高中化学必修二教案讲义:化学反应与热能_第1页
高中化学必修二教案讲义:化学反应与热能_第2页
高中化学必修二教案讲义:化学反应与热能_第3页
高中化学必修二教案讲义:化学反应与热能_第4页
高中化学必修二教案讲义:化学反应与热能_第5页
已阅读5页,还剩9页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

化学反应与能量

化学反应与能量变化

化学反应与热能

学习目标

1.认识吸热反应和放热反应。

2.了解化学反应体系能量与化学键断裂和形成的关系。

3.认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。

知识梳理

一、吸热反应和放热反应

1.实验探究

实验操作

有气泡产生;用温度计测量,闻到刺激性气味;烧杯壁发凉;玻璃片

实验现象

温度升高和烧杯黏结在一起,混合物呈糊状

实验结论该反应产生气体,放出热量该反应产生NH3和H2。,吸收热量

Ba(OH)2-8H2。+2NH4Cl==BaCl2+

化学方程式Mg+2HCl===MgCl2+H2T

2NH3t+10H2O

结论:化学反应除了有新物质生成以外,还总会伴随着能量变化,通常主要表现为热能的变化,有的放

出热量,有的吸收热量。

2.放热反应和吸热反应

⑴概念

①放热反应:释放热量的化学反应。

②吸热反应:吸收热量的化学反应。

(2)常见的放热反应和吸热反应

1

放热反应吸热反应

①大多数分解反应

①所有燃烧反应

②铁盐与碱的反应,如Ba(OH)2-8H2。或Ca(OH)2

②酸碱中和反应

与NH4CI反应

③大多数化合反应

③以C、HrCO为还原剂的氧化还原反应,如C

④活泼金属跟水或酸的反应

与与0®反应,C与CC)2反应

⑤物质的缓慢氧化

④需要持续加热的反应

二、化学反应与能量变化的关系

1.化学反应中能量变化的实质

(1)以H2+C12=2HC1反应为例探究化学反应中能量变化

①该反应过程中共吸收679kJ能量,共放出862kJ能量。

②该反应放出(填“放出”或“吸收”)183kJ热量,为放热反应。

(2)化学反应中能量变化的本质原因

(EI>E2,____反应

-E,<E2.___反应

提示:吸收放出吸热放热

2.化学反应中能量变化的决定因素

化学反应中能量变化决定于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。

放热反应吸热反应

化学反应w放熊It

生成物的总能st低

化学能转化为热能热能转化为化学能被生成物"储存”

三、化学能与热能相互转化的应用

2

1.现阶段人类获取热能的主要途径

物质的燃烧;使用最多的常规能源是:化石燃料(煤、石油和天然气)。

2.化石燃料获取能量面临的问题

(1)储量有限,短期内不可再生。

(2)影响环境:煤、石油产品燃烧排放的粉尘、SOrN0『CO等是大气污染物的主要来源。

3.节能减排的措施

(1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。

(2)能量利用阶段提高能源的利用率。

(3)开发使用新能源,目前人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。

问题探究

A问题一放热反应和吸热反应

【典例11除了用手触摸和温度计测量外还可以借助其他方法感知温度的变化,如在探究化学反应过程中有

热量变化时,某兴趣小组设计了如下三套装置:

⑴该小组选择装置□探究Na2。?和H.O反应为放热反应,将水滴入盛有过氧化钠的试管中,现象为

,,化学方程式:O

(2)该小组采用装置口,探究硝酸核溶于水的能量变化,当向盛有硝酸镀固体的试管中滴入少量水,发现导

管中形成一段水柱,则该变化(填"是''或"不是”)吸热反应,原因为

O

(3)该小组在探究镁和盐酸反应热量变化时,选择了装置口,发现反应过程中,导管口有气泡冒出该装置

.(填"能”或"不能”)证明镁和盐酸反应为放热反应,原因为

O

答案:(1)U形管右侧液面下降,左侧液面上升2Na2C)2+2H2O=4NaOH+O2T

(2)不是硝酸核溶于水没有新物质生成,为物理变化

(3)不能镁和盐酸反应生成氢气,无论是吸热反应还是放热反应,烧杯中导管口都有气泡冒出

【归纳小结】对放热反应和吸热反应的理解

(1)放热反应不一定容易发生,如合成氨反应需要在高温、高压和催化剂作用下才能发生;吸热反应不

一定难发生,如盐酸与碳酸氢钠的反应在常温下就能发生。

3

(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是放热过程,但不是放热反应;

