2024-2025學(xué)年高中化學(xué)專題二化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第二單元化學(xué)反應(yīng)中的熱量學(xué)案蘇教版必修2_第1頁
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PAGE15-其次單元化學(xué)反應(yīng)中的熱量《挽救大兵瑞恩》里面有一個(gè)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(jié)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(biāo),有的還在汽油彈里添加活潑的堿金屬和堿土金屬,為了應(yīng)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(xué)能與熱能之間存在著什么關(guān)系呢?就讓我們?cè)谶@一節(jié)中一起探討吧!1.了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。了解吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)等概念。2.知道化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變更的主要緣由,能說出常見的能量轉(zhuǎn)化形式。3.了解熱化學(xué)方程式的含義,學(xué)會(huì)熱化學(xué)方程式的書寫和簡潔計(jì)算。4.了解能源是人類生存和社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。相識(shí)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(xué)在解決能源危機(jī)中的重要作用。一、化學(xué)反應(yīng)中的能量變更1.化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是原子(或原子團(tuán))的重新組合,即反應(yīng)物中化學(xué)鍵的斷裂和生成物中化學(xué)鍵的形成。2.化學(xué)反應(yīng)中能量變更的緣由(微觀角度)(1)物質(zhì)中的原子(或原子團(tuán))之間是通過化學(xué)鍵相結(jié)合的。(2)當(dāng)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),斷開反應(yīng)物中的化學(xué)鍵要汲取能量,而形成生成物中的化學(xué)鍵要放出能量。(3)化學(xué)鍵的斷裂與形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變更的主要緣由。3.化學(xué)反應(yīng)中能量變更的確定因素(宏觀角度)(1)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,則化學(xué)反應(yīng)釋放能量,如圖甲所示;(2)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量,則化學(xué)反應(yīng)汲取能量,如圖乙所示。二、反應(yīng)熱1.定義:在化學(xué)反應(yīng)過程中放出或汲取的熱量,通常叫做反應(yīng)熱。2.表示方法:用ΔH表示,它既有數(shù)值的大小,又有正負(fù)。其中放熱反應(yīng),規(guī)定ΔH為“-”或ΔH<0;吸熱反應(yīng),規(guī)定ΔH為“+”或ΔH>0。單位一般采納kJ·mol-1。三、吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)1.定義吸熱反應(yīng):汲取熱量的化學(xué)反應(yīng)。放熱反應(yīng):放出熱量的化學(xué)反應(yīng)。2.試驗(yàn)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。,溫度變更\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(用手輕觸試管底部感到發(fā)熱。,用溫度計(jì)測量,水銀柱上升。)))),離子反應(yīng):2Al+6H+=2Al3++3H2↑。,結(jié)論:Al與酸反應(yīng)為放熱反應(yīng)。))(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(jié)在,一起,混合物呈糊狀。)),反應(yīng):BaOH2·8H2O+2NH4Cl,=BaCl2+2NH3↑+10H2O。,結(jié)論:BaOH2·8H2O與NH4Cl,的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。))(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(yīng):H++OH-=H2O。,結(jié)論:酸堿中和反應(yīng)為放熱,反應(yīng)。))四、熱化學(xué)方程式1.含義可以表示化學(xué)反應(yīng)中放出或汲取熱量的化學(xué)方程式。2.意義不僅表明白化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變更,也表明白化學(xué)反應(yīng)中的能量變更。如熱化學(xué)方程式CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔH=+178.5kJ·mol-1表示1molCaCO3汲取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(yīng)生成1molCO2氣體,放出393.6kJ熱量的熱化學(xué)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)定性推斷:燃料燃燒過程放出能量的大小,確定于反應(yīng)物的總能量和生成物的總能量的相對(duì)大小。