专题04-化学能与热能(教材深度精讲)(人教版2019必修第二册)(原卷版)

专题04化学能与热能（教材深度精讲）【核心素养分析】1、宏观辨识与微观探析:通过实验探究和宏微结合，认识化学反应能量变化的微观本质和宏观表象；2、变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成并伴有能量的转化；3、证据推理与模型认知：构建依据键能计算化学反应能量变化的认知模型；4、科学态度与社会责任：体会开发高能清洁燃料的重要性，主动关心与资源开发相关的社会热点问题；【知识导图】【目标导航】通过对历年高考试题的分析和考纲的研究，本专题知识的主要考点集中在化学反应中物质变化与能量变化的关系和图像分析、放热反应和吸热反应的判断、化学键与能量变化的简单计算；能量转化以图象形式出现在选择题中的可能性较大，分值4-6分。【重难点精讲】一、化学键与化学反应中能量变化的关系1、化学反应的实质化学反应的过程就是反应物分子中的原子重新组合成生成物分子的过程，也就是反应物分子中化学键断裂和生成物分子中化学键形成的过程。

2、化学反应中能量变化的原因（1）断开化学键吸收能量

例：1molH2中含有1molH—H键，常温常压下断开1molH—H键，需要吸收436kJ的热量。（2）形成化学键放出能量

由2molH原子生成1molH2，有1molH—H键生成，生成过程中向外界释放436kJ的热量。

注：形成1molH—H键释放的能量与断开1molH—H键吸收的能量相等。

（3）化学键与化学反应中能量变化的关系

当E1＞E2，反应吸收热量；当E1＜E2，反应放出热量。注：任何化学反应都要经历旧化学键断裂和新化学键形成的过程，因此，任何化学反应都伴随着能量的变化。在化学反应中，从反应物分子改变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的新化学键形成了，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用，在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量。因此说化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。3、决定化学反应中能量变化的因素及反应能量变化的判定

化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。如下图所示：反应物的总能量＜生成物的总能量，反应吸收能量（图1）；反应物的总能量＞生成物的总能量，反应放出能量（图2）。二、化学能与热能的相互转化

1、两条基本的自然定律

（1）质量守恒定律：自然界的物质可以发生相互转化，但是总质量保持不变。

（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，转化的途径和能量形式可以不同，但是体系包含的总能量不变。

注：a．质量与能量也是相互联系的（质量和能量也可以相互转化），故统称为质能守恒定律。b．所有化学反应中反应物和生成物的总能量都不相同，即所有的化学反应都有一定能量变化（即热效应）。2、化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量变化——吸热或放热。实验6-1放热反应（必修第二册，P32）实验装置实验原理△H＜0实验用品2mol/L的盐酸、镁条；温度计、试管、砂纸。实验步骤在一支试管中加入2mL2mol/L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，并用温度计测量溶液温度的变化。实验现象试管中有大量气泡产生，试管壁发烫，溶液的温度升高。实验结论镁和盐酸的反应是放热反应。实验6-2吸热反应（必修第二册，P33）实验装置实验原理Ba(OH)2•8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O△H＞0实验用品Ba(OH)2•8H2O晶体、NH4Cl晶体；烧杯、玻璃片（或小木板）、玻璃棒。实验步骤将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，用手触摸烧壁下部，试着用手拿起烧杯，观察现象。实验现象有少许刺激性气味的气体产生；烧杯变凉，木片和烧杯底部粘接在一起。实验结论①Ba(OH)2•8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应是吸热反应。②反应产生了氨气。（1）定义：放热反应：有能量放出的化学反应。吸热反应：有能量吸收的化学反应。注：有热量放出未必是放热反应，吸收能量也未必是吸热反应，因为放热反应和吸热反应必须是化学变化。

（2）吸热反应、放热反应的判定如图，E1＞E2，新化学键的形成所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是吸热反应；

E1＜E2，新化学键的形成所释放的能量大于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是放热反应。

如

反应物断键吸收的能量＜生成物成键释放的能量，说明该反应为放热反应。

即遵循能量守恒定律，反应物的总能量=生成物总能量+热量（放热反应），反应物总能量=生成物总能量－热量（吸热反应）。

注：①物质本身所具有的能量越低，说明其结构越稳定，热稳定性强，断裂其化学键所吸收的能量就越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。

