高中化学新教材同步必修第二册 第六章 第一节 第一课时　化学反应与热能(同步讲义)

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第一节　化学反应与能量变化第1课时　化学反应与热能[核心素养发展目标]　1.知道化学反应可以实现化学能与热能的转化，认识吸热和放热反应。2.能用化学键解释某些吸热反应和放热反应。3.认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。一、化学反应过程中存在热量变化1.实验探究(宏观辨识)结论：化学反应中总会伴随着能量变化，通常主要表现为热能的变化，有的放出热量，有的吸收热量。特别提醒：化学反应的能量变化，除转化为热能外，还转化为机械能、光、声、电等多种能量形式。2.吸热反应和放热反应(1)概念①把释放热量的化学反应称为放热反应。②把吸收热量的化学反应称为吸热反应。(2)常见的放热反应和吸热反应(1)苛性钠溶于水放出热量，该变化为放热反应(　　)(2)化学反应既有物质变化，又有能量变化(　　)(3)镁条在空气中燃烧是放热反应，反应过程中所释放的能量全部转化为热能(　　)(4)吸热反应需要加热才能进行(　　)(5)火药爆炸时所释放的能量包括热、光、声、机械能等多种能量形式(　　)答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√1.除了用手触摸和温度计测量外还可以借助其他方法感知温度的变化，如在探究过氧化钠与水反应为放热反应时，可采取如下两种方法：(1)Ⅰ、Ⅱ装置能说明反应为放热反应的事实是：________________；________________。(2)产生上述现象的原因是：____________________________________________________。答案　(1)滴入水后，Ⅰ中U形管右侧液面下降，左侧液面上升　Ⅱ烧杯中导管口有气泡冒出(2)过氧化钠与水反应放热，锥形瓶内气体温度升高，气压增大2.根据日常生活和回忆已学化学反应，对下列变化按吸热或放热的标准分类：①钠投入水中　②煅烧石灰石制生石灰　③食物腐烂　④炸药爆炸　⑤氢气在氯气中燃烧　⑥生石灰与水作用制熟石灰　⑦碳与水蒸气制取水煤气(CO和H2)　⑧硫酸与氢氧化钠的中和反应　⑨氦气球受热爆炸(1)属于放热反应的有：______________(填序号，下同)。(2)属于吸热反应的有：________________。答案　(1)①③④⑤⑥⑧　(2)②⑦1.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。由此可知(　　)A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B.该反应中，热能转化为化学能C.醋酸与NH4HCO3发生了复分解反应，该反应为吸热反应D.该反应的离子方程式为：COeq \o\al(2－,3)＋2H＋===CO2↑＋H2O答案　B解析　醋酸逐渐凝固，温度下降，可知NH4HCO3与盐酸的反应为吸热反应，热能转化为化学能储存在新物质中，B项正确；醋酸与NH4HCO3未接触，未发生反应，C项错；D项中HCOeq \o\al(－,3)不能拆。2.下列变化中属于吸热反应的是(　　)①铝片与稀盐酸的反应　②将胆矾加热变为白色粉末　③干冰汽化　④氯酸钾分解制氧气　⑤甲烷在氧气中的燃烧反应A.①④ B.②③ C.①④⑤ D.②④答案　D解析　②、④均为分解反应，③属于物理变化，①、⑤为放热反应。3.把下列物质分别加入装有水的锥形瓶里，立即塞紧带U形管的塞子，已知U形管内预先装有少量水(为使水容易观察，预先染成红色)，如图所示，结果U形管左边液面升高，则加入的物质可能是(　　)A.NaOH固体 B.浓H2SO4C.NH4NO3晶体 D.Na2O2固体答案　C解析　U形管左侧液面升高，原因只能是锥形瓶内气体压强减小，造成压强减小的因素只能是温度降低。NaOH固体溶于水、浓H2SO4稀释温度均升高，NH4NO3晶体溶于水温度降低，Na2O2和水反应放热且有气体生成。二、化学反应中能量变化的原因1.化学反应中能量变化的原因(微观探析)(1)化学反应过程(物质变化)(2)化学反应中能量变化的原因化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。E1＞E2，反应吸收能量(吸热反应)；E1＜E2，反应放出能量(放热反应)。2.化学反应中能量的决定因素(宏观辨识)化学反应中能量变化决定于反应物的总能量和生成物总能量的相对大小。(1)对于一个化学反应来说，当化学键断裂时吸收的能量大于化学键形成时放出的能量，则反应放热(　　)(2)相同条件下形成1 mol H—Cl键放出的能量与断开1 mol H—Cl键吸收的能量相等(　　)(3)放出能量越多的化学反应，其生成物的能量越低(　　)(4)有化学键的形成，是化学反应的本质特征(　　)(5)伴有能量变化的一定是化学反应(　　)答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×1.H2＋Cl2===2HCl的反应过程如下图所示：(1)根据上图填写下表：(2)该反应______(填“放出”或“吸收”)______ kJ热量。