高中化學(xué)同步講義（必修二）第08講 6.1化學(xué)反應(yīng)與熱能（學(xué)生版）

第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)與能量變化第1課時化學(xué)反應(yīng)與熱能1．認(rèn)識吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)。2．了解化學(xué)反應(yīng)體系能量與化學(xué)鍵斷裂和形成的關(guān)系。3．認(rèn)識燃料的燃燒效率、保護(hù)環(huán)境、開發(fā)清潔燃料的必要性和重要性。一、吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)1．實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有______產(chǎn)生；用溫度計測量，溫度______聞到________氣味；燒杯壁______；玻璃片和燒杯____________，混合物呈______實(shí)驗(yàn)結(jié)論該反應(yīng)產(chǎn)生______，______熱量該反應(yīng)產(chǎn)生NH3和H2O，______熱量化學(xué)方程式Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O結(jié)論：化學(xué)反應(yīng)除了有新物質(zhì)生成以外，還總會伴隨著能量變化，通常主要表現(xiàn)為熱能的變化，有的________熱量，有的________熱量。2．放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)(1)概念①放熱反應(yīng)：________熱量的化學(xué)反應(yīng)。②吸熱反應(yīng)：________熱量的化學(xué)反應(yīng)。(2)常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)①所有燃燒反應(yīng)②酸堿中和反應(yīng)③大多數(shù)化合反應(yīng)④活潑金屬跟水或酸的反應(yīng)⑤物質(zhì)的緩慢氧化①大多數(shù)分解反應(yīng)②銨鹽與堿的反應(yīng)，如Ba(OH)2·8H2O或Ca(OH)2與NH4Cl反應(yīng)③以C、H2、CO為還原劑的氧化還原反應(yīng)，如C與H2O(g)反應(yīng)，C與CO2反應(yīng)④需要持續(xù)加熱的反應(yīng)二、化學(xué)反應(yīng)與能量變化的關(guān)系1．化學(xué)反應(yīng)中能量變化的實(shí)質(zhì)(1)以H2＋Cl2=2HCl反應(yīng)為例探究化學(xué)反應(yīng)中能量變化①該反應(yīng)過程中共吸收________kJ能量，共放出________kJ能量。②該反應(yīng)________(填“放出”或“吸收”)________kJ熱量，為________反應(yīng)。(2)化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)原因2．化學(xué)反應(yīng)中能量變化的決定因素化學(xué)反應(yīng)中能量變化決定于反應(yīng)物的總能量和生成物的總能量的________大小。放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能被生成物“儲存”三、化學(xué)能與熱能相互轉(zhuǎn)化的應(yīng)用1．現(xiàn)階段人類獲取熱能的主要途徑________________；使用最多的常規(guī)能源是：________________________________。2．化石燃料獲取能量面臨的問題(1)儲量有限，短期內(nèi)不可再生。(2)影響環(huán)境：煤、石油產(chǎn)品燃燒排放的________________________等是大氣污染物的主要來源。3．節(jié)能減排的措施(1)燃料燃燒階段提高燃料的燃燒效率。(2)能量利用階段提高能源的利用率。(3)開發(fā)使用新能源，目前人們比較關(guān)注的新能源有________________________等。?問題一放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)【典例1】除了用手觸摸和溫度計測量外還可以借助其他方法感知溫度的變化，如在探究化學(xué)反應(yīng)過程中有熱量變化時，某興趣小組設(shè)計了如下三套裝置：(1)該小組選擇裝置Ⅰ探究Na2O2和H2O反應(yīng)為放熱反應(yīng)，將水滴入盛有過氧化鈉的試管中，現(xiàn)象為___________________________________，化學(xué)方程式：_______________________________。