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。化学反应中的能量变化1化学反应中的能量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：NaOHHCl=NaClH2O；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
2、方程式：Zn2HCl=ZnCl2H2；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HOH=H2O。(3)大多数的化合反应，如H2Cl22HCl。(4)铝热反应，如2AlFe2O3Al2O32Fe。(5)活泼金属与酸或H2O的反应，如2Al6H=2Al
3、33H2，2Na2H2O=2Na2OHH2。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)22NH4ClCaCl22NH32H2O。(2)大多数的分解反应，如NH4ClHClNH3。(3)碳与水蒸气的反应：CH2O(g)COH2。(4)部分以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如CCO22CO。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
4、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BNaOH和HCl反应CNaOH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_。煅烧石灰石制生石灰(CaO)燃烧木炭取暖炸药爆炸NaOH溶液与盐酸的反应生石灰与水作用制熟石灰食物因氧化而腐败硝酸铵溶于水答案：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：
5、436 kJ249 kJ685 kJ；成键时释放的总能量：930 kJ；所以1 mol 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)结论若E1E2，反应吸收能量(吸热反应)。若E1E2，反应释放能量(放热反应)。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。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
6、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E|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E|断键时吸收能量之和成键时释放能量之和|1判断正误(1)O22O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
7、于生成物的总能量。()(3)断裂1 mol HCl键吸收的能量和形成1 mol HCl键释放的能量相同。()(4)断裂1 mol HCl键和1 mol HI键所需能量：前者小于后者。()(5)1 mol H2和1 mol Cl2的总能量大于2 mol 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：A3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E1E2解析：选B。根据图
8、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”或“等级性测试1“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。吸食时，将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合摇动即会制冷。根据你的经验判断，该化学物质是()A氯化钠B固体氢氧化钠C固体硝酸铵 D生石灰解析：选C。考查化学物质和水混合时的能量变化问题。氯化钠溶于水的能量变化不明显；固体硝酸铵溶于水是吸热过程；固体氢氧化钠、生石灰溶于水是放热过程。2从宏观角度来看化学变化的本质是有新物质生成。从微观角度来看，下列变化不能说明发生了化学变化的是()A变化时有电子的得失或偏移B变化过程中有化学键的断裂和形成C变化时释放出能量D变化前后原子的种类和数目
9、没有改变，分子种类改变了解析：选C。物质发生变化时有电子的得失或偏移，说明发生了氧化还原反应，A能说明；化学反应的过程就是原子重新组合的过程，所以变化过程中有化学键的断裂和形成，B能说明；物质的状态从气态到液态变化时也会释放出能量，但属于物理变化，C不能说明；化学反应的过程就是原子重新组合的过程，在这个过程中原子的种类和数目没有改变，分子种类可能增加，也可能减少，D能说明。3下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是()A铁片与稀硫酸的反应BBa(OH)28H2O和NH4Cl的反应C灼热的焦炭与水蒸气的反应D镁条在氯气中燃烧解析：选C。A项中铁片与稀硫酸的反应和D项中镁条在氯气中燃烧都是放
10、热反应；B项中Ba(OH)28H2O和NH4Cl的反应是复分解反应，是非氧化还原反应；C项中灼热的焦炭与水蒸气的反应是吸热的氧化还原反应。4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。由此可见()ANH4HCO3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反应的离子方程式为CO2H=H2OCO2解析：选B。根据醋酸逐渐凝固说明该反应是吸热反应，A、C错误，B正确；该反应的离子方程式为HCOH=H2OCO2，D错误。5下列图示表示吸热反应的是()解析：选A。根据图像可知，反应物的总能
11、量低于生成物的总能量，因此是吸热反应，A正确；根据图像可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，因此是放热反应，B错误；浓硫酸稀释放热，属于物理变化，既不是吸热反应，也不是放热反应，C错误；锌与稀盐酸发生置换反应生成氯化锌和氢气，属于放热反应，D错误。6下列关于化学反应中能量变化的说法正确的是()A化学反应中的能量变化，都表现为热能的变化B化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因C已知Zn(s)CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)Cu(s)为放热反应，则反应物总能量E2，故D项错误。7反应ABC(反应放热)分两步进行：ABX(反应吸热)，XC(反应放热)。下列示意图中，能正确表示总反应
