学年人教版必修2 第2章第1节 化学能与热能第2课时 学案.docx

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学年人教版必修2第2章第1节化学能与热能第2课时学案

第2课时　化学能与热能的相互转化

[学习目标定位]　通过生产、生活中的实例熟悉化学能与热能的相互转化，会判断吸热反应和放热反应。

一、放热反应和吸热反应

1.化学反应中的能量变化有多种形式，但通常主要表现为热量的变化。

因此化学反应分为两类：

放热反应和吸热反应。

请填写下表：

　　类型

比较　　

放热反应

吸热反应

定义

放出热量的化学反应

吸收热量的化学反应

成因

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

图示

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吸收的总能量

生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量

2.典型实验：

按照下列各实验的操作步骤，完成各实验并将观察到的实验现象及其实验结论填入表中。

（1）铝与盐酸反应

实验操作

实验现象

实验结论

产生大量气泡、温度计指示温度升高

铝与盐酸反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑，该反应为放热反应

（2）Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl晶体反应

实验操作

实验现象

实验结论

①有刺激性气味气体产生

②用手摸烧杯底部有冰凉感觉

③用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部

④烧杯内反应物成糊状

化学方程式为Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，该反应为吸热反应

（3）NaOH与盐酸反应

实验操作

实验现象

实验结论

混合溶液的温度比反应前盐酸和NaOH溶液的温度都高

酸碱中和反应是放热反应，反应的离子方程式为H＋＋OH－===H2O

（1）实际上，放热反应和吸热反应通常都要经历一个能量较高的过渡态，都包括吸收热量和放出热量两个过程，所以其能量变化的图示为

（2）常见的吸热反应和放热反应

1.下列说法正确的是（　　）

①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应　②放热反应在常温下一定很容易发生　③反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小　④有的放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应也能继续进行

A.只有③④B.只有①②

C.①②③④D.②③④

答案　A

解析　加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在常温下不一定容易发生，如N2与H2合成NH3；反应是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小；需要加热才能发生的放热反应，如果反应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如Fe＋S

FeS。

易错警示　

（1）“三个不一定”。

①需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应；②放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应；③吸热反应也不一定需要加热，如Ba（OH）2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。

（2）吸热反应和放热反应都是化学变化，如NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。

2.将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。

然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。

下列说法正确的是（　　）

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.NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量

答案　B

解析　醋酸逐渐凝固，说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低，因此该反应为吸热反应，A错误；吸热反应中反应物吸收能量，吸收的能量转化为生成物内部的能量储存在生成物中，B正确；由于NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应，故反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误；NH4HCO3粉末与盐酸的反应是吸热反应，是各反应物的总能量低于各生成物的总能量，而NH4HCO3仅是两种反应物之一、NH4Cl仅是三种生成物之一，故无法得出NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量的结论，D错误。

二、化学能与热能相互转化的应用

1.化学能与热能的相互转化在生活、生产中的应用

化学物质中的化学能通过化学反应转化成热能，提供了人类生存和发展所需要的能量和动力，如化石燃料的燃烧、炸药开山、发射火箭等；而热能转化为化学能是人们进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径，如高温冶炼金属、分解化合物等。

2.生物体中的能量转化及利用

能源物质在人体中氧化分解生成CO2和H2O，产生的能量一部分以热量的形式散失；另一部分作为可转移能量在人体内利用（如合成代谢）。

3.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。

可再生能源和清洁能源是两类重要的新能源，主要有太阳能、氢能、核能、生物质能等。

3.有专家指出，如果利用太阳能使燃烧产物如CO2、H2O、N2等重新组合，那么，不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。

观察下面图示，判断在此构想的物质循环中，太阳能最终转化为（　　）

A.化学能B.热能C.生物质能D.电能

答案　B

解析　理解图示的转化关系便可顺利解题。

关键信息是利用太阳能使CO2、H2O、N2等重新组合，根据图示可知燃料燃烧后转化为燃烧产物并放出热量，燃烧产物又结合太阳能转化为燃料，如此循环可知太阳能最终转化为热能。

故选B。

4.能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化，从而开辟新能源和提高能源的利用率。

（1）氢气在燃烧时，放出大量热量，说明该反应是热反应，这是由于反应物的总能量（填“大于”“小于”或“等于”，下同）生成物的总能量；从化学反应的本质角度来看，是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量形成生成物中的化学键放出的总能量。