(2)該小組采用裝置Ⅱ，探究硝酸銨溶于水的能量變化，當(dāng)向盛有硝酸銨固體的試管中滴入少量水，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管中形成一段水柱，則該變化________(填“是”或“不是”)吸熱反應(yīng)，原因?yàn)開____________________________________________________________________________。(3)該小組在探究鎂和鹽酸反應(yīng)熱量變化時，選擇了裝置Ⅲ，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中，導(dǎo)管口有氣泡冒出該裝置________(填“能”或“不能”)證明鎂和鹽酸反應(yīng)為放熱反應(yīng)，原因?yàn)開______________________________________________________________________________________________。【歸納小結(jié)】對放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的理解(1)放熱反應(yīng)不一定容易發(fā)生，如合成氨反應(yīng)需要在高溫、高壓和催化劑作用下才能發(fā)生；吸熱反應(yīng)不一定難發(fā)生，如鹽酸與碳酸氫鈉的反應(yīng)在常溫下就能發(fā)生。(2)需要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng)，如硫與鐵的反應(yīng)；吸熱反應(yīng)不一定需要加熱，如Ba(OH)2·8H2O晶體和NH4Cl晶體的反應(yīng)。(3)放熱過程不一定是放熱反應(yīng)，如NaOH固體的溶解和濃硫酸的稀釋是放熱過程，但不是放熱反應(yīng)；吸熱過程不一定是吸熱反應(yīng)，如升華、蒸發(fā)等過程是吸熱過程，但不是吸熱反應(yīng)?！咀兪骄?-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．鋅粒與稀硫酸的反應(yīng)B．灼熱的木炭與CO2的反應(yīng)C．甲烷在氧氣中的燃燒反應(yīng)D．Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應(yīng)【變式練1-2】把下列物質(zhì)分別加入裝有水的錐形瓶中，立即塞緊帶U形管的塞子，已知U形管內(nèi)預(yù)先裝有少量水(為便于觀察，預(yù)先將水染成紅色)，如圖所示，結(jié)果U形管左邊液面升高，則加入的物質(zhì)可能是()A．NaOH固體 B．濃H2SO4C．NH4NO3晶體 D．Na2O2固體?問題二化學(xué)反應(yīng)與能量變化的關(guān)系【典例2】根據(jù)圖示回答下列問題：(1)該反應(yīng)中反應(yīng)物所具有的總能量________(填“高于”或“低于”)生成物的總能量。(2)1molNO(g)分子中的化學(xué)鍵斷裂時要吸收________kJ能量。(3)斷裂1molN≡N吸收的能量x值為________?！練w納小結(jié)】(1)放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的比較放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)形成原因反應(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與化學(xué)鍵強(qiáng)弱的關(guān)系生成物成鍵時釋放的總能量大于反應(yīng)物斷鍵時吸收的總能量生成物成鍵時釋放的總能量小于反應(yīng)物斷鍵時吸收的總能量反應(yīng)過程示意圖(2)判斷吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的兩種方法①根據(jù)反應(yīng)物和生成物的總能量的相對大小判斷——反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反之為吸熱反應(yīng)(宏觀角度)。②根據(jù)化學(xué)鍵斷裂和形成時能量變化大小關(guān)系判斷——斷裂反應(yīng)物中化學(xué)鍵吸收的能量大于形成生成物中化學(xué)鍵放出的能量的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，反之為放熱反應(yīng)(微觀角度)?！咀兪骄?-1】已知某化學(xué)反應(yīng)A2(g)＋2B2(g)=2AB2(g)(A2、B2、AB2的結(jié)構(gòu)式分別為A=A、B—B、B—A—B)，反應(yīng)過程中的能量變化如圖所示，下列有關(guān)敘述正確的是()A．該反應(yīng)的進(jìn)行一定需要加熱或點(diǎn)燃B．該反應(yīng)若生成2molAB2(g)，則放出的熱量為(E1－E2)kJC．該反應(yīng)斷開反應(yīng)物中化學(xué)鍵吸收的總能量大于形成生成物中化學(xué)鍵釋放的總能量D．生成2molB—A放出E2kJ能量【變式練2-2】磷元素有多種性質(zhì)不同的單質(zhì)，紅磷(結(jié)構(gòu)復(fù)雜用“P”表示)和白磷(P4)是磷的兩種同素異形體，充分燃燒之后的產(chǎn)物都是五氧化二磷。