12、过程中能量变化的是()解析：选D。根据吸热反应和放热反应与反应物总能量和生成物总能量的关系分析、判断。ABC为放热反应，则A和B的能量之和大于C的能量，A、B选项错误；ABX为吸热反应，则A和B的能量之和小于X的能量，C选项错误、D选项正确。8已知断裂1 mol HH键吸收能量为436 kJ，形成1 mol HN键放出能量为391 kJ，若1 mol N2和3 mol H2完全反应：N23H22NH3，放出的能量为92.4 kJ，则断裂1 mol NN键吸收的能量是()A433.6 kJ B945.6 kJC649 kJ D869 kJ解析：选B。断键吸收能量为Q吸E(NN)3436 kJ，成
13、键放出能量为Q放6391 kJ，Q放Q吸92.4 kJ，即6391 kJE(NN)3436 kJ92.4 kJ，解得E(NN)945.6 kJ。9化学键的键能是形成(或断开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。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(kJmol1)：PP：198PO：360O=O：497若生成1 mol P4O6，则反应P4(白磷)3O2=P4O6中的能量变化为()A吸收1 641 kJ能量 B放出1 641 kJ能量C吸收126 kJ能量 D放出126 kJ能量解析：选B。断键吸收的能量：6 mol PP键为6198 kJ，3 mol O=O键为34
14、97 kJ，共为2 679 kJ；成键放出的能量：12 mol PO键为12360 kJ4 320 kJ；故反应放出的能量大于吸收的能量，放出的能量为4 320 kJ2 679 kJ1 641 kJ。10下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量：物质Cl2Br2I2HClHBrHIH2能量/kJ243193151432366298436根据表中数据回答下列问题。(1)下列氢化物中最稳定的是_。 AHClBHBrCHI(2)H2X2=2HX(X代表Cl、Br、I)是_(填“放热反应”或“吸热反应”)。 (3)在相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与H2反应，当消耗的物质的量
15、相同时，放出或吸收的能量最多的是_与H2的反应。 解析：(1)破坏1 mol HX中的化学键所消耗的能量越多，说明HX越稳定，由表中数据可判断氢化物中最稳定的为HCl。(2)H2X2=2HX(X代表Cl、Br、I)，当有1 mol H2发生反应时，断裂旧化学键吸收的能量分别为(436243) kJ679 kJ、(436193) kJ629 kJ、(436151) kJ587 kJ，形成新化学键放出的能量分别为2432 kJ864 kJ、2366 kJ732 kJ、2298 kJ596 kJ，形成新化学键放出的能量均比断裂旧化学键吸收的能量多，因此都是放热反应。(3)放出的能量分别是864 kJ
16、679 kJ185 kJ、732 kJ629 kJ103 kJ、596 kJ587 kJ9 kJ，故Cl2与H2反应放出的能量最多。答案：(1)A(2)放热反应(3)Cl211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_、_，反应_(填“吸收”或“放出”)能量。(2)反应过程中断裂的化学键及其物质的量为_，_(填“吸收”或“放出”，下同)的能量为_(用E1、E2或E3表示，下同)；形成的化学键及其物质的量为_，_的能量为_。(3)E2_或_。(用“A、C”或“E1、E3”表示)解析：(1)A、C分别表示1 mol N2(g)和3 m
17、ol H2(g)(反应物)的总能量、2 mol NH3(g)(生成物)的总能量，由于反应物总能量高于生成物总能量，因此反应放出能量。(2)反应过程中断裂的化学键为1 mol NN键和3 mol HH键，吸收的能量为E1；形成的化学键为6 mol NH 键，放出的能量为E3。答案：(1)1 mol N2(g)和3 mol H2(g)(反应物)的总能量2 mol NH3(g)(生成物)的总能量放出(2)1 mol NN键和3 mol HH键吸收E16 mol NH键放出E3(3)ACE3E112某同学设计如下三种实验方案以探究某反应是放热反应还是吸热反应。方案一：如图甲，在小烧杯里放一些已除去氧化
18、铝保护膜的铝片，然后向烧杯里加入10 mL 2 molL1稀硫酸，再插入一支温度计，温度计的温度由20 逐渐升至75 ，随后，温度逐渐下降至30 ，最终停留在20 。方案二：如图乙，在烧杯底部用熔融的蜡烛粘一块小木片，在烧杯里加入10 mL 2 molL1硫酸溶液，再向其中加入氢氧化钠溶液，片刻后提起烧杯，发现小木片脱落下来。方案三：如图丙，A试管中发生某化学反应，实验前U形管中的红墨水液面相平，在化学反应过程中，通过观察U形管两侧红墨水液面高低变化判断某反应是吸热反应还是放热反应。项目A试管里发生反应的物质U形管里红墨水液面变化氧化钙与水左低右高氢氧化钡晶体与氯化铵晶体(充分搅拌)？铝片与烧
19、碱溶液左低右高铜与浓硝酸左低右高根据上述实验回答相关问题：(1)铝片与稀硫酸的反应是_(填“吸热”或“放热”)反应，写出该反应的离子方程式：_。(2)方案一中，温度升至最大值后又下降的原因是_。(3)方案二中，小木片脱落的原因是_，由此得出的结论是_。(4)方案三中，如果A试管里发生的反应是放热反应，则U形管中红墨水液面高度：左边_(填“高于”“低于”或“等于”)右边。(5)由方案三的现象得出结论：组物质发生的反应都是_(填“吸热”或“放热”)反应，如果放置较长时间，可观察到U形管里的现象是_。(6)方案三实验的U形管中的现象为_，说明反应物的总能量_(填“大于”“小于”或“等于”)生成物的总
20、能量。解析：(1)金属与酸的反应是放热反应，因此铝片与稀硫酸的反应是放热反应，该反应的离子方程式为2Al6H=2Al33H2。(2)方案一中，温度升至最大值后又下降的原因可能是反应完全后，热量向空气中传递，烧杯里物质的温度降低。(3)方案二中，反应放出的热量使得蜡烛熔化，小木片脱落。(4)方案三中，如果A试管里发生的反应是放热反应，锥形瓶中气体的压强增大，U形管中红墨水液面左边低于右边。(5)由方案三的现象得出结论：组物质发生的反应都是放热反应，如果放置较长时间，热量散失，装置中气体的压强与外界压强相等，U形管中红墨水液面左右相平。(6)方案三中的实验属于吸热反应，U形管中红墨水液面左高右低。答案：(1)放热2Al6H=2Al33H2(2)反应完全后，热量向空气中传递，烧杯里物质的温度降低(3)蜡烛受热熔化氢氧化钠与硫酸反应放热(4)低于(5)放热红墨水液面左右相平(6)红墨水液面左高右低小于
