資源簡介

2.2 課時1化學反應中能量變化的本質及轉化形式
【學習目標】
1.知道物質具有能量,認識放熱反應和吸熱反應。
2.知道化學反應可以實現化學能與其他形式能量的轉化。
3.能夠從化學鍵的斷裂與形成角度理解化學反應的實質及化學反應中能量變化的實質。
4.知道常見的吸熱反應與放熱反應。
【自主預習】
一、化學反應中能量的轉化形式
1.活動探究
實驗操作 實驗現象 有關化學方 程式及結論
鎂粉溶解,有大量氣泡產生,反應混合液的溫度　　 　　　　　　　　　,反應　　　　能量
鐵粉逐漸　　　　,但產生氣泡的速率不如Mg與稀鹽酸反應的大,溶液溫度升高,但溫度不如Mg與稀鹽酸反應的溫度高 　　　　　　　　　,等量的金屬與稀鹽酸反應,金屬越活潑,釋放能量越多
有氣泡產生,溶液溫度　　　 反應　　　　能量
2.結論
每一個化學反應都伴隨著能量的變化,有的反應　　　　能量,有的反應　　　　能量。
吸熱反應:最終表現為　　　　　　的化學反應。
放熱反應:最終表現為　　　　　　的化學反應。
二、化學反應中能量變化的本質
1.從化學鍵的角度分析
注:E1為破壞舊化學鍵吸收的能量,E2為形成新化學鍵釋放的能量。
E1E1>E2,反應　　　　能量。
2.從物質能量角度(宏觀角度)分析
若E反應物總能量>E生成物總能量,則反應　　　　能量;若E反應物總能量3.化學反應中能量轉化的形式
化學能　　　　、　　　　或　　　　等。
【微點撥】
苛性鈉溶于水放出熱量,但不是放熱反應,NH4NO3溶于水吸收熱量,但不是吸熱反應,因為它們都不是化學反應。
【答案】一、1.升高　Mg+2HClMgCl2+H2↑　釋放　溶解　Fe+2HClFeCl2+H2↑　降低　吸收
2.吸收　釋放　吸收熱量　釋放熱量
二、1.釋放　吸收
2.釋放　吸收
3.熱能　電能　光能
【效果檢測】
判斷正誤(正確的打“√”,錯誤的打“×”)
(1)化學反應中能量變化的根本原因是化學鍵的變化。 (　　)
(2)化學反應中的能量變化均能在實驗室中通過實驗呈現。 (　　)
(3)化學反應中的能量變化均能用溫度計測量。 (　　)
(4)化學反應中的能量變化均能用手感知。 (　　)
(5)化學變化遵循質量守恒和能量守恒。 (　　)
(6)有能量變化的過程一定發生了化學反應。 (　　)
(7)化學反應中化學能只能轉變為熱能。 (　　)
(8)需要點燃或加熱才能發生的反應一定是吸熱反應。 (　　)
【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
(6)× 　(7)×　(8)×
【合作探究】
任務1　實驗探究吸熱反應與放熱反應
情境導入　現代社會中,人類的一切活動(從衣食住行到文化娛樂,從社會生產到科學研究等)都離不開能量,而許多能量的利用與化學反應中能量變化密切相關。從煤、石油、天然氣等提供的熱能,到各種化學電池提供的電能,都是通過化學反應獲得的。化石燃料燃燒會釋放大量的熱。除了燃燒,其他化學反應也伴隨著放熱或吸熱現象。
實驗探究
1.實驗探究放熱反應與吸熱反應
實驗操作 實驗現象 實驗結論
(1)看到有　　　　　產生; (2)用手觸摸反應后的試管,手感到　; (3)溫度計顯示溶液溫度　　　 反應的化學方程式為 　, 該反應　　　　　熱量
(1)聞到　　　氣味; (2)用手觸摸杯壁下部,有　　　的感覺; (3)用手拿起燒杯,木片　　　　　　　; (4)燒杯內反應物呈　　　　狀 反應的化學方程式為 　, 該反應　　　　　熱量
　　【答案】氣泡　發燙　升高　Mg+2HClMgCl2+H2↑　放出　刺激性　冰涼　黏結到燒杯底部　糊
Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O　吸收
2.原理分析
(1)化學反應中的能量變化,是不是都表現為熱量變化
【答案】主要表現為熱量變化,還有光能等釋放出來,或者是熱能、電能或光能轉化為物質內部的能量(化學能)被“儲存”起來。
(2)化學反應過程都伴隨著能量變化,伴隨能量變化的過程都是化學反應嗎
【答案】不一定,如核反應、物質三態變化都有能量變化,但它們不屬于化學反應。
(3)NaOH溶于水放出熱量,NaOH溶于水是放熱反應嗎
【答案】吸熱反應和放熱反應均是化學反應。注意明確某些吸熱過程和放熱過程不屬于化學反應。如:NaOH固體溶于水和濃硫酸稀釋均屬于放熱過程,NH4NO3固體溶于水屬于吸熱過程。三者都不是化學反應,不屬于吸熱反應或放熱反應。
(4)NaCl溶于水,化學鍵有沒有變化 如果僅從化學鍵的角度分析,NaCl溶于水是吸熱還是放熱
【答案】NaCl溶于水,NaClNa++Cl-,只有化學鍵斷裂,沒有化學鍵形成,因此NaCl溶于水是吸收熱量。
【核心歸納】
放熱反應與吸熱反應的比較
放熱反應 吸熱反應
形成 原因 反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量 反應物具有的總能量小于生成物具有的總能量
