1、2021-2022学年高一化学同步学习高效学与练（精品学案）第六章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化第1课时 化学反应与热能课程学习目标1.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。2.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。3.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。学科核心素养宏观辨识与微观探析：能分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系。变化观念与平衡思想：能认识到物质运动和变化是永恒的，能认识化学变化伴随着能量变化。科学态度与社会责任：能主动关注与环境保护、资源开发等有关的社会热点问题，形
2、成合理利用自然资源的观念。【新知学习】一.化学反应与热能的转化化石燃料燃烧会放出大量的热，除了燃烧，其它化学反应也伴随着放热或吸热现象。1.两条基本规律质量守恒定律： 化学反应前后物质的总质量保持不变。 能量守恒定律： 一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同， 但是体系包含的总能量不变。 2.化学反应 一定 伴随有能量的变化，化学反应中能量变化主要表现为 热量 的变化，吸热或放热。3.化学能与热能的实验探究实验操作试管中加入2 mL 2 molL1盐酸，并用温度计测量其温度，再向试管中放入打磨过的镁条将20 g Ba(OH)28H2O晶体研细后与10 g NH4C
3、l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，玻璃片盖上烧杯实验现象镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计的示数升高有刺激性气味气体产生，用手触摸杯壁下部，烧杯壁_变凉_，试着用手拿起烧杯，_木片黏在烧杯上_实验结论该反应放出热量该反应吸收热量4化学反应发生时伴有_热量的释放和吸收_4.放热反应和吸热反应化学上把释放热量的化学反应称为放热反应，吸收热量的化学反应称为吸热反应。(1)常见的放热反应：所有的燃烧反应； 大多数的化合反应；(CO2+C2CO为吸热反应)酸碱中和反应； 金属与酸或水反应置换出氢气； 缓慢的氧化反应。(2)常见的吸热反应： 大多数的分解反应； Ba(O
4、H)28H2O与NH4Cl反应；以C、CO、H2为还原剂一些高温反应：CO2+C2CO ；C+H2OCO+H2盐类的水解【注意】有热量放出未必是放热反应，放热反应和吸热反应必须是化学变化。反应条件与热量变化没有必然的关系，既需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。二.化学反应中能量变化的原因1.化学键与化学反应中能量变化的关系 （1）化学键与能量的关系 化学反应的本质是反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。化学键是物质内部微粒之间强烈的相互作用，断开反应物中的化学键需要 吸收 能量，形成生成物中的化学键要 释放 能量。（2） 键能： 标况下，将1mol气态分子AB断裂成理想气态原子所吸收的
5、能量，单位（KJmol-1） 氢气和氯气反应的本质是在一定的条件下，氢气分子和氯气分子中的H-H键和Cl-Cl键断开，氢原子和氯原子通过形成H-Cl键而结合成HCl分子。 则：吸收总能量为： 436+243=679KJ 释放总能量为： 4312=862KJ 反应中放出的热量： 862-679=183KJ 这样，由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量，根据“能量守恒定律”，多余的能量就会以热量的形式释放出来。（3）化学键与化学反应中能量变化的关系断开化学键要 吸收 能量，形成化学键要 释放 能量； 化学键的变化 是化学反应中能量变化的主要原因。能量是守恒的，化学反应中的能量变化通常表现为
6、热量 的变化。2.从物质储存化学能的角度理解化学反应过程中能量变化的关系 （1）一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量，决定于 反应物总能量 和 生成物总能量 相对大小。（2）化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，吸热或者放热。吸热反应和放热反应与反应物和生成物总能量的关系如下： 吸热反应：反应物的总能量 小于 生成物的总能量 放热反应：反应物的总能量 大于 生成物的总能量（3）以能量为纵坐标，画出放热反应和吸热反应的简单示意图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放热反应 吸热反应三人类对能源的利用1利用的三个阶段：树枝杂草 煤、石油、天然气 太阳
7、能、氢能、核能、风能、地热能等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_。(2)人们比较关注的新能源：_太阳_能、_风_能、地热能、海洋能和_氢_能等。【知识进阶
