高中化学化学反应与能量变化第一课时学案设计

这是一份高中化学化学反应与能量变化第一课时学案设计，共10页。学案主要包含了教材挖掘等内容，欢迎下载使用。
知识点一 吸热反应和放热反应
1.实验探究：化学反应中的能量变化
2.放热反应和吸热反应
（1）放热反应
释放 热量的化学反应称为放热反应，如镁条、铝片与盐酸反应，木炭、氢气、甲烷等在氧气中的燃烧。
（2）吸热反应
吸收 热量的化学反应称为吸热反应，如氢氧化钡与氯化铵的反应，盐酸与碳酸氢钠的反应，灼热的炭与CO2的反应等。
（3）常见的放热反应与吸热反应
（4）问题探究
①放出热量的变化一定是放热反应吗？举例说明。
提示：不一定。吸、放热反应都属于化学反应，而浓硫酸、NaOH固体等溶于水放热，NH4NO3、KNO3、NH4Cl等固体溶于水吸热，以上变化过程均为物理变化，不是放、吸热反应。
②吸热反应一定需要加热才能发生吗？
提示：不一定。吸、放热反应与反应是否需要加热等条件没有直接联系，如NH4Cl晶体与Ba（OH）2·8H2O晶体常温下的反应为吸热反应。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（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）吸热反应需要加热才能进行。（ × ）
（4）伴有能量变化的一定是化学反应。（ × ）
（5）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。（ × ）
2.下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是（ ）
A.锌粒与稀硫酸的反应B.灼热的木炭与CO2的反应
C.甲烷在氧气中的燃烧反应D.Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应
解析：B 锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，A、C项错误；Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，但不是氧化还原反应，D项错误。
3.（鲁科版习题改编）已知石墨在一定条件下转化成金刚石是吸热的。据此结合所学内容，判断下列说法错误的是（ ）
A.需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应
B.放热反应在常温下一定很容易发生
C.反应是放热还是吸热，必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D.吸热反应在一定条件下也能发生
解析：B 有些吸热反应不需要加热，有些放热反应需要点燃甚至在高温下才能发生。
知识点二 化学反应中能量变化的原因 热能的利用
1.化学反应中能量变化的原因——微观角度
（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 断裂 和生成物中新化学键的 形成 的过程。
（2）化学反应中能量变化
①原因
E1＞E2，吸热反应，E1＜E2，放热反应。
②实例
分析反应H2（g）＋Cl2（g） 2HCl（g）中化学键与能量的变化：
由此可以得出结论：化学反应中能量变化的主要原因是 化学键的断裂与形成 。
2.化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度
（1）物质的能量与反应中的能量变化
物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量不同。因此，一个化学反应的能量变化取决于 反应物总能量 和 生成物总能量 的相对大小。
（2）物质的能量与物质的稳定性
（3）物质的能量与吸热反应、放热反应
【教材挖掘】
画出放热反应、吸热反应反应物与生成物的总能量随反应过程的变化图。
提示：
3.化学反应中热能的利用
（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
①一是其短期内不可再生，储量有限。
②二是煤和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）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燃烧效率。
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，有效提高能量利用率。
（4）新能源
①特点：资源丰富、 可以再生 、 对环境无污染 等。
②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。
1.正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）。
（1）相同条件下形成1 ml H—Cl放出的能量与断开1 ml H—Cl吸收的能量相等。（ √ ）
（2）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。（ × ）
（3）已知Fe与稀盐酸的反应为放热反应，即Fe的能量大于H2的能量。（ × ）
（4）石墨转化为金刚石需要吸收热量，所以金刚石更稳定。（ × ）
（5）有化学键的形成，是化学反应的本质特征。（ × ）
2.风能是一种清洁无公害的可再生能源。下列有关风力发电的叙述错误的是（ ）
