鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化第1课时导学案及答案

第2节　化学反应与能量转化

第1课时　化学反应中能量变化的本质及转化形式

自主学习

一、化学反应中的能量变化

1．化学反应中的能量变化

(1)木炭在空气中燃烧，化学能要转化成      能和      能。

(2)电解水时      能转化为      能，化学能也可以转化成电能。

2．放热反应和吸热反应

(1)吸热反应：      热量的化学反应。

(2)放热反应：      热量的化学反应。

吸热反应与放热反应

吸热反应和放热反应均是化学反应。NaOH固体溶于水、浓H2SO4的稀释，属于放热过程，不属于放热反应；NH4NO3固体溶于水属于吸热过程，不属于吸热反应。

二、化学反应中能量变化的实质

1．从化学键的变化角度分析

注：E1为破坏旧化学键吸收的能量，E2为形成新化学键释放的能量。

(1)E1<E2时，反应      能量，反应释放能量数值＝      。

(2)E1>E2时，反应      能量，反应吸收能量数值＝      。

2．从物质所具有的总能量关系分析

(1)反应物总能量>生成物总能量，反应      能量。

(2)反应物总能量<生成物总能量，反应      能量。

3．能量转化的形式

化学能__      __、__      __或__      __等。

1．判断下列说法是否正确：

(1)化学反应过程中不一定都有能量变化。(　 　)

(2)镁带燃烧时，化学能全部转化为热能。(　 　)

(3)有能量放出的变化都是放热反应，吸收能量的变化都是吸热反应。(　 　)

(4)对于反应2H2＋O22H2O来说，反应物的总能量高于生成物的总能量。(　 　)

2．教材中“焊接钢轨利用了铝与氧化铁反应产生的热量”，请写出反应的化学方程式，并判断反应类型，这类反应都是放热反应吗？

3．氧化钙干燥剂常常被添加在食品包装袋里面，用来吸湿、保存食品，具有较好的干燥效果。氧化钙干燥剂干燥时的反应是放热反应还是吸热反应？

合作探究

化学反应中能量变化的原因及计算

材料一：2020年11月24日4时30分，中国在文昌航天发射场，用长征五号遥五运载火箭成功发射探月工程嫦娥五号探测器，顺利将探测器送入预定轨道。长征五号运载火箭使用的燃料是液氢。

材料二：在25 ℃和101 kPa的条件下，燃烧1 mol H2生成水蒸气的能量变化：

探究2 mol H2燃烧生成H2O(g)时的能量变化

(1)断裂旧化学键时吸收的总能量是多少？

(2)形成新化学键时释放的能量是多少？

(3)H2燃烧是吸热反应还是放热反应？2 mol H2在该条件下燃烧的能量变化了多少？

(4)1 mol H2(g)与 mol O2(g)具有的总能量和1 mol H2O(g)具有的总能量谁高？

1．化学反应的能量变化分析：

(1)从化学键的角度：

①E1>E2：反应吸收能量(吸热反应)。

②E1<E2：反应放出能量(放热反应)。

可以总结为新大于旧，反应放热；旧大于新，反应吸热。

(2)从物质内部能量变化的角度——“两个过程”：

①可以看作是热能、电能或光能等物质外部的能量被“储存”起来的过程。

②可以看作是“储存”在物质内部的能量(化学能)转化成热能、光能或电能等释放出来的过程。

2．化学反应中能量计算的步骤

(1)根据化学方程式确定断键、成键的物质的量。

(2)确定断键吸收的总能量和成键释放的总能量。

(3)计算反应的能量变化：

①若反应释放能量。

E＝成键时释放能量之和－断键时吸收能量之和

②若反应吸收能量。

E＝断键时吸收能量之和－成键时释放能量之和

思考讨论:

《石灰吟》：

千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。

粉骨碎身浑不怕，要留清白在人间。

这是一首托物言志诗。作者以石灰作比喻，表达自己为国尽忠，不怕牺牲的意愿和坚守高洁的决心。通过古诗的描述，制取石灰的反应是放热反应还是吸热反应？石灰遇水的反应呢？

【典例】(2021·德州高一检测)下表中的数据表示破坏1 mol化学键需消耗的能量，根据表中数据计算以下反应生成1 mol CO2时的热量变化(　　)

CH4(g)＋2O2(g)CO2(g)＋2H2O(g)

A.放出热量800 kJ    B．放出热量1 520 kJ

C．吸收热量110 kJ    D．放出热量610 kJ

(1)因为甲烷生成二氧化碳的反应是放热反应，能不能说甲烷具有的能量大于二氧化碳？(关键能力——理解与辨析)

(2)当反应生成液态水时，反应放出的热量是变多还是变少？(关键能力——分析与推测)

【误区警示】

(1)断裂化学键需要吸收的能量越多，物质内部的能量越低，物质越稳定，即能量越低越稳定。

(2)通过化学键的断裂、形成来计算化学反应中能量变化时，要注意物质内部化学键的数量。

【备选例题】

(2021·合肥高一检测)从化学键的角度来分析，化学反应是旧键的断裂和新键的形成。已知，白磷与氧可发生如下反应：P4＋3O2===P4O6。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P 198 kJ·mol－1、P—O 360 kJ·mol－1、O===

O 498 kJ·mol－1。根据图示的分子结构和有关数据估算该反应的能量变化，其中正确的是(　　)

A．释放1 638 kJ的能量  B．吸收1 638 kJ的能量

C．释放126 kJ的能量   D．吸收126 kJ的能量

(2021·福州高一检测)氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，断裂1 mol H2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，断裂1 mol Cl2 中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中，正确的是(　　)

A．Q1＋Q2>Q3　　　　 B．Q1＋Q2＞2Q3

C．Q1＋Q2<Q3      D．Q1＋Q2＜2Q3

【拔高题组】

1．化学反应的实质是旧键断裂，新键形成。已知断裂1 mol C—H键，要吸收热量415 kJ；断裂1 mol C—C键，要吸收热量347.4 kJ；生成1 mol C===C键，会放出热量615.3 kJ；生成1 mol H—H键，会放出热量436 kJ，某有机物分解的反应可表示为

若在反应中消耗了1 mol乙烷，该过程中吸收多少热量？

2．(双选)H2和I2能发生反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)，生成2 mol HI(g)反应放出a kJ热量，已知a、b、c均大于零。下列说法正确的是(　　)

A.反应物的总能量高于生成物的总能量

B．断开1 mol H—H键和1 mol I—I键所需能量大于断开2 mol H—I键所需能量

C．向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量等于

2a kJ

D．断开2 mol H—I键所需能量为(c＋b＋a)kJ

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂条件下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。合成氨工业在20世纪初期形成，开始用氨作火炸药工业的原料，为战争服务，第一次世界大战结束后，转向为农业、工业服务。随着科学技术的发展，对氨的需求量日益增长。德国化学家哈伯从1902年开始研究由氮气和氢气直接合成氨，于1908年申请专利，即“循环法”。

氨的合成反应为N2＋3H22NH3，1 mol N2完全反应时放出的能量为

92.4 kJ。若断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ，形成1 mol H—N键放出的能量为391 kJ，请判断断开1 mol N≡N键需吸收的能量是多少？

放热反应和吸热反应的比较

材料：冬季生活中人们获得热量的方式有多种，如下为生活中常见的四种取暖方式。

 探究反应的吸热和放热

某同学用如图所示装置对物质变化过程中的能量变化进行探究。探究发现向试管中加入NH4NO3(s)时，甲管液面高于乙管，向试管中加入CaO(s)时，甲管液面低于乙管。

(1)将NH4NO3加入水中后，发生了吸热的化学反应吗？

(2)向水中加入CaO后，为什么甲管液面低于乙管？

认识生活中的吸热反应和放热反应

(1)结合实例列举常见的放热反应。

(2)材料中的四种常见取暖方式中哪些是利用了化学反应释放的能量？

思考讨论:

