2018-2019學年高中化學 第2章 化學反應(yīng)與能量 第一節(jié) 化學能與熱能學案 新人教版必修2.docx
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第一節(jié) 化學能與熱能 1．知道化學鍵的斷裂與形成是化學反應(yīng)中能量變化的主要原因。 2．知道反應(yīng)物與生成物總能量的相對高低是反應(yīng)過程中能量變化的決定因素。 3．通過生產(chǎn)、生活中的實例了解化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。 一、化學鍵與化學反應(yīng)中能量變化的關(guān)系 1．化學反應(yīng)中能量變化的原因(微觀角度) (1)組成物質(zhì)的原子(或原子團)之間是通過化學鍵相結(jié)合的。 (2)當物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)時，斷開反應(yīng)物中的化學鍵要吸收能量，而形成生成物中的化學鍵要放出能量。 (3)化學鍵的斷裂與形成是物質(zhì)在化學反應(yīng)中發(fā)生能量變化的主要原因。 2．化學反應(yīng)中能量變化的決定因素(宏觀角度) 一個確定的化學反應(yīng)是吸熱還是放熱，決定于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小。 (1)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，則化學反應(yīng)釋放能量。如圖A所示。 (2)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，則化學反應(yīng)吸收能量。如圖B所示。 二、化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化 1．兩條基本的自然定律 (1)質(zhì)量守恒定律：自然界中的物質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化時，總質(zhì)量保持不變。 (2)能量守恒定律：一種形式的能量可以轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，但是體系包含的總能量保持不變。 2．化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化 (1)化學能轉(zhuǎn)化為熱能 ①鹽酸與鋁反應(yīng)，溶液溫度升高，說明該反應(yīng)是放熱反應(yīng)。 ②Ba(OH)28H2O與NH4Cl反應(yīng)，燒杯變涼，玻璃片與燒杯粘在一起，說明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)?；瘜W方程式為Ba(OH)28H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3H2O＋8H2O。 ③中和熱：酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時釋放的熱量。 (2)熱能轉(zhuǎn)化為化學能 人們利用熱能可以促使化學反應(yīng)的發(fā)生，從而探索物質(zhì)的組成、性質(zhì)或制備所需的物質(zhì)，如高溫冶煉金屬、分解化合物等。 三、人類利用能源的三個階段 1．柴草時期：從火的發(fā)現(xiàn)至18世紀產(chǎn)業(yè)革命，以樹枝雜草為主要能源。 2．化石能源時期：從18世紀中期到現(xiàn)代，以煤、石油、天然氣為主要能源。 3．多能源結(jié)構(gòu)時期：以可再生能源和清潔能源(綠色能源)為主要能源，主要包括太陽能、氫能、核能、生物質(zhì)能等。 1．(2018甘肅師大附中期末)綠色能源是指使用過程中不排放或排放極少污染物的能源，如一級能源中的水能、地熱、天然氣等；二級能源中電能、氫能等。下列能源屬于綠色能源的是( ) ①太陽能?、陲L能?、凼汀、苊骸、莩毕堋、弈静? A．①②③ B．③④⑤ C．④⑤⑥ D．①②⑤ 解析：石油和煤是化石燃料，燃燒除了產(chǎn)生大量的二氧化碳之外，也會產(chǎn)生二氧化硫等有毒的氣體，煤還有固體廢棄物需要處理，③④不屬于綠色能源；木材屬于傳統(tǒng)能源，燃燒除了產(chǎn)生大量的二氧化碳之外，還有固體廢棄物需要處理，并且破壞綠化，⑥不屬于新能源；太陽能、風能和潮汐能是清潔、無污染的新能源，屬于綠色能源。 答案：D 2．已知2H2＋O22H2O，關(guān)于該反應(yīng)的下列說法錯誤的是( ) A．該反應(yīng)是一個放熱反應(yīng) B．參加反應(yīng)的氫氣和氧氣的總能量高于反應(yīng)生成的水的總能量 C．該反應(yīng)是一個吸熱反應(yīng) D．參加反應(yīng)的氫氣和氧氣的總質(zhì)量等于反應(yīng)生成的水的總質(zhì)量 解析：A、B、D三項正確；C項該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，錯誤。 