A.可节约大量煤、天然气、石油等燃料
B.有效减少二氧化碳排放，控制温室效应
C.风能是一种清洁的环保型能源
D.风力发电是化学能转变为电能
解析：D 风力发电可以减少热力发电，从而节约大量煤、天然气、石油等燃料，A正确；风力发电过程中没有化石燃料的燃烧，有效减少二氧化碳排放，控制温室效应，B正确；风力发电不会对环境造成污染，为清洁能源，C正确；风力发电是把风能转化为电能，D错误。
3.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 1 ml N2（g）和3 ml H2（g）的总能量 、 2 ml NH3（g）的总能量 ，反应 释放 （填“吸收”或“释放”）能量。
（2）反应过程中断裂的化学键为 1 ml N≡N和3 ml H—H ， 吸收 （填“吸收”或“释放”）的能量为 E1 ；形成的化学键为 6 ml N—H ， 释放 （填“吸收”或“释放”）的能量为 E3 。
（3）E2＝ E3－E1 （用E1、E3表示）。
解析：（1）A表示1 ml N2（g）和3 ml H2（g）的总能量，C表示2 ml NH3（g）的总能量，由于反应物的总能量高于生成物的总能量，因此反应释放能量。
（2）反应过程中断裂的化学键为1 ml N≡N和3 ml H—H，吸收的能量为E1，形成的化学键为6 ml N—H，释放的能量为E3。
归纳总结
1.判断吸热反应和放热反应的两种方法
（1）根据反应物总能量和生成物总能量的相对大小判断——反应物的总能量高于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应（宏观角度）。
（2）根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断——断裂反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量的反应为吸热反应，反之为放热反应（微观角度）。
2.化学键与能量变化的关系
1.下列关于化学反应与能量变化的说法错误的是（ ）
A.化学反应一定伴随能量变化
B.Na与H2O的反应属于放热反应
C.Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应属于放热反应
D.化学变化中的能量变化主要是由化学键的断裂和形成引起的
解析：C 化学反应的本质是旧化学键的断裂与新化学键的形成，由于断键吸热、成键放热，因此化学反应必然伴随着能量变化，A、D正确；Na与H2O的反应属于放热反应， B正确；Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应，C错误。
2.“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是（ ）
A.煤炭、石油、潮汐能B.水能、生物质能、天然气
C.太阳能、风能、生物质能D.地热能、海洋能、核能
解析：C A项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B项，天然气不是新能源，也不是可再生能源；D项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳的能源。
3.（鲁科版习题）氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，断开1 ml H2中的化学键吸收的能量为Q1 kJ，断开1 ml Cl2中的化学键吸收的能量为Q2 kJ，形成1 ml 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＞Q3B.Q1＋Q2＞2Q3
C.Q1＋Q2＜Q3D.Q1＋Q2＜2Q3
解析：D 该反应为放热反应，根据1 ml氢气与1 ml氯气反应后生成2 ml HCl，正确答案为D。
4.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＋2CSi＋2CO↑。
精炼硅：②Si＋3HClSiHCl3＋H2。
③SiHCl3＋H2Si＋3HCl。
化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题：
（1）①是 吸热 反应，②是 放热 反应，③是 吸热 反应（填“吸热”或“放热”）。
（2）反应②断裂反应物中的化学键所吸收的能量 小于 （填“大于”或“小于”）形成生成物中化学键所放出的能量。
解析：（2）因为反应②是放热反应，所以断裂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。
题组一 吸热反应和放热反应
1.下列说法正确的是（ ）
A.凡是放热反应的发生均无需加热
B.凡是需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
C.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
D.物质发生化学反应都伴随着能量变化
解析：D 吸热反应、放热反应的发生与反应条件无关，有些放热反应的发生也需要加热，如煤炭燃烧，A、B错误；伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如物质的三态变化，C错误；化学变化是旧键断裂和新键形成的过程，断键和成键都有能量变化，D正确。
