新教材高中化学学案专题6第2单元化学反应中的热

第二单元化学反应中的热发展目标体系构建1.能从宏观与微观相结合的角度解释化学反应中的能量变化。2.能正确表示化学反应中热的释放或吸收。3.能利用化学反应中的能量变化解决生产、生活中的简单问题。4.能运用化学计量单位定量分析化学变化伴随的能量转化。一、放热反应与吸热反应1．放热反应与吸热反应(1)放热反应：放出热量的化学反应，如燃烧反应、中和反应等。(2)吸热反应：吸收热量的化学反应，如高温下煅烧石灰石等反应。微点拨：需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应(如炭的燃烧)，不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应（如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应）。2．化学能与热能转化的实验探究(1)镁与盐酸反应实验操作实验现象实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高镁与盐酸反应的离子方程式为Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑，该反应放出热量(2)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应实验操作实验现象实验结论a.有刺激性气味气体产生b．用手摸烧杯底部有冰凉感觉c．用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部d．烧杯内反应物成糊状化学方程式为Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应吸收热量由上述实验可知，化学反应都伴随着能量变化，有的放出能量，有的吸收能量。3．热化学方程式(1)概念：表示化学反应中放出或吸收的热量的化学方程式。(2)意义：不仅表明了化学反应中的物质变化，也表明了化学反应中的能量变化。(3)实例：8gCH4气体完全燃烧生成CO2和液态水，放出445kJ的热量，则该反应的热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890kJ·mol－1。微点拨：(1)在热化学方程式中，要标明所有物质在反应条件下的状态(气态、液态、固态分别用g、l、s表示)。(2)反应放出或吸收的热用ΔH表示，负值表示在该条件下反应放热，正值表示在该条件下反应吸热。CaCO3受热分解的热化学方程式为CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH＝178.2kJ·mol－1，该热化学方程式表示的含义是什么？[提示]表示1molCaCO3固体完全分解生成1molCaO固体和1molCO2气体吸收178.2kJ的热量。4．化学反应中能量变化的原因(1)宏观解释——反应物与生成物的总能量不同。宏观解释放热反应示意图吸热反应示意图(2)微观角度——反应物断键吸收的能量与生成物成键释放的能量不同。微观解释反应物、生成物中化学键的变化关系能量变化断裂旧化学键吸收的总能量＜形成新化学键释放的总能量放出能量断裂旧化学键吸收的总能量＞形成新化学键释放的总能量吸收能量已知下列物质的键能：H—HCl—ClH—Cl键能/(kJ·mol－1)436.4242.7431.8对于反应：H2＋Cl2=2HCl，若生成2molHCl，反应过程中断裂化学键共吸收的能量是多少？形成化学键共放出的能量是多少？依据以上两个数据判断该反应是放出还是吸收能量，并确定放出或吸收能量的多少。[提示]反应过程中断裂化学键共吸收的能量是436.4kJ＋242.7kJ＝679.1kJ，形成化学键共放出的能量是431.8kJ×2＝863.6kJ，由于863.6＞679.1，故该反应放出能量，放出的能量为863.6kJ－679.1kJ＝184.5kJ。二、燃料燃烧释放的能量1．燃料的热值在一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热，单位是kJ·g－1。2．燃料使用的现状与问题(1)当前我国使用最多的能源：化石燃料，即煤、石油、天然气。(2)化石燃料需亟待解决的问题：(3)解决燃料燃烧存在问题的研究方向①研究化石燃料完全燃烧的条件和减少燃料燃烧产生的热量损耗的技术，研究提高燃料利用率的措施；②防止燃料燃烧造成的环境污染；③通过化学方法把石油、煤等化石燃料转化为清洁燃料；④开发氢能、核能、太阳能等清洁、高效的新能源。三、氢燃料的应用前景1．氢能的优点2．氢能利用存在的问题(1)廉价的制氢技术——首要难点①原因：制氢需要消耗大量的能量且效率低。②解决途径：将太阳能转化为电能，再将水催化电解获得氢气，其中最关键的高效、廉价、绿色的催化技术已有突破性进展。