在25℃、101kPa下，31g白磷完全轉(zhuǎn)化為紅磷，放出11kJ的熱量，根據(jù)以上事實(shí)回答下列問題：(1)紅磷轉(zhuǎn)化為白磷屬于________反應(yīng)(填“放熱”或“吸熱”)。(2)等質(zhì)量的紅磷和白磷分別完全燃燒，放出熱量較多的是________(填“白磷”或“紅磷”，下同)。(3)31g白磷與31g紅磷的能量較高的是________，二者更穩(wěn)定的是________。?問題三化學(xué)能與熱能相互轉(zhuǎn)化的應(yīng)用【典例3】日常生產(chǎn)、生活中常常采用下列能源：①煤；②石油；③天然氣；④太陽能；⑤水能；⑥氫能；⑦核能；⑧風(fēng)能；⑨地?zé)崮軐儆谇鍧嵞茉吹挠衉_____________。【變式練3-1】下列有關(guān)新能源的說法不正確的是()A．綠色植物通過光合作用，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B．風(fēng)能、太陽能是清潔能源C．氫能還未進(jìn)入實(shí)用階段的主要原因是其燃燒所釋放熱量低于相同質(zhì)量的礦物燃料D．共享單車?yán)锰柲馨l(fā)電完成衛(wèi)星定位，有利于節(jié)能環(huán)?！咀兪骄?-2】液態(tài)儲氫技術(shù)就是在常溫常壓下將氫氣融入到一種化合物“儲油”中，形成“氫油”，便于儲存和運(yùn)輸。下列有關(guān)說法錯誤的是()A．“氫油”不穩(wěn)定B．氫能源屬于可再生能源C．該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了常溫常壓下儲氫技術(shù)的新突破D．液態(tài)儲氫項(xiàng)目有利于發(fā)展氫能源電動機(jī)，從而帶來新能源汽車的升級【基礎(chǔ)強(qiáng)化】1．下列對于化學(xué)反應(yīng)過程的理解，錯誤的是()A．化學(xué)反應(yīng)過程中同時存在物質(zhì)和能量的變化B．凡是能量變化一定發(fā)生在化學(xué)變化中C．化學(xué)反應(yīng)中同時存在質(zhì)量守恒和能量守恒D．能量的釋放和吸收以發(fā)生變化的物質(zhì)為基礎(chǔ)2．下列說法不正確的是()A．在常溫下可以發(fā)生的反應(yīng)不一定是放熱反應(yīng)B．化學(xué)反應(yīng)必然伴隨能量變化，原因是化學(xué)反應(yīng)中舊鍵斷裂所吸收的能量與新鍵形成所釋放的能量不相等C．一定條件下，石墨轉(zhuǎn)化為金剛石要吸收能量，說明石墨比金剛石穩(wěn)定，等質(zhì)量的金剛石和石墨完全燃燒石墨釋放的能量更多D．化學(xué)反應(yīng)中能量變化的大小與反應(yīng)物的質(zhì)量多少有關(guān)3．下列反應(yīng)或過程中能量的變化符合圖像的是()A．H＋H→H—HB．2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O=BaCl2＋2NH3↑＋10H2OC．Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑D．H2SO4＋2KOH=K2SO4＋2H2O4．下列各組變化中，前者屬于吸熱反應(yīng)，后者屬于放熱反應(yīng)的是()A．生石灰與水反應(yīng)；醋酸與氫氧化鈉反應(yīng)B．煅燒石灰石；碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)C．Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)；鈉與水反應(yīng)D．甲烷的燃燒；過氧化氫的分解5．如圖是某化學(xué)反應(yīng)過程中能量變化的曲線圖。下列敘述正確的是()A．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B．該圖可以表示Zn與鹽酸反應(yīng)的能量變化C．該反應(yīng)先發(fā)生物質(zhì)變化后發(fā)生能量變化D．?dāng)嚅_反應(yīng)物中化學(xué)鍵吸收的能量大于形成生成物中化學(xué)鍵放出的能量6．已知反應(yīng)A＋B=C＋D的能量變化如圖所示，下列說法不正確的是()A．該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)B．該反應(yīng)吸收的能量為E1－E2C．該圖可表示為酸和堿的反應(yīng)圖像D．該反應(yīng)中反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量7．人類將在未來幾十年內(nèi)逐漸由“碳素燃料文明時代”過渡至“太陽能文明時代”(包括風(fēng)能、生物質(zhì)能等太陽能的轉(zhuǎn)換形態(tài))，人們將適應(yīng)“低碳經(jīng)濟(jì)”和“低碳生活”。下列說法不正確的是()A．研究菠菜蛋白質(zhì)“發(fā)電”不屬于“太陽能文明”B．發(fā)展太陽能經(jīng)濟(jì)有助于減緩溫室效應(yīng)C．太陽能電池可將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能D．