8、】一放热反应与吸热反应的理解【问题探究】1做实验时，吸热反应和放热反应都用到酒精灯，怎样判断该反应是吸热反应还是放热反应？放热反应加热的目的是什么？持续用酒精灯加热，撤掉酒精灯反应就停止的反应是吸热反应；开始用酒精灯加热，反应开始后，撤去酒精灯仍能继续反应的是放热反应。放热反应加热的目的一般是引发反应或加快反应速率。2放热反应一定容易发生，吸热反应一定难发生吗？不一定。反应放热和吸热与反应的条件无关，有些放热反应必须加热才能发生，如木炭的燃烧；而有些吸热反应常温下就能发生，如Ba(OH)28H2O与NH4Cl的反应。【知识归纳总结】1放热反应与吸热反应的比较：放热反应吸热反应定义释放热量的化学
9、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强弱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反应过程图示2常见的放热反应和吸热反应3放热反应和吸热反应的判断方法(1)根据反应物和生成物的总能量大小判断。反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应。(2)根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断。破坏反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应，反之为放热反应。(3)根据经验规律判断。用常见吸
10、热和放热的反应类型来判断。4化学反应遵循的两条基本规律(1)质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，总质量保持不变。(2)能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，但体系包含的总能量不变。【典例1】某反应的能量变化如图所示。则有关该反应的叙述正确的是( )A是吸热反应B生成物比反应物稳定C该反应一定是氧化还原反应D向外界放出的热量为(E2E3)【答案】B【解析】该反应的反应物能量高于生成物，是放热反应，故A错误；生成物能量低于反应物，所以生成物比反应物稳定，故B正确；该反应不一定是氧化还原反应，故C错误；向外界放出的热量为(E1E3)，故D错误。（变式训练1）反应(石墨)(金刚石)
11、是吸热反应，下列说法不正确的是( )A金刚石和石墨是不同的单质B金刚石和石墨可以相互转化C石墨比金刚石更稳定D相同质量的石墨比金刚石的能量高【答案】D【详解】A 金刚石、石墨的结构不同，都是由碳元素组成的不同单质，A项正确；B 金刚石和石墨是不同的物质，二者在一定条件下可以相互转化，B项正确；C (石墨)(金刚石)是吸热反应，故相同质量的石墨比金刚石的能量低，即石墨比金刚石稳定，C项正确；D 由C项分析知，相同质量的石墨比金刚石的能量低，D项错误；故选D。二利用化学键计算化学反应中的能量变化【问题探究】1对于放热反应：2H2O22H2O来说，“断裂1个HH键和1个O=O键所吸收的能量小于形成1
12、个HO键所放出的能量”这种说法是否正确？不正确。在反应2H2O22H2O中，每断裂1个O=O键，同时断裂2个HH键，形成4个HO键；正确说法是断裂2个HH键和1个O=O键所吸收的能量小于形成4个HO键所放出的能量。2如图是1 mol氢气燃烧的能量变化图，试分析a、b表示的含义。化学反应发生时首先断裂反应物中的化学键，再形成生成物中的化学键，故a表示破坏1 mol HH键、0.5 mol O=O键所吸收的能量，b表示形成2 mol HO键所放出的能量。【知识归纳总结】1化学键与能量变化的关系2计算公式用Q(吸)表示反应物分子化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子化学键形成时放出的总能量
13、。公式：QQ(吸)Q(放)利用化学键形成和断裂时的能量变化计算化学反应中的能量变化：QQ(吸)Q(放)3实例(以H2Cl2=2HCl为例)：(1)图示分析：HH HHClClCl Cl 放出436 kJmol1 HClHCl(2)计算分析：化学键反应中能量变化1 mol AB化学键反应中能量变化HH吸收436 kJ共吸收679 kJClCl吸收243 kJHCl放出431 kJ共放出862 kJ结论679 kJ862 kJ183 kJ，即反应放出183 kJ热量【点拨】反应热与化学键键能的关系(1)键能：标准状况下，将1 mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量，用符
14、号E表示，单位为kJmol1。(2)反应热与化学键键能的关系：反应热Q反应物的键能之和生成物的键能之和，Q0，反应吸热。以反应H2Cl2=2HCl为例：HH键、ClCl键和HCl键的键能分别为436 kJmol1、243 kJmol1、431 kJmol1，则反应热Q(436 kJmol1243 kJmol1)2431 kJmol1183 kJmol1E2，则该反应为_(填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图_(填“A”或“B”)表示。II.若E1E2，则该反应为_(填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图_(填“A”或“B”)表示III.下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的最小