2.下列反应既属于氧化还原反应，又属于放热反应的是（ ）
A.镁条与盐酸反应
B.稀硫酸与NaOH溶液反应
C.生石灰溶于水
D.C与H2O（g）反应
解析：A 镁条与盐酸反应属于氧化还原反应，且反应放热，A符合题意；稀硫酸与NaOH溶液反应、生石灰溶于水生成Ca（OH）2均不属于氧化还原反应；C与H2O（g）的反应属于吸热反应。
3.下列反应的能量变化能用如图表示的是（ ）
A.镁条与稀硫酸反应
B.Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应
C.氢氧化钠溶液和稀盐酸反应
D.甲烷在O2中的燃烧反应
解析：B 图中反应物总能量小于生成物总能量，该反应是吸热反应。金属与酸的反应是放热反应，即镁条与稀硫酸的反应是放热反应，A不符合题意；Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，B符合题意；酸碱中和反应是放热反应，即氢氧化钠溶液和稀盐酸的反应是放热反应，C不符合题意；燃烧反应是放热反应，即甲烷在O2中的燃烧反应是放热反应，D不符合题意。
题组二 化学反应中能量变化的原因 能源
4.下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述错误的是（ ）
A.化石能源物质内部蕴含着大量的能量
B.绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来
C.物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能，为人类所利用
D.吸热反应没有利用价值
解析：D 光合作用、水煤气的制取都是吸热反应，都具有很高的利用价值。
5.先进的甲醇蒸气重整—变压吸附技术可得到高浓度CO2、H2混合气，化学反应原理是CH3OH＋H2O CO2＋3H2，其能量变化如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.CH3OH转变成CO2和H2的过程是一个吸收能量的过程
B.反应物的总能量小于生成物的总能量
C.形成H—H放出能量
D.断开H—C放出能量
解析：C 由图示能量变化趋势可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，所以CH3OH转变成CO2和H2的过程是一个放出能量的过程，A、B错误；化学键的形成释放能量，所以形成H—H放出能量，C正确；化学键的断裂吸收能量，D错误。
6.将盛有NH4HCO3粉末的试管放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向试管中加入盐酸（如图），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.反应物中化学键断裂吸收的能量少
解析：B 醋酸逐渐凝固，说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低，该反应为吸热反应，反应物中化学键断裂吸收的能量多于生成物中化学键形成放出的能量，A、D错误；吸热反应中反应物吸收能量，得到的生成物内能增加，B正确；反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误。
7.N2和H2在催化剂表面合成氨的微观历程及能量变化的示意图如下，用、、分别表示N2、H2、NH3，已知：N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g），该反应属于放热反应。
下列说法错误的是（ ）
A.②→③过程，是吸热过程
B.③→④过程，N原子和H原子形成了含有极性键的NH3
C.合成氨反应中，反应物断键吸收的能量大于生成物形成新键释放的能量
D.合成氨反应中，反应物总能量大于生成物总能量
解析：C 由反应历程知，①→②为催化剂吸附N2、H2的过程，②→③为N≡N、H—H断裂的过程，③→④为化学键的形成过程。②→③断裂化学键是吸热过程，A正确；③→④的过程是N原子和H原子形成NH3的过程，NH3分子中含有极性键N—H，B正确；合成氨的反应为放热反应，则反应物断键吸收的能量小于生成物形成新键释放的能量，C错误；合成氨的反应为放热反应，则反应物总能量大于生成物总能量，D正确。
8.某反应由两步反应A→B→C构成，其能量变化曲线如图所示，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E4D.A→B的反应一定需要加热
解析：B 根据图示可知，能量大小为B＞A＞C，故A→B为吸热反应，B→C为放热反应，A错误；由题图可知C的能量最低，物质能量越低越稳定，故C最稳定，B正确；由题图知，A、C的能量差为ΔH，C错误；吸热反应不一定需要加热，D错误。
9.研究表明，在一定条件下，气态HCN（a）与HNC（b）两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正确的是（ ）
A.HNC比HCN更稳定
B.HCN（g） HNC（g）为吸热反应且反应条件一定要加热
C.1 ml HCN（g）中的所有化学键全部断开需要吸收186.5 kJ的热量
D.1 ml HCN（g）转化为1 ml HNC（g）需要吸收59.3 kJ的热量
解析：D 物质含有的能量越低，其稳定性越强，HCN比HNC更稳定，A错误；HCN（g） HNC（g）吸收能量，反应为吸热反应，但反应不一定需要在加热条件下进行，B错误；1 ml HCN（g）转化为中间状态的物质时需吸收186.5 kJ的热量，但此时化学键未全部断开，C错误。
