1、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发 展 目 标体 系 构 建1.通过认识能量变化的形式和变化的原因，从宏观辨识及微观探析的视角了解化学反应的实质。2.通过认识化学反应中存在物质变化和能量变化，能利用化学反应为人类提供能量，培养“科学态度与社会责任”的学科素养。一、化学反应中能量变化的转化形式1活动探究实验操作实验现象有关化学方程式及结论镁粉溶解，有大量气泡产生，反应混合液的温度升高Mg2HCl=MgCl2H2，反应释放能量铁粉逐渐溶解，但产生气泡的速率不如Mg与稀盐酸快，溶液温度升高，但温度不如Mg与稀盐酸反应的温度高Fe2HCl=FeCl2H2，等量的金属与
2、稀盐酸反应，金属越活泼，释放能量越多有气泡产生，溶液温度降低反应吸收能量2.结论每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的反应吸收能量，有的反应释放能量。吸热反应：最终表现为吸收热量的化学反应。放热反应：最终表现为释放热量的化学反应。二、化学反应中能量变化的本质1从化学键的断裂与形成分析注：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。E1E2，反应吸收能量。2从物质能量角度(宏观角度)分析若E反应物总能量E生成物总能量，则反应释放能量；若E反应物总能量0，C项正确。放热反应和吸热反应(素养养成宏观辨识与微观探析)某学生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
3、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？提示：不是。NH4NO3溶于水是吸热的物理变化过程。(2)向水中加入CaO后，为什么甲管液面低于乙管？提示：CaO与水反应是一个放热反应，使锥形瓶内空气体积膨胀。放热反应吸热反应能量变化反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量键能变化生成物的总键能大于反应物的总键能生成物的总键能小于反应物的总键能图示常见实例(1)金属与水或酸的反应(2)金属氧化物与水或酸的反应(3)可燃物的燃烧反应及缓慢氧化(4)酸与碱的中和反应(5)大部
4、分化合反应(1)大部分分解反应(2)Ba(OH)28H2O和NH4Cl反应(3)柠檬酸与NaHCO3的反应(4)高温下焦炭与水的反应【例1】已知反应XY=MN为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是()A.X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B.因为该反应为吸热反应，故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化学键所放出的能量D.反应物X和Y的总能量一定小于生成物M和N的总能量D反应是吸热反应还是放热反应比较的是反应物的总能量和生成物的总能量，当反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应为吸热反应，故A错、D对；反应是吸热还是放热与反应条件无关，故B错；
5、当破坏化学键吸收的总能量大于形成化学键所放出的总能量时为吸热反应，故C错。化学反应中能量变化需注意的问题 (1)化学键的断裂与形成是本质(微观)原因，而物质具有的能量(化学能)变化是宏观原因。(2)由于化学反应一定有化学键的断裂和形成，因此在物质变化的同时一定伴随着能量变化。(3)有放热(或吸热)过程但不一定是放热(或吸热)反应，如冰融化是吸热过程而不是吸热反应。(4)反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无关。1下列各组变化中，前者是放热反应，后者是吸热反应的是()A.生石灰溶于水；锌粒和稀硫酸反应B.干冰升华；金属或金属氧化物熔化C.氨水与醋酸反应；碳和水蒸气反应生成CO和H2D.工业煅烧石
6、灰石；化石燃料燃烧C生石灰溶于水发生的反应是放热反应；锌粒和稀硫酸的反应为放热反应，故A错误。干冰升华属于物理变化；金属或金属氧化物的熔化也属于物理变化，故B错误。氨水与醋酸反应为酸碱中和反应，为放热反应；碳和水蒸气反应生成CO和H2，为吸热反应，故C正确。工业煅烧石灰石是分解反应，为吸热反应；化石燃料的燃烧为放热反应，故D错误。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.高温条件下铝与氧化铁的反应C.高温条件下碳粉与二氧化碳的反应D.Ba(OH)28H2O晶体与NH4Cl晶体的反应B根据图示可知该反应是放热反应。生石灰溶于水发生的反应是放热反应，但是没
7、有元素化合价的变化，属于非氧化还原反应，A错误；高温条件下铝与氧化铁反应生成氧化铝和铁的反应是氧化还原反应，同时也属于放热反应，B正确；高温条件下碳粉与二氧化碳的反应是氧化还原反应，但属于吸热反应，C错误；Ba(OH)28H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是复分解反应，是非氧化还原反应，同时属于吸热反应，D错误。利用化学键计算化学反应中的能量变化(素养养成宏观辨识与微观探析)用H2和O2反应的实例探究化学反应中能量变化的实质现探究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？提示：吸收的总能量：2436 kJ2249 kJ1 370 kJ。(2)形成新