與化學 鍵強弱 的關系 生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應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物分子斷鍵時吸收的總能量
反應過 程圖示
示例 ①金屬與水或酸的反應 ②燃燒反應 ③中和反應 ④大部分化合反應 ①Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應 ②C與H2O(g)、CO2的反應 ③大部分分解反應
【典型例題】
【例1】　下列反應既屬于氧化還原反應,又屬于吸熱反應的是(　　)。
A.鋁片與稀鹽酸的反應
B.Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應
C.高溫下C與CO2的反應
D.甲烷在氧氣中的燃燒
【答案】C
【解析】A項,反應2Al+6HCl2AlCl3+3H2↑既屬于氧化還原反應,又屬于放熱反應;B項,反應Ba(OH)2·8H2O+2NH4ClBaCl2+2NH3↑+10H2O既屬于非氧化還原反應,又屬于吸熱反應;C項,高溫下C與CO2的反應既屬于氧化還原反應,又屬于吸熱反應;D項,甲烷在氧氣中的燃燒既屬于氧化還原反應,又屬于放熱反應。
【例2】　將盛有NH4HCO3粉末的小燒杯放入盛有少量醋酸的大燒杯中,然后向小燒杯中加入鹽酸,反應劇烈,醋酸逐漸凝固。由此可見(　　)。
A.NH4HCO3和鹽酸的反應是放熱反應
B.NH4HCO3和鹽酸的反應中,熱能轉化為產物內部的能量
C.反應物的總能量高于生成物的總能量
D.NH4HCO3只含有共價鍵
【答案】B
【解析】醋酸逐漸凝固,說明反應吸收熱量導致醋酸溶液溫度降低,即NH4HCO3與HCl的反應為吸熱反應,A項錯誤;該反應為吸熱反應,即吸收的熱量轉化為產物內部的能量,B項正確;因反應為吸熱反應,故反應物的總能量低于生成物的總能量,C項錯誤;NH4HCO3屬于離子化合物,含有離子鍵和共價鍵,D項錯誤。
【方法技巧】
　正確理解吸熱反應和放熱反應
1.“三個不一定”
(1)需加熱才能發生的反應不一定是吸熱反應,如碳和氧氣的反應。
(2)放熱反應在常溫下不一定容易發生,如物質燃燒。
(3)吸熱反應也不一定需要加熱,如Ba(OH)2·8H2O晶體和NH4Cl晶體的反應。
2.區分吸、放熱反應和吸、放熱過程
吸熱反應和放熱反應都是化學變化。如NaOH固體溶于水是放熱過程,但不是放熱反應;如升華、蒸發等過程是吸熱過程,但不是吸熱反應。
任務2　化學反應中能量變化的本質及轉化形式
情境導入　明代于謙的《石灰吟》:千錘萬鑿出深山,烈火焚燒若等閑;粉骨碎身渾不怕,要留清白在人間。這是一首托物言志詩,作者以石灰做比喻,表達自己為國盡忠,不怕犧牲的意愿和堅守高潔的決心。通過古詩的描述,制取石灰的反應是放熱反應還是吸熱反應 石灰遇水的反應呢 能量如何轉化
問題生成
某學生用如圖所示裝置對物質變化過程中的能量變化進行探究。探究發現向試管中加入Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體時,甲管液面高于乙管,向試管中加入CaO(s)時,甲管液面低于乙管。
1.將Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體加入水中后,發生了什么樣的化學反應,導致甲管液面高于乙管
【答案】Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體反應吸熱,使錐形瓶內壓強降低。
2.向水中加入CaO后,為什么甲管液面低于乙管
【答案】CaO與水反應放熱,使錐形瓶內空氣膨脹,所以甲管液面低于乙管。
3.化學反應中的能量變化與化學鍵的斷裂和形成有何關系
【答案】反應物中舊化學鍵的斷裂吸收能量為E1,生成物中新化學鍵的形成釋放能量為E2。若E1>E2,反應吸收能量;若E1【核心歸納】
1.從反應物、生成物總能量角度判斷化學反應中的能量變化
放出能量 吸收能量
反應物的總能量>生成物的總能量 反應物的總能量<生成物的總能量
反應物的總能量>生成物的總能量 反應物的總能量<生成物的總能量
2.從化學鍵角度判斷化學反應中的能量變化
用Q(吸)表示反應物化學鍵斷裂時吸收的總能量,Q(放)表示生成物化學鍵形成時放出的總能量。
公式:ΔQ=Q(吸)-Q(放)
利用化學鍵形成和斷裂時的能量變化計算化學反應中的能量變化:
(1)若ΔQ>0,說明反應物斷鍵時吸收的總能量>生成物成鍵時放出的總能量,即反應吸收能量。
(2)若ΔQ<0,說明反應物斷鍵時吸收的總能量<生成物成鍵時放出的總能量,即反應放出能量。
【典型例題】
【例3】　根據下列信息判斷氫氣燃燒生成水時的熱量變化,其中一定正確的是(　　)。
A.H2O分解為H2與O2時放出熱量
B.生成1 mol H2O(g)時吸收熱量245 kJ
