化學必修2學案專題二第二單元化學反應中的熱量

第二單元化學反應中的熱量《拯救大兵瑞恩》里面有一個美軍用燃燒彈燒死坑道中敵兵的鏡頭，這就是燃燒彈在現(xiàn)代坑道戰(zhàn)、塹壕戰(zhàn)中的作用之一。由于汽油密度較小，發(fā)熱熱量高，所以廣泛用做燃料彈原料。加入能與汽油結合成膠狀物的黏合劑，就制成了凝固汽油彈。為了攻擊水中目標，有的還在汽油彈里添加活潑的堿金屬和堿土金屬，為了對付裝甲坦克，還用鋁粉和氧化鐵制成了燃燒彈，燃燒彈為什么具有如此威力呢？化學能與熱能之間存在著什么關系呢？就讓我們在這一節(jié)中一起探討吧！1．了解化學能與熱能的相互轉化。了解吸熱反應、放熱反應等概念。2．知道化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因，能說出常見的能量轉化形式。3．了解熱化學方程式的含義，學會熱化學方程式的書寫和簡單計算。4．了解能源是人類生存和社會發(fā)展的重要基礎。認識提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料的重要性。5．了解化學在解決能源危機中的重要作用。一、化學反應中的能量變化1．化學反應的實質化學反應的實質是原子(或原子團)的重新組合，即反應物中化學鍵的斷裂和生成物中化學鍵的形成。2．化學反應中能量變化的原因(微觀角度)(1)物質中的原子(或原子團)之間是通過化學鍵相結合的。(2)當物質發(fā)生化學反應時，斷開反應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化學反應中能量變化的主要原因。3．化學反應中能量變化的決定因素(宏觀角度)(1)反應物的總能量大于生成物的總能量，則化學反應釋放能量，如圖甲所示；(2)反應物的總能量小于生成物的總能量，則化學反應吸收能量，如圖乙所示。二、反應熱1．定義：在化學反應過程中放出或吸收的熱量，通常叫做反應熱。2．表示方法：用ΔH表示，它既有數(shù)值的大小，又有正負。其中放熱反應，規(guī)定ΔH為“－”或ΔH<0;吸熱反應，規(guī)定ΔH為“＋”或ΔH>0。單位一般采用kJ·mol－1。三、吸熱反應和放熱反應1．定義吸熱反應：吸收熱量的化學反應。放熱反應：放出熱量的化學反應。2．實驗探究(1)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(\a\vs4\al(現(xiàn),象)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(有氣泡產(chǎn)生。,溫度變化\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(用手輕觸試管底部感到發(fā)熱。,用溫度計測量，水銀柱上升。)))),離子反應：2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑。,結論：Al與酸反應為放熱反應。))(2)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(現(xiàn)象\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(聞到刺激性氣味，燒杯壁發(fā),涼；玻璃片與燒杯黏結在,一起，混合物呈糊狀。)),反應：BaOH2·8H2O＋2NH4Cl,=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。,結論：BaOH2·8H2O與NH4Cl,的反應為吸熱反應。))(3)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(現(xiàn)象：混合后溶液溫度比,NaOH溶液或鹽酸溶液,的溫度高。,離子反應：H＋＋OH－=H2O。,結論：酸堿中和反應為放熱,反應。))四、熱化學方程式1．含義可以表示化學反應中放出或吸收熱量的化學方程式。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。如熱化學方程式CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝＋178.5kJ·mol－1表示1molCaCO3吸收178.5kJ熱量，完全分解生成1_mol_CaO固體和1_mol_CO2氣體。3．書寫“三步驟”如：1molC與1molO2完全反應生成1molCO2氣體，放出393.6kJ熱量的熱化學方程式為C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－393.6kJ·mol－1。