10.回答下列问题。
（1）反应A＋B C（放热）分两步进行：①A＋B X（吸热）；②X C（放热）。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是 D （填字母）。
（2）过氧化氢一定条件下可发生分解：2H2O2（l） 2H2O（l）＋O2（g），断裂1 ml H2O2（l）中的O—O和1 ml O2（g）中的O O所需的能量依次为142 kJ、497.3 kJ，断裂H2O2（l）和H2O（l）中1 ml H—O所需能量依次为367 kJ、467 kJ，则2 ml H2O2（l）反应生成2 ml H2O（l）和1 ml O2（g） 放出 （填“吸收”或“放出”）的能量为 613.3 kJ。
解析：（2）断键吸收的总能量为（142 kJ＋367 kJ×2）×2＝1 752 kJ，成键放出的总能量为497.3 kJ＋467 kJ×4＝2 365.3 kJ，所以2 ml H2O2（l）反应生成2 ml H2O（l）和1 ml O2（g）放出2 365.3 kJ－1 752 kJ＝613.3 kJ能量。
11.实验室利用下列装置模拟工业生产制备少量硝酸（加热装置略）。
（1）化学实验室中干燥氨气使用的试剂是 碱石灰 。
（2）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 A （填字母）。

（3）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 ml NO2生成2 ml NO和1 ml O2时，反应会 吸收 （填“吸收”或“放出”） 113 kJ能量。
NO2（g）N（g）＋2O（g）
NO（g）N（g）＋O（g）
O2（g）2O（g）
（4）已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能[通常把拆开（或形成）1 ml化学键吸收（或放出）的能量称为键能]：P—P为198 kJ·ml－1、P—O为360 kJ·ml－1、O O为498 kJ·ml－1。则P4（白磷，s）＋3O2（g） P4O6（s）的反应是 放热 （填“吸热”或“放热”）反应，生成1 ml P4O6放出的热量为 1 638 kJ 。
解析：（2）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。
（3）断裂2 ml NO2中的化学键时吸收的总能量是931 kJ×2＝1 862 kJ，形成2 ml NO和1 ml O2中的化学键时放出的总能量是628 kJ×2＋493 kJ＝1 749 kJ，则反应会吸收113 kJ能量。
（4）断开旧键吸收的能量为6×198 kJ＋3×498 kJ＝2 682 kJ，形成新键放出的能量为12×360 kJ＝4 320 kJ，故该反应为放热反应，生成1 ml P4O6放出的热量为4 320 kJ－2 682 kJ＝1 638 kJ。1.认识物质具有能量，认识吸热反应与放热反应。
2.了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。
3.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化，体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。
实验操作
在一支试管中加入2 mL 2 ml·L－1盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条
将20 g Ba（OH）2·8H2O晶体研细后与 10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯
实验装置
实验现象
有气泡产生；用温度计测量，温度升高
闻到刺激性气味；烧杯壁发凉；木片和烧杯黏结在一起；混合物呈糊状
实验结论
该反应产生气体， 放出 热量
该反应产生NH3和H2O， 吸收 热量
化学反应有新物质生成，同时反应过程中伴有热量的 释放 或 吸收
化学方程式
Mg＋2HCl MgCl2＋H2↑
Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
放热反应
吸热反应
常见反应举例
①大多数化合反应；
②所有的燃烧反应及缓慢氧化反应；
③酸碱中和反应；
④活泼金属与酸（或H2O）的反应
①大多数分解反应，如NH4Cl △ NH3↑＋HCl↑；
②铵盐与碱的反应
Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl BaCl2＋2NH3↑＋10H2O；
③以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应
C＋H2O（g）CO＋H2、C＋CO22CO；
④盐酸与碳酸氢钠的反应
化学键
反应中能量变化
1 ml化学键
反应中能量变化
H—H
吸收436 kJ
共吸收 679 kJ
Cl—Cl
吸收243 kJ
H—Cl
放出431 kJ
共放出 862 kJ
结论
679 kJ－862 kJ＝－183 kJ，即反应放出 183 kJ 热量
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所“储存”