答案　(1)679　862　(2)放出　1832.甲烷燃烧要放出热量，水的分解要吸收能量，试从化学键变化的角度分析其原因？答案　甲烷燃烧时，形成4 mol H—O键和2 mol C==O键释放的能量比断裂4 mol C—H键和2 mol O==O键所吸收的能量高，因此放出热量。水分解时，断裂4 mol H—O键所吸收的能量比形成2 mol H—H键和1 mol O==O键放出的能量高，因此要吸收能量。3.磷元素有多种性质不同的单质，红磷(结构复杂用“P”表示)和白磷(P4)是磷的两种同素异形体，充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷。25 ℃，101 kPa下，31 g白磷完全转化为红磷，放出11 kJ的热量，根据以上事实回答下列问题：(1)红磷转化为白磷属于________反应(填“放热”或“吸热”)。(2)等质量的红磷和白磷分别完全燃烧，放出热量较多的是________(填“白磷”或“红磷”，下同)。(3)31 g白磷与31 g红磷的能量较高的是________，二者更稳定的是________。答案　(1)吸热　(2)白磷　(3)白磷　红磷放热反应与吸热反应比较1.化学反应的发生必然伴随能量的转化，其最根本的原因是(　　)A.化学反应中一定有新物质生成B.化学反应中旧化学键的断裂需要吸收能量，新化学键的形成需要放出能量C.化学反应通常需要加热等条件才能发生D.能量变化是化学反应的基本特征之一答案　B解析　断裂旧键时，需要吸收一定的能量来克服原子(或离子)间的作用力，形成新键时，又要释放一定的能量，并且吸收和释放的能量不相等，所以化学反应必然伴随能量的变化。2.下列说法正确的是(　　)①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应　②放热反应在常温下一定很容易发生　③反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小　④有的放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应也能继续进行A.只有③④ B.只有①②C.①②③④ D.②③④答案　A解析　加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在常温下不一定容易发生，如N2与H2合成NH3；反应是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小；需要加热才能发生的放热反应，如果反应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如Fe＋Seq \o(=====,\s\up7(△))FeS。3.硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的原理是：粗硅冶炼：①SiO2＋2Ceq \o(=====,\s\up7(高温))Si＋2CO↑。精炼硅：②Si＋3HCleq \o(=====,\s\up7(高温))SiHCl3＋H2；③SiHCl3＋H2eq \o(=====,\s\up7(高温))Si＋3HCl。化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题：(1)①是_____________反应，②是_____________反应，③是______________反应(填“吸热”或“放热”)。(2)反应②破坏反应物中的化学键所吸收的能量______(填“大于”或“小于”)形成生成物中化学键所放出的能量。答案　(1)吸热　放热　吸热　(2)小于解析　(2)因为反应②是放热反应，所以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。三、化学能与热能相互转化的应用1.现阶段人类获取热能的主要途径是：物质的燃烧，使用最多的常规能源是：化石燃料(煤、石油和天然气)。2.化石燃料获取能量面临的问题(1)储量有限，短期内不可再生。(2)影响环境：煤、石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。3.节能减排的措施(1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。(2)能量利用阶段提高能源的利用率。(3)开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。能源是经济增长与社会发展的重要物质基础，某研究人员对世界一次能源替代趋势曾作如下预测：(1)上图化石能源中属于较清洁的能源的是________。(2)下图是氢能的制备及利用的途径之一①涉及能量转化方式有________。(填代号)a.光能→化学能b.电能→化学能c.化学能→电能②与汽油相比，氢气作为燃料的优点是______________(至少答出两点)。(3)“开源节流”是应对能源危机的重要举措，下列做法有助于能源“开源节流”的是________(填字母)。a.大力发展农村沼气，将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源b.