(2)安全可靠的贮氢和输氢方法——关键①原因：H2密度小、熔点低、难液化，贮存液氢的容器要求高。②解决途径：研究具备良好吸收和释放氢气性能的合金(如镧镍合金等)。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)所有化学反应都伴随着能量的变化。 (√)(2)断裂化学键释放出能量而生成新键则吸收能量。 (×)(3)当反应物的总能量大于生成物的总能量时，化学反应吸收能量。 (×)(4)化学反应的过程实际上是一个旧键断裂的过程。 (×)2．下列热化学方程式书写正确的是()A．2SO2＋O2=2SO3ΔH＝－196.6kJ·mol－1B．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－517.6kJ·mol－1C．H2(g)＋1/2O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJD．C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝393.5kJ·mol－1B[A项，未注明物质状态，错误；B项正确；C项，ΔH的单位是kJ·mol－1，错误；D项，C(s)＋O2(g)=CO2(g)是放热反应，ΔH<0，错误。]3．分析下图：回答以下问题：(1)电解水生成H2，首先要解决的问题是___________________________________________________________________________________________。(2)氢气作为理想的“绿色能源”的主要理由是______________________________________________________________________________________。[解析](1)电解水需要消耗大量电能。(2)H2作为“绿色能源”优点有三：来源丰富；热值高；无污染。[答案](1)需大量电能(2)来源丰富(H2O)，燃烧放出的热量多，产物无污染探究化学反应中能量变化的原因(素养养成——宏观辨识与微观探析)材料1：利用化学键的能量变化可粗略计算化学反应过程中的能量变化。以反应H2＋Cl2=2HCl为例：材料2：能量有各种不同的形式，它能从一种形式转化为另一种形式，或者从一物体传递给另一物体，但在转化和传递过程中，能量的总值是保持不变的(这叫能量守恒定律)。因此在化学反应过程中，与质量守恒一样，能量也是守恒的。[问题1]断裂1molH—H和1molCl—Cl形成H和Cl，能量有什么变化？数值为多少？[提示]吸收能量。数值为436kJ＋243kJ=679kJ。[问题2]H与Cl形成2molH—Cl，能量有什么变化？数值为多少？[提示]放出能量。数值为2×431kJ=862kJ。[问题3]1molH2与1molCl2生成2molHCl气体，能量有什么变化？数值为多少？[提示]放出能量。数值为2×431kJ－436kJ－243kJ＝183kJ。[问题4]请从能量的角度分析化学反应中为什么一定存在能量变化？化学反应放热还是吸热取决于什么因素？[提示]由于化学反应中反应物能量之和与生成物能量之和不相等，所以化学反应中一定有能量变化。一个化学反应是释放能量还是吸收能量取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。1．从化学键的角度理解化学反应过程中的能量变化化学反应过程中的能量变化来源于化学反应过程中旧化学键断裂与新化学键形成时的能量变化。(1)若反应物中的化学键断开时吸收的能量高于生成物成键释放的能量，则该反应吸收能量，吸收的能量＝反应物分解吸收的总能量－生成物形成释放的总能量。(2)若反应物中的化学键断开时吸收的能量低于生成物成键释放的能量，则该反应放出能量，放出的能量＝生成物形成释放的总能量－反应物分解吸收的总能量。2．从总能量的角度理解化学反应过程中的能量变化一个确定的化学反应是吸收能量还是放出能量取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。具体情况见下表：放热反应吸热反应能量变化反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量键能变化生成物的总键能大于反应物的总键能生成物的总键能小于反应物的总键能图示常见实例①金属与水或酸的反应；②金属氧化物与水或酸的反应；③可燃物的燃烧反应及缓慢氧化；④酸与碱的中和反应；⑤大部分化合反应①大部分分解反应；②Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应；③高温下焦炭与水的反应1．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1mol共价键(或其可逆过程)时释放(或吸收)的能量。