專題6化學反應與能量變化第二單元化學反應中的熱自主預習·新知導學合作探究·釋疑解惑課堂小結課標定位素養闡釋1.通過實驗和已有知識、經驗感受化學反應中的能量變化,能說出常見的吸熱反應和放熱反應,樹立物質變化中伴隨能量變化的觀念。2.能從反應物與生成物所具有的能量、化學鍵的斷裂與形成兩個角度理解化學反應中能量變化的主要原因,提升邏輯推理能力。3.能說出熱化學方程式的含義及其與普通化學方程式的不同,能夠正確書寫熱化學方程式并能進行簡單的計算。4.了解節能的意義和方法,認識提高燃料的燃燒效率的重要性。通過對氫能開發與利用的討論,認識開發、利用高能清潔能源的重要性和迫切性。感受化學學科的社會價值,培養科學態度和社會責任。

自主預習·新知導學一、放熱反應和吸熱反應1.反應中化學能與其他能量的轉化。(1)CaCO3的高溫分解:熱能→化學能;(2)植物的光合作用:光能→化學能;(3)電解水制H2:電能→化學能;(4)物質的燃燒:化學能→熱能、光能。2.放熱反應和吸熱反應。(1)實驗探究。結論:每一個化學反應都伴隨著能量的變化,有的釋放能量,有的吸收能量。(2)概念:化學上,把放出熱的反應稱為放熱反應,把吸收熱的反應稱為吸熱反應。【自主思考1】

下列反應中,哪些屬于放熱反應?哪些屬于吸熱反應?①碳與水蒸氣反應制水煤氣;②H2+CuOCu+H2O;③炸藥爆炸;④硫酸與氫氧化鉀溶液反應;⑤生石灰與水作用制熟石灰;⑥食物腐敗。提示:放熱反應:③④⑤⑥

吸熱反應:①②【自主思考2】

根據下列圖像,從宏觀上分析圖Ⅰ、圖Ⅱ反應過程中能量的變化,并說明理由。

Ⅰ

Ⅱ提示:圖Ⅰ中反應物的總能量大于生成物的總能量,反應釋放能量;圖Ⅱ中反應物的總能量小于生成物的總能量,反應吸收能量。【自主思考3】

從微觀上化學鍵變化的角度,分析化學反應中為什么會有能量的變化?提示:化學反應包含兩個過程:一是要斷開反應物中的化學鍵,這一過程需要吸收能量(E1)克服原子間的相互作用;二是要形成生成物中的化學鍵,這一過程會釋放能量(E2),吸收與放出的能量不同,因此化學反應中會有能量的變化。若E1>E2,反應吸收能量;若E1<E2,反應放出能量。二、熱化學方程式1.定義:表示反應中放出或吸收熱量的化學方程式,稱為熱化學方程式。2.意義:不僅表明了化學反應中的物質變化,也表明了化學反應中的能量變化。【自主思考4】

熱化學方程式H2(g)+O2(g)══H2O(g)

ΔH=-241.8kJ·mol-1表示的意義是什么?提示:一定條件下,1

mol

H2與

mol

O2反應生成1

mol水蒸氣可放出241.8

kJ熱量。3.書寫熱化學方程式的注意事項。(1)熱化學方程式中要標明物質的狀態,用g、l、s分別代表氣態、液態、固態。(2)用

ΔH標明反應放出或吸收的熱量,負值表示在該條件下反應放熱,正值表示在該條件下反應吸熱。(3)熱化學方程式中各物質前的化學計量數不表示分子個數,只表示物質的量。因此,它可以用整數,還可以用簡單分數表示。對于相同物質的反應,當化學計量數不同時,其ΔH不同。【自主思考5】