②反应的条件与反应的热效应没有必然的联系，每一个反应都有特定的条件，需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。例如燃烧都是放热反应，但是要达到着火点。3、理解反应历程与反应热的关系图示意义a表示正反应的活化能；b表示逆反应的活化能。c表示该反应的反应热。ΔH图1：ΔH＝(a－b)kJ·mol－1＝－ckJ·mol－1，表示放热反应图2：ΔH＝(a－b)kJ·mol－1＝ckJ·mol－1，表示吸热反应三、记住常见的放热反应和吸热反应1、常见的放热反应：①所有的燃烧反应；②大多数的化合反应（注：CO2+C2CO为吸热反应）；③酸碱中和反应；④金属与酸或水的反应；⑤缓慢的氧化反应；⑥其他，如：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O；CaO+H2O=Ca(OH)2；2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑；2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；2Al+Fe2O32Fe+Al2O3（铝热反应）2、常见的吸热反应：①大多数的分解反应；②以下几个反应是吸热反应：Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==2NH3↑+BaCl2+10H2O；CO2+C2CO；C+H2O(g)CO+H2；3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2注：（1）常见的热效应如浓硫酸溶于水、NaOH溶于水、Ca(OH)2溶于水，虽伴随着能量的放出，但并不是放热反应；铵盐溶于水虽需要吸收能量，也不是吸热反应。（2）对于可逆反应，若正反应为放热反应，则逆反应必为吸热反应。四、能源及其分类凡是能够提供某种形式能量的物质或是物质的运动，统称为能源。它是人类取得能量的来源，包括已开采出来的可供使用的自然资源和经过加工或转移的能量的来源，尚未开采出的能量资源不列入能源的范畴，只能是能源资源。能源的分类方法有多种：1、一次能源与二次能源从自然界直接取得的天然能源叫一次能源，如原煤、原油、流过水坝的水等；一次能源经过加工转换后获得的能源称为二次能源，如各种石油制品、蒸气、煤气、电力、氢能等。2、常规能源与新能源在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛使用的能源称为常规能源，如煤、石油、天然气、水能等；随着科技的不断发展，才开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发现的利用先进技术所获得的能源都是新能源，如核能、风能、太阳能、海洋能等。3、可再生能源与非再生能源（1）可连续再生、永久利用的一次能源称为可再生能源，如水力、风能等；（2）经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称为非再生能源，如石油、煤、天然气等。4、人类利用能源的三个阶段柴草时期、化石能源时期和多能源结构时期。5、新能源（1）概念：是指以新技术为基础，系统开发利用的能源，包括太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能等。（2）太阳能的利用植物的光合作用是大自然“利用”太阳能极为成功的范例。在人工利用太阳能方面，例如模拟生物体储存太阳能、利用太阳能电池把太阳能直接转化为电能、利用太阳能直接分解水，使太阳能转化为氢能等方面的研究，都取得了一些可喜的成绩。（3）氢能的利用氢能是人类最理想的能源，氢能主要用作高能燃料，广泛应用于飞机、汽车、燃料电池等其他需要热能或其他形式的能量的设备中。（4）生物质能新能源中一种无限的可再生性的能源是生物质能。它是自然界中各种绿色植物通过光合作用，将太阳能转换为化学能而固定下来的，储存在植物体内的一种自然资源能。4、解决能源问题的措施①提高能源的利用效率：a.改善开采、运输、加工等各个环节；b.科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。②开发新能源：开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。【思考与讨论p35】参考答案：感到空气污染相对较轻的人，会不反对甚至支持煤、汽油和柴油的使用；感到空气污染严重的人，会反对煤、汽油和柴油的使用。科学地说，无论某时某地空气污染是否严重，人们都要从自身做起，尽量减少煤、汽油和柴油的使用量，同时尽量使用新能源。交通出行的快捷是方便，供暖、制冷调控室温是舒服，青山绿水才是真正的方便、舒服。【典题精练】考点1、考查反应过程能量变化中概念理解例1．（2022春·天津和平·高一天津市第二十一中学校考期中）下列说法正确的是A．化学键的断裂和形成是化学反应能量变化的主要原因B．伴有能量变化的物质变化都是化学变化C．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量一定相同D．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量考点2、考查能量变化图的分析与应用例2.（2022春·四川绵阳·高一统考期中）某反应由两步反应A→B→C构成，它的反应能量曲线如图所示，下列叙述正确的是A．两步反应均为反应物的总能量大于生成物的总能量B．三种化合物中C最稳定C．A→B反应，反应条件一定需要加热D．A→C反应为吸热反应考点3、物质的稳定性与反应热及键能的关系例3.（2022春·河南开封·高一校联考期中）石墨和金刚石都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知12g石墨完全转化为金刚石时，要吸收akJ的能量。下列说法中正确的是①石墨不如金刚石稳定②金刚石不如石墨稳定③等质量的石墨和金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多④等质量的石墨和金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多A．①② B．②③ C．①④ D．③④考点4、考查键能与反应热的关系例4.（2022春·北京密云·高一校考期中）化学反应中的能量变化是化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如下图为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．N元素非金属性较强，故通常情况下N2不稳定，易发生化学反应B．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NOC．1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量D．1molN2(g)和1molO2(g)反应放出的能量为180kJ考点5、放热反应和吸热反应的