資源簡介

6.2第1課時　放熱反應與吸熱反應
【學習目標】
1.了解吸熱反應和放熱反應的概念,熟知常見的吸熱反應和放熱反應。
2.學會書寫簡單的熱化學方程式,能判斷熱化學方程式的正誤。
3.知道化學反應中的能量變化和物質具有的能量之間的關系。
4.理解化學反應中能量變化的主要原因——化學鍵的斷裂和形成。
【合作探究】
【學習情境】
人類使用火實質上是利用燃燒反應放出的光和熱,如燃氣燃燒時發光、放熱;有些反應則需要吸熱,如煅燒石灰石生成生石灰需要吸熱才能進行。你知道哪些反應放熱,哪些反應吸熱嗎 怎樣正確地表示化學反應的放熱或吸熱過程呢 化學反應中能量變化的本質是什么呢
任務1　感受化學反應中的能量變化
【新知生成】
一、 探究化學反應中的熱量變化
序號 實驗步驟 現象 結論
① 向一支試管中放入用砂紙打磨光亮的鎂條,加入5 mL 2 mol·L-1鹽酸,用手觸摸試管外壁,感受溫度變化
② 在100 mL燒杯中加入約20 g經研磨的八水合氫氧化鋇晶體[Ba(OH)2·8H2O],然后加約10 g氯化銨晶體,用玻璃棒攪拌,使之充分混合。在燒杯下墊一塊沾有水的玻璃片,一段時間后提起燒杯,觀察實驗現象,用手觸摸試管外壁,感受溫度變化
二、放熱反應和吸熱反應
1.概念:化學上,把放出熱的反應稱為　　　　反應,把吸收熱的反應稱為　　　　反應。
2.實例:常見的放熱反應有　 等。
常見的吸熱反應有　 等。
三、熱化學方程式
1.概念:　　　　地表示一個特定的反應放出或吸收的　　　　的化學方程式。
2.書寫:
(1)“寫”:正確書寫化學方程式。
(2)“注”:注明物質狀態,氣態、液態、固態分別用符號　　　　、　　　　、　　　　表示。
(3)“標”:用ΔH(單位: 　　　　　)標出反應放出或吸收的熱,負值表示反應　　　　,正值表示反應　　　　。
【答案】一、鎂條表面有大量氣泡產生,試管溫度漸漸升高　該反應放出熱量　聞到刺激性氣味,試管壁溫度逐漸降低,玻璃片和燒杯黏結在一起　該反應吸收熱量
二、1.放熱　吸熱　2.燃燒反應、酸堿中和反應、活潑金屬與酸(或水)反應、大多數化合反應、物質的緩慢氧化　大多數分解反應、制水煤氣、氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體的反應
三、1.定量　熱　2.(2)g　l　s　(3)kJ·mol-1　放熱　吸熱
【核心突破】
典例1　下列變化中既屬于放熱反應,又屬于氧化還原反應的是(　　)。
A.醋酸與氫氧化鈉溶液的反應
B.鈉與水的反應
C.灼熱的碳在高溫下與水蒸氣的反應
D.濃硫酸與水混合
【答案】B
【解析】醋酸與氫氧化鈉溶液的反應為非氧化還原的放熱反應,A項不符合題意;鈉與水的反應為氧化還原反應,且為放熱反應,B項符合題意;灼熱的碳與高溫水蒸氣的反應,為氧化還原反應,但為吸熱反應,C項不符合題意;濃硫酸與水混合為物理變化,D項不符合題意。
典例2　2022年1月26日,我國在酒泉衛星發射中心用長征四號丙運載火箭,成功將衛星發射升空,順利送入預定軌道。長征系列火箭所用推進劑多用肼(N2H4)作燃料,用四氧化二氮(N2O4)助燃,生成物不會對大氣造成污染。已知64 g N2H4(g)與足量NO2(g)反應生成N2(g)和H2O(l) 時,能放出1135.2 kJ的熱量。寫出反應的熱化學方程式。
【答案】2N2H4(g)+2NO2(g)3N2(g)+4H2O(l)　ΔH=-1135.2 kJ·mol-1。
【歸納總結】
1.常見的放熱反應:燃燒反應、物質的緩慢氧化、酸堿中和反應、活潑金屬與水或酸的反應、大多數化合反應等。
2.常見的吸熱反應:大多數分解反應、氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體的反應、C+CO22CO、C+H2O(g)CO+H2等。
3.吸熱反應與放熱反應判斷的注意事項
(1)與反應條件(是否需加熱)無關
①需要點燃、加熱、光照的反應不一定是吸熱反應,有些放熱反應需要加熱等條件引發反應。
