡N键要吸收能量为2 249 kJ-436 kJ×3=941 kJ,故A正确;图中生成2 ml NH3(g)时形成化学键释放的能量为2 346 kJ,而断裂化学键吸收能量,故B错误;由图可知反应物的能量和大于生成物的能量和,则反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)为放热反应,故C正确;由图可知由1 ml N2(g)和3 ml H2(g)反应生成2 ml NH3(g)放出的热量为2 346 kJ-2 249 kJ=97 kJ,则2 ml NH3(g)完全分解生成1 ml N2(g)和3 ml H2(g)吸收的热量为97 kJ,8.5 g NH3(g)的物质的量为0.5 ml,所以8.5 g NH3(g)完全分解,吸收的热量为 ×97 kJ=24.25 kJ,故D正确。
【母题追问】(1)反应3H2(g)+N2(g) 2N(g)+6H(g)是吸热反应吗?提示:该过程中只有旧化学键的断裂,没有新化学键的形成,不属于吸热反应,只是一个吸热过程。(2)反应3H2(g)+N2(g) 2NH3(g)和3H2(g)+N2(g) 2NH3(l)放出的热量相同吗?提示:不同。因为气体的能量比液体的能量高,所以由气体变成液体过程中要释放能量,则生成液氨放出的热量多。
【误区警示】规避能量计算时“4”个失分点(1)旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任何一个过程都不是化学变化。(2)互为可逆反应的正反应和逆反应的能量变化恰好相反。(3)注意计算共价化合物中的共价键数目,如1 ml H2O中含有2 ml H—O键,1 ml H2O2中含有2 ml H—O键和1 ml O—O键。(4)计算时要注意化学计量数与共价键总数的关系,不能按1 ml计算,要根据实际配平的化学方程式计算反应物或生成物的总能量。
【素养训练】1.根据下面的信息,判断下列叙述正确的是( )
A.氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量B.氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量C.1 ml H2跟 ml O2反应生成1 ml H2O一定释放能量241 kJD.2 ml H2(g)跟1 ml O2(g)反应生成2 ml H2O(g)吸收能量482 kJ
【解析】选A。由题中信息可知,1 ml H2(g)的共价键断裂吸收能量436 kJ, ml O2(g)的共价键断裂吸收能量249 kJ,两项共吸收能量685 kJ;形成2 ml H—O键时共释放能量926 kJ。在1 ml H2(g)和 ml O2(g)反应生成1 ml H2O(g)的过程中,释放的能量比吸收的能量多241 kJ,C项中缺少物质的状态,所以释放的能量不一定是241 kJ。
2.SF6气体已有百年历史,它是法国两位化学家Missan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体。六氟化硫具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能,国际上称为“气体绝缘开关设备”。SF6分子结构中只存在S—F键。已知:1 ml S(固体)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ,断裂1 ml F—F、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)+3F2(g)====SF6(g)(已知s为固体,g为气体)的能量变化为( )A.放出1 780 kJ的能量B.放出1 220 kJ的能量C.放出450 kJ的能量D.吸收430 kJ的能量
【解析】选B。由题意得1 ml S(s)和3 ml F2形成S原子和F原子共需要吸收能量=280 kJ+3×160 kJ=760 kJ,而生成1 ml SF6气体时需形成6 ml S—F键,共放出能量:6×330 kJ=1 980 kJ,因此该反应共放出的能量为1 980 kJ-760 kJ=1 220 kJ。
所有的燃烧大多数的化合反应活泼金属与酸或水的反应酸碱中和反应缓慢氧化、铝热反应
大多数的分解反应Ba(OH)2和NH4Cl的反应C+H2O＝CO+H2C+CO2＝2CO
观察物质变化的现象（颜色、状态等）
对物质的变化进行分类（化学变化、物理变化）
微粒之间的重新组合，化学键的断裂与形成
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