（2）氢气被公认为是21世纪代替矿物燃料的理想能源，2g氢气燃烧时放出286kJ热量，而每千克汽油燃烧放出的热量为46000kJ。

试据此分析氢气作为能源代替汽油的优势：

。

答案　

（1）放　大于　小于　

（2）清洁能源，燃烧后无污染环境的物质生成；单位质量放出的热量多

解析　

（1）燃烧反应都是放热反应，所以氢气的燃烧反应是放热反应，根据能量守恒定律，放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量；化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成生成物中的化学键放出的总能量。

（2）2g氢气燃烧时放出286kJ热量，所以1000g氢气燃烧放出143000kJ的热量，约是每千克汽油燃烧放出热量的3倍，且氢气燃烧的产物是水，对环境无污染。

1.下列说法不正确的是（　　）

A.当今社会人们所需的能量绝大部分是由化学反应产生的

B.目前，全球仍处于化石能源时代

C.人体生命活动所需要的能量，是由氧化还原反应提供的

D.凡是放出热量的化学反应均可用来造福人类

答案　D

2.“能源分类相关图”如下图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是（　　）

A.煤炭、石油、潮汐能B.水能、生物能、天然气

C.太阳能、风能、沼气D.地热能、海洋能、核能

答案　C

解析　A项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B项，天然气不是新能源，也不是可再生能源；D项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳的能源。

3.下图中，能表示灼热的炭与二氧化碳反应的能量变化的是（　　）

答案　C

解析　C和CO2反应生成CO是吸热反应，生成物总能量应大于反应物总能量。

4.下列反应中，属于放热反应的是，属于吸热反应的是（填序号）。

①煅烧石灰石（主要成分是CaCO3）制生石灰（CaO）　②燃烧蜂窝煤取暖　③炸药爆炸　④硫酸与氢氧化钾溶液反应　⑤生石灰与水作用制熟石灰　⑥食物腐败　⑦碳与水蒸气反应制得水煤气

答案　②③④⑤⑥　①⑦

解析　燃烧反应都是放热反应，部分以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应为吸热反应。

5.“神舟”系列火箭用偏二甲肼（C2H8N2）作燃料，四氧化二氮作氧化剂，生成氮气和二氧化碳气体。

（1）写出反应的化学方程式：

。

（2）该反应是（填“放热”或“吸热”）反应，反应物的总能量（填“大于”“小于”或“等于”）生成物的总能量，断开化学键的总能量（填“大于”“小于”或“等于”）形成化学键的总能量。

答案　

（1）C2H8N2＋2N2O4

2CO2＋3N2＋4H2O

（2）放热　大于　吸收　小于　放出

[基础过关]

题组一　放热反应和吸热反应的判断

1.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CO2反应

C.甲烷在氧气中的燃烧反应

D.Ba（OH）2·8H2O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，不合题意；Ba（OH）2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但元素的化合价无变化，是非氧化还原反应，D项不合题意。

2.下列有关化学反应能量变化的叙述中正确的是（　　）

①如果反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应一定是吸热反应　②只要是在点燃条件下进行的反应就一定是吸热反应　③只要是在常温常压下进行的反应就一定是放热反应　④燃烧反应一定是放热反应　⑤化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应

A.①④B.①②③C.③⑤D.④⑤

答案　A

解析　②燃烧反应和铝热反应虽需点燃，但属于放热反应。

③NH4Cl和Ba（OH）2·8H2O的反应是吸热反应。

⑤C和CO2生成CO的反应属于吸热反应，而分解反应通常是吸热反应。

3.在25℃，101kPa下，1mol的白磷（化学式为P4）完全燃烧放出的热量比4mol的红磷（化学式为P）完全燃烧放出的热量多。

化学方程式分别为P4（s）＋5O2（g）===P4O10（s）；4P（s）＋5O2（g）===P4O10（s）。

由此判断，下列说法正确的是（　　）

A.由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷高

B.由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷低

C.由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷高

D.由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷低

答案　D

解析　白磷和红磷燃烧的生成物相同，但白磷释放的热量较多，说明等质量的白磷具有较高的能量，白磷转化为红磷要放热，反之要吸热。

题组二　能源及其开发利用

4.下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中错误的是（　　）

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　任何反应都有有利和不利的一面，如C＋CO2高温,2CO是吸热反应，在钢铁冶炼中可以利用该反应获得更多的还原剂CO，故D项错误。

5.冰岛火山爆发再一次向人类敲响了警钟，必须发展“低碳经济”。

氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。

下列不是氢能优点的是（　　）

A.原料来源广B.易燃烧，放出热量多

C.生成物无污染D.制取H2简单易行

答案　D

解析　工业上制取H2的原料是H2O，来源广，A正确；H2易燃烧且等质量物质中放出的热量较多，产物为H2O，无污染，B、C正确；工业上利用水制取H2需消耗大量能量且效率低，D错。