答案：C 3．(2018佛山市第一中學期中)下列各圖中，表示正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)的圖是( ) 解析：當反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，此時反應(yīng)放熱，當反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量，此時反應(yīng)吸熱，故選A項。 答案：A 吸熱反應(yīng)與放熱反應(yīng) 放熱反應(yīng) 吸熱反應(yīng) 定義 釋放熱量的化學反應(yīng) 吸收熱量的化學反應(yīng) 宏觀解釋 反應(yīng)物具有的總能量大于生成物具有的總能量 反應(yīng)物具有的總能量小于生成物具有的總能量 微觀解釋 生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應(yīng)物分子斷鍵時吸收的總能量 生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應(yīng)物分子斷鍵時吸收的總能量 圖示 常見實例 ①大部分化合反應(yīng) ②金屬和水或酸的反應(yīng) ③可燃物的燃燒反應(yīng)及緩慢氧化反應(yīng) ④酸和堿的中和反應(yīng) ⑤鋁熱反應(yīng) ①大部分分解反應(yīng) ②較典型的反應(yīng)： Ba(OH)28H2O和NH4Cl反應(yīng) C＋CO22CO C＋H2O(g)CO＋H2等 (2018北京師大附中期中)下列事實描述不正確的是( ) A．高溫煅燒石灰石的反應(yīng)中，反應(yīng)物總能量高于生成物總能量 B．中和反應(yīng)中，反應(yīng)物總能量高于生成物總能量 C．鋁粉和鹽酸反應(yīng)時，溶液溫度通常會上升 D．氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體的反應(yīng)是吸熱反應(yīng) 【解析】 石灰石分解是吸熱反應(yīng)，應(yīng)是反應(yīng)物總能量低于生成物總能量，A錯誤；中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，應(yīng)是反應(yīng)物總能量高于生成物的總能量，B正確；鋁粉和鹽酸反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，因此溶液溫度通常會上升，C正確；氫氧化鋇晶體和氯化銨晶體在常溫下就能發(fā)生反應(yīng)，但屬于吸熱反應(yīng)，D正確。 【答案】 A (2018信陽高級中學期中)下列變化過程，屬于吸熱反應(yīng)的是( ) ①碳與水蒸氣反應(yīng)?、趯⒛懙\加熱變?yōu)榘咨勰、蹪釮2SO4稀釋?、苈然@晶體溶于水?、軭2在Cl2中燃燒 ⑥液態(tài)水變成水蒸氣 ⑦NH4Cl晶體與Ba(OH)28H2O混合攪拌?、嗵妓徕}熱分解 A．①②④⑥⑦⑧ B．①②⑥⑦ C．④⑥⑦⑧ D．①②⑦⑧ 解析：③④⑥不是化學反應(yīng)，錯誤；H2在Cl2中燃燒，是放熱反應(yīng)，⑤錯誤；①②⑦⑧是吸熱反應(yīng)。 答案：D 利用化學鍵數(shù)據(jù)計算化學反應(yīng)中的能量 1．化學鍵與能量變化的關(guān)系 化學鍵的斷裂和形成是物質(zhì)在化學反應(yīng)中發(fā)生能量變化的主要原因。利用化學鍵的能量變化可粗略計算化學反應(yīng)過程中的能量變化。 以H2＋Cl2===2HCl為例，利用化學鍵的能量變化計算，化學反應(yīng)中的能量變化，1 mol H2和1 mol Cl2反應(yīng)生成2 mol HCl的能量轉(zhuǎn)化如圖所示： 斷裂1 mol H—H鍵和1 mol Cl—Cl鍵吸收的總能量 436 kJ＋243 kJ＝679 kJ， 形成2 mol H—Cl鍵放出的總能量 431 kJ＋431 kJ＝862 kJ， 反應(yīng)的熱量變化為679 kJ－862 kJ＝－183 kJ，即反應(yīng)放出183 kJ熱量。 2．相關(guān)計算公式 (1)ΔQ＝Q(吸)－Q(放) (2)ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝反應(yīng)物的總鍵能－生成物的總鍵能。 Q(吸)指反應(yīng)物斷鍵吸收的總能量，Q(放)指生成物形成化學鍵釋放的總能量，ΔQ表示化學反應(yīng)吸收或放出能量的多少。 物質(zhì)的穩(wěn)定性與物質(zhì)具有的能量的關(guān)系 (1)物質(zhì)的能量越低越穩(wěn)定，參加反應(yīng)時，化學鍵斷裂吸收的能量就越多；而如果是通過新化學鍵形成而生成該物質(zhì)時，放出的能量就越多。 (2)物質(zhì)的能量越高越不穩(wěn)定，參加反應(yīng)時，化學鍵斷裂吸收的能量就越少；該物質(zhì)化學性質(zhì)活潑，而形成該物質(zhì)時，放出的能量就越少。 