2024-2025学年新教材高中化学第6章化学反应与能量第1节第1课时化学反应与热能学案新人教版必修第二册

PAGE8-第1课时化学反应与热能发展目标体系构建1.通过试验，了解化学反应的能量改变和化学反应分为放热反应和吸热反应，培育“科学探究与宏观辨识”的核心素养。2.从微观与宏观角度理解化学反应的能量改变，培育“微观探析与模型认知”的核心素养。3.了解人类对能源的利用和提高燃料燃烧效率、开发新能源的意义，培育“科学看法与社会责任”的核心素养。一、化学反应与热能1．试验探究(1)向Mg与稀盐酸反应的溶液中插入温度计，温度计显示的温度上升，说明该反应为放热反应。(2)将20gBa(OH)2·8H2O晶体粉末与10gNH4Cl晶体混合放入烧杯中，将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，闻到有刺激性气味时用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部感觉冰凉，烧杯与木片间有结冰现象，说明该反应为吸热反应。2．放热反应与吸热反应(1)放热反应：释放热量的化学反应，如活泼金属与酸的反应，燃烧反应，中和反应等。(2)吸热反应：汲取热量的化学反应，如氢氧化钡与氯化铵的反应，盐酸与碳酸氢钠的反应，灼热的炭与二氧化碳的反应。有的化学反应须要加热，该反应是否为吸热反应？有的化学反应在常温下能够进行，该反应是否为放热反应？提示：都不肯定；缘由是化学反应放热还是吸热取决于反应物和生成物具有总能量的相对大小，与反应是否须要加热无关。二、化学反应存在能量改变的缘由1．从化学键的改变理解——主要缘由2．从物质储存化学能的角度理解宏观说明放热反应示意图吸热反应示意图化学反应放出热量化学反应汲取热量(1)放热反应可以看成是反应物所具有的化学能转化为热能释放出来。(2)吸热反应可以看成是热能转化为化学能被生成物所“储存”。三、人类对能源的利用1．利用的三个阶段eq\x(柴草时期)——树枝杂草↓eq\x(化石能源时期)——煤、石油、自然气↓eq\x(多能源结构时期)——eq\a\vs4\al(太阳能、氢能、核能、海洋能、,风能、地热能等)2．化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题(1)一是其短期内不行再生，储量有限；(2)二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。3．在燃料利用过程中，节能的主要环节(1)燃料燃烧阶段——可通过改进锅炉的炉型和燃料空气比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率；(2)能量利用阶段——可通过运用节能灯，改进电动机的材料和结构，以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施促进能源循环利用，有效提高能源利用率。4．新能源(1)特点：资源丰富、可以再生、对环境无污染等。(2)人们比较关注的新能源：太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)全部化学反应都伴随着能量的改变。 ()(2)断裂化学键释放出能量而形成化学键则汲取能量。 ()(3)吸热反应均须要加热才能发生。 ()(4)化石燃料储量有限，燃烧时又产生污染，故尽可能削减化石燃料的运用。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)√2．下列反应是吸热反应的是()A．硫的燃烧 B．水的分解C．食物的氧化变质 D．中和反应[答案]B3．如图所示，某化学爱好小组把试管放入盛有25℃的饱和石灰水的烧杯中，在试管中放入几小块镁片，再向试管中滴入5mL稀盐酸。试回答下列问题：(1)试验中视察到的现象是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)产生上述现象的缘由是_________________________________________________________________________________________________________。(3)写出有关反应的离子方程式：__________________________。(4)由试验可推知，反应生成的MgCl2和H2的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)参与反应的Mg和HCl的总能量。