大力开采煤、石油和天然气以满足人们日益增长的能源需求c.开发太阳能、水能、风能、地热能等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料d.减少资源消耗，增加资源的重复使用、资源的循环再生答案　(1)天然气　(2)①ac　②污染小、可再生、资源丰富(合理即可)　(3)acd1.(2019·淮南二模)液态储氢技术就是在常温常压下将氢气融入到一种化合物“储油”中，形成“氢油”，便于储存和运输。下列有关说法错误的是(　　)A.“氢油”不稳定B.氢能源属于可再生能源C.该技术实现了常温常压下储氢技术的新突破D.液态储氢项目有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级答案　A解析　“氢油”便于储存和运输，说明比较稳定，故A错误；氢气燃烧生成水，水分解又生成氢气，故属于可再生能源，故B正确；常温常压下可以将氢气融入到一种化合物“储油”中，故该技术实现了常温常压下储氢技术的新突破，故C正确；液态储氢解决了氢能储存难、运输难的问题，能实现氢能的广泛应用，故有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级，故D正确。2.(2019·诸暨市校级期中)下列有关新能源的说法不正确的是(　　)A.绿色植物通过光合作用，将光能转化为化学能B.风能、太阳能是清洁能源C.氢能还未进入实用阶段的主要原因是其燃烧所放热量低于相同质量的矿物燃料D.共享单车利用太阳能发电完成卫星定位，有利于节能环保答案　C课时对点练A组　基础对点练题组一　化学能与热能的相互转化1.下列说法不正确的是(　　)A.化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化B.放热反应不需加热就能发生C.需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应D.化学反应是放热还是吸热取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对高低答案　B解析　化学反应在发生物质变化的同时还一定伴随着能量的变化，故A正确；放热反应有的需加热，有的不需加热，如铝热反应是放热反应，但需要加热，故B错误，C正确；反应放热或吸热由反应物和生成物总能量的相对高低决定，故D正确。2.(2019·东安区校级月考)下列变化过程，属于放热反应的是(　　)①液态水变成水蒸气②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应③Al与Fe3O4高温下反应④固体NaOH溶于水⑤H2在Cl2中燃烧⑥食物腐败A.②⑤⑥ B.②③④C.③④⑤ D.③⑤⑥答案　D解析　①、④不是化学反应，②是吸热反应。题组二　化学反应中能量变化的原因3.已知反应A＋B===C＋D的能量变化如图所示，下列叙述正确的是(　　)A.该反应为放热反应B.该反应为吸热反应C.反应物的总能量高于生成物的总能量D.该反应只有在加热条件下才能进行答案　B解析　由图像可知，反应物能量低，生成物能量高，则该反应为吸热反应。4.化学反应常常伴随能量的变化，以下是H2与Cl2反应的能量变化示意图，下列说法正确的是(　　)A.氯化氢分子的电子式：B.该反应既是氧化还原反应又是放热反应C.形成1 mol H—Cl键要吸收431 kJ的能量D.反应物断键时吸收的能量大于产物形成化学键时释放的能量答案　B解析　HCl是共价化合物，故A项电子式错；形成化学键要放出能量，C项错；通过计算判断放出的能量大于吸收的能量，该反应为放热反应，D项错，B正确。5.已知2SO2＋O2eq \o(,\s\up7(催化剂))2SO3为放热反应，对该反应的下列说法正确的是(　　)A.O2的能量一定高于SO2的能量B.SO2和O2的总能量一定高于SO3的总能量C.SO2的能量一定高于SO3的能量D.因该反应为放热反应，故不必加热就可发生答案　B解析　判断一个反应是放热反应还是吸热反应，关键看反应物的总能量与生成物的总能量的差值。如果反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，B项正确；A项和C项错误，都没有考查总能量差；放热反应只表明反应物总能量比生成物总能量高，而加热是反应的条件，两者无必然联系，许多放热反应也必须加热才能开始进行，D项错误。题组三　能源及能源的开发利用6.近年来，全球气候变暖给人类生存和发展带来了严峻的挑战，在此背景下，“新能源”“低碳”“节能减排”“吃干榨尽”等概念愈来愈受到人们的重视。下列有关说法不正确的是(　　)A.太阳能、地热能、生物质能和核聚变能均属于“新能源”B.“低碳”是指采用含碳量低的烃类作为燃料C.如图甲烷经一氯甲烷生成低碳烯烃的途径体现了“节能减排”思想D.让煤变成合成气，把煤“吃干榨尽”，实现了煤的清洁、高效利用答案　B解析　太阳能、地热能、生物质能和核聚变能均属于“新能源”，故A正确；“低碳经济”是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，低碳就是指控制二氧化碳的排放量，故B错误；从图示可知，氯化氢循环利用，排出的水无污染，符合“节能减排”思想，故C正确；让煤变成合成气，能提高能源利用率，节能减排，故D正确。