高中化学鲁科版 (2019)必修 第二册第2节 化学反应与能量转化第1课时学案

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第1课时 化学反应中能量变化的本质及转化形式





化学反应中的能量变化





1．化学反应中的能量变化


结论：每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的反应释放能量，有的反应吸收能量。


2．化学反应的分类(从能量变化角度)


(1)放热反应：最终表现为释放热量的化学反应。


(2)吸热反应：最终表现为吸收热量的化学反应。





1．常见的放热反应


(1)所有的燃烧反应，如木炭、H2、CH4等在氧气中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧。


(2)酸碱中和反应，如H＋＋OH－===H2O。


(3)大多数的化合反应，如H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2HCl。


(4)铝热反应，如2Al＋Fe2O3eq \(=====,\s\up7(高温))Al2O3＋2Fe。


(5)活泼金属与酸或H2O的反应，如2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，2Na＋2H2O===2Na＋＋2OH－＋H2↑。


2．常见的吸热反应


(1)消石灰[Ca(OH)2]与氯化铵固体的反应：Ca(OH)2＋2NH4Cleq \(=====,\s\up7(△))CaCl2＋2NH3↑＋2H2O。


(2)大多数的分解反应，如NH4Cleq \(=====,\s\up7(△))HCl↑＋NH3↑。


(3)碳与水蒸气的反应：C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up7(△))CO＋H2。


(4)部分以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C＋CO2eq \(=====,\s\up7(△))2CO。


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。





1．判断正误


(1)化学变化遵循质量守恒和能量守恒。( )


(2)有能量变化的过程一定发生了化学反应。( )


(3)化学反应中化学能只能转变为热能。( )


(4)需要点燃或加热才能发生的反应一定是吸热反应。( )


(5)电解水的过程是电能转化为热能。( )


答案：(1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×


2．下列反应属于吸热反应的是( )


A．铝与CuCl2溶液反应


B．NaOH和HCl反应


C．NaOH与NH4Cl反应


D．甲烷燃烧


解析：选C。需要识记常见的放热反应和吸热反应。


3．下列反应中属于放热反应的是________，属于吸热反应的是________。


①煅烧石灰石制生石灰(CaO) ②燃烧木炭取暖 ③炸药爆炸 ④NaOH溶液与盐酸的反应 ⑤生石灰与水作用制熟石灰 ⑥食物因氧化而腐败 ⑦硝酸铵溶于水


答案：②③④⑤⑥ ①


化学反应中能量变化的本质及转化形式





1．从化学键的角度分析化学反应中能量变化的本质


(1)实例分析





断键时吸收的总能量：436 kJ＋249 kJ＝685 kJ；


成键时释放的总能量：930 kJ；


所以1 ml H2燃烧生成水蒸气时释放能量245 kJ。


(2)图示





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。


(3)结论


①若E1>E2，反应吸收能量(吸热反应)。


②若E1

2．从物质内部能量的角度分析化学反应中能量变化的本质


(1)图示





(2)结论


①反应物内部的总能量小于生成物内部的总能量，反应吸收能量。


②反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量，反应释放能量。


3．化学反应可以实现化学能与其他形式能量的转化


(1)利用化学反应将化学能转化为热能、电能等其他形式的能量，用于生产、生活和科研。例如，焊接钢轨利用了铝与氧化铁反应产生的热量，铝－空气海洋电池则利用铝与氧气的反应产生的电能供电。


(2)利用热能、电能等促使很多化学反应发生，获得所需要的物质，如煅烧石灰石制取生石灰、太阳能光解水制氢等。





化学反应中能量变化大小的计算方法


1．根据反应物总能量和生成物总能量计算


ΔE＝|反应物总能量－生成物总能量|


2．根据化学键断裂吸收的能量和化学键形成释放的能量计算


(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大小


ΔE＝|断键时吸收能量之和－成键时释放能量之和|





1．判断正误


(1)O2→2O过程需要释放能量。( )


(2)所有化学反应中，反应物的总能量一定大于生成物的总能量。( )


(3)断裂1 ml H—Cl键吸收的能量和形成1 ml H—Cl键释放的能量相同。( )


(4)断裂1 ml H—Cl键和1 ml H—I键所需能量：前者小于后者。( )


(5)1 ml H2和1 ml Cl2的总能量大于2 ml HCl的能量。( )


答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√


2．下列过程一定释放能量的是( )


A．两个氢原子结合成一个氢分子


B．分解反应


C．氮分子拆成两个氮原子


D．化合反应


答案：A


3．某反应过程能量变化如图所示，下列说法正确的是( )