②不需要加熱(在常溫下)能進行的反應不一定是放熱反應。
③放熱反應在常溫下不一定能進行反應,吸熱反應在常溫下也可能進行反應。
(2)不僅化學變化過程中會伴隨著能量的變化,物理變化中同樣也存在能量變化。如水蒸氣變成液態水會放出能量。
4.書寫熱化學方程式的注意事項
(1)要在物質的化學式后面用括號注明各物質的聚集狀態。一般用英文字母g、l和s分別表示氣態、液態和固態,水溶液中的溶質則用aq表示。
(2)必須標明ΔH的符號,放熱反應ΔH為“-”,吸熱反應ΔH為“+”,負號不可省略。
(3)ΔH的單位是kJ·mol-1。
(4)ΔH數值與化學計量數成正比。
(5)熱化學方程式中不用“↑”“↓”,反應在25 ℃,101 kPa時,“”上不用標明反應條件。
訓練1　下列變化中屬于化學變化且吸熱的是(　　)。
①液態水汽化　②將膽礬加熱變為白色粉末　③苛性鈉固體溶于水　④高錳酸鉀分解制氧氣　⑤生石灰跟水反應生成熟石灰　⑥干冰升華
A.①② B.②④ C.③⑤ D.①⑥
【答案】B
【解析】①⑥是物理變化,③⑤是放熱反應,分解反應一般都是吸熱反應。
訓練2　依據事實,寫出下列各反應的熱化學方程式。
(1)N2(g)與適量H2(g)反應,生成1 mol NH3(g),放出46.1 kJ熱量:　。
(2)1 mol Cu(s)與適量O2(g)反應,生成CuO(s),放出157 kJ熱量:　。
(3)SiH4是一種無色氣體,遇到空氣能發生爆炸性自燃,生成SiO2和液態H2O。已知室溫下2 g SiH4自燃放出熱量89.2 kJ。SiH4自燃的熱化學方程式為　　　　　　　　　。
【答案】(1)N2(g)+H2(g)NH3(g)　 ΔH=-46.1 kJ·mol-1
(2)Cu(s)+O2(g)CuO(s)　ΔH=-157 kJ·mol-1
(3)SiH4(g)+2O2(g)SiO2(s)+2H2O(l)　ΔH=-1427.2 kJ·mol-1
任務2　化學反應中能量變化的原因
【新知生成】
一、宏觀視角
反應類型 放熱反應 吸熱反應
能量 比較 反應物總能量　　　　生成物總能量 反應物總能量　　　　生成物總能量
能量 示意圖
二、微觀視角
1.斷開化學鍵需要　　 　能量,形成化學鍵需要　　 　能量。
2.放熱反應:反應過程中斷開反應物中的化學鍵所吸收的能量　　　　形成生成物中化學鍵所放出的能量。
吸熱反應:反應過程中斷開反應物中的化學鍵所吸收的能量　　　　形成生成物中化學鍵所放出的能量。
3.鍵能:斷開　　　　物質中　　　　某種共價鍵,生成　　　　需要　　　　的能量。
【答案】一、大于　小于
二、1.吸收　放出　2.小于　大于　3.氣態　1 mol　氣態原子　吸收
【核心突破】
典例3　SF6是一種優良的絕緣氣體,分子結構中只存在S—F鍵。已知:1 mol S(s)轉化為氣態硫原子吸收能量280 kJ,斷裂1 mol F—F、S—F鍵需吸收的能量分別為160 kJ、330 kJ。則反應S(s)+3F2(g)SF6(g)的反應熱ΔH為(　　)。
A.-1780 kJ·mol-1 B.-1220 kJ·mol-1
C.-450 kJ·mol-1 D.+430 kJ·mol-1
【答案】B
【解析】利用ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和進行計算。ΔH=280 kJ·mol-1+3×160 kJ·mol-1-6×330 kJ·mol-1=-1220 kJ·mol-1,B項正確。
【歸納總結】
1.從能量角度分析
吸熱反應:反應物的總能量低于生成物的總能量;
放熱反應:反應物的總能量高于生成物的總能量。
2.從反應物斷鍵和生成物成鍵角度理解化學反應中的能量變化
(1)化學反應過程:
(2)化學鍵變化與放熱反應、吸熱反應的關系
若E1>E2,反應吸收能量,為吸熱反應;
若E13.ΔH計算公式
(1)ΔH=生成物的總能量-反應物的總能量
(2)ΔH=反應物的鍵能之和-生成物的鍵能之和
訓練3　硅是太陽能電池的重要材料。工業冶煉純硅的原理如下:
粗硅冶煉:①SiO2+2CSi+2CO↑。
精煉硅:②Si+3HClSiHCl3+H2;
③SiHCl3+H2Si+3HCl。
化學反應與能量變化如圖所示,回答下列問題:
圖1　圖2
(1)①是　　　　反應,②是　　　　反應,③是　　　　反應。(填“吸熱”或“放熱”)
(2)反應②破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量　　　　(填“大于”或“小于”)形成生成物中化學鍵所放出的能量。
【答案】(1)吸熱　放熱　吸熱　(2)小于
【解析】(2)因為反應②是放熱反應,所以破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量小于形成生成物中化學鍵所放出的能量。
【課堂小結】
【隨堂檢測】
1.長征五號火箭采用液氫、液氧等無毒無污染推進劑。分解水獲得H2的能量變化如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.分解水屬于吸熱反應
B.斷開H—O鍵放出能量
C.形成H—H鍵吸收能量
D.反應物的總能量大于生成物的總能量
【答案】A
【解析】從分解的能量變化圖可知反應物的總能量小于生成物的總能量,故分解水屬于吸熱反應,A項正確,D項錯誤;斷開H—O鍵需要吸收能量,B項錯誤;形成H—H鍵將釋放能量,C項錯誤。
2.下列有關化學反應中能量變化的說法正確的是(　　)。
A.放熱反應向外界放出能量,反應后體系的溫度一定降低
B.吸熱反應要從外界吸收能量,一定需要加熱才能發生
C.吸熱反應使體系的總能量升高,生成物比反應物更穩定
D.放熱反應向外界釋放出能量,可為生產生活提供能量
【答案】D
【解析】放熱反應向外界放出能量,反應后體系的溫度升高,A項錯誤;吸熱反應不一定需要加熱才能發生,B項錯誤;吸熱反應使體系的總能量升高,反應物比生成物更穩定,C項錯誤。
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.經歷圖示過程生成1 mol H2O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: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放出930 kJ能量,所以H2燃燒生成H2O的反應是放熱反應,則H2O 的分解是吸熱反應,A、B兩項錯誤;根據能量變化及化學鍵斷開吸熱、成鍵放熱可知,總能量從大到小的關系為乙>甲>丙,C項正確;未標明物質的物質的量,無法進行比較,D項錯誤。
4.表中的數據是破壞1 mol氣態分子中的共價鍵所消耗的能量(kJ):
物質 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2
能量/kJ 243 193 151 432 366 298 436
(1)等物質的量的上述物質中能量最低的物質是　　　,最穩定的氫化物是　　　　。
(2)反應I2(g)+H2(g)2HI(g)是　　　　(填“吸熱”或“放熱”) 反應。
(3)相同條件下,Cl2、Br2、I2分別與H2反應,當消耗等物質的量的H2時,放出或吸收的熱量最多的是　　　　　　。
【答案】(1)H2　HCl　(2)放熱反應　(3)Cl2
【解析】(1)破壞1 mol物質中的共價鍵所消耗的能量越多,則該物質越穩定,具有的能量越低。(2)化學反應是放熱還是吸熱是由反應物和生成物所具有的能量的相對大小決定的,由題給數據分析可知,斷裂1 mol H2(g)和1 mol I2(g)消耗能量為151 kJ+436 kJ=587 kJ,形成2 mol HI(g)釋放能量298 kJ×2=596 kJ,596>587,故該反應為放熱反應。(3)在三種鹵素單質中,Cl2最活潑,與H2反應生成的HCl最穩定,反應放出的熱量最多。
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