2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）第六章 第一节 第1课时 化学反应与热能

第一节化学反应与能量变化第1课时化学反应与热能课标定向目标定位1.认识物质具有能量,认识吸热反应与放热反应。(宏观辨识与微观探析)2.了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。(宏观辨识与微观探析)3.通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。(科学态度与社会责任)厘清重点1.从微观、宏观角度,认识化学反应存在能量变化的原因。2.能对吸热、放热反应进行简单计算突破难点能从图像中推测反应类型学习任务一:化学反应中热量变化必备知识·导学[引入]周末和朋友们去郊游,午餐时候,你想吃上一盒热腾腾的饭菜,怎么办?“自热米饭”“自热火锅”满足我们随时随地享用热饭热菜的需求。你了解其中的原理吗?一、化学能与热能的相互转化1.化学反应遵循的两条基本规律(1)质量守恒定律:自然界的物质发生转化时,总质量保持不变。(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。2.实验探究化学反应中的能量变化化学能:各种物质本身都具有能量。【实验6-1】镁与盐酸的反应实验操作在一支试管中加入2mL2mol·L-1的盐酸,并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条,观察现象,并测量溶液温度的变化反应原理化学方程式为Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,离子方程式为Mg+2H+===Mg2++H2↑实验现象镁条逐渐溶解,表面产生大量气泡,温度计示数升高实验结论镁与盐酸反应产生气体,并放出热量。该反应中化学能转化为热能【实验6-2】Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应实验操作将20gBa(OH)2·8H2O晶体研细后与10gNH4Cl晶体一起放入烧杯中,并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌,闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯,用手触摸杯壁下部,试着用手拿起烧杯,观察现象反应原理Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O实验现象有刺激性气味的气体产生,烧杯底部发凉,烧杯底部与木片黏到一起实验结论Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应产生NH3,并吸收热量。该反应中热能转化为化学能3.常见放热反应和吸热反应放热反应:释放热量的化学反应;吸热反应:吸收热量的化学反应。注意:吸热反应、放热反应与反应是否需要加热等条件没有直接联系,有些放热反应需要加热的条件,有些吸热反应在常温下就可发生。二、化学反应存在能量变化的原因1.微观角度(1)化学反应的特征:(2)化学反应中能量变化原因:2.宏观角度任何物质在一定的条件下都具有一定的能量,化学反应过程中的能量变化取决于反应物和生成物所具有总能量的相对大小。图示能量相对大小反应物的总能量高于生成物的总能量反应物的总能量低于生成物的总能量三、人类对能源的利用新能源特点:资源丰富、可以再生、对环境无污染。常见新能源:太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。[思考]在人类对能源的利用方面,你有什么建议?提示:(1)减少人类对化石能源的使用;(2)净化化石能源;(3)开发新能源等。判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)氢气燃烧、浓硫酸溶于水都放出热量,这些过程都为放热反应。(×)提示:浓硫酸溶于水不是化学反应。(2)吸热反应一定需要加热,放热反应一定不需要加热。(×)提示:Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应,不需要加热;铝热反应为放热反应,需要加热。(3)需要加热的反应一定为吸热反应。(×)提示:加热只是引发反应的条件,无法判断是吸热反应。(4)已知Al与稀盐酸的反应为放热反应,即Al的能量大于H2的能量。(×)提示:反应放热说明反应物的总能量大于生成物的总能量,即Al与HCl具有的总能量大于AlCl3与H2所具有的总能量,而Al与H2的能量大小无法比较。(5)任何化学反应,都有物质变化,同时伴随着能量变化。(√)提示:化学反应过程中伴随物理变化、化学变化和能量变化。核心要点·归纳1.吸热反应和放热反应与反应条件的区别反应条件是为化学反应断键提供能量,引发反应,而吸热反应和放热反应的判断需要综合断键吸热和成键放热的相对大小。2.吸热反应和放热反应的三个“不一定”(1)放热反应不一定容易发生,如合成氨的反应;吸热反应不一定难发生,如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应。(2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如硫与铁的反应;吸热反应不一定需要加热,如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。