吸热过程不一定是吸热反应,如升华、蒸发等过程是吸热过程,但不是吸热反应。

【变式练下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是()

A.锌粒与稀硫酸的反应

B.灼热的木炭与CO?的反应

C.甲烷在氧气中的燃烧反应

D.Ba(OH)28H2O晶体与NH4cl晶体的反应

答案:B

解析:锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应,A、C项错误;BaCOH^JO晶体与NH4cl晶

体的反应是吸热反应,但反应前后所含元素的化合价均无变化,是非氧化还原反应,D项错误。

【变式练1口2】把下列物质分别加入装有水的锥形瓶中,立即塞紧带U形管的塞子,已知U形管内预先装

有少量水(为便于观察,预先将水染成红色),如图所示,结果U形管左边液面升高,则加入的物质可能

是()

A.NaOH固体B.浓H2s

C.NH4NO3晶体D.Na2。?固体

答案:C

解析:U形管左边液面升高,原因只能是锥形瓶内气体压强减小,造成压强减小的原因可能是温度降低。

NaOH固体溶于水、浓H2s稀释溶液温度均升高,NH4NO3晶体溶于水温度降低,Na2。?和水反应放热且

有气体生成。

A问题二化学反应与能量变化的关系

【典例2】已知N2(g)和O2(g)反应生成2molNO(g)吸收180kJ能量,反应过程中能量变化如下图所示。

根据图示回答下列问题:

(1)该反应中反应物所具有的总能量(填“高于''或"低于”)生成物的总能量。

4

(2)1molNO(g)分子中的化学键断裂时要吸收kJ能量。

(3)断裂1molNmN吸收的能量x值为o

答案:⑴低于(2)632(3)946

解析:根据图示,断裂旧化学键所吸收能量为(x+498)kJ,形成新化学键所释放能量为2x632kJ=l264kJ,每

生成2moiNO(g)所吸收能量为180kJ,因此有180kJ=(x+498)kJ-l264kJ,故x为946。

【归纳小结】

(1)放热反应与吸热反应的比较

放热反应欢热反瓜

形成原因反应物具有的总能量大于生反应物具有的总能量小于生

成物具有的总能量成物具有的总能量

与化学键强生成物成键时释放的总能量生成物成键时释放的总能量

弱的关系大于反应物断键时吸收的总小于反应物断键时吸收的总

能里能量

反应过程示

意图

(2)判断吸热反应和放热反应的两种方法

①根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——反应物的总能量高于生成物的总能量的反应为放

热反应,反之为吸热反应(宏观角度)。

②根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断——断裂反应物中化学键吸收的能量大于形成生成

物中化学键放出的能量的反应为吸热反应,反之为放热反应(微观角度)。

【变式练2口1】已知某化学反应A2(g)+2B2(g)==2AB2(g)(A2、BrAB2的结构式分别为A=A,B—B、B—

A—B),反应过程中的能量变化如图所示,下列有关叙述正确的是()

A.该反应的进行一定需要加热或点燃

B.该反应若生成2moiAB2©,则放出的热量为(纥一々)kJ

C.该反应断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量

D.生成21noiB—A放出居kJ能量

答案:C

5

解析:根据图示可知,该反应断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量,为

吸热反应;若生成2moiAB?(g),则吸收的热量为(々一4)kJ,C项正确、B项错误;该反应的进行不一定

需要加热或点燃,A项错误;生成4moiB—A放出与日能量,D项错误。

【变式练202】磷元素有多种性质不同的单质,红磷(结构复杂用"P”表示)和白磷(PJ是磷的两种同素异形体,

充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷。在25□、101kPa下,31g白磷完全转化为红磷,放出11kJ的

热量,根据以上事实回答下列问题:

(1)红磷转化为白磷属于反应(填“放热”或“吸热”)。

(2)等质量的红磷和白磷分别完全燃烧,放出热量较多的是(填“白磷”或“红磷”,下同)。

(3)31g白磷与31g红磷的能量较高的是,二者更稳定的是o

答案:(1)吸热(2)白磷(3)白磷红磷

A问题三化学能与热能相互转化的应用

【典例3】日常生产、生活中常常采用下列能源:

①煤;②石油;③天然气;④太阳能;⑤水能;⑥氢能;⑦核能;⑧风能;⑨地热能

属于清洁能源的有

答案:④⑤⑥⑦⑧⑨

解析:清洁能源,即绿色能源,是指不排放污染物、能够直接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、生物能(沼气)、地热能

(包括地源和水源)、海潮能这些能源。

【变式练3口1】下列有关新能源的说法不正确的是()

A.绿色植物通过光合作用,将光能转化为化学能

B.风能、太阳能是清洁能源

C.氢能还未进入实用阶段的主要原因是其燃烧所释放热量低于相同质量的矿物燃料

D.共享单车利用太阳能发电完成卫星定位,有利于节能环保

答案:C

【变式练3口2】液态储氢技术就是在常温常压下将氢气融入到一种化合物“储油”中,形成“氢油”,便于

储存和运输。下列有关说法错误的是()

A.“氢油”不稳定

B.氢能源属于可再生能源

C.该技术实现了常温常压下储氢技术的新突破

D.液态储氢项目有利于发展氢能源电动机,从而带来新能源汽车的升级

答案:A

解析:“氢油”便于储存和运输,说明它比较稳定,故A错误;氢气燃烧生成水,水分解又生成氢气,故氢能

源属于可再生能源,故B正确;常温常压下可以将氢气融入到一种化合物“储油”中,故该技术实现了常温

常压下储氢技术的新突破,故C正确;液态储氢解决了氢能储存难、运输难的问题,能实现氢能的广泛应

6

用,故有利于发展氢能源电动机,从而带来新能源汽车的升级,故D正确。

强化训练

【基础强化】

1.下列对于化学反应过程的理解,错误的是()

A.化学反应过程中同时存在物质和能量的变化

B.凡是能量变化一定发生在化学变化中

C.化学反应中同时存在质量守恒和能量守恒

D.能量的释放和吸收以发生变化的物质为基础

答案:B

解析:化学反应过程中都会伴随着物质变化和能量变化,A正确;化学变化过程中往往伴随着能量的变化,

而有能量变化时不一定发生化学变化,如灯泡通电发光放热,B错误;化学反应的实质是原子的重新组合,

符合质量守恒定律;化学反应过程中往往伴随着能量的变化,符合能量守恒定律,C正确;化学反应过程中

同时存在物质和能量的变化,且能量的释放和吸收是以发生变化的物质为基础的,二者密不可分,D正确。

2.下列说法不正确的是()

A.在常温下可以发生的反应不一定是放热反应

B.化学反应必然伴随能量变化,原因是化学反应中旧键断裂所吸收的能量与新键形成所释放的能量不

相等

C.一定条件下,石墨转化为金刚石要吸收能量,说明石墨比金刚石稳定,等质量的金刚石和石墨完全

燃烧石墨释放的能量更多

D.化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少有关

答案:C

解析:化学反应中旧键断裂所吸收的能量与新键形成所释放的能量不相等,使得化学反应的过程中伴随着能

量的变化,B正确;一定条件下,石墨转化为金刚石要吸收能量,说明等质量的情况下,石墨所含能量更低,

则石墨比金刚石稳定,且等质量的金刚石和石墨完全燃烧,金刚石释放的能量更多,C错误。

3.下列反应或过程中能量的变化符合图像的是()

A.H+H―>H—H

B.2NH4C1+Ba(OH),-8H2O==BaCl,+2NH31+10H,O

7

C.Mg+2HC]==MgCl2+H?T

D.H2SO4+2KOH=K2SO4+2HOO

答案:B

解析:根据图像,生成物的总能量大于反应物的总能量,说明反应是吸热反应或过程。A项,形成化学键的

过程中会放出能量,错误;C项,属于金属与酸的反应,是放热反应,错误;D项,属于酸碱中和反应,是

放热反应,错误。

4.下列各组变化中,前者属于吸热反应,后者属于放热反应的是()

A.生石灰与水反应;醋酸与氢氧化钠反应

B.燃烧石灰石;碳酸氢钠与盐酸反应

C.BaCOHVgH?。与NH4cl反应;钠与水反应

D.甲烷的燃烧;过氧化氢的分解

答案:C

解析:生石灰与水反应为放热反应,醋酸与氢氧化钠反应即酸碱中和反应为放热反应,故A错误;煨烧石

灰石属于吸热反应,碳酸氢钠与盐酸的反应属于吸热反应,故B错误;Ba(OH)2-8H2。与NH4cl的反应属于

吸热反应,钠与水反应是放热反应,故C正确;甲烷的燃烧属于放热反应,过氧化氢的分解反应属于放热

反应,故D错误。

5.如图是某化学反应过程中能量变化的曲线图。下列叙述正确的是()

