2024-2025学年新教材高中化学第2章化学键化学反应规律第2节第1课时化学反应中能量变化的本质及转化形式教案鲁科版必修第二册

PAGE8-第1课时化学反应中能量改变的本质及转化形式发展目标体系构建1.通过相识能量改变的形式和改变的缘由，从宏观辨识及微观探析的视角了解化学反应的实质。2.通过相识化学反应中存在物质改变和能量改变，能利用化学反应为人类供应能量，培育“科学看法与社会责任”的学科素养。一、化学反应中能量改变的转化形式1．活动探究试验操作试验现象有关化学方程式及结论镁粉溶解，有大量气泡产生，反应混合液的温度上升Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑，反应释放能量铁粉渐渐溶解，但产生气泡的速率不如Mg与稀盐酸快，溶液温度上升，但温度不如Mg与稀盐酸反应的温度高Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，等量的金属与稀盐酸反应，金属越活泼，释放能量越多有气泡产生，溶液温度降低反应汲取能量2.结论每一个化学反应都伴随着能量的改变，有的反应汲取能量，有的反应释放能量。吸热反应：最终表现为汲取热量的化学反应。放热反应：最终表现为释放热量的化学反应。二、化学反应中能量改变的本质1．从化学键的断裂与形成分析注：E1为破坏旧化学键汲取的能量，E2为形成新化学键释放的能量。E1<E2，反应释放能量；E1>E2，反应汲取能量。2．从物质能量角度(宏观角度)分析若E反应物总能量>E生成物总能量，则反应释放能量；若E反应物总能量<E生成物总能量，则反应汲取能量。3．化学反应中能量转化的形式化学能热能、电能或光能等。微点拨：苛性钠溶于水放出热量，但不是放热反应，NH4NO3溶于水汲取热量，但不是吸热反应，因为它们都不是化学反应。1．推断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)化学反应的旧键断裂的过程是放出能量的过程。 ()(2)对于一个化学反应来说，当化学键断裂汲取的能量大于化学键形成释放的能量时，反应放热。 ()(3)全部的燃烧均放出热量。 ()(4)化合反应均是放热反应，分解反应均是吸热反应。 ()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×2．下列反应属于放热反应的是()A．C＋CO2eq\o(=,\s\up10(△))2CO B．Zn与稀盐酸反应制备氢气C．NaOH溶于水 D．石灰石分解制备氧化钙B[C与CO2反应生成CO是吸热反应，故A项错误；锌与稀盐酸反应属于放热反应，故B项正确；NaOH溶于水是物理改变，而放热反应首先应当是化学改变，故C项错误；石灰石受热分解是吸热反应，故D项错误。]3．放热反应肯定是()A．断开反应物中的化学键汲取的能量比形成生成物中的化学键放出的能量多B．贮存能量C．反应物的总能量高于生成物的总能量D．反应物的总能量低于生成物的总能量C[放热反应的推断可从能量的改变分析，亦可从化学反应的本质(微观结构角度)上分析。放热反应放出的热量(Q)＝形成化学键放出的能量－断裂化学键汲取的能量＝反应物的总能量－生成物的总能量>0，C项正确。]放热反应和吸热反应(素养养成——宏观辨识与微观探析)某学生用如图所示装置对物质改变过程中的能量改变进行探究。探究发觉向试管中加入NH4NO3(s)时，甲管液面高于乙管，向试管中加入CaO(s)时，甲管液面低于乙管。(1)将NH4NO3加入水中后，发生了吸热的化学反应吗？提示：不是。NH4NO3溶于水是吸热的物理改变过程。(2)向水中加入CaO后，为什么甲管液面低于乙管？提示：CaO与水反应是一个放热反应，使锥形瓶内空气体积膨胀。放热反应吸热反应能量改变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改变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(2)Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应(3)柠檬酸与NaHCO3的反应(4)高温下焦炭与水的反应【例1】已知反应X＋Y=M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是()A.X的能量肯定低于M的，Y的能量肯定低于N的B.因为该反应为吸热反应，故肯定要加热反应才能进行C.破坏反应物中的化学键所汲取的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量D.