(3)放热过程不一定是放热反应,如NaOH固体的溶解和浓硫酸的稀释;吸热过程不一定是吸热反应,如升华、蒸发等过程。微点拨·拓教材物质的能量与物质稳定性的关系1.物质的稳定性与物质具有的能量的关系(1)物质的能量越低越稳定,参加反应时,如该物质为反应物,化学键断裂吸收的能量就越多;而如果是通过新化学键形成而生成该物质时,放出的能量就越多。(2)物质的能量越高越不稳定,参加反应时,如该物质为反应物,化学键断裂吸收的能量就越少;该物质化学性质活泼,而形成该物质时,放出的能量就越少。2.同一种物质,状态不同能量不同:H2O(s)<H2O(l)<H2O(g),物质本身具有的能量越低,就越稳定;物质本身具有的能量越高,就越不稳定。学力诊断·测评1.(2024·泰安高一检测)下列变化中,属于放热反应的是()①液态氮汽化 ②氢氧化钠固体溶于水③氢氧化钠溶液与盐酸反应 ④KMnO4分解制O2⑤Ba(OH)2·8H2O与固体NH4Cl混合 ⑥氢气在氧气中燃烧⑦CO2+C2CO ⑧生石灰跟水反应生成熟石灰⑨钠块投入水中 ⑩锌与盐酸反应A.①②③⑥⑦⑧⑨ B.①②⑥⑧⑨⑩C.③⑥⑧⑨⑩ D.③④⑧⑨⑩【解析】选C。液态氮汽化是物理变化不是化学变化,①错误;氢氧化钠固体溶于水是物理变化不是化学变化,②错误;氢氧化钠溶液和盐酸反应,为酸碱中和反应,属于放热反应,③正确;高锰酸钾分解制取氧气,属于吸热反应,④错误;Ba(OH)2·8H2O和固体氯化铵反应为吸热反应,⑤错误;氢气在氧气中燃烧放热,⑥正确;二氧化碳与C高温下反应生成一氧化碳,属于吸热反应,⑦错误;生石灰与水反应生成熟石灰,属于放热反应,⑧正确;钠块投入水中,钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,属于放热反应,⑨正确;锌与盐酸的反应为放热反应,⑩正确。故选C。2.我国提出争取在2030年前实现“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”,这对于改善环境,实现绿色发展至关重要。下列措施中不利于实现“碳中和”目标的是()A.将煤转化为煤粉再燃烧,可以从根本上杜绝碳排放B.农村推广风力发电、光伏发电有利于“碳达峰、碳中和”C.努力开发太阳能、氢能等多种形式能源,降低化石燃料需求量,控制CO2排放量D.推广使用新能源汽车有利于促进“碳达峰、碳中和”【解析】选A。将煤转化为煤粉再燃烧,仍然会产生二氧化碳,不能从根本上杜绝碳排放,A错误;农村推广风力发电、光伏发电可减少二氧化碳的排放,有利于“碳达峰、碳中和”,B正确;努力开发太阳能、氢能等多种形式能源,降低化石燃料需求量,减少二氧化碳的排放,有利于“碳达峰、碳中和”,C正确;推广使用新能源汽车,可减少二氧化碳的排放,有利于“碳达峰、碳中和”,D正确。【补偿训练】人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态),人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是()A.研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”B.发展太阳能经济有助于减缓温室效应C.植物进行光合作用是将太阳能转化为化学能D.石油和天然气都属于碳素燃料【解析】选A。菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”,A错误。3.为了研究化学反应A+B===C+D的能量变化情况,某同学设计了如图所示装置。当向盛有A的试管中滴加试剂B时,看到U形管中甲处液面下降、乙处液面上升。试回答下列问题:(1)该反应为放热(填“放热”或“吸热”)反应。

【解析】(1)因为发生反应A+B===C+D,U形管中甲处液面下降、乙处液面上升,可以判断该反应为放热反应。(2)A和B的总能量比C和D的总能量高(填“高”或“低”)。

【解析】(2)因为反应为放热反应,所以A和B的总能量比C和D的总能量高。(3)该反应的物质中的化学能通过化学反应转化成热能释放出来。

【解析】(3)化学变化伴随着能量变化,物质中的化学能通过化学反应转化成热能释放出来。(4)该反应的反应物化学键断裂吸收的能量低(填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。【解析】(4)化学反应中旧键断裂吸收能量,新键形成放出能量,该反应为放热反应,则反应物化学键断裂吸收的能量低于生成物化学键形成放出的能量。学习任务二:化学反应中能量计算及能量变化的图像分析必备知识·探究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(g)+Cl2(g)===2HCl(g)为例:(1)断裂1molH—H和1molCl—Cl形成2molH和2molCl,能量有什么变化?形成2molH—Cl,能量有什么变化?提示:断裂1molH—H和1molCl—Cl吸收能量为(436+243)kJ=679kJ;形成2molH—Cl,放出能量为2×431kJ=862kJ。(2)1molH2(g)与1molCl2(g)生成2molHCl(g)能量有什么变化?提示:放出能量为2×431kJ-(436kJ+243kJ)=183kJ。(3)1molH2(g)与1molCl2(g)具有的总能量和2molHCl(g)具有的总能量哪个高?