已知H—H键的键能为436kJ·mol－1、Cl—Cl键的键能为243kJ·mol－1、H—Cl键的键能为x，若1molH2(g)与1molCl2(g)反应生成2molHCl(g)放出183kJ的热量，则x为()A．496kJ·mol－1 B．431kJ·mol－1C．862kJ·mol－1 D．248kJ·mol－1B[2x－436kJ·mol－1－243kJ·mol－1＝183kJ·mol－1，解得：x＝431kJ·mol－1。]2．已知化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示：(1)1molN和3molH生成1molNH3(g)是________(填“吸收”或“释放”)能量的过程。(2)由eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)生成1molNH3(g)的过程________(填“吸收”或“释放”)__________kJ能量。[解析]如果反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量，整个反应就放出能量，反之就吸收能量。(1)由图像可知1molN和3molH具有的总能量比1molNH3(g)的能量高bkJ，所以1molN和3molH生成1molNH3(g)是释放能量的过程。(2)由图像可知eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)总能量比1molN和3molH具有的总能量低akJ，而1molNH3(g)具有的总能量比1molN和3molH具有的总能量低bkJ，b>a，所以由eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)生成1molNH3(g)的过程释放出(b－a)kJ能量。[答案](1)释放(2)释放(b－a)热化学方程式的书写与正误判断(素养养成——证据推理与模型认知)氢气在氧气中燃烧的热量变化，可用下列热化学方程式分别表示：①2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1②H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol－1[问题1]①与化学方程式2H2＋O2eq\o(=,\s\up10(点燃))2H2O相比较，有何特点？[提示]注明了反应物、生成物的状态；在化学方程式的右边注明了反应热ΔH的正负、数值和单位。[问题2]①与②相比较，ΔH不同的原因是什么？[提示]化学计量数不同，参加反应的H2的物质的量不同，ΔH不同。[问题3]②和③相比较，ΔH不同的原因是什么？[提示]生成H2O的状态不同，ΔH不同。[问题4]③表示的意义是什么？[提示]在一定条件下，1mol氢气与eq\f(1,2)mol氧气完全反应，生成1mol气态水，放出241.8kJ的热量。1．热化学方程式的书写步骤及要求2．“五看”法判断热化学方程式的正误一看方程式是否配平；二看各物质的聚集状态是否正确；三看ΔH的“＋”“－”符号是否正确；四看反应热的单位是否为“kJ·mol－1”五看反应热的数值与化学计量数是否对应。3．在常温常压下，1gH2在足量Cl2中完全燃烧生成HCl气体，放出92.3kJ的热量。下列热化学方程式中正确的是()A．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－92.3kJ·mol－1B．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝92.3kJ·mol－1C．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝184.6kJ·mol－1D．2HCl(g)=H2(g)＋Cl2(g)ΔH＝184.6kJ·mol－1D[H2在Cl2中燃烧生成HCl气体，1gH2燃烧放出92.3kJ的热量，则1mol(2g)H2燃烧放出184.6kJ的热量，化学反应放出热量，ΔH符号为“－”。则H2在Cl2中燃烧生成HCl气体的热化学方程式为H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－184.6kJ·mol－1。一个放热反应的逆反应是吸热反应，并且在其他条件相同时，ΔH是原ΔH的相反数。则该题的四个选项中只有D是正确的。]4．根据所给信息完成下列热化学方程式：(1)已知1molC(s)与适量H2O(g)反应生成CO(g)和H2(g)，吸收131.3kJ热量，请写出该反应的热化学方程式：______________________________。(2)1.7gNH3(g)发生催化氧化反应生成气态产物，放出22.67kJ的热量：_____________________________________________。