(1)需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗？

(2)有热量放出的变化都是放热反应吗？吸收热量的变化都是吸热反应吗？

【典例】(2021·南宁高一检测)某反应由两步反应ABC构成，它的反应能量曲线如图所示，下列叙述正确的是(　　)

A．两步反应均为吸热反应

B．三种物质中C最稳定

C．A与C的能量差为E4

D．AB反应的条件一定是加热

(1)本题图示中E1、E2、E3、E4、E5含义分别是什么？(关键能力——理解与辨析)

(2)1 mol A完全生成B时的能量变化是多少？1 mol B完全生成C时的能量变化又是多少？(关键能力——归纳与论证)

(3)若物质A直接反应生成物质C，反应是吸热还是放热？(关键能力——分析与推测)

【备选例题】由如图分析，有关叙述正确的是(　　)

A．A→B＋C和B＋C→A两个反应吸收或放出的能量不等

B．A→B＋C是放热反应

C．A具有的能量高于B和C具有的能量总和

D．A→B＋C是吸热反应，则B＋C→A必然是放热反应

(2021·承德高一检测)下列物质间的反应或过程，其能量变化符合如图的是(　　)

A. 碳酸钙的分解

B. 灼热的炭与水蒸气反应

C. 氢氧化钠固体溶于水

D. 钠和水反应

【拔高题组】

1．(2021·开封高一检测)将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中，然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可见(　　)

A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应

B．该反应中，热能转化为产物内部的能量

C．反应物的总能量高于生成物的总能量

D．反应的离子方程式为CO＋2H＋===H2O＋CO2↑

2．(2021·泰安高一检测)下列图示表示吸热反应的是(　　)

白磷在高压下隔绝空气加热后急速冷却，可得钢灰色固体黑磷，其转化过程中的能量变化如图所示。

①黑磷与白磷哪一个更稳定？

②白磷转化为黑磷是氧化还原反应吗？(宏观辨识与微观探析)

③白磷转化为黑磷是吸热反应吗？(宏观辨识与微观探析)

课堂测评

1．(水平1·教材习题改编)酸碱中和反应(　　)

A．是吸热反应

B．是放热反应

C．既是吸热反应又是放热反应

D．既不是吸热反应又不是放热反应

2．(水平1)下列关于化学反应中能量变化的说法正确的是(　　)

A．化学反应中的能量变化，都表现为热能的变化

B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因

C．已知Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)为放热反应，则反应物总能量<生成物总能量

D．相同条件下，如果1 mol氢原子所具有的能量为E1，1 mol 氢分子所具有的能量为E2，则2E1＝E2

补偿训练:下列有关说法中正确的是(　　)

A．能量的变化是相互的

B．物质在氧气中燃烧时，化学能只转化为光能

C．植物的光合作用是将化学能转化为生物能

D．旧化学键断裂所放出的能量大于形成新化学键吸收的能量时，反应放热

3．(水平1)如图是自热火锅的结构示意图。这种火锅使用起来非常方便，撤去底部的隔板几分钟后，火锅中的饭菜就变热了。该过程中涉及的化学反应是Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑。下列有关说法不正确的是(　　)

A．“自热火锅”利用的能量变化是化学能转化为热能

B．该反应中Mg为还原剂

C．H2O是催化剂

D．铁粉的作用类似于催化剂，加快反应速率

4．(水平2)化学反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的能量变化如图所示，请回答下列问题：

(1)图中A、C分别表示___________________、_________________，

反应________(填“吸收”或“放出”)能量。

(2)反应过程中断裂的化学键及其物质的量为________________________，

________(填“吸收”或“放出”，下同)的能量为________(用E1、E2或E3表示，下同)；形成的化学键及其物质的量为___________，________的能量为________。

(3)E2＝________或________。(用“A、C”或“E1、E3”表示)