提示:1molH2(g)与1molCl2(g)具有的总能量较高。(4)请画出1molH2与1molCl2生成2molHCl气体能量变化关系示意图。核心要点·归纳常见的吸热或放热反应的判断方法1.从键能角度2.从化学反应的能量变化图像分析(1)放热反应图像(自行画出)提示:(2)吸热反应图像(自行画出)提示:3.从反应物和生成物的相对稳定性角度由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应,反之为吸热反应。如石墨变成金刚石吸收能量,说明石墨比金刚石稳定。学力诊断·测评1.可以用图示法分析化学反应中的能量变化,下列说法不正确的是()A.I2(s)与过量H2(g)化合生成4molHI(g)时,需要吸收10kJ的能量B.1molI2(s)变为1molI2(g)时,需要吸收17kJ的能量C.2molHI(g)分解生成1molI2(g)与1molH2(g)时,需要吸收12kJ的能量D.2molHI(l)分解生成1molI2(s)与1molH2(g)时,需要放出5kJ的能量【解析】选D。A.从图中可知,1molI2(s)与1molH2(g)反应生成2molHI(g),吸收5kJ热量,则I2(s)与过量氢气反应生成4molHI(g),需要吸收10kJ的能量,A正确;B.从图中可知,1molI2(g)转化为1molI2(s)放热17kJ,则1molI2(s)转化为1molI2(g),需要吸收17kJ的热量,B正确;C.从图中可知,1molI2(g)与1molH2(g)反应生成2molHI(g),放热12kJ,则2molHI(g)分解生成1molI2(g)和1molH2(g)时,需要吸收12kJ的能量,C正确;D.从图中可知,2molHI(g)分解生成1molI2(s)和1molH2(g),放热5kJ,HI(l)转化为HI(g)需要吸热,则2molHI(l)分解生成1molI2(s)和1molH2(g),需要放出的热量小于5kJ,D错误。2.如图所示为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化。下列说法正确的是()A.通常情况下,O2(g)比N2(g)稳定B.N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)是吸热反应C.N2(g)和O2(g)反应生成1molNO(g)放出632kJ能量D.1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量大于2molNO(g)具有的总能量【解析】选B。N2(g)断键吸收的能量比O2(g)多,因此N2(g)更稳定,A错误;1molN2(g)和1molO2(g)的反应吸收的总能量为946+498=1444(kJ),生成2molNO(g)放出的总能量为2×632=1264(kJ),吸收的能量大于放出的能量,反应是吸热反应,B正确;计算知,生成1molNO(g)吸收90kJ能量,C错误;因为反应为吸热反应,所以1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量,D错误。学情检测·素养达标1.已知2SO2+O22SO3为放热反应,下列对该反应的说法正确的是()A.O2的能量一定高于SO3的能量B.SO2和O2的总能量一定高于SO3的总能量C.SO2的能量一定高于SO3的能量D.因该反应为放热反应,故不必加热就可发生【解析】选B。放热反应中反应物总能量高于生成物总能量,所以SO2和O2的总能量一定高于SO3的总能量,B正确;O2的能量不一定高于SO3的能量,SO2的能量不一定高于SO3的能量,A、C错误;反应是否为放热反应,与反应条件无关,放热反应,可能需要加热才能发生,D错误。【补偿训练】1.用空气中的氧气来氧化氯化氢气体制取氯气的方法:4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g)。化学反应与能量变化的关系如图所示,下列说法中不正确的是()A.该反应为放热反应B.若H2O为液态,则生成物总能量将变小C.4HCl(g)和O2(g)总能量高于2Cl2(g)和2H2O(g)的总能量D.断开旧化学键吸收的总能量大于形成新化学键所释放的总能量【解析】选D。由图示可知,4HCl(g)+O2(g)的总能量高于2Cl2(g)+2H2O(g)的总能量,反应为放热反应,故A正确;若H2O为液态,气体变为液体,物质能量减小,生成物总能量将变小,故B正确;反应前后遵循能量守恒定律,4HCl(g)和O2(g)总能量高于2Cl2(g)和2H2O(g)的总能量,故C正确;由图示可知,4HCl(g)+O2(g)的总能量高于2Cl2(g)+2H2O(g)的总能量,反应为放热反应,断开旧化学键吸收的总能量小于形成新化学键所释放的总能量,故D错误。2.将盛有NH4HCO3粉末的试管放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向试管中加入盐酸(如图所示),反应剧烈,醋酸逐渐凝固。由此可知()A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B.该反应中,热能转化为产物内部的能量C.反应物的总能量高于生成物的总能量D.反应物中化学键断裂吸收的能量少【解析】选B。醋酸逐渐凝固,说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低,因此该反应为吸