(3)已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，请写出1molNH3分解对应的热化学方程式：________________________________________。(4)已知一些化学键的键能数据如表所示：化学键C—HC—FH—FF—F键能/(kJ·mol－1)414489565155请根据键能数据写出CH4(g)和F2(g)反应生成CF4(g)和HF(g)的热化学方程式：_______________________________________________________________________________________________________________________________。[解析](2)1.7gNH3的物质的量为0.1mol，则4molNH3发生反应放出的热量为22.67kJ×40＝906.8kJ，1molNH3完全反应放出的热量为226.7kJ。那么相应的热化学方程式为4NH3(g)＋5O2(g)=4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－906.8kJ·mol－1或NH3(g)＋eq\f(5,4)O2(g)=NO(g)＋eq\f(3,2)H2O(g)ΔH＝－226.7kJ·mol－1。(4)首先根据反应物和生成物写出反应方程式，注明各物质的状态，化学反应的反应热等于断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键放出的能量的差，根据键能数据可知，所求反应的反应热ΔH＝414kJ·mol－1×4＋155kJ·mol－1×4－489kJ·mol－1×4－565kJ·mol－1×4＝－1940kJ·mol－1。[答案](1)C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH＝131.3kJ·mol－1(2)NH3(g)＋eq\f(5,4)O2(g)=NO(g)＋eq\f(3,2)H2O(g)ΔH＝－226.7kJ·mol－1(3)NH3(g)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)ΔH＝46.2kJ·mol－1(4)CH4(g)＋4F2(g)=CF4(g)＋4HF(g)ΔH＝－1940kJ·mol－1城市生活垃圾资源化清洁再生利用是近年新兴起来的朝阳产业。针对我国现阶段城市生活垃圾多组分、高水分、低热值的特点，浙大热能所提出了以内循环燃烧、气力输送式冷渣分选回送，湍流式烟气净化法为主要内容的“城市生活垃圾清洁焚烧”新方法，并成功应用于日处理800吨城市生活垃圾的流化床焚烧炉的工程示范。该研究成果包括重金属、有机污染物、二噁英、氟、氯及其化合物、小颗粒、温室气体等污染物的生成机理及控制技术，特别是对多种污染物的同时脱除进行了开创性的研究工作。实现了城市生活垃圾的高效洁净焚烧和能源化利用。[问题1]阅读材料分析城市生活垃圾焚烧应注意哪些问题？(素养角度——科学态度与社会责任)[提示]生活垃圾焚烧时的热能利用；防止二次污染。[问题2]生活垃圾送到焚烧发电厂之后，卸至垃圾池内，发酵七天左右，可以实现脱水。然后才焚烧发电。分析这样操作的原因是什么？(素养角度——科学探究与创新意识)[提示]诸如果皮等生活垃圾富含水分，如果直接送到焚烧炉里，难以彻底燃烧。脱水之后的生活垃圾更容易燃烧，利用率自然更高，产生的固体废物也更少，生活垃圾的处理也更加彻底。[问题3]发酵的垃圾中含有沼气，沼气可以很好地助燃，炉内温度可达850℃以上。含铅汽油、煤、防腐处理过的木材等各种废弃物在燃烧温度低于400℃时容易产生二英。但是燃烧炉温度保持在850℃以上，可以有效分解二英，基本可以消除二英对环境的不良影响。沼气的主要成分是甲烷，已知1g甲烷完全燃烧生成液态水时放出55.64kJ的热量，写出甲烷燃烧的热化学方程式，并计算出甲烷的燃烧热是多少。(素养角度——宏观辨识与微观探析)[提示]CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.24kJ·mol－1；甲烷的燃烧热是ΔH＝－890.24kJ·mol－1。1．绿色能源是人类理想的能源，不会造成环境污染。下列能源不属于绿色能源的是()A．氢能源 B．太阳能C．风能 D．石油D[氢能是氢气燃烧提供的，产物是水，无污染；太阳能是最清洁的能源；风能的使用也不会给环境带来污染；石油是化石燃料，其中硫元素燃烧生成的二氧化硫、不完全燃烧产生的一氧化碳、高温燃烧产生的氮氧化物等都是污染物，因此石油不是绿色能源。]2．下列图示变化为吸热反应的是()ABCDA[A项中生成物的总能量高于反应物的总能量，只能通过吸收能量才能实现；B项则恰好相反；C项中浓硫酸溶于水要放出热量，但此过程是物理变化，没有发生化学反应；D项是