高中化學(xué) 第2章 第1節(jié) 化學(xué)能與熱能學(xué)案 新人教版必修21

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化學(xué)能與熱能 【學(xué)習(xí)目標】 1．知道化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。 2．通過生產(chǎn)、生活中的實例了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。 3．舉例說明化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化關(guān)系及其應(yīng)用。 4．認識提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料和研制新型電池的重要性。 5．通過實驗認識化學(xué)反應(yīng)的速率和化學(xué)反應(yīng)的限度，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用。 【學(xué)習(xí)過程】 1.化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系 (1)化學(xué)反應(yīng)中能量變化的原因：在化學(xué)反應(yīng)中，從反應(yīng)物分子轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锓肿樱髟觾?nèi)部并沒有多少變化，但原子間的結(jié)合方式發(fā)生了改變。在這個過程中，反應(yīng)物分子中的化學(xué)鍵部分或全部遭到破壞，生成物分子中的新化學(xué)鍵形成。物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生能量變化的主要原因是化學(xué)鍵的斷裂和形成。利用化學(xué)鍵的能量變化計算化學(xué)反應(yīng)中的能量變化如下： (2)化學(xué)反應(yīng)中能量變化的決定因素：任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨有能量的變化。一個確定的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量，決定于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小?？杀硎救缦拢悍磻?yīng)物的總能量>生成物的總能量，化學(xué)反應(yīng)放出能量；反應(yīng)物的總能量<生成物的總能量，化學(xué)反應(yīng)吸收能量。 溫馨提示：化學(xué)鍵的形成蘊涵著能量變化，在進行反應(yīng)時化學(xué)鍵要斷裂，吸收能量，反應(yīng)后形成新化學(xué)鍵要放出能量，反應(yīng)前反應(yīng)物能量與反應(yīng)后生成物能量不相等。 (1)對同一種化學(xué)鍵而言，斷裂時吸收的能量與形成時放出的能量相同。 (2)判斷該反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)，也可比較斷鍵吸收的總能量與形成新鍵所釋放的總能量大小。 2.化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化 【實驗】鋁和稀鹽酸的反應(yīng) 【實驗】Ba(OH)28H2O和氯化銨反應(yīng) 【實驗】鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng) （1）常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)： （2）放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)的判斷： ①根據(jù)反應(yīng)物和生成物的總能量的相對大小判斷：若E(反應(yīng)物)>E(生成物)，該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)。反應(yīng)圖示如下左；若E(生成物)>E(反應(yīng)物)，該反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)。反應(yīng)圖示如下右。 ②根據(jù)化學(xué)鍵破壞或形成時的能量變化判斷：破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵所吸收的能量小于形成生成物中化學(xué)鍵所放出的能量，該反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)；破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵所吸收的能量大于形成生成物中化學(xué)鍵所放出的能量，該反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)。 溫馨提示：化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)與反應(yīng)條件無必然的關(guān)系。 【歸納總結(jié)】 1．化學(xué)反應(yīng)必然伴隨能量的變化。 2．化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，與反應(yīng)條件無關(guān)，需要加熱才能進行的反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng)，不需要加熱就能進行的反應(yīng)不一定是放熱反應(yīng)。 3．物質(zhì)本身具有的能量越高，物質(zhì)的穩(wěn)定性并不是越強而是越差，而物質(zhì)所具有的能量越低越穩(wěn)定。例如：C(金剛石，s)=C(石墨，s)放出1.9 kJ的能量，則物質(zhì)的穩(wěn)定性是石墨大于金剛石，而不是金剛石比石墨穩(wěn)定。 4．化學(xué)反應(yīng)中的能量變化不一定全部以熱量的形式變化，還可能是電能、光能等。 【當(dāng)堂檢測】 1. 下列反應(yīng)既屬于氧化還原反應(yīng)，又屬于吸熱反應(yīng)的是(　　) A．鋁片與稀鹽酸的反應(yīng) B．Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應(yīng) C．