1molC與1molO2完全反應生成1molCO2氣體,放出393.6kJ熱量,寫出反應的熱化學方程式。

提示:C(s)+O2(g)══CO2(g)ΔH=-393.6

kJ·mol-1

三、燃料燃燒釋放的熱量1.熱值:一定條件下單位質量的可燃物完全燃燒所放出的熱。表幾種燃料的熱值2.化石燃料燃燒帶來的問題。煤等化石燃料的燃燒常常伴隨著大量煙塵、CO、SO2、氮氧化物(NOx)等有毒有害物質的排放,后兩者還能導致酸雨,對環境的破壞比較嚴重。而且,燃料燃燒過程中燃料使用效率不高。3.燃料燃燒問題的解決。(1)節約現有的能源,尤其是減少作為燃料的煤和石油的開采。(2)提高燃料的使用效率,減少對環境的污染,利用化學方法將化石燃料轉化為清潔燃料,如將煤經氣化轉化成煤氣,或使煤經液化形成液體燃料。(3)確保能源安全,積極開發優質的新能源,氫能、水能、太陽能、風能等都是更清潔、更高效的能源。四、氫燃料的應用前景1.制備:氫氣是未來理想的綠色燃料。將太陽能轉化為電能,再將水催化電解獲得氫氣,化學方程式為2H2O2H2↑+O2↑。2.貯存:科學家正在致力于研究具備良好吸收和釋放氫氣性能的合金(如鑭鎳合金等),這將為解決氫氣貯存問題開辟新的方向。貯氫合金在一定條件下吸收氫氣形成金屬氫化物,在加熱時又可釋放出氫氣。3.應用。(1)液氫常用作運載火箭的燃料。(2)用作新型交通工具的燃料。(3)利用氫燃料電池發電。五、太陽能及其利用1.光合作用。植物體內的葉綠素等物質將水、二氧化碳轉化為葡萄糖,進而生成淀粉、纖維素,實現了光能到化學能的轉化。用化學方程式表示為6H2O+6CO2C6H12O6+6O2。2.光-熱轉換:利用太陽輻射能加熱物體而獲得熱能,如地膜、大棚、太陽能熱水器、反射式太陽灶、高溫太陽爐等。3.光-電轉換。(1)光-熱-電轉換是利用太陽能發電,一般由太陽能集熱器將太陽能轉化為熱能,再使水轉化為水蒸氣以驅動汽輪機發電。(2)光-電直接轉換是利用光電效應,將太陽輻射能直接轉換為電能。【效果自測】

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)化學變化過程中既有物質變化又有能量變化。(

)(2)伴有能量變化的過程一定是化學變化。(

)(3)化學反應中的能量變化全部是以熱量的形式變化的。(

)(4)只要有化學鍵的斷裂,一定發生化學反應。(

)(5)斷裂化學鍵釋放出能量而生成新化學鍵則吸收能量。(

)√××××(6)當反應物的總能量大于生成物的總能量時,化學反應吸收能量。(

)(7)氫能是一種無污染的綠色能源。(

)×√2.下列關于化學反應中能量變化的說法正確的是(

)。A.形成化學鍵的過程是放熱過程B.可逆反應進行的過程中沒有能量變化C.在常溫下可以發生的反應一定是放熱反應D.化學反應中能量變化的大小與反應物的質量大小無關答案:A解析:化學反應過程都伴隨有化學鍵的斷裂與形成,故任何化學反應中都有能量的變化,B項錯誤;常溫下發生的反應不一定是放熱反應,如Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應是常溫下發生的吸熱反應,C項錯誤;化學反應中能量變化的大小與反應物的質量有關,D項錯誤。3.H2是一種很有前途的能源,以水為原料大量制取H2,最理想的途徑是(

)。A.利用太陽能直接使水分解為H2B.以焦炭和水為原料制水煤氣后再分離出H2C.以赤熱的Fe與水反應生成H2D.由熱電廠提供電能,利用直流電電解水產生H2答案:A

合作探究·釋疑解惑探究任務1探究任務2

探究任務1化學反應中能量變化的原因問題引領化學反應是舊鍵斷裂和新鍵生成的過程,其中舊鍵斷裂吸收的能量和新鍵生成釋放的能量不同,故化學反應必然伴隨能量的變化。那我們如何計算化學反應吸收或放出的熱量呢?1.通過上述圖示計算1molH2與1molCl2生成2molHCl放出的熱量是多少?提示:1

mol

H2與1

mol

Cl2生成2

mol

HCl放出的熱量為431.8

kJ×2-436.4

kJ-242.7

kJ=184.5

kJ。2.需要加熱才能發生的反應一定是吸熱反應嗎?提示:不一定。加熱、點燃、高溫等是使反應發生的條件,一個反應是吸熱還是放熱最終取決于反應物的總能量和生成物的總能量的相對大小,因此,開始需要加熱的反應也可能是放熱反應,吸熱反應在常溫下也有可能發生。歸納提升1.反應熱(ΔH)。2.反應熱與鍵能的關系。(1)鍵能:斷開氣態物質中1mol某種共價鍵生成氣態原子需要吸收的能量,就是該共價鍵的鍵能。(2)鍵能與物質的穩定性:鍵能越大,共價鍵越牢固,形成的物質越穩定,則該物質本身所具有的能量越低。

