1、第一节第一节 化学反应与能量变化化学反应与能量变化 第第 1 1 课时课时 化学反应与热能化学反应与热能 学业要求 核心素养建构 1.知道化学键的断裂与形成是化学反应中能 量变化的主要原因。 2.知道反应物与生成物总能量的相对高低是 反应过程中能量变化的决定因素。 3.了解化学能与热能的相互转化。 4.了解能量转化在生产、生活中的应用。 知识梳理 一、化学能与热能的相互转化 1.实验探究 实验操作 实验现象 (1)看到有气泡产生； (2)用手触摸反应后的试 管，手感到发烫； (3)温度计指示溶液温度 升高 (1)闻到刺激性气味； (2)用手触摸杯壁下部，有冰凉的感觉； (3)用手拿起烧杯， 木
2、片粘结到烧杯的底 部； (4)烧杯内反应物呈糊状 实验结论 该反应放出热量 该反应吸收热量 化学方程式 Mg 2HCl=MgCl2 H2 Ba(OH)2 8H2O 2NH4Cl=BaCl2 2NH310H2O 2.概念 (1)放热反应：释放热量的化学反应。 (2)吸热反应：吸收热量的化学反应。 3.常见的吸热反应和放热反应 (1)常见的放热反应：金属与水或酸的反应、燃烧反应、大多数化合反应、中和 反应等。 (2)常见的吸热反应：氢氧化钡晶体与氯化铵的反应、盐酸与碳酸氢钠的反应、C CO2= 高温 2CO、CH2O(g)= 高温 COH2、大多数分解反应等。 微自测 1.下列反应中， 属于放热反
3、应的是_， 属于吸热反应的是_(填 序号)。 煅烧石灰石(主要成分是 CaCO3)制生石灰(CaO) 燃烧蜂窝煤取暖 炸药爆炸 硫酸与氢氧化钾溶液反应 生石灰与水 作用制熟石灰 食物腐败 碳与水蒸气反应制得水煤气 答案 二、化学键与化学反应中能量变化的关系 1.化学反应中能量变化的原因 E1E2，反应吸收能量；E1E2，则该反应为_热反应，该反应的过程可看成是“贮存”在 物质内部的能量转化为_能而被释放出来的过程。 (2)若 E1E2，则该反应为_热反应。那么在发生化学反应时，反应物需 要 _ 才 能 转 化 成 生 成 物 。 该 反 应 过 程 可 看 成 是 _ _ 的过程。 解析 (1
4、)反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应进行的结果必然是部分 能量被释放出来。 (2)反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应进行时，必然有外部能量参与 到反应中来。 答案 (1)放 热 (2)吸 吸收能量 热能转化为物质内部的能量而被“贮存” 起来 三、能源的利用 1.常规能源 (1)化石燃料(人类利用最多的常规能源)：主要包括煤、石油和天然气。 (2)特点：短期内不可再生，储量有限； 燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO 等是大气污染物的主要来源。 2.新能源 (1)理想新能源：太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。 (2)特点：资源丰富、可以再生、对环境无污染。 微自测 3.“能源分类
5、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、沼气 D.地热能、海洋能、核能 解析 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。 答案 C 探究一 化学键与化学反应中能量变化的关系 从微观化学键角度认知化学反应中能 量变化的原因 探究素材 化学反应过程中的能量变化来源于化学反应过程中旧化学键断裂与新化学键形 成时的能量变化。 探究题目 1.根据下面的信息，判断下列叙述正确的
6、是( ) A.氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量 B.氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量 C.1 mol H2跟1 2 mol O2 反应生成 1 mol H2O 一定释放能量 245 kJ D.2 mol H2(g)跟 1 mol O2(g)反应生成 2 mol H2O(g)吸收能量 490 kJ 解析 由题中信息可知，1 mol H2(g)的共价键断裂吸收能量 436 kJ，1 2 mol O2(g) 的共价键断裂吸收能量 249 kJ，两项共吸收能量 685 kJ；形成 2 mol HO 键时 共释放能量 930 kJ。 在 1 mol H2(g)跟1 2 mol O2(g)反应生成 1
7、 mol H2O(g)的过程中， 放出的能量比吸收的能量多 245 kJ，C 项中缺少物质的状态，所以释放的能量不 一定是 245 kJ。 答案 A 从宏观物质总能量角度理解化学反应 中能量变化 探究素材 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取决于反应物的总 能量与生成物的总能量的相对大小。具体情况见下表： 放热反应 吸热反应 图示 能量相 对大小 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 探究题目 2.已知化学反应 A2(g)B2(g)=2AB(g)的能量变化如图所示， 判断下列叙述中正 确的是( ) A.每生成 2 分子 AB(g)吸收 b k