五、燃料燃燒釋放的熱量1．燃料燃燒過程放出能量的大小(1)定性判斷：燃料燃燒過程放出能量的大小，決定于反應物的總能量和生成物的總能量的相對大小。(2)定量計算：一定物質的量的燃料燃燒釋放出的熱量等于一定物質的量的生成物化學鍵形成時所釋放的總能量減去一定物質的量的反應物(可燃物與氧氣或其他助燃劑)化學鍵斷裂時所消耗的總能量，反應物化學鍵斷裂時所消耗的總能量越少，生成物化學鍵形成時所釋放的總能量越多，燃料放出的熱量越多。2．熱值(1)熱值是指在一定條件下單位質量的物質完全燃燒所放出的熱量。(2)不同的燃料其組成和結構也不同，燃燒后放出的能量也不同。比較幾種不同燃料的熱值(見下表)：物質天然氣石油煤炭氫氣甲醇熱值/(kJ·g－1)約56約48約3314323分析發(fā)現(xiàn)氫氣是最理想的燃料，理由是H2燃燒熱值高，來源豐富，燃燒產(chǎn)物是H2O，不會造成環(huán)境污染。。3．保護環(huán)境，提高燃料利用效率(1)燃料利用還存在亟須解決的問題：①煤和石油燃燒時，常發(fā)生不完全燃燒，排放出大量煙塵和CO有毒氣體。②有些煤灰水分含量大，熱效率較低。③某些化石燃料燃燒排出的廢氣中含有SO2和氮氧化物，直接排放到大氣中會污染空氣并形成酸雨。(2)為解決燃料燃燒存在的問題需要研究涉及的問題：①化石燃料完全燃燒的條件，減少燃料燃燒產(chǎn)生的熱量損耗技術，提高燃料利用率的措施。②防止燃料燃燒造成環(huán)境污染的方法。③通過化學方法把化石燃料轉化成潔凈燃料。④開發(fā)氫能、核能、太陽能等潔凈、高效的新能源。探究點一正確理解吸熱反應和放熱反應1．放熱反應和吸熱反應的比較：E：物質的總能量；Q(吸)：反應物分子斷鍵時吸收的總能量；Q(放)：生成物分子成鍵時放出的總能量。2.常見的放熱反應和吸熱反應：3．吸熱反應和放熱反應的判斷方法(1)根據(jù)反應物和生成物的總能量的相對大小判斷——決定因素。若反應物的總能量大于生成物的總能量，屬于放熱反應，否則是吸熱反應。(2)根據(jù)化學鍵破壞或形成時的能量變化判斷——用于計算。若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，屬于放熱反應，否則是吸熱反應。(3)根據(jù)反應物和生成物的相對穩(wěn)定性判斷。由不穩(wěn)定的物質(能量高)生成穩(wěn)定的物質(能量低)的反應為放熱反應，反之為吸熱反應。(4)根據(jù)反應條件判斷。凡是持續(xù)加熱才能進行的反應一般就是吸熱反應。特別注意：化學反應是吸熱反應還是放熱反應與反應條件無必然的關系。具體如下：1．需要加熱才能進行的反應一定是吸熱反應嗎？提示：化學反應表現(xiàn)為吸熱或放熱，與反應開始時是否需要加熱無關，而應通過比較反應過程中吸收與放出能量的多少來確定，也可以通過比較反應物與生成物的總鍵能大小來確定。放熱反應雖然會有能量放出，但有的放熱反應需要加熱才能進行，通過加熱，可以引發(fā)放熱反應，如C＋O2eq\o(=,\s\up17(△))CO2為放熱反應；絕大多數(shù)吸熱反應需在加熱條件下進行，但也有部分吸熱反應不加熱也能進行，如Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應為吸熱反應。2．有能量變化的過程不是發(fā)生吸熱反應就是發(fā)生放熱反應嗎？提示：不能將反應類型(放熱反應或吸熱反應)與能量變化過程等同起來?；瘜W反應中必然有能量的變化，但發(fā)生能量變化的卻不一定是化學反應。如NaOH固體溶于水、水蒸氣轉化為液態(tài)水時放出能量，但以上過程是放熱的物理變化過程而不是發(fā)生放熱反應；NH4NO3固體溶于水、碘升華、水蒸發(fā)時吸收能量，但以上過程是吸熱的物理變化過程而不是發(fā)生吸熱反應。3．做實驗時，不管是吸熱反應還是放熱反應都可能用到酒精燈，怎樣根據(jù)加熱的方法判斷該反應是吸熱反應還是放熱反應？放熱反應加熱的目的是什么？提示：持續(xù)用酒精燈加熱，撤掉酒精燈反應就停止的反應是吸熱反應；開始用酒精燈加熱，反應開始后，撤去酒精燈仍能繼續(xù)反應的反應是放熱反應。放熱反應加熱的目的一般是引發(fā)反應進行或加快反應速率。【例1】下列變化中屬于吸熱反應的是()①液態(tài)水汽化②將膽礬加熱變?yōu)榘咨勰劭列遭c固體溶于水④氯酸鉀分解制氧氣⑤生石灰跟水反應生成熟石灰⑥干冰升華A．①④ B．②④C．③⑤ D．④⑥【思路分析】【解析】注意吸熱或放熱過程與吸熱反應或放熱反應的區(qū)別。①水汽化是物理變化，不屬于吸熱反應。②CuSO4·5H2O受熱分解生成CuSO4和H2O，屬于吸熱反應。④KClO3分解是吸熱反應。⑤是放熱反應，③⑥均為物理變化?！敬鸢浮緽下列與化學反應能量變化相關的說法不正確的是(A)A．