(2)定量計(jì)算:肯定物質(zhì)的量的燃料燃燒釋放出的熱量等于肯定物質(zhì)的量的生成物化學(xué)鍵形成時(shí)所釋放的總能量減去肯定物質(zhì)的量的反應(yīng)物(可燃物與氧氣或其他助燃劑)化學(xué)鍵斷裂時(shí)所消耗的總能量,反應(yīng)物化學(xué)鍵斷裂時(shí)所消耗的總能量越少,生成物化學(xué)鍵形成時(shí)所釋放的總能量越多,燃料放出的熱量越多。2.熱值(1)熱值是指在肯定條件下單位質(zhì)量的物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量。(2)不同的燃料其組成和結(jié)構(gòu)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(zhì)自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)覺氫氣是最志向的燃料,理由是H2燃燒熱值高,來源豐富,燃燒產(chǎn)物是H2O,不會(huì)造成環(huán)境污染。。3.愛護(hù)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(shí),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,干脆排放到大氣中會(huì)污染空氣并形成酸雨。(2)為解決燃料燃燒存在的問題須要探討涉及的問題:①化石燃料完全燃燒的條件,削減燃料燃燒產(chǎn)生的熱量損耗技術(shù),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(xué)方法把化石燃料轉(zhuǎn)化成干凈燃料。④開發(fā)氫能、核能、太陽能等干凈、高效的新能源。探究點(diǎn)一正確理解吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)1.放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的比較:E:物質(zhì)的總能量;Q(吸):反應(yīng)物分子斷鍵時(shí)汲取的總能量;Q(放):生成物分子成鍵時(shí)放出的總能量。2.常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng):3.吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的推斷方法(1)依據(jù)反應(yīng)物和生成物的總能量的相對(duì)大小推斷——確定因素。若反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,屬于放熱反應(yīng),否則是吸熱反應(yīng)。(2)依據(jù)化學(xué)鍵破壞或形成時(shí)的能量變更推斷——用于計(jì)算。若破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵所汲取的能量小于形成生成物中化學(xué)鍵所放出的能量,屬于放熱反應(yīng),否則是吸熱反應(yīng)。(3)依據(jù)反應(yīng)物和生成物的相對(duì)穩(wěn)定性推斷。由不穩(wěn)定的物質(zhì)(能量高)生成穩(wěn)定的物質(zhì)(能量低)的反應(yīng)為放熱反應(yīng),反之為吸熱反應(yīng)。(4)依據(jù)反應(yīng)條件推斷。凡是持續(xù)加熱才能進(jìn)行的反應(yīng)一般就是吸熱反應(yīng)。特殊留意:化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)與反應(yīng)條件無必定的關(guān)系。詳細(xì)如下:1.須要加熱才能進(jìn)行的反應(yīng)肯定是吸熱反應(yīng)嗎?提示:化學(xué)反應(yīng)表現(xiàn)為吸熱或放熱,與反應(yīng)起先時(shí)是否須要加熱無關(guān),而應(yīng)通過比較反應(yīng)過程中汲取與放出能量的多少來確定,也可以通過比較反應(yīng)物與生成物的總鍵能大小來確定。放熱反應(yīng)雖然會(huì)有能量放出,但有的放熱反應(yīng)須要加熱才能進(jìn)行,通過加熱,可以引發(fā)放熱反應(yīng),如C+O2eq\o(=,\s\up17(△))CO2為放熱反應(yīng);絕大多數(shù)吸熱反應(yīng)需在加熱條件下進(jìn)行,但也有部分吸熱反應(yīng)不加熱也能進(jìn)行,如Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。2.有能量變更的過程不是發(fā)生吸熱反應(yīng)就是發(fā)生放熱反應(yīng)嗎?提示:不能將反應(yīng)類型(放熱反應(yīng)或吸熱反應(yīng))與能量變更過程等同起來?;瘜W(xué)反應(yīng)中必定有能量的變更,但發(fā)生能量變更的卻不肯定是化學(xué)反應(yīng)。如NaOH固體溶于水、水蒸氣轉(zhuǎn)化為液態(tài)水時(shí)放出能量,但以上過程是放熱的物理變更過程而不是發(fā)生放熱反應(yīng);NH4NO3固體溶于水、碘升華、水蒸發(fā)時(shí)汲取能量,但以上過程是吸熱的物理變更過程而不是發(fā)生吸熱反應(yīng)。3.做試驗(yàn)時(shí),不管是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)都可能用到酒精燈,怎樣依據(jù)加熱的方法推斷該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)?放熱反應(yīng)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(yīng)就停止的反應(yīng)是吸熱反應(yīng);起先用酒精燈加熱,反應(yīng)起先后,撤去酒精燈仍能接著反應(yīng)的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。