(3)利用鍵能計算反應熱:ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和。3.放熱反應與吸熱反應的比較。

典型例題【例題1】

(2022山東煙臺高一檢測)下列實驗現象或圖像信息不能充分說明對應的化學反應的熱效應的是(

)。答案:A解析:鋅粒與稀硫酸反應生成H2,氣體增多,壓強增大,針筒活塞向右移動,A項描述的現象不能判斷反應放出熱量,符合題意;由圖像可知,反應物的總能量低于生成物的總能量,B項能說明該反應是吸熱反應,不符合題意;集氣瓶中密封空氣,Na2O2與水的反應開始后,甲處液面低于乙處液面,說明瓶中空氣的壓強增大,推測試管中發生的反應是放熱反應,C項不符合題意;稀鹽酸與Na2CO3溶液反應,溫度計的水銀柱不斷上升,說明該反應是放熱反應,D項不符合題意。【變式訓練1】

下列說法中正確的是(

)。①需要加熱才能發生的反應一定是吸熱反應②放熱反應在常溫下一定很容易發生③反應是放熱還是吸熱必須看反應物和生成物所具有的總能量的相對大小④放熱反應加熱到一定溫度引發后,停止加熱,反應可能會繼續進行A.③④

B.①②C.①②③④ D.②③④答案:A解析:需加熱才能發生的反應不一定是吸熱反應,如木炭燃燒反應;放熱反應常溫下不一定容易發生,如木炭燃燒反應;反應是放熱還是吸熱取決于反應物、生成物所具有的總能量的相對大小;由于放熱反應在反應過程中放出熱量,所以停止加熱后反應可能會繼續進行。探究任務2熱化學方程式的書寫問題引領化學反應過程中既有物質的變化,同時又有能量的變化。用熱化學方程式可以把兩種變化同時表示出來。參加反應的物質,其物質的量的多少、物質的聚集狀態等都會影響反應中的能量變化。1.熱化學方程式中如何表示出能量變化?提示:在方程式的右側表示出該反應的反應熱,以表明反應中的能量變化。2.書寫熱化學方程式的一般步驟有哪些?提示:①寫出配平的化學方程式;②注明物質的聚集狀態;③寫出ΔH的符號、數值、單位。3.同一個化學反應,只有一個與之對應的化學方程式,是否也只有一種形式的熱化學方程式?提示:熱化學方程式表明了參加反應的物質,其物質的量與反應熱的關系,而ΔH的值與反應物的物質的量有關,所以熱化學方程式中化學計量數不同時,ΔH也不同,一個化學反應可有多種形式的熱化學方程式。歸納提升書寫熱化學方程式應注意的問題。與普通化學方程式相比,書寫熱化學方程式除了要遵循書寫化學方程式的要求外還應注意以下五點。1.ΔH的意義。ΔH只能寫在標有反應物和生成物狀態的方程式的右邊,并用空格隔開。若為放熱反應,ΔH為“-”;若為吸熱反應,ΔH為“+”。ΔH的單位一般為kJ·mol-1(或kJ/mol)。2.反應的條件。書寫熱化學方程式時應標明ΔH的測定條件。一般情況下ΔH是在25℃、1.01×105Pa下測定的,此時可不注明溫度和壓強。3.化學計量數。注意熱化學方程式中各物質化學式前面的化學計量數僅表示該物質的物質的量,因此化學計量數可以是整數,也可以是分數。4.物質的聚集狀態。反應物和生成物的聚集狀態不同,反應熱ΔH不同。因此,必須標明物質的聚集狀態才能完整地體現出熱化學方程式的意義。氣體用“g”,液體用“l”,固體用“s”,溶液用“aq”表示。熱化學方程式中不用“↑”和“↓”。5.熱化學方程式中化學計量數與ΔH的關系。由于ΔH與參加反應的物質的物質的量有關,所以熱化學方程式中化學式前面的化學計量數必須與ΔH相對應。典型例題【例題2】

已知在25℃、101kPa下,57gC8H18(辛烷,液態)燃燒生成二氧化碳和液態水時放出2758.80kJ熱量。表示上述反應的熱化學方程式正確的是(

)。答案:B解析:57

g

C8H18燃燒生成CO2和H2O(l)放出2

758.80

kJ熱量,則1

mol

C8H18(質量為114

g)燃燒生成CO2和H2O(l)放出

×2

758.80

kJ=5

517.60

kJ熱量,反應放熱,ΔH<0,故B項正確。

書寫熱化學方程式要“五查”一查熱化學方程式是否配平;二查各