8、化学键时释放的能量是多少？提示：93021 860 kJ。(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？提示：放热反应，因为形成新化学键释放的能量高于断裂旧化学键吸收的能量。能量变化：1 860 kJ1 370 kJ490 kJ。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【例2】下表中的数据表示破坏或形成1 mol化学键需消耗或释放的能量，根据表中数据计算以下反应生成1 mol
9、CO2时的热量变化 ()CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(g)化学键CHOOO=OCOC=OHO能量(kJ)415138498343798465A放出热量800 kJB放出热量1 520 kJC吸收热量110 kJ D放出热量610 kJA1个CH4中含4个CH键，1个O2中含1个O=O键，1个CO2中含2个C=O键，1个H2O中含2个HO键。生成1 mol CO2时，断裂4 mol CH键和2 mol O=O键，吸收的热量为Q吸4ECH2EOO4415 kJ2498 kJ2 656 kJ。形成4 mol 键和2 mol C=O键，释放的热量为Q放4EOH2ECO4465 kJ27
10、98 kJ3 456 kJ，因为Q放Q吸，所以反应放热。放出的热量为QQ放Q吸3 456 kJ2 656 kJ800 kJ。1.化学反应A2B2=2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是()A该反应是吸热反应B1 mol AA键和1 mol BB键断裂能放出x kJ能量C2 mol AB键断裂需要吸收y kJ能量D2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量C由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，故A错误；化学键的断裂需吸收能量，而不是释放能量，故B错误；化学键断裂时吸收能量，由题图可知，断裂2 mol AB键需要吸收y kJ能量，故C正
11、确；由题图可知，1 mol A2和1 mol B2的总能量高于2 mol AB的总能量，故D错误。2反应：4HClO22Cl22H2O，已知该反应的相关信息：用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl，利用该反应可实现氯气的循环利用；该反应中，4 mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的热量；则断开1 mol HO键与断开1 mol HCl键所需能量相差约为 ()A127.6 kJB92.65 kJC31.9 kJD无法计算C断裂反应物中的化学键需要吸收的热量为Q吸4EHClEOO，形成化学键释放的热量为Q放4EOH2EClCl。因为该反应中，4 mol HCl被氧化，放出115.6
12、kJ的热量，所以Q放Q吸115.6 kJ，即4EOH2EClCl(4EHClEOO)115.6 kJ，整理得4EHCl4EHO2EClClEOO115.6 kJ2243 kJ498 kJ115.6 kJ127.6 kJ，即EHOEHCl31.9 kJ，故断开1 mol HO键与断开1 mol HCl键所需能量相差约为31.9 kJ。1下列对于化学反应过程的理解，错误的是 ()A化学反应过程中同时存在物质和能量的变化B凡是能量变化一定发生在化学变化中C化学反应中同时存在质量守恒和能量守恒D能量的释放和吸收以发生变化的物质为基础B化学反应过程中都会伴随着物质变化和能量变化，A正确。化学变化过程中往
13、往伴随着能量的变化，而有能量变化时不一定发生了化学变化，如灯泡通电发光放热，B错误。化学反应的实质是原子的重新组合，符合质量守恒定律；反应过程中往往伴随着能量的变化，符合能量守恒定律，C正确。能量的释放和吸收是以发生变化的物质为基础的，二者密不可分，D正确。2下列反应一定属于放热反应的是()H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应Mg与CH3COOH溶液的反应燃烧反应中和反应复分解反应ABC DC金属与酸的置换反应、中和反应、所有燃烧反应都是放热反应；复分解反应则不一定是放热反应。3(素养题)将铁粉和硫粉混合后加热，待反应一发生即停止加热，反应仍可持续进行，直至反应完全生成新物质硫化亚铁。这种现象
14、说明了()A该反应是吸热反应B该反应是放热反应C铁粉和硫粉在常温下可以发生反应D硫化亚铁的总能量高于铁粉和硫粉的总能量B该反应需加热才能引发，说明常温下铁粉和硫粉不反应，引发后停止加热仍然持续进行，说明该反应放热，且放出的热量足以维持自身的反应。4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()AQ1Q2Q3 BQ1Q22Q3CQ1Q2Q3 DQ1Q22Q3D氢气在氯气中的燃烧反应为放热反应，反应物断
15、键所吸收的能量小于生成物成键所放出的能量，再结合化学方程式H2Cl2=2HCl，故Q1Q22Q3。5如图所示，把试管放入盛有25 的澄清饱和石灰水的烧杯中，先在试管中放入几根镁条，再用胶头滴管滴加 5 mL 稀盐酸于试管中。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和H2的总能量_(填“大于”“小于”或“等于”)镁条和盐酸的总能量。解析本题是以实验为背景的综合题，解答此题的关键：(1)镁是活泼金属，与稀盐酸剧烈反应释放能量。(2)Ca(OH)2在水中的溶解度随着温度的升高而降低。(4)对于放热反应，形成新化学键释放的能量大于断裂旧化学键吸收的能量。答案(1)镁条逐渐溶解；有气泡产生；烧杯内的澄清饱和石灰水变浑浊(2)镁条与稀盐酸反应产生氢气，该反应是放热反应，而Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低，饱和石灰水中的Ca(OH)2析出使溶液变浑浊(3)Mg2H=Mg2H2(4)小于