石油和天然氣都屬于碳素燃料8．下列關(guān)于能源和作為能源使用的物質(zhì)的敘述錯誤的是()A．化石能源物質(zhì)內(nèi)部蘊(yùn)含著大量的能量B．綠色植物進(jìn)行光合作用時，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能“貯存”起來C．物質(zhì)的化學(xué)能可以在一定條件下轉(zhuǎn)化為熱能、電能，為人類所利用D．吸熱反應(yīng)沒有利用價值9．化學(xué)反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的能量變化如圖所示，請回答下列問題：(1)圖中A、C分別表示______________________、_______________________，反應(yīng)________(填“吸收”或“釋放”)能量。(2)反應(yīng)過程中斷裂的化學(xué)鍵為_____________________，________(填“吸收”或“釋放”)的能量為________；形成的化學(xué)鍵為________，________(填“吸收”或“釋放”)的能量為________。(3)E2＝______或______(用A、C或E1、E3表示)。10．請根據(jù)化學(xué)反應(yīng)與熱能的有關(guān)知識，填寫下列空白：(1)在一個小燒杯里，加入20gBa(OH)2·8H2O粉末，將小燒杯放在事先已滴有4～5滴水的玻璃片上。然后加入10gNH4Cl晶體，并用玻璃棒迅速攪拌。①實(shí)驗(yàn)中玻璃棒的作用是___________________________________。②寫出有關(guān)的反應(yīng)方程式：_______________________________________。③實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象有____________________________和反應(yīng)混合物呈糊狀。(2)下列過程中不一定釋放能量的是_____________(填編號)。①形成化學(xué)鍵②燃料燃燒③化合反應(yīng)④葡萄糖在體內(nèi)的氧化反應(yīng)⑤酸堿中和⑥炸藥爆炸(3)等質(zhì)量的下列物質(zhì)分別完全燃燒，放出熱量較多的是________(填編號)。①固體硫②硫蒸氣(4)已知：通常條件下，酸堿稀溶液中和生成1mol水放出的熱量為中和熱。稀溶液中1molH2SO4和NaOH恰好反應(yīng)時放出QkJ熱量，則其中和熱為________kJ·mol－1。【能力提升】1．化學(xué)家證實(shí)了氫氣與氮?dú)庠诠腆w催化劑表面合成氨的反應(yīng)過程，示意圖如下：下列關(guān)于合成氨反應(yīng)的敘述不正確的是()A．該過程表明，在化學(xué)反應(yīng)中存在化學(xué)鍵的斷裂與形成B．在催化劑的作用下，反應(yīng)物的化學(xué)鍵變得容易斷裂C．過程②需吸收能量，過程③則放出能量D．常溫下該反應(yīng)難以進(jìn)行，是因?yàn)槌叵律晌锏幕瘜W(xué)鍵難以形成2．某反應(yīng)由兩步反應(yīng)ABC構(gòu)成，反應(yīng)過程中的能量變化曲線如圖，下列敘述正確的是()A．A與C的能量差為E1B．兩步反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)C．三種化合物中C最穩(wěn)定D．反應(yīng)AB，反應(yīng)條件一定要加熱3．NF3是一種溫室氣體，其儲存能量的能力是CO2的12000～20000倍。已知：斷開1molN≡N吸收的能量為946kJ，斷開1molF—F吸收的能量為154.8kJ，斷開1molN—F吸收的能量為283kJ。下列說法正確的是()A．N2(g)→2N(g)的過程會放出能量B．N(g)＋3F(g)→NF3(g)的過程會放出能量C．N2(g)＋3F2(g)=2NF3(g)的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)D．如果NF3吸收能量后沒有化學(xué)鍵的斷裂與形成，仍可能會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)4．為探究Na2CO3、NaHCO3與鹽酸的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)，某同學(xué)進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)(鹽酸濃度相同，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)各做3次，取平均值)。實(shí)驗(yàn)序號試劑固體混合前溫度/℃混合后溫度/℃a35mL水2.5gNaHCO320.018.5b35mL水3.2gNa2CO320.024.3c35mL鹽酸2.5gNaHCO320.016.2d35mL鹽酸3.2gNa2CO320.025.1(1)設(shè)計a、b組實(shí)驗(yàn)的目的是___