8、J 热量 B.1 mol A2(g)和 1 mol B2(g)反应生成 2 mol AB(g)吸收的热量为(ab) kJ C.该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 D.断裂 1 mol AA 和 1 mol BB 键，放出 a kJ 能量 解析 形成化学键放出热量，每生成 2 mol AB 放出 b kJ 热量，A 项错误；1 mol A2(g)和 1 mol B2(g)完全反应生成 2 mol AB(g)吸收的热量为(ab) kJ， B 项正确； C.反应是吸热反应，依据能量守恒可知，反应中反应物的总能量低于生成物的总 能量，故 C 项错误；断裂 1 mol AA 键和 1 mol BB
9、 键，吸收 a kJ 能量，D 项错误。 答案 B 从宏微结合认知物质的稳定性 探究素材 物质的稳定性与其所具有的能量的高低密切相关。物质具有的能量越低越稳定， 参加反应时，化学键断裂吸收的能量就越多，而形成该物质的化学键时放出的能 量也越多。反之，物质具有的能量越高越不稳定，参加反应时，化学键断裂吸收 的能量就越少，而形成该物质的化学键时放出的能量也越少。 探究题目 3.石墨和金刚石都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知 12 g 石墨完全转化为金刚石时，要吸收 a kJ 的能量。下列说法中正确的是( ) A.石墨不如金刚石稳定 B.等质量的石墨和金刚石完全燃烧，金刚石放出的能
10、量多 C.石墨转化为金刚石的反应是放热反应 D.等质量的石墨的能量高于金刚石的能量 解析 由石墨完全转化为金刚石时吸热，属吸热反应，说明石墨的能量比金刚石 低，石墨比金刚石更稳定；同质量的石墨和金刚石完全燃烧时，消耗氧气的量相 同，生成同样多的二氧化碳，由于金刚石的能量高，所以金刚石燃烧后放出的能 量要多。 答案 B 探究二 吸热反应与放热反应的比较 从对比判断吸热反应和放热反应 探究素材 1.根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断决定因素。 若反应物的总能量大于生成物的总能量，属于放热反应，反之是吸热反应。 2.根据化学键断裂或形成时的能量变化判断用于计算。 若断裂反应物中的化学键所吸收的
11、能量小于形成生成物中化学键所放出的能量， 属于放热反应，反之是吸热反应。 3.根据反应物和生成物的相对稳定性判断。 由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应，反之为吸 热反应。 4.根据反应条件判断。 凡是持续加热才能进行的反应一般就是吸热反应。 探究题目 4.生活中每时每刻都发生着各种化学反应，下列反应不一定属于放热反应的是 ( ) A.H2SO4与 Ba(OH)2溶液的反应 B.燃烧反应 C.复分解反应 D.中和反应 解析 H2SO4与 Ba(OH)2溶液混合，酸与碱发生中和反应，是放热反应；燃烧是 指剧烈的发光、 发热的反应， 因而都是放热反应； 复分解反应， 有
12、的是放热反应， 如酸碱中和反应，有的是吸热反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应。 答案 C 从能量守恒认知化学反应能量变化与 反应条件的关系 探究素材 1.化学反应能量变化与反应条件的关系 化学反应能否发生与条件有关，反应过程的能量变化与反应条件没有必然联系， 但若反应在开始时需要加热， 反应开始后不再加热就能继续进行的化学反应一般 是放热反应，如铁与硫的反应；需要持续加热才能进行的反应一般是吸热反应， 如碳酸钙的受热分解。 2.有关吸热反应和放热反应理解的三个“不一定” (1)放热反应不一定容易发生，如合成氨反应需要在高温高压和催化剂作用下才 能发生；吸热反应不一定难发生，如 Ba(OH)
13、2 8H2O 与 NH4Cl 的反应在常温下能 发生。 (2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如硫与铁的反应；吸热反应也 不一定需要加热，如 Ba(OH)2 8H2O 晶体和 NH4Cl 晶体的反应。 (3)放热过程不一定是放热反应，如 NaOH 固体的溶解和浓硫酸的稀释是放热过 程，但不是放热反应；吸热过程也不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸 热过程，但不是吸热反应。 探究题目 5.下列说法正确的是( ) 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 放热反应在常温下一定很容易 发生 反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量 的相对大小 有的放热反应加热到一定温度引
14、发后， 停止加热反应也能继续进 行 A.只有 B.只有 C. D. 解析 加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在 常温下不一定容易发生，如 N2与 H2合成 NH3；反应是放热还是吸热取决于反应 物、生成物所具有的总能量的相对大小；需要加热才能发生的放热反应，如果反 应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如 Fe S= FeS。 答案 A 从能量守恒认知不同类型能量间转化 探究素材 从能量变化的角度来看，化学反应过程是热能、电能或光能等转化为物质内部的 化学能被“储存”起来的过程， 或者说“储存”在物质内部的化学能转化为热能、 电能或光能等释放出