任何化學反應都伴隨著熱量的變化B．一個反應是吸熱反應還是放熱反應要看反應物和生成物具有總能量的相對大小C．化學鍵的斷裂一定吸收能量，化學鍵的形成一定釋放能量D．化學反應過程的能量變化除熱能外，也可以是光能、電能等解析：任何化學反應都伴隨著能量變化，能量變化不一定是熱量變化，可以是光能、電能等，故A不正確；從宏觀角度來說，反應物總能量大于生成物總能量，反應放熱，反之吸熱，故B正確；成鍵釋放能量，斷鍵吸收能量，故C正確；化學反應一定伴隨能量變化，還會伴隨其他形式的能：光能、電能等的變化，故D正確。2．計算公式的推導分析：以H2＋Cl2=2HCl為例：(1)圖示分析：(2)計算分析：3.計算公式：用Q(吸)表示反應物分子斷裂時吸收的總能量，Q(放)表示生成物分子成鍵時放出的總能量。公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)利用化學鍵的能量變化計算化學反應中的能量變化：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ΔQ<0，為放熱反應,ΔQ>0，為吸熱反應))1．對于放熱反應：2H2＋O2eq\o(=,\s\up17(點燃))2H2O來說，“斷裂1molH—H鍵和1molO=O鍵所吸收的能量小于形成1molH—O鍵所放出的能量”這種說法是否正確？提示：不正確。在反應2H2＋O2eq\o(=,\s\up17(點燃))2H2O中，每斷裂1molO=O鍵，同時斷裂2molH—H鍵，形成4molH—O鍵；正確的說法是：斷裂2molH—H鍵和1molO=O鍵所吸收的能量小于形成4molH—O鍵所放出的能量。2．下圖是1mol氫氣燃燒的能量變化圖，試分析a、b表示的含義。提示：化學反應發(fā)生時首先斷裂反應物中的化學鍵，再形成生成物中的化學鍵，故a表示破壞1molH—H鍵、0.5molO=O鍵所吸收的能量，b表示形成2molH—O鍵所放出的能量與斷裂1molH—H鍵、0.5molO=O鍵所吸收的總能量的差。【例2】(多選)根據(jù)下面的信息，判斷下列敘述中正確的是()A．氫氣跟氧氣反應生成水的同時釋放能量B．氫氣跟氧氣反應生成水的同時吸收能量C．1molH2跟1/2molO2反應生成1molH2O一定釋放能量245kJD．2molH2(g)跟1molO2(g)反應生成2molH2O(g)釋放能量490kJ【思路分析】化學鍵的鍵能與化學反應中能量變化的計算公式：化學反應中的能量變化＝反應物斷裂化學鍵吸收的總能量－生成物形成化學鍵釋放的總能量。若計算出的結果為正值，則該反應為吸熱反應；若計算出的結果為負值，則該反應為放熱反應?！窘馕觥坑蓤D中信息可知，1molH2(g)的共價鍵斷裂吸收能量436kJ,1/2molO2(g)的共價鍵斷裂吸收能量249kJ，兩項共吸收能量685kJ；2molH(g)與1molO(g)形成1molH2O(g)的共價鍵釋放能量930kJ。在1molH2(g)＋1/2molO2(g)→1molH2O(g)的過程中，放出的能量比吸收的能量多245kJ。C項所陳述的內容中缺少物質的狀態(tài)，所以釋放的能量不一定是245kJ?！敬鸢浮緼D(1)1molH2(g)和1molCl2(g)在一定條件下反應生成2molHCl(g)，放出184.5kJ的熱量，已知斷裂1molH2(g)中的H—H和1molCl2(g)中的Cl—Cl分別需要吸收436.4kJ和242.7kJ的能量，則1molHCl分子中的化學鍵形成時釋放431.8kJ的能量。(2)標準狀況下，2.24L甲烷完全燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳氣體時可以放出89.1kJ的熱量。請寫出甲烷完全燃燒的熱化學方程式：CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－891kJ/mol。(3)已知1g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121kJ，氧氣中1molO=O鍵完全斷裂時吸收熱量496kJ，水蒸氣中1molH—O鍵形成時放出熱量463kJ，則氫氣中1molH—H鍵斷裂時吸收熱量為436_kJ。解析：(1)ΔH＝反應物的化學鍵斷裂吸收的能量－生成物的化學鍵形成釋放的能量，則根據(jù)方程式：H2＋Cl2=2HCl可知，436.4kJ/mol＋242.7kJ/mol－2x＝－184.5kJ/mol，解得x＝431.8kJ/mol，即1molHCl分子中的化學鍵形成時釋放431.8kJ的能量。