A.该反应为吸热反应

B.该图可以表示Zn与盐酸反应的能量变化

C.该反应先发生物质变化后发生能量变化

D.断开反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量

答案:B

解析:A错,由图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,则该反应是放热反应;B对,Zn和盐酸反

应生成Zn。2和H2,并放出热量,符合图示能量变化;C错,化学反应过程中,物质变化和能量变化同时发

生;D错,该反应是放热反应,断开反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量。

6.已知反应A+B=C+D的能量变化如图所示,下列说法不正确的是()

8

A.该反应为吸热反应

B.该反应吸收的能量为与一2

C.该图可表示为酸和碱的反应图像

D.该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量

答案:C

解析:由图可知,该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量,为吸热反应,A、D正确;酸碱中和反应

为放热反应,图为吸热反应,C错误。

7.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.太阳能电池可将太阳能直接转化为电能

D.石油和天然气都属于碳素燃料

答案:A

解析:菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明",A错误;发展太阳能经济有助于减缓温室效应,B正确;太阳

能电池可将太阳能直接转化为电能,C正确;石油和天然气都属于碳素燃料,D正确。

8.下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述错误的是()

A.化石能源物质内部蕴含着大量的能量

B.绿色植物进行光合作用时,将太阳能转化为化学能“贮存”起来

C.物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能,为人类所利用

D.吸热反应没有利用价值

答案:D

解析:光合作用、水煤气的制取都是吸热反应,都具有很高的利用价值。

9.化学反应N2(g)+3H2(g)ZNlyg)的能量变化如图所示,请回答下列问题:

9

⑴图中4C分别表示、,反应(填“吸收”或“释

放”)能量。

(2)反应过程中断裂的化学键为,(填“吸收”或“释放”)的能量为;形

成的化学键为,(填“吸收”或“释放”)的能量为O

(3)&=或(用/、C或纥、&表示)。

答案:(1)111101凡出)和311101112值)的总能量2moiNH3(g)的总能量释放

(2)1molNmN和3moiH—H吸收々6molN—H释放与

(3)4—CE-Ex

解析:(1)/、。分别表示ImolN?®和3moiH?(g)(反应物)的总能量、2moiNJ^g)(生成物)的总能量,由于

反应物总能量高于生成物总能量,因此反应放出能量。(2)反应过程中断裂的化学键为1molN三N和3moi

H—H,吸收的能量为弱;形成的化学键为6moiN—H,释放的能量为月。

10.请根据化学反应与热能的有关知识,填写下列空白:

(1)在一个小烧杯里,力口入20gBa(OH)2-8H2。粉末,将小烧杯放在事先已滴有4〜5滴水的玻璃片上。然后

加入10gNH4cl晶体,并用玻璃棒迅速搅拌。

①实验中玻璃棒的作用是«

②写出有关的反应方程式:0

③实验中观察到的现象有和反应混合物呈糊状。

(2)下列过程中不一定释放能量的是(填编号)。

①形成化学键②燃料燃烧③化合反应④葡萄糖在体内的氧化反应⑤酸碱中和⑥炸药爆炸

(3)等质量的下列物质分别完全燃烧,放出热量较多的是(填编号)。

①固体硫②硫蒸气

(4)已知:通常条件下,酸碱稀溶液中和生成1mol水放出的热量为中和热。稀溶液中1molH2s。4和NaOH

恰好反应时放出。kJ热量,则其中和热为kJ-mol-i„

答案:(1)①搅拌使混合物充分接触并反应

②Ba(OH)2-8H2O+2NH4CI=BaCl2+2NHj+10H7O

③玻璃片与烧杯之间结冰黏在一起,有少许刺激性气味的气体

(2)③⑶②(瑶

解析:(1)用玻璃棒迅速搅拌,可以知道玻璃棒的作用是搅拌使混合物充分接触并反应;氯化铁属于铁盐,能

10

和强碱氢氧化钢反应生成氨气、水以及氯化领,化学方程式为Ba(OH)2-8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3?+