反应物X和Y的总能量肯定小于生成物M和N的总能量D[反应是吸热反应还是放热反应比较的是反应物的总能量和生成物的总能量，当反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应为吸热反应，故A错、D对；反应是吸热还是放热与反应条件无关，故B错；当破坏化学键汲取的总能量大于形成化学键所放出的总能量时为吸热反应，故C错。]化学反应中能量改变需留意的问题(1)化学键的断裂与形成是本质(微观)缘由，而物质具有的能量(化学能)改变是宏观缘由。(2)由于化学反应肯定有化学键的断裂和形成，因此在物质改变的同时肯定伴随着能量改变。(3)有放热(或吸热)过程但不肯定是放热(或吸热)反应，如冰溶化是吸热过程而不是吸热反应。(4)反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无关。1．下列各组改变中，前者是放热反应，后者是吸热反应的是()A.生石灰溶于水；锌粒和稀硫酸反应B.干冰升华；金属或金属氧化物熔化C.氨水与醋酸反应；碳和水蒸气反应生成CO和H2D.工业煅烧石灰石；化石燃料燃烧C[生石灰溶于水发生的反应是放热反应；锌粒和稀硫酸的反应为放热反应，故A错误。干冰升华属于物理改变；金属或金属氧化物的熔化也属于物理改变，故B错误。氨水与醋酸反应为酸碱中和反应，为放热反应；碳和水蒸气反应生成CO和H2，为吸热反应，故C正确。工业煅烧石灰石是分解反应，为吸热反应；化石燃料的燃烧为放热反应，故D错误。]2．下列反应中，属于氧化还原反应且反应前后能量改变如图所示的是()A.生石灰溶于水B.高温条件下铝与氧化铁的反应C.高温条件下碳粉与二氧化碳的反应D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应B[依据图示可知该反应是放热反应。生石灰溶于水发生的反应是放热反应，但是没有元素化合价的改变，属于非氧化还原反应，A错误；高温条件下铝与氧化铁反应生成氧化铝和铁的反应是氧化还原反应，同时也属于放热反应，B正确；高温条件下碳粉与二氧化碳的反应是氧化还原反应，但属于吸热反应，C错误；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是复分解反应，是非氧化还原反应，同时属于吸热反应，D错误。]利用化学键计算化学反应中的能量改变(素养养成——宏观辨识与微观探析)用H2和O2反应的实例探究化学反应中能量改变的实质现探究2molH2燃烧生成H2O(g)时的能量改变。(1)断裂旧化学键时汲取的总能量是多少？提示：汲取的总能量：2×436kJ＋2×249kJ＝1370kJ。(2)形成新化学键时释放的能量是多少？提示：930×2＝1860kJ。(3)H2燃烧是吸热反应还是放热反应？2molH2在该条件下燃烧的能量改变了多少？提示：放热反应，因为形成新化学键释放的能量高于断裂旧化学键汲取的能量。能量改变：1860kJ－1370kJ＝490kJ。1．依据化学方程式确定断键、成键的物质的量。2．确定断键汲取的总能量和成键释放的总能量。3．计算反应的能量改变(1)若反应释放能量E＝成键时释放能量之和－断键时汲取能量之和(2)若反应汲取能量E＝断键时汲取能量之和－成键时释放能量之和【例2】下表中的数据表示破坏或形成1mol化学键需消耗或释放的能量，依据表中数据计算以下反应生成1molCO2时的热量改变()CH4(g)＋2O2(g)eq\o(=,\s\up10(点燃))CO2(g)＋2H2O(g)化学键C—HO—OO=OC—OC=OH—O能量(kJ)415138498343798465A．放出热量800kJ B．放出热量1520kJC．汲取热量110kJ D．放出热量610kJA[1个CH4中含4个C—H键，1个O2中含1个O=O键，1个CO2中含2个C=O键，1个H2O中含2个H—O键。生成1molCO2时，断裂4molC—H键和2molO=O键，汲取的热量为Q吸＝4EC－H＋2EO＝O＝4×415kJ＋2×498kJ＝2656kJ。形成4moleq\a\vs4\al(HO)键和2molC=O键，释放的热量为Q放＝4EO－H＋2EC＝O＝4×465kJ＋2×798kJ＝3456kJ，因为Q放>Q吸，所以反应放热。放出的热量为ΔQ＝Q放－Q吸＝3456kJ－2656kJ＝800kJ。]1.化学反应A2＋B2=2AB的能量改变如图所示，则下列说法正确的是()A．该反应是吸热反应B．1molA—A键和1molB—B键断裂能放出xkJ能量C．2molA—B键断裂须要汲取ykJ能量D．