[答案](1)镁片上有大量气泡产生；镁片渐渐溶解；烧杯中的饱和石灰水变浑浊(2)Mg与HCl反应生成H2，该反应为放热反应，体系温度上升，Ca(OH)2的溶解度随温度的上升而减小，故饱和石灰水中的Ca(OH)2析出而使溶液变浑浊(3)Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑(4)小于化学反应中能量改变的缘由利用化学键的能量改变可粗略计算化学反应过程中的能量改变。以反应H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)为例：1．断裂1molH—H键形成2molH和1molCl—Cl键形成2molCl，能量有什么改变？数值为多少？提示：汲取能量。数值为(436＋243)kJ＝679kJ。2．2molH与2molCl形成2molH—Cl，能量有什么改变？数值为多少？提示：放出能量。数值为2×431kJ＝862kJ。3．1molH2与1molCl2生成2molHCl气体，能量有什么改变？数值为多少？提示：放出能量。数值为2×431kJ－(436kJ＋243kJ)＝183kJ。4．1molH2(g)与1molCl2(g)具有的总能量和2molHCl(g)具有的总能量谁高？提示：1molH2(g)与1molCl2(g)具有的总能量较高。1．放热反应与吸热反应的比较放热反应吸热反应形成缘由反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键强弱的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时汲取的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时汲取的总能量反应过程图示示例①金属与水或酸的反应②燃烧反应③中和反应④大部分化合反应①Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应②C与H2O(g)、CO2的反应③大部分分解反应2.化学反应遵循的两条基本规律(1)质量守恒定律：参与化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。(2)能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，但体系包含的总能量不变。1．下列说法正确的是()A．Fe与S在加热条件下才能发生反应，所以该反应属于吸热反应B．HNO3、H2SO4分别与NaOH溶液反应都放出热量C．分解反应都是吸热反应，化合反应都是放热反应D．合成氨的反应是放热反应，所以N2与其他物质的反应也是放热反应B[Fe与S虽然需加热才能发生反应，但反应起先后，停止加热，反应能接着进行，加热只是为了引发反应，所以该反应是放热反应，A错误；中和反应都是放热反应，B正确；分解反应不肯定是吸热反应，如H2O2的分解反应就是放热反应，化合反应也不肯定是放热反应，如CO2与C的反应就是吸热反应，C错误；与N2反应的物质不同，能量改变也不同，不能依据合成氨反应的能量改变来类推N2与其他物质反应的能量改变，如N2和O2在放电条件下生成NO就是吸热反应，D错误。]2．已知断裂1mol共价键所须要汲取的能量分别为H—H：436kJ，I—I：151kJ，H—I：299kJ，下列对H2(g)＋I2(g)eq\o(,\s\up9(△))2HI(g)的反应类型推断错误的是()A．放出能量的反应 B．汲取能量的反应C．氧化还原反应 D．可逆反应B[依题意，断裂1molH—H键和1molI—I键汲取的能量为436kJ＋151kJ＝587kJ，生成2molH—I键放出的能量为299kJ×2＝598kJ，因为598kJ＞587kJ，所以该反应是放出能量的反应；依据反应式可知该反应是可逆反应，也是氧化还原反应。]3．已知化学反应N2＋3H2eq\o(,\s\up9(高温、高压),\s\do9(催化剂))2NH3的能量改变如图所示：(1)1molN和3molH生成1molNH3(g)是________(填“汲取”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)过程________(填“汲取”或“释放”)________kJ能量。[解析]假如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，反之就汲取能量。(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)[素材一]2019年6月26日，《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》在山东省潍坊市正式发布。