C.甲、乙、丙中物質所具有的總能量大小關系為乙>甲>丙
D.氫氣和氧氣的總能量小于水的能量
【答案】C
【解析】根據能量變化可知,1 mol H2與 mol O2斷鍵時吸收685 kJ能量,而生成1 mol H2O(g)放出930 kJ能量,所以H2(g)燃燒生成H2O(g)的反應是放熱反應,則H2O(g)的分解是吸熱反應。
【規律方法】
　化學反應中反應熱的計算方法及注意事項
1.反應熱計算公式
ΔQ=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能=生成物的總能量-反應物的總能量。
ΔQ<0,為放熱反應。
ΔQ>0,為吸熱反應。
2.注意共價化合物中的共價鍵數目,如1 mol H2O中含有2 mol H—O,1 mol H2O2中含有2 mol H—O和1 mol O—O。
3.計算時要注意化學計量數與共價鍵總數的關系,不能都按1 mol計算,要根據實際配平的反應方程式計算反應物斷鍵吸收或生成物成鍵釋放的總能量。
【隨堂檢測】
1.下列對化學反應的認識錯誤的是(　　)。
A.會引起化學鍵的變化
B.會產生新的物質
C.必然引起物質狀態的變化
D.必然伴隨著能量的變化
【答案】C
【解析】化學反應的本質是化學鍵的斷裂和形成,表現為有新物質生成,并伴隨著能量的變化,而化學變化中的反應物和生成物的狀態在反應前后可能相同,也可能不相同,故C項錯誤。
2.下列變化中屬于吸熱反應的是(　　)。
①液態水汽化　②將膽礬加熱變成白色粉末　③濃硫酸稀釋　④氯酸鉀分解制氧氣　⑤生石灰與水反應生成熟石灰
A.①④ B.②③ C.①④⑤ D.②④
【答案】D
【解析】放熱反應和吸熱反應都是化學反應。⑤為放熱反應,②④為吸熱反應,①液態水汽化是吸熱過程,③濃H2SO4稀釋是放熱過程,二者均為物理變化,D項正確。
3.下圖中,能表示灼熱的炭與二氧化碳反應的能量變化的是(　　)。
A　　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　　D
【答案】C
【解析】C和CO2反應生成CO是吸熱反應,生成物的總能量應大于反應物的總能量,C項正確。
4.2021年12月,“中國航天”入選年度中國媒體流行語。航天領域常用“液氧-煤油”、“液氧-液氫”等火箭推進劑。下列關于火箭推進劑的說法錯誤的是(　　)。
A.推進劑中燃料燃燒的反應是吸熱反應
B.“液氧-煤油”推進劑的燃燒產物含有CO2
C.“液氧-液氫”推進劑具有清潔等優點,但儲存和運輸較為困難
D.火箭推進劑的發展對人類社會的進步具有促進作用
【答案】A
【解析】A項,推進劑中燃料燃燒的反應是放熱反應,錯誤。
5.已知2SO2+O22SO3為放熱反應,下列關于該反應的說法正確的是(　　)。
A.1 mol O2具有的能量一定高于2 mol SO2具有的能量
B.2 mol SO2和1 mol O2具有的總能量一定高于2 mol SO3具有的總能量
C.2 mol SO2的總鍵能一定低于2 mol SO3的總鍵能
D.因該反應為放熱反應,故不必加熱就可以發生
【答案】B
【解析】反應物的總能量高于生成物的總能量,反應放熱,A項錯誤,B項正確;反應物的總鍵能低于生成物的總鍵能的反應為放熱反應,C項錯誤;放熱反應只表明反應物的總能量比生成物的總能量高,而加熱是反應的條件,兩者無必然聯系,許多放熱反應也必須加熱才能開始進行,D項錯誤。
6.已知反應NO2(g)+CO(g)NO(g)+CO2(g)的能量變化如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.圖中a→b的過程為放熱過程
B.1 mol NO2和1 mol CO的鍵能總和大于1 mol NO和1 mol CO2的鍵能總和
C.該反應為氧化還原反應
D.1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的總能量低于1 mol NO (g)和1 mol CO2(g)的總能量
【答案】C
【解析】a狀態的能量低于b狀態,則圖中a→b的過程為吸熱過程,A項錯誤;反應物總能量高于生成物總能量,反應為放熱反應,即斷鍵吸收的能量低于成鍵放出的能量,則1 mol NO2和1 mol CO的鍵能總和小于1 mol NO和1 mol CO2的鍵能總和,B項錯誤;反應中C和N元素化合價發生變化,則該反應為氧化還原反應,C項正確;由圖可知,反應物總能量高于生成物總能量,則1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的總能量高于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的總能量,D項錯誤。
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