A．过程a释放能量，过程b吸收能量


B．该反应为放热反应


C．反应物的总能量高说明更稳定


D．该反应过程中的能量变化大小等于E1＋E2


解析：选B。根据图示，过程a为断键吸收能量E1，过程b为成键释放能量E2，A错误；E1




合格考训练


1．下列说法正确的是( )


A．每个化学反应都伴随着能量变化，有的反应释放能量，有的反应吸收能量


B．需要加热的反应一定是吸收热量的反应


C．电解水生成氢气和氧气的反应是吸热反应，又是分解反应，所以分解反应一定是吸收热量的反应


D．放出热量的反应常温下一定能发生


解析：选A。反应是吸收能量还是放出能量，决定于反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量的相对大小，与反应时是否加热或反应类型等无必然联系，B、C项不正确；一个化学反应是否能发生与许多因素有关，放出热量的反应在常温下不一定能发生，如燃烧反应等，D项不正确。


2．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，下列说法正确的是( )


A．X的能量一定低于M的能量，Y的能量一定低于N的能量


B．因为该反应是吸热反应，所以一定要加热，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的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。由该反应为吸热反应可知，反应物的总能量小于生成物的总能量，即X和Y的总能量一定低于M和N的总能量；吸热反应不一定需要加热才能进行；破坏化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量时，为放热反应。


3．下列变化过程，属于放热反应的是( )


①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 ②酸碱中和 ③固体NaOH溶于水 ④硫在空气或氧气中燃烧


A．①②③ B．②③④


C．②④ D．①③④


解析：选C。①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是吸热反应；②酸碱中和是放热反应；③固体NaOH溶于水会放热，但不是化学反应；④硫在空气或氧气中燃烧是放热反应；故②④符合题意。


4．下列各图中，表示该化学反应是吸热反应的是( )





解析：选A。反应物的总能量小于生成物的总能量的反应为吸热反应。


5．对于放热反应2H2＋O2eq \(=====,\s\up7(点燃))2H2O，下列说法正确的是( )


A．产物H2O所具有的总能量高于反应物H2和O2所具有的总能量


B．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


C．反应物H2和O2所具有的总能量等于产物H2O所具有的总能量


D．反应物H2和O2具有的能量相等


解析：选B。由于该反应为放热反应，因此反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，故B项正确。


6．在25 ℃、101 kPa的条件下，断裂1 ml H—H键吸收436 kJ能量，断裂1 ml Cl—Cl键吸收243 kJ能量，形成1 ml H—Cl键放出431 kJ能量。H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2HCl的化学反应可用下图表示：





请回答下列有关问题：


(1)反应物断键吸收的总能量为________。


(2)生成物成键放出的总能量为________。


(3)判断H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2HCl是________(填“吸热”或“放热”)反应。


(4)反应物的总能量________(填“>”或“<”)生成物的总能量。


解析：(1)断裂旧化学键吸收的总能量应该是断裂1 ml H—H键与1 ml Cl—Cl键所吸收的能量之和，即436 kJ＋243 kJ＝679 kJ。(2)形成新化学键放出的总能量应该是形成2 ml H—Cl键所放出的能量，即2×431 kJ＝862 kJ。(3)(4)由于反应物断裂化学键吸收的总能量小于生成物形成化学键放出的总能量，因此H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2HCl是放热反应，即反应物的总能量大于生成物的总能量。


答案：(1)679 kJ (2)862 kJ (3)放热 (4)>课程标准
核心素养
1.认识物质具有能量，认识放热反应和吸热反应。


2.知道化学反应可以实现与其他能量形式的转化。


3.了解化学反应中能量变化的本质。
1.变化观念与平衡思想


认识化学反应中能量变化的本质。


2.宏观辨识与微观探析


能从宏观(反应物和生成物的总能量)和微观(化学键的断裂和形成)相结合的视角分析化学反应中能量的变化。
实验内容
实验现象
化学方程式及结论
NaOH


溶液与盐


酸反应
混合液的温度升高
化学方程式：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O；


结论：反应释放能量
锌与盐酸


反应
有大量气泡产生，溶液温度升高
化学方程式：Zn＋2HCl===ZnCl2＋H2↑；


结论：反应释放能量
碳酸氢钠


与柠檬酸


反应
混合液的温度降低
结论：反应吸收能量
课堂小结
eq \a\vs4\al(化学反应中能量变化,的本质及转化形式)eq \b\lc\{(\a\vs4\al\c1(能量变化的本质,吸热反应,放热反应,化学能与其他形式能量的转化))