依据白皮书发布内容，氢能将成为中国将来能源体系的重要组成部分，预料到2050年氢能在中国能源体系中的比例约为10%。“氢能是高效清洁能源载体，具有很多无可比拟的特点。”[素材二]2024中国(山西)国际清洁能源博览会于2019年6月28日上午在太原开幕。本次展会以“清洁低碳、绿色发展”为主题，聚焦煤炭清洁利用、新能源、储能、节能环保等领域，展示新技术新产品新应用，搭建中西部清洁能源及设备供需平台，促进煤改电、煤改气、煤改清洁采暖在中西部的实施，加强雾霾的治理，有效改善呼吸环境。[素材三]SF6气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体。六氟化硫具有良好的电气绝缘性能及优异的灭弧性能，国际上称为“气体绝缘开关设备”。SF6分子结构中只存在S—F键。已知：1molS(s)转化为气态硫原子汲取能量280kJ，断裂1molF—F、S—F键需汲取的能量分别为160kJ、330kJ。1．依据素材一思索(1)氢气燃烧放出的热量从何而来？与化学反应的本质有什么关系？(2)氢能具有哪些优点？提示：(1)氢气燃烧放出的热量来自物质的内能，与化学反应中化学键的断裂和形成有关。(2)氢能的优点：①清洁燃料，是零排放能源；②来源广泛，可来自可再生能源，也可来自工业流程中的副产品；③应用广泛；④热值高、平安性好。2．依据素材二思索(1)提高燃料的燃烧效率应当从哪些方面考虑？(2)日常生产、生活中经常采纳下列能源：①煤；②石油；③自然气；④太阳能；⑤水能；⑥氢能；⑦核能；⑧风能；⑨地热能等，属于清洁能源的有哪些？提示：(1)使燃料与氧气充分接触，如将煤粉碎、液化和气化；通入足够的氧气。(2)④⑤⑥⑦⑧⑨。清洁能源即绿色能源，是指不排放污染物、能够干脆用于生产生活的能源，它包括核能和可再生能源。可再生能源是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、水能、生物能(沼气)、地热能(包括地源和水源)、海洋能等能源。3．依据素材三思索(1)1molS(s)与3molF2(g)生成1molSF6(g)的能量改变及数量如何？(2)1molS(s)与3molF2(g)的总能量和1molSF6(s)的总能量大小如何？提示：(1)放出1220kJ的热量。(2)前者能量大。通过素材一、二、三的探究，了解能源问题和能量改变的缘由，培育学生“证据推理与社会责任”的核心素养。1．下列对于化学反应过程的理解错误的是()A．化学改变过程中同时存在物质和能量的改变B．能量改变肯定发生在化学改变中C．化学反应既遵循质量守恒定律又遵循能量守恒定律D．能量的释放和汲取以发生改变的物质为基础B[化学改变过程中肯定伴随着能量的改变，但有能量改变的不肯定是化学改变，如灯泡通电发光放热，是物理改变，B项错误。]2．下列反应中能量改变趋势与如图一样的是()A．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合B．中和反应C．木炭在氧气中发生不完全燃烧D．生石灰和水的反应A[生成物的总能量大于反应物的总能量，说明此反应为吸热反应。Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应为吸热反应，A项正确；中和反应、2C＋O2eq\o(=,\s\up9(点燃))2CO、CaO＋H2O=Ca(OH)2均为放热反应，B、C、D项错误。]3．新能源的特点是资源丰富，在运用时对环境无污染或污染很小，且可以再生。下列能达到新能源标准的是()①地热能②煤②自然气④太阳能⑤生物质能⑥石油⑦风能⑧氢能A．②⑤⑦⑧ B．①④⑤⑦⑧C．④⑤⑦⑧ D．②③⑥⑦⑧B[煤、石油、自然气是化石能源，不行再生，不属于新能源；新能源有：太阳能、地热能、海洋能、风能、氢能、生物质能等，这些新能源对环境污染小，属于环境友好型能源，即符合条件的是①④⑤⑦⑧，故选B。]4．氢气燃烧生成水蒸气的能量改变如图所示。下列说法正确的是()A.燃烧时化学能全部转化为热能B．断开1mol氢氧键汲取930kJ的能量C．相同条件下，1mol氢原子的能量为E1，1mol氢分子的能量为E2，则2E1＜E2D．该反应生成1mol水蒸气时放出能量245kJD[燃烧时化学能可转化为热能、光能等，A项错误；由题图可知，断开2mol氢氧键汲取930kJ的能量，B项错误；氢分子变成氢原子要汲取能量，所以2E1＞E2，C项错误；该反应生成1mol水蒸气时放出的能量为930kJ－436kJ－249kJ＝245kJ，D项正确。]5．(素养题)如图所示，在小试管里加入2g新制备的无水硫酸铜，把小试管套在具支试管内。在U形