10H2OO氯化核和Ba(OH)2-8H2O的反应是吸热反应,温度降低能让水结冰,导致烧杯和玻璃片黏在一起,

同时生成的氨气具有刺激性气味。

(2)一般的化合反应放热,但有的化合反应吸热,如二氧化碳和碳反应生成一氧化碳。

(3)固态变为气态需要吸收能量,所以硫蒸气的能量大于固体硫,等质量的固体硫、硫蒸气分别完全燃烧,放

出热量较多的是硫蒸气。

(4)稀溶液中1molH2s和NaOH恰好反应时生成2moi水,放出。kJ热量,所以中和热为孝kJ-mol-io

【能力提升】

1.化学家证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程,示意图如下:

下列关于合成氨反应的叙述不正确的是()

A.该过程表明,在化学反应中存在化学键的断裂与形成

B.在催化剂的作用下,反应物的化学键变得容易断裂

C.过程②需吸收能量,过程③则放出能量

D.常温下该反应难以进行,是因为常温下生成物的化学键难以形成

答案:D

解析:由图可知,每3个氢气分子和1个氮气分子断键得到原子,然后氢原子和氮原子生成2个氨分子,A

项正确;催化剂能改变化学反应的速率,合成氨的反应在催化剂作用下,反应速率加快,意味着反应物中化

学键的断裂和生成物中化学键的形成变得更容易,B项正确;化学键的断裂需要吸收能量,而化学键的形成

则放出能量,从图中可看出②为化学键断裂过程,③为新化学键形成过程,C项正确;化学键的断裂需要吸

收能量,所以该反应在常温下难以进行,D项错误。

2.某反应由两步反应ABC构成,反应过程中的能量变化曲线如图,下列叙述正确的是()

A.A与C的能量差为百

B.两步反应均为吸热反应

C.三种化合物中C最稳定

D.反应AB,反应条件一定要加热

11

答案:c

解析:由图像可知,A和C的能量差为E4+2—玛,A项错误;A到B为吸热反应,B到C为放热反

应,B项错误;物质的能量越低越稳定,从图中可知C能量最低,故C最稳定,C项正确;反应吸、放热

由反应物和生成物的总能量决定,与反应条件无关,故吸热反应不一定需要加热,D项错误。

3.NF3是一种温室气体,其储存能量的能力是CO?的12000〜20000倍。已知:断开1molN三N吸收的能

量为946kJ,断开1molF—F吸收的能量为154.8kJ,断开1molN—F吸收的能量为283kJ。下列说

法正确的是()

A.N2(g)—->2N(g)的过程会放出能量

B.N(g)+3F(g)—->N^(g)的过程会放出能量

C.N2(g)+3F2(g)==2NF3(g)的反应为吸热反应

D.如果NF3吸收能量后没有化学键的断裂与形成,仍可能会发生化学反应

答案:B

解析:N2(g)—->2N(g)的过程是化学键断裂的过程,需要吸收能量,A项错误;N(g)+3F(g)—->^3^)的过

程为形成化学键的过程,会放出能量,B项正确;在反应Nzlgj+BFzlgAnnZNFKg)中,形成2moiNF§中的

化学键释放的能量为6x283kJ=1698kJ,断裂1molN2和3molF2中的化学键需吸收的能量为”946kJ+

3x154.8kJ=1410.4kJ,放出的能量〉吸收的能量,该反应为放热反应,C项错误;化学反应的实质是旧化

学键的断裂和新化学键的形成,如果NF?吸收能量后没有化学键的断裂与生成,则不可能发生化学反应,D

项错误。

4.为探究Na2co3、NaHCC>3与盐酸的反应是吸热反应还是放热反应,某同学进行了下列实验(盐酸浓度相

同,每项实验各做3次,取平均值)。

实验序号试剂固体混合前温度/口混合后温度/口

a35mL2.5gNaHCO320.018.5

b35mL水3.2gNa2cO320.024.3

盐酸

c35mL2.5gNaHCO320.016.2

盐酸

d35mL3.2gNa2CO320.025.1

(1)设计a、b组实验的目的是o

(2)通过上述实验可得出结论:Na2c。3溶液和盐酸的反应是(填“吸热”或“放热",下同)反应;NaHCC»3

溶液和盐酸的反应是反应,NaHCC^溶液和盐酸反应的能量变化对应的图像是(填字母)。

12

答案:(1)作为对照实验,排除物质溶解而造成的热量变化(2)放热吸热A

解析:(2)由实验b、d可知,当Na2cO3与盐

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论