放熱反應(yīng)加熱的目的一般是引發(fā)反應(yīng)進(jìn)行或加快反應(yīng)速率?!纠?】下列變更中屬于吸熱反應(yīng)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(yīng)生成熟石灰⑥干冰升華A.①④ B.②④C.③⑤ D.④⑥【思路分析】【解析】留意吸熱或放熱過程與吸熱反應(yīng)或放熱反應(yīng)的區(qū)分。①水汽化是物理變更,不屬于吸熱反應(yīng)。②CuSO4·5H2O受熱分解生成CuSO4和H2O,屬于吸熱反應(yīng)。④KClO3分解是吸熱反應(yīng)。⑤是放熱反應(yīng),③⑥均為物理變更?!敬鸢浮緽下列與化學(xué)反應(yīng)能量變更相關(guān)的說法不正確的是(A)A.任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著熱量的變更B.一個(gè)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)要看反應(yīng)物和生成物具有總能量的相對(duì)大小C.化學(xué)鍵的斷裂肯定汲取能量,化學(xué)鍵的形成肯定釋放能量D.化學(xué)反應(yīng)過程的能量變更除熱能外,也可以是光能、電能等解析:任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量變更,能量變更不肯定是熱量變更,可以是光能、電能等,故A不正確;從宏觀角度來說,反應(yīng)物總能量大于生成物總能量,反應(yīng)放熱,反之吸熱,故B正確;成鍵釋放能量,斷鍵汲取能量,故C正確;化學(xué)反應(yīng)肯定伴隨能量變更,還會(huì)伴隨其他形式的能:光能、電能等的變更,故D正確。2.計(jì)算公式的推導(dǎo)分析:以H2+Cl2=2HCl為例:(1)圖示分析:(2)計(jì)算分析:3.計(jì)算公式:用Q(吸)表示反應(yīng)物分子斷裂時(shí)汲取的總能量,Q(放)表示生成物分子成鍵時(shí)放出的總能量。公式:ΔQ=Q(吸)-Q(放)利用化學(xué)鍵的能量變更計(jì)算化學(xué)反應(yīng)中的能量變更:ΔQ=Q(吸)-Q(放)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ΔQ<0,為放熱反應(yīng),ΔQ>0,為吸熱反應(yīng)))1.對(duì)于放熱反應(yīng):2H2+O2eq\o(=,\s\up17(點(diǎn)燃))2H2O來說,“斷裂1molH—H鍵和1molO=O鍵所汲取的能量小于形成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(yīng)2H2+O2eq\o(=,\s\up17(點(diǎn)燃))2H2O中,每斷裂1molO=O鍵,同時(shí)斷裂2molH—H鍵,形成4molH—O鍵;正確的說法是:斷裂2molH—H鍵和1molO=O鍵所汲取的能量小于形成4molH—O鍵所放出的能量。2.下圖是1mol氫氣燃燒的能量變更圖,試分析a、b表示的含義。提示:化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)首先斷裂反應(yīng)物中的化學(xué)鍵,再形成生成物中的化學(xué)鍵,故a表示破壞1molH—H鍵、0.5molO=O鍵所汲取的能量,b表示形成2molH—O鍵所放出的能量與斷裂1molH—H鍵、0.5molO=O鍵所汲取的總能量的差。【例2】(多選)依據(jù)下面的信息,推斷下列敘述中正確的是()A.氫氣跟氧氣反應(yīng)生成水的同時(shí)釋放能量B.氫氣跟氧氣反應(yīng)生成水的同時(shí)汲取能量C.1molH2跟1/2molO2反應(yīng)生成1molH2O肯定釋放能量245kJD.2molH2(g)跟1molO2(g)反應(yīng)生成2molH2O(g)釋放能量490kJ【思路分析】化學(xué)鍵的鍵能與化學(xué)反應(yīng)中能量變更的計(jì)算公式:化學(xué)反應(yīng)中的能量變更=反應(yīng)物斷裂化學(xué)鍵汲取的總能量-生成物形成化學(xué)鍵釋放的總能量。若計(jì)算出的結(jié)果為正值,則該反應(yīng)為吸熱反應(yīng);若計(jì)算出的結(jié)果為負(fù)值,則該反應(yīng)為放熱反應(yīng)?!窘馕觥坑蓤D中信息可知,1molH2(g)的共價(jià)鍵斷裂汲取能量436kJ,1/2molO2(g)的共價(jià)鍵斷裂汲取能量249kJ,兩項(xiàng)共汲取能量685kJ;2molH(g)與1molO(g)形成1molH2O(g)的共價(jià)鍵釋放能量930kJ。在1molH2(g)+1/2molO2(g)→1molH2O(g)的過程中,放出的能量比汲取的能量多245kJ。C項(xiàng)所陳述的內(nèi)容中缺少物質(zhì)的狀態(tài),所以釋放的能量不肯定是245kJ?!敬鸢浮緼D(1)1molH2(g)和1molCl2(g)在肯定條件下反應(yīng)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分別須要汲取436.4kJ和242.7kJ的能量,則1molHCl分子中的化學(xué)鍵形成時(shí)釋放431.8kJ的能量。(2)標(biāo)準(zhǔn)狀況下,2.24L甲烷完全燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w時(shí)可以放出89.1kJ的熱量。請(qǐng)寫出甲烷完全燃燒的熱化學(xué)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(shí)放出熱量121kJ,氧氣中1molO=O鍵完全斷裂時(shí)汲取熱量496kJ,水蒸氣中1molH—O鍵形成時(shí)放出熱量463kJ,則氫氣中1molH—H鍵斷裂時(shí)汲取熱量為436_kJ。