题组四　化学能与热能的转化7.如图所示，把试管放入盛有25 ℃饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再滴入5 mL稀盐酸。回答下列问题：(1)实验中观察到的现象是_______________________________________________________。(2)产生上述现象的原因是_______________________________________________________。(3)写出有关反应的离子方程式：_________________________________________________。(4)由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。答案　(1)镁片上有大量气泡产生，镁片逐渐溶解，烧杯中溶液变浑浊(2)镁与盐酸反应生成氢气，且该反应放热，Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小，故有固体析出(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑、Ca2＋＋2OH－===Ca(OH)2↓(4)小于解析　(1)镁和盐酸剧烈反应，可观察到产生大量气体，反应放出热量使饱和溶液温度升高，析出固体溶质，观察到溶液变浑烛。(3)镁与盐酸发生置换反应，生成氯化镁和氢气，反应的离子方程式为：Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，析出固体的离子方程式为：Ca2＋＋2OH－===Ca(OH)2↓。(4)当反应物的总能量高于生成物的总能量时，反应是放热反应，则MgCl2溶液和H2的总能量小于镁片和盐酸的总能量。B组　综合强化练1.北京奥运会开幕式时李宁点燃的奥运火炬采用的是环保型燃料——丙烷，其燃烧时发生反应的化学方程式为C3H8＋5O2eq \o(――→,\s\up7(点燃))3CO2＋4H2O。下列说法中不正确的是(　　)A.火炬燃烧时化学能只转化为热能B.所有的燃烧反应都会释放热量C.1 mol C3H8和5 mol O2所具有的总能量大于3 mol CO2和4 mol H2O所具有的总能量D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料答案　A解析　火炬燃烧时还有化学能与光能的转化，A错；燃烧都是放热反应，B正确；因为丙烷燃烧为放热反应，所以据反应的化学方程式可知，C正确；丙烷完全燃烧时产物为CO2与H2O，故对环境无污染，D正确。2.氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢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<2Q3 B.Q1＋Q2>Q3C.Q1＋Q22Q3答案　A解析　由于Cl2和H2反应生成HCl要放出热量，所以Q1＋Q2<2Q3。3.已知断开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，根据化学方程式N2＋3H2eq \o(,\s\up7(高温、高压),\s\do5(催化剂))2NH3，反应完1 mol N2放出的能量为92.4 kJ，则断开1 mol N≡N键需吸收的能量是(　　)A.431 kJ B.945.6 kJ C.649 kJ D.869 kJ答案　B解析　设断开1 mol N≡N键需吸收的能量为x，根据反应放出的能量＝形成新键放出的能量－断开旧键吸收的能量，代入数据：92.4 kJ＝6×391 kJ－3×436 kJ－x，x＝945.6 kJ。4.根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是(　　)A.H2O分解为H2与O2时放出热量B.生成1 mol H2O时吸收热量245 kJC.甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙＞甲＞丙D.氢气和氧气的总能量小于水的能量答案　C解析　根据能量变化可知，1 mol H2与eq \f(1,2) mol O2断键时吸收685 kJ能量，而生成1 mol H2O放出930 kJ能量，所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。5.如图为反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的能量变化示意图，下列说法正确的是(　　)A.拆开2 mol H2(g)和1 mol O2(g)中的化学键成为H、O原子，共放出1 368 kJ能量B.由H、O原子形成2 mol H2O(g)，共吸收1 852 kJ能量C.2 mol H2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l)，共吸收484 kJ能量D.2 mol H2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)，共放出484 kJ能量答案　D解析　拆化学键吸收能量，故A错误；形成化学键放出能量，故B错误；依据图像数据分析计算，2 mol H2(g)和1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)，共放出484 kJ能量，故C错误，D正确。