已知2 mol H2完全燃燒生成水蒸氣放出熱量484 kJ，且1 mol H—H鍵斷裂時吸收熱量為436 kJ，水蒸氣中1 mol H—O鍵形成時放出熱量463 kJ，則O2中1 mol O===O鍵完全斷裂時吸收熱量( ) A．496 kJ B．188 kJ C．557 kJ D．920 kJ 【解析】 根據(jù)反應(yīng)方程式2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)，可知2 mol H2完全燃燒生成2 mol H2O(g)放出熱量484 kJ，可設(shè)1 mol O===O鍵完全斷裂吸收的熱量為Q，則ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝2436 kJ＋Q－4463 kJ＝－484 kJ，解得Q＝496 kJ。 【答案】 A (2018湖南師大附中期中)NF3是一種溫室氣體，其存儲能量的能力是CO2的12 000～20 000倍，在大氣中的壽命可長達740年，如表所示是幾種化學鍵的鍵能： 化學鍵 N≡N F—F N—F 鍵能(kJmol－1) 946 154.8 283.0 下列說法中正確的是( ) A．過程N2(g)―→2N(g)放出能量 B．過程N(g)＋3F(g)―→NF3(g)放出能量 C．反應(yīng)N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)為吸熱反應(yīng) D．NF3吸收能量后如果沒有化學鍵的斷裂與生成，仍可能發(fā)生化學反應(yīng) 解析：N2(g)―→2N(g)為化學鍵的斷裂過程，應(yīng)該吸收能量，A錯誤；N(g)＋3F(g)―→NF3(g)為形成化學鍵的過程，放出能量，B正確；反應(yīng)N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)的ΔH＝(946＋3154.8－283.06)kJmol－1＝－287.6 kJmol－1，ΔH＜0，屬于放熱反應(yīng)，C錯誤；化學反應(yīng)的實質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成，NF3吸收能量后如果沒有化學鍵的斷裂與生成，則不能發(fā)生化學反應(yīng)，D錯誤。 答案：B 1.(2018北京師大附中期中)未來可再生能源和清潔能源將成為人類利用新能源的主力軍，下列關(guān)于能源的敘述正確的是( ) A．化石燃料是可再生能源 B．風能、太陽能是清潔能源 C．化石燃料都是清潔能源 D．氫能是不可再生的清潔能源 解析：化石燃料屬于不可再生能源，A錯誤；風能、太陽能對環(huán)境無影響，是清潔能源，B正確；化石燃料燃燒時會產(chǎn)生二氧化硫等污染物，不是清潔能源，C錯誤；氫氣燃燒的產(chǎn)物是水，電解水可以獲得氫氣，因此氫能是可再生的清潔能源，D錯誤。 答案：B 2．下列選項屬于釋放能量的化學反應(yīng)的是( ) A．糖類在人體內(nèi)緩慢氧化 B．濃硫酸稀釋 C．碳和二氧化碳生成一氧化碳 D．碳酸鈣分解成氧化鈣和二氧化碳 解析：A項化學反應(yīng)放熱，符合題意；B項不是化學反應(yīng)，不符合題意；C、D兩個化學反應(yīng)吸熱，不符合題意。 答案：A 3．如圖是化學反應(yīng)中物質(zhì)變化和能量變化的示意圖。若E1>E2，則下列反應(yīng)符合該示意圖的是( ) A．NaOH溶液與稀鹽酸的反應(yīng) B．鋅與稀鹽酸的反應(yīng) C．氫氧化鋇與氯化銨固體的反應(yīng) D．一氧化碳在空氣中的燃燒反應(yīng) 解析：由于吸收的能量大于反應(yīng)放出的能量，故反應(yīng)總的能量變化為吸收能量，A、B、D三項的三個反應(yīng)為放熱反應(yīng)；C項反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故選C項。 答案：C 4．(2018云南民族大學附中期中)CH4在O2中燃燒生成CO2和氣態(tài)H2O的反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，在反應(yīng)過程中( ) A．核能轉(zhuǎn)化成熱能 B．化學能轉(zhuǎn)化成熱能 C．生成物的總能量等于反應(yīng)物的總能量 D．生成物的總能量大于反應(yīng)物的總能量 解析：CH4在O2中燃燒生成CO2和氣態(tài)H2O的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在放熱反應(yīng)過程中化學能轉(zhuǎn)化成熱能，反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量，B正確。 答案：B 5．在一定條件下，M與N反應(yīng)可生成P和Q，其能量變化如下圖： (1)若E1>E2，反應(yīng)體系的總能量________(填“升高”或“降低”)，為________(填“吸熱”或“放熱”)反應(yīng)。 (2)若E1下載提示(請認真閱讀)
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