15、能量：物质Cl2Br2I2HClHBrHIH2键能(kJ/mol)243193151432366298436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（_）AH2 BCl2 CBr2 DI2（2）下列氢化物中最稳定的是（_）AHCl BHBr CHI（3）X2H2=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_（填写化学式）。【答案】放热 A 吸热 B A A 放热 Cl2 【分析】I、反应物的总能量大于生成物的总能量为放热反应，反之为吸热反应
16、；III、键能越大，反应时释放的能量越多，物质本身具有的能量越低，则越稳定；旧键断裂吸收的总能量小于新键形成释放的总能量为放热反应，反之为吸热反应；【详解】I.若E1E2，反应物的总能量大于生成物的总能量，为图像A，反应放热；答案为：放热；A；II.若E1E2，反应物的总能量小于生成物的总能量，为图像B，反应吸热，答案为：吸热；BIII. （1）键能越大，反应时释放的能量越多，物质本身具有的能量越低，则越稳定，根据表中数据，答案为A；（2）键能越大，反应时释放的能量越多，则越稳定，答案为A；（3）X2H2=2HX(X代表Cl、Br、I)，以氯气为例，旧键断裂吸收的总能量=243+436=679
17、；新键形成释放的总能量=4322=864，反应为放热反应，答案为：放热；（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，释放的热量分别为：185、103、9，答案为：Cl2；14（2020黑龙江齐齐哈尔市高一期末）某实验小组同学进行如图所示实验，以检验化学反应中的能量变化。回答下列问题 (1)装置中反应物的总能量比生成物的总能量_(填标号)。a.高 b.低 c.相等(2)装置中反应后溶液的温度_(填标号)。a.升高 b.降低 c.不变(3)已知断裂1mo1共价键需要吸收的能量分别为 H H ：436kJ，I I ：151kJ，H I ：299kJ。则反应
18、 H2+I2 = 2HI的能量变化为_(填标号)。a.无能量变化 b.吸热 c.放热(4)碱金属单质在空气中燃烧的产物与碱金属的活动性有关。锂单质在空气中燃烧得到的产物的化学式为_。【答案】a b c Li2O 【分析】(1)活泼金属与酸的反应为放热反应；(2)氢氧化钡晶体与氯化铵的反应为吸热反应；(3) 根据H=反应物的键能和-生成物的键能和分析；(4) 锂的活泼性小于钠，则锂与氧气反应生成氧化锂。【详解】(1)装置中Al与稀盐酸的反应为放热反应，则反应物的总能量比生成物的总能量高，答案选a；(2)装置中氯化铵与氢氧化钡晶体的反应为吸热反应，反应后溶液的温度会降低，答案选b；(3)反应H2(
19、g)+I2(g)=HI(g)的H=反应物的键能和生成物的键能和=436kJ/mol+151kJ/mol2299kJ/mol=11kJ/mol，焓变小于0，所以该反应为放热反应，答案选c；(4)碱金属单质在空气中燃烧的产物与碱金属的活泼性有关，Li的活泼性小于Na，则Li在空气中燃烧生成的产物为Li2O。15（2020北京丰台区高一期末）化学反应中不仅有物质变化而且伴随着能量变化。(1)以下实验中属于吸热反应的是_(填序号)。(2)下图中，表示放热反应能量变化的是_(填字母)。(3)从微观角度分析化学反应中能量变化的原因：图中和分别为_、_(填“吸收”或“释放”)。氢气与氧气反应生成1mol水蒸
20、气时，释放_kJ能量。(4)当前，很多地区倡导用天然气替代煤作为家用燃料，根据下表从尽可能多的角度分析其原因是_。燃料燃烧释放的能量(每1千克)天然气55812kJ煤20908kJ【答案】 A 吸收 放出 245 相同质量的甲烷和煤相比，甲烷燃烧放出热量更高；甲烷燃烧充分，燃料利用率高，且污染小；甲烷中不含硫等杂质，不会造成酸雨等环境问题，因此甲烷是国家大力推广的清洁能源 【分析】吸热反应是反应物总能量小于生成物的总能量，放热反应是反应物总能量大于生成物的总能量，断键需要吸收能量，形成键放出热量，据此分析；【详解】(1)锌与硫酸反应属于放热反应；柠檬酸和碳酸氢钠反应属于吸热反应；所有的燃烧都是
21、放热反应；故符合题意；(2)放热反应：反应物总能量高于生成物的总能量，因此表示放热反应能量变化的是A；(3)为断键，断键吸收能量，为形成化学键，形成化学键放出能量；断裂1molH2和molO2中的化学键吸收的总能量为(436249)kJ=685kJ，形成1molH2O中的化学键释放的能量为930kJ，因此生成1molH2O时放出热量为930kJ685kJ=245kJ；(4)天然气主要成分是甲烷，由表中数据可以知道，相同质量的甲烷和煤相比，甲烷燃烧放出热量更高；而且甲烷中含氢量最高的烃，燃烧充分，燃料利用率高，且污染小；甲烷中不含硫等杂质，不会造成酸雨等环境问题，因此甲烷是国家大力推广的清洁能源。【点睛】反应式放热反应还是吸热反应取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小，如果反应物总能量大于生成物总能量则为放热反应，反之则为吸热反应。