2molAB的总能量高于1molA2和1molB2的总能量C[由题图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，故A错误；化学键的断裂需汲取能量，而不是释放能量，故B错误；化学键断裂时汲取能量，由题图可知，断裂2molA—B键须要汲取ykJ能量，故C正确；由题图可知，1molA2和1molB2的总能量高于2molAB的总能量，故D错误。]2．反应：4HCl＋O2eq\o(=,\s\up10(CuO/CuCl2),\s\do10(400℃))2Cl2＋2H2O，已知该反应的相关信息：①用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl，利用该反应可实现氯气的循环利用；②该反应中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ的热量；eq\a\vs4\al(③,,,)则断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差约为()A．127.6kJ B．92.65kJC．31.9kJ D．无法计算C[断裂反应物中的化学键须要汲取的热量为Q吸＝4×EH－Cl＋EO＝O，形成化学键释放的热量为Q放＝4EO－H＋2ECl－Cl。因为该反应中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ的热量，所以Q放－Q吸＝115.6kJ，即4EO－H＋2ECl－Cl－(4×EH－Cl＋EO＝O)＝115.6kJ，整理得4EH－Cl－4EH－O＝2ECl－Cl－EO＝O－115.6kJ＝2×243kJ－498kJ－115.6kJ＝－127.6kJ，即EH－O－EH－Cl＝31.9kJ，故断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差约为31.9kJ。]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改变B．凡是能量改变肯定发生在化学改变中C．化学反应中同时存在质量守恒和能量守恒D．能量的释放和汲取以发生改变的物质为基础B[化学反应过程中都会伴随着物质改变和能量改变，A正确。化学改变过程中往往伴随着能量的改变，而有能量改变时不肯定发生了化学改变，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；反应过程中往往伴随着能量的改变，符合能量守恒定律，C正确。能量的释放和汲取是以发生改变的物质为基础的，二者密不行分，D正确。]2．下列反应肯定属于放热反应的是()①H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应②Mg与CH3COOH溶液的反应③燃烧反应④中和反应⑤复分解反应A．①②③ B．①②④C．①②③④ D．③④⑤C[金属与酸的置换反应、中和反应、全部燃烧反应都是放热反应；复分解反应则不肯定是放热反应。]3．(素养题)将铁粉和硫粉混合后加热，待反应一发生即停止加热，反应仍可持续进行，直至反应完全生成新物质硫化亚铁。这种现象说明白()A．该反应是吸热反应B．该反应是放热反应C．铁粉和硫粉在常温下可以发生反应D．硫化亚铁的总能量高于铁粉和硫粉的总能量B[该反应需加热才能引发，说明常温下铁粉和硫粉不反应，引发后停止加热仍旧持续进行，说明该反应放热，且放出的热量足以维持自身的反应。]4．氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，断裂1molH2中的化学键消耗的能量为Q1kJ，断裂1molCl2中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1molHCl中的化学键释放的能量为Q3kJ。下列关系式中，正确的是()A．Q1＋Q2>Q3 B．Q1＋Q2>2Q3C．Q1＋Q2<Q3 D．Q1＋Q2<2Q3D[氢气在氯气中的燃烧反应为放热反应，反应物断键所汲取的能量小于生成物成键所放出的能量，再结合化学方程式H2＋Cl2=2HCl，故Q1＋Q2<2Q3。]5．如图所示，把试管放入盛有25℃的澄清饱和石灰水的烧杯中，先在试管中放入几根镁条，再用胶头滴管滴加5mL回答下列问题：(1)试验中视察到的现象是____________________________________________________________________________________________