(2)標準狀況下，2.24L甲烷完全燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳氣體時可以放出89.1kJ的熱量，甲烷是0.1mol，則甲烷完全燃燒的熱化學方程式為CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－891kJ/mol。(3)1g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121kJ，則2mol的氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量484kJ；根據(jù)反應方程式2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)，可知：2×E(H—H)＋496kJ－4×463kJ＝－484kJ。解得E(H—H)＝436kJ。1．下列說法正確的是(A)A．任何化學反應都伴隨著能量的變化B．H2O(g)→H2O(l)該過程放出大量的熱，所以該過程是化學變化C．化學反應中能量的變化都表現(xiàn)為熱量的變化D．對于如下圖所示的過程，是吸收能量的過程解析：任何化學反應都有能量的變化，但有能量變化的過程不一定是化學變化，如物質的三態(tài)變化，雖然存在能量變化，但不存在舊化學鍵的斷裂與新化學鍵的形成，故不是化學變化，所以A項正確，B項錯誤；化學反應中能量變化的形式有多種，除熱能外，還有光能、電能等，C項錯誤；由圖象知，該過程中反應物的總能量大于生成物的總能量，故該過程中放出了能量，D項錯誤。2．已知反應X＋Y=M＋N為吸熱反應，下列說法正確的是(D)A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B．因為該反應是吸熱反應，故一定要加熱，反應才能進行C．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D．X和Y的總能量一定低于M和N的總能量解析：由該反應為吸熱反應可知，反應物的總能量小于生成物的總能量，即X和Y的總能量一定低于M和N的總能量。吸熱反應不一定需要加熱反應才能進行，如Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應，常溫下就可以發(fā)生。破壞化學鍵所吸收的能量小于形成化學鍵所放出的能量時，為放熱反應。故A、B、C錯，D正確。3．在研究物質變化時，人們可以從不同的角度、不同的層面來認識物質變化時所引起的化學鍵及能量變化，據(jù)此判斷以下敘述中錯誤的是(C)A．金屬鈉與氯氣反應生成氯化鈉后，其結構的穩(wěn)定性增強，體系的能量降低B．物質燃燒可看成“儲存”在物質內部的能量(化學能)轉化為熱能釋放出來C．氮分子內部存在著很強的共價鍵，故通常情況下氮氣化學性質很活潑D．需要加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸收能量的反應解析：鈉原子最外層只有一個電子，氯原子最外層有7個電子，兩者結合能生成8電子穩(wěn)定結構物質氯化鈉，故A選項正確；物質燃燒把化學能轉化為熱能，B選項正確；氮分子內部存在很強的共價鍵，很難被破壞，所以化學性質很穩(wěn)定，則C選項錯誤；加熱是破壞舊鍵，反應吸熱還是放熱還與新鍵生成有關，故D選項正確。4．1gH2完全燃燒生成液態(tài)水放出142.9kJ的熱量，下列表示該反應的熱化學方程式正確的是(D)A．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－142.9kJ·mol－1B．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝571.6kJ·mol－1C．2H2＋O2=2H2OΔH＝－571.6kJ·mol－1D．H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1解析：1g氫氣完全燃燒生成液態(tài)水，放出142.9kJ熱量，所以2mol氫氣完全燃燒生成液態(tài)水，放出的熱量為142.9kJ×4＝571.6kJ，所以ΔH＝－571.6kJ·mol－1，故A、B錯誤；物質的狀態(tài)影響反應熱，未注明物質的聚集狀態(tài)，故C錯誤；2gH2燃燒生成液態(tài)水時放出285.8kJ的熱量，ΔH<0，熱化學方程式為H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1，故D正確。5．已知反應A2＋B2=2AB，破壞1molA2中的化學鍵消耗的能量為Q1kJ，破壞1molB2中的化學鍵消耗的能量為Q2kJ，形成1molAB中的化學鍵釋放的能量為Q3kJ，則下列說法正確的是(A)A．若A2和B2的總能量之和大于生成的AB的總能量，則反應放熱B．若A2和