解析:(1)ΔH=反應(yīng)物的化學(xué)鍵斷裂汲取的能量-生成物的化學(xué)鍵形成釋放的能量,則依據(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(xué)鍵形成時(shí)釋放431.8kJ的能量。(2)標(biāo)準(zhǔn)狀況下,2.24L甲烷完全燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳?xì)怏w時(shí)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(xué)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(shí)放出熱量121kJ,則2mol的氫氣完全燃燒生成水蒸氣時(shí)放出熱量484kJ;依據(jù)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變更B.H2O(g)→H2O(l)該過程放出大量的熱,所以該過程是化學(xué)變更C.化學(xué)反應(yīng)中能量的變更都表現(xiàn)為熱量的變更D.對(duì)于如下圖所示的過程,是汲取能量的過程解析:任何化學(xué)反應(yīng)都有能量的變更,但有能量變更的過程不肯定是化學(xué)變更,如物質(zhì)的三態(tài)變更,雖然存在能量變更,但不存在舊化學(xué)鍵的斷裂與新化學(xué)鍵的形成,故不是化學(xué)變更,所以A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;化學(xué)反應(yīng)中能量變更的形式有多種,除熱能外,還有光能、電能等,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖象知,該過程中反應(yīng)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(xiàng)錯(cuò)誤。2.已知反應(yīng)X+Y=M+N為吸熱反應(yīng),下列說法正確的是(D)A.X的能量肯定低于M的,Y的能量肯定低于N的B.因?yàn)樵摲磻?yīng)是吸熱反應(yīng),故肯定要加熱,反應(yīng)才能進(jìn)行C.破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵所汲取的能量小于形成生成物中化學(xué)鍵所放出的能量D.X和Y的總能量肯定低于M和N的總能量解析:由該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)可知,反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量,即X和Y的總能量肯定低于M和N的總能量。吸熱反應(yīng)不肯定須要加熱反應(yīng)才能進(jìn)行,如Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng),常溫下就可以發(fā)生。破壞化學(xué)鍵所汲取的能量小于形成化學(xué)鍵所放出的能量時(shí),為放熱反應(yīng)。故A、B、C錯(cuò),D正確。3.在探討物質(zhì)變更時(shí),人們可以從不同的角度、不同的層面來相識(shí)物質(zhì)變更時(shí)所引起的化學(xué)鍵及能量變更,據(jù)此推斷以下敘述中錯(cuò)誤的是(C)A.金屬鈉與氯氣反應(yīng)生成氯化鈉后,其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增加,體系的能量降低B.物質(zhì)燃燒可看成“儲(chǔ)存”在物質(zhì)內(nèi)部的能量(化學(xué)能)轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來C.氮分子內(nèi)部存在著很強(qiáng)的共價(jià)鍵,故通常狀況下氮?dú)饣瘜W(xué)性質(zhì)很活潑D.須要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)不肯定是汲取能量的反應(yīng)解析:鈉原子最外層只有一個(gè)電子,氯原子最外層有7個(gè)電子,兩者結(jié)合能生成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)物質(zhì)氯化鈉,故A選項(xiàng)正確;物質(zhì)燃燒把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,B選項(xiàng)正確;氮分子內(nèi)部存在很強(qiáng)的共價(jià)鍵,很難被破壞,所以化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,則C選項(xiàng)錯(cuò)誤;加熱是破壞舊鍵,反應(yīng)吸熱還是放熱還與新鍵生成有關(guān),故D選項(xiàng)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(yīng)的熱化學(xué)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(cuò)誤;物質(zhì)的狀態(tài)影響反應(yīng)熱,未注明物質(zhì)的聚集狀態(tài),故C錯(cuò)誤;2gH2燃燒生成液態(tài)水時(shí)放出285.8kJ的熱量,ΔH<0,熱化學(xué)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(yīng)A2+B2=2AB,破壞1molA2中的化學(xué)鍵消耗的能量為Q1kJ,破壞1molB2中的化學(xué)鍵消耗的能量為Q2kJ,形成1molAB中的化學(xué)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(yīng)放熱B.若A2

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