15、来的过程。 探究题目 6.下列有关能量的说法不正确的是( ) A.化石能源物质内部贮存着大量的能量 B.植物的光合作用使太阳能转化为化学能 C.由石墨制金刚石是吸热反应，故石墨的能量比金刚石的能量低 D.燃料燃烧时只是将化学能转化为热能 解析 化石能源物质内部贮存着大量的能量，燃烧时放热，A 正确；植物的光合 作用是太阳能转化为化学能的过程，B 正确；吸热反应中反应物的总能量小于生 成物的总能量，C 正确；燃料燃烧时，化学能主要转化为热能，还有一部分转化 为光能等其他形式的能量，D 错误。 答案 D 探究三 能源的利用 从能源的利用培养社会责任感 探究素材 能源利用中的几个问题 1.能源利用的
16、“两个矛盾”常规能源能源需求与能源储量、环境污染的矛盾； 2.节能的“两个环节”提高燃料的燃烧效率和能源的利用率； 3.新能源的“三个特点” 资源丰富、可以再生、对环境无污染。 探究题目 7.在人类生产、 生活对能量的需求日益增长的今天， 研究化学反应及其能量变化， 对合理利用常规能源和开发新能源具有十分重要的意义。 能源是人类赖以生存和 发展不可缺少的因素。请完成下列问题： (1)人类利用能源分为三个阶段，即_、_、_。 (2)矿物能源是现代人类社会赖以生存的重要物质基础。目前，全球仍主要处于 化石能源时期。下列不属于化石能源的是_。(填序号，下同) A.石油 B.煤 C.天然气 D.生物质
17、能 (3)下列对能源的看法合理的是( ) A.化石能源属于不可再生能源，只会越用越少 B.生物质能是一种可再生能源，有广泛的前景 C.太阳能、氢能、核能、地热能都属于新能源 D.我国人口众多、资源相对匮乏、环境承载能力较弱，因此要建设节约型社会 答案 (1)柴草时期 化石能源时期 多能源结构时期 (2)D (3)ABCD 1.下列对化学反应的认识错误的是( ) A.会引起化学键的变化 B.会产生新的物质 C.必然引起物质状态的变化 D.必然伴随着能量的变化 解析 化学反应不一定引起物质状态的变化，如气相反应：氮气与氢气化合生成 氨气无状态变化。 答案 C 2.下列变化过程吸收能量的是( ) A
18、.Na Na B.ClCl C.HClHCl D.H2HH 答案 D 3.在 25 ，101 kPa 下，1 mol 的白磷(化学式为 P4)完全燃烧放出的热量比 4 mol 的红磷(化学式为 P)完全燃烧放出的热量多。化学方程式分别为 P4(s) 5O2(g)=P4O10(s)； 4P(s)5O2(g)=P4O10(s)。 由此判断， 下列说法正确的是( ) A.由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷高 B.由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷低 C.由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷高 D.由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷低 解析
19、 白磷和红磷燃烧的生成物相同，但白磷释放的热量较多，说明等质量的白 磷具有较高的能量，白磷转化为红磷要放热，反之要吸热。 答案 D 4.已知断裂 1 mol 共价键所需要吸收的能量分别为 HH：436 kJ，II： 151 kJ， HI： 299 kJ， 下列对 H2(g)I2(g) 2HI(g)的反应类型判断错误的是( ) A.放出能量的反应 B.吸收能量的反应 C.氧化还原反应 D.可逆反应 解析 依题意，断裂 1 mol HH 键和 1 mol II 键吸收的能量为 436 kJ151 kJ 587 kJ， 生成 2 mol HI 键放出的能量为 299 kJ2598 kJ， 因为 59
20、8 kJ587 kJ，所以，该反应的正反应是放出能量的反应；根据反应式可知该反应是可逆反 应，也是氧化还原反应。 答案 B 5.如图所示，把试管放入盛有 25 饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小 块镁片，再滴入 5 mL 稀盐酸。 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溶液和H2的总能量_(填“大于”、 “小于”或“等 于”)镁片和盐酸的总能量。 解析 (1)镁与盐酸剧烈反应，可观察到产生大量气体，反应放出热量使饱和溶 液温度升高，析出固体溶质，观察到溶液变浑浊。 (3)镁与盐酸发生置换反应，生成氯化镁和氢气，反应的离子方程式为：Mg2H =Mg2H 2，析出固体的离子方程式为：Ca2 2OH=Ca(OH) 2。 (4)当反应物的总能量高于生成物的总能量时，反应是放热反应，则 MgCl2溶液 和 H2的总能量小于镁片和盐酸的总能量。 答案 (1)镁片上有大量气泡产生，镁片逐渐溶解，烧杯中溶液变浑浊 (2)镁与 盐酸反应生成氢气，且该反应放热，Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小，故有 固体析出 (3)Mg2H =Mg2H 2、Ca2 2OH=Ca(OH) 2 (4)小于