6.下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量：根据上述数据回答下列问题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是________(填字母，下同)。A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2(2)下列氢化物中最稳定的是________。A.HCl B.HBr C.HI(3)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？________。(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是________。答案　(1)A　(2)A　(3)放热反应　(4)Cl2解析　(1)、(2)破坏1 mol 物质中的化学键所消耗的能量越大，则物质越稳定，所具有的能量越低。(3)、(4)以氯元素为例计算断开1 mol Cl—Cl键和H—H键需吸收能量：243 kJ＋436 kJ＝679 kJ，而形成2 mol HCl放出的能量为2×432 kJ＝864 kJ，所以在Cl2＋H2===2HCl反应中放出864 kJ－679 kJ＝185 kJ的热量，同理可计算在Br2＋H2===2HBr、I2＋H22HI反应中，分别放出103 kJ、9 kJ的热量。7.实验室利用下列装置模拟工业生产制备少量硝酸。(1)化学实验室中干燥氨气使用的试剂是___________________________________________。(2)B中反应的化学方程式为_____________________________________________________。(3)实验时先用酒精喷灯预热催化剂，然后通入反应气体，当催化剂红热后撤离酒精喷灯，催化剂始终保持红热，温度可达到700 ℃以上。下列图示中，能够正确表示该反应过程能量变化的是________(填字母)。(4)高温时，2NO2(g)2NO(g)＋O2(g)，因此氨气与氧气反应难以生成NO2。根据下列数据计算，当2 mol NO2分解时，反应会______(填“吸收”或“放出”)______ kJ能量。NO2(g)eq \o(――――→,\s\up7(931 kJ·mol－1))N(g)＋2O(g)NO(g)eq \o(―――――→,\s\up7(628 kJ·mol－1))N(g)＋O(g)O2(g)eq \o(―――――→,\s\up7(493 kJ·mol－1))2O(g)答案　(1)碱石灰　(2)3NO2＋H2O===2HNO3＋NO　(3)A　(4)吸收　113解析　(1)化学实验室中干燥氨气使用的试剂是碱石灰。(2)B中反应的化学方程式为3NO2＋H2O===2HNO3＋NO。(3)实验时先用酒精喷灯预热催化剂，然后通入反应气体，当催化剂红热后撤离酒精喷灯，催化剂始终保持红热，温度可达到700 ℃以上，说明该反应是放热反应。放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量。所以能够正确表示该反应过程能量变化的是A。2 mol NO2断裂化学键时吸收的总能量：931 kJ×2＝1 862 kJ，生成2 mol NO和1 mol O2的化学键放出的总能量是：628 kJ×2＋493 kJ＝1 749 kJ，显然吸收的热量多，故为吸热反应。实验操作实验现象结论①看到有气泡产生②用手触摸反应后的试管，温热③用温度计测得反应后温度升高该反应产生气体，放出热量(1)(2)闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯①混合物呈糊状②闻到刺激性气味③用手触摸杯壁下部，冰凉，用手拿起烧杯，木片与烧杯粘在一起该反应产生NH3和H2O，吸收热量放热反应吸热反应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①大多数分解反应②C＋CO2(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与盐酸的反应放热反应吸热反应化学能转化为热能热能转化为化学能被生成物“储存”化学键断裂或形成1 mol化学键时能量变化反应中能量变化Cl—Cl吸收243 kJ共吸收______ kJH—H吸收436 kJH—Cl放出431 kJ共放出______ kJ类型比较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大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键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图示物质Cl2Br2I2HClHBrHIH2能量/kJ243193151432366298436