灼熱的炭與水蒸氣的反應(yīng) D．甲烷在氧氣中的燃燒 2.下列圖示變化為吸熱反應(yīng)的是(　　) 3.在研究物質(zhì)變化時，人們可以從不同的角度，不同的層面來認識物質(zhì)變化時所引起的化學(xué)鍵及其能量變化，據(jù)此判斷以下敘述中錯誤的是(　　) A．化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵生成 B．所有化學(xué)變化一定遵循質(zhì)量守恒和能量守恒 C．在化學(xué)反應(yīng)中，破壞舊化學(xué)鍵吸收的能量大于形成新化學(xué)鍵釋放的能量時，該反應(yīng)是吸熱反應(yīng) D．化學(xué)鍵的變化必然會引起能量變化，所以，能量變化也一定會引起化學(xué)變化 4. 下列說法正確的是(　　) A．由H原子形成1 mol H—H鍵要吸收熱量 B．N2性質(zhì)非常穩(wěn)定，是因為N2分子中含有氮氮三鍵，要破壞氮氮三鍵需吸收更多的能量C．在稀溶液中，酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成H2O時所釋放的熱量稱為中和熱 D．伴有能量變化的物質(zhì)變化都是化學(xué)變化 5. 為了探究化學(xué)能與熱能的轉(zhuǎn)化，某實驗小組設(shè)計了如下三套實驗裝置： (1)上述3個裝置中，不能證明“銅與濃硝酸反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)”的是________。(2)某同學(xué)選用裝置Ⅰ進行實驗(實驗前U形管里液面左右相平)，在甲試管里加入適量氫氧化鋇溶液與稀硫酸，U形管中可觀察到的現(xiàn)象是________________________________，說明該反應(yīng)屬于________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。 (3)為探究固體M溶于水的熱效應(yīng)，選擇裝置Ⅱ進行實驗(反應(yīng)在甲中進行)。 ①若M為鈉，則實驗過程中燒杯中可觀察到的現(xiàn)象是___________________________。 ②若觀察到燒杯里產(chǎn)生氣泡，則說明M溶于水____________________(填“一定是放熱反應(yīng)”“一定是吸熱反應(yīng)”或“可能是放熱反應(yīng)”)，理由是__________________。 ③若觀察到燒杯里的玻璃管內(nèi)形成一段水柱，則M可能是_______________________。 (4)至少有兩種實驗方法能證明超氧化鉀與水的反應(yīng)(4KO2＋2H2O===4KOH＋3O2↑)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)。方法①：選擇上述裝置________(填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”)進行實驗。方法②：取適量超氧化鉀粉末用脫脂棉包裹并放在石棉網(wǎng)上，向脫脂棉上滴加幾滴蒸餾水，片刻后，若觀察到棉花燃燒，則說明該反應(yīng)是________反應(yīng)。 答案與解析 題號 答案 解析 1 C 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑既屬于氧化還原反應(yīng)，又屬于放熱反應(yīng)，A項錯誤；Ba(OH)28H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O是吸熱反應(yīng)，但屬于非氧化還原反應(yīng)，B項錯誤；灼熱的炭與水蒸氣的反應(yīng)既是氧化還原反應(yīng)，又是吸熱反應(yīng)，C項正確；甲烷在氧氣中燃燒是氧化還原反應(yīng)，也是放熱反應(yīng)，D項錯誤 2 A A項中生成物的總能量高于反應(yīng)物的總能量，只能通過吸收能量才能實現(xiàn)；B項則恰好相反；C項是放熱過程；D項是典型的放熱反應(yīng) 3 D 化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵的斷裂和生成物中新化學(xué)鍵的形成，A正確；物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時遵循質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，B正確；化學(xué)反應(yīng)時，反應(yīng)物中舊化學(xué)鍵斷裂時吸收的能量大于生成物中新化學(xué)鍵形成時放出的能量，該反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)，C正確；化學(xué)鍵的變化必然有能量的變化，但是能量變化時不一定有化學(xué)變化，如物質(zhì)三態(tài)變化時有能量變化，但未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，D錯誤 4 B 形成新化學(xué)鍵需要放出熱量，故A不正確；物質(zhì)本身的能量越低，鍵能越大，越穩(wěn)定，破壞化學(xué)鍵需要的能量也就越多，故B正確；在稀溶液中，酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1 mol H2O時所釋放的熱量稱為中和熱，C不正確；水變?yōu)楸懦鰺崃?，但屬物理變化，D不正確 5 (1)Ⅲ(2)左端液柱降低，右端液柱升高　(3)①產(chǎn)生氣泡，反應(yīng)完畢后，冷卻至室溫，燒杯里的導(dǎo)管內(nèi)形成一段液柱　②可能是放熱反應(yīng)　某些物質(zhì)(如濃硫酸)溶于水放熱，但不是放熱反應(yīng)　③硝酸銨(或其他合理答案) (4)Ⅰ(或Ⅱ)　放熱 (1)裝置Ⅰ可通過U形管中紅墨水液面的變化判斷銅與濃硝酸的反應(yīng)是放熱還是吸熱；裝置Ⅱ可通過燒杯中是否產(chǎn)生氣泡判斷銅與濃硝酸的反應(yīng)放熱還是吸熱；裝置Ⅲ只是一個銅與濃硝酸反應(yīng)并將生成的氣體用水吸收的裝置，不能證明該反應(yīng)是放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)。(2)氫氧化鋇與稀硫酸反應(yīng)屬于中和反應(yīng)，中和反應(yīng)都是放熱反應(yīng)。(3)濃硫酸、硝酸銨溶于水有熱效應(yīng)，但不屬于化學(xué)反應(yīng)，故不是放熱或吸熱反應(yīng)