6.北京奥运会开幕式在李宁点燃鸟巢主火炬时达到高潮。

奥运火炬采用的是环保型燃料——丙烷，其燃烧时发生反应的化学方程式为C3H8＋5O2

3CO2＋4H2O。

下列说法中不正确的是（　　）

A.火炬燃烧时化学能只转化为热能

B.所有的燃烧反应都会释放热量

C.1molC3H8和5molO2所具有的总能量大于3molCO2和4molH2O所具有的总能量

D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料

答案　A

解析　火炬燃烧时还有化学能与光能的转化，A错；燃烧都是放热反应，B对；因为丙烷燃烧为放热反应，所以据反应的化学方程式可知，C对；丙烷完全燃烧时产物为CO2与H2O，对环境无污染，D对。

7.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。

下列说法正确的是（　　）

A.H2O的分解反应是放热反应

B.氢能源已被普遍使用

C.氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

D.2molH2O具有的总能量低于2molH2和1molO2具有的总能量

答案　D

解析　水的分解是吸热反应，A错误；氢能源由于受贮存和运输等因素的限制，还未普遍使用，但有巨大的开发利用价值，B、C错误；2molH2在1molO2中完全燃烧生成2molH2O，并放出大量的热，D正确。

题组三　化学反应中能量的变化

8.已知2SO2＋O22SO3为放热反应，下列关于该反应的说法正确的是（　　）

A.O2的能量一定高于SO2的能量

B.2molSO2和1molO2的总能量一定高于2molSO3的总能量

C.SO2的能量一定高于SO3的能量

D.因该反应放热，故不加热反应就可发生

答案　B

解析　放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应，故2molSO2和1molO2的总能量一定高于2molSO3的总能量，该反应需加热且有催化剂存在才能进行。

9.化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A.该反应是吸热反应

B.断裂1molA—A键和1molB—B键放出xkJ的能量

C.断裂2molA—B键需要吸收ykJ的能量

D.2molAB的总能量高于1molA2和1molB2的总能量

答案　C

解析　从题图可以看出，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时需要吸收能量，B项错误，C项正确。

10.肼（H2N—NH2）是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示，已知断裂1mol化学键所需的能量（kJ）：

N≡N键为942、O===O键为500、N—N键为154，则断裂1molN—H键所需的能量（kJ）是（　　）

A.194B.391C.516D.658

答案　B

解析　利用图示可知1mol肼和氧气变成原子时断键需要的能量为2752kJ－534kJ＝2218kJ。

肼和氧气断键变为原子时要断裂1个N—N键、4个N—H键和1个O===O键，所以1×154kJ＋4×E（N—H）＋1×500kJ＝2218kJ，解得断裂1molN—H键所需的能量为391kJ。

[能力提升]

11.阅读下面的叙述，回答有关问题。

“生物质”是指由植物或动物生命体衍生得到的物质的总称。

作为人类解决能源危机重要途径之一的“生物质能”，主要指用树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量。

古老的刀耕火种、烧柴做饭、烧炭取暖等粗放用能方式正在被现代科学技术所改变。

（1）矿物能源是现代人类社会赖以生存的重要物质基础，目前，全球仍主要处于化石能源时期。

下列不属于化石能源的是（填字母，下同）。

A.石油B.煤C.天然气D.生物质能

（2）下面有关“生物质能”的说法，不正确的是。

A.利用生物质能就是间接利用太阳能

B.生物质能是可再生的能源

C.生物质能是解决农村能源的主要途径

D.生物质能的缺点是严重污染环境

（3）沼气是有机废弃物（树叶、秸秆、草类及垃圾、粪便等）在隔绝空气的条件下发酵分解而成的气体，主要成分是甲烷。

农村沼气池中发酵后的池底剩余物是很好的沤肥。

下列有关叙述中错误的是。

A.沼气是一种清洁的能源

B.使用沼气作能源可以保护森林

C.使用沼气给农民的生活带来了不便

D.使用沼气是对化学能的充分利用

答案　

（1）D　

（2）D　（3）C

12.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，加入20gBa（OH）2·8H2O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写出有关反应的化学方程式：

。

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H2和O2反应放热，且断开1molH—H键、1molO===O键、1molO—H键需吸收的能量分别为Q1kJ、Q2kJ、Q3kJ，由此可以推知下列关系正确的是（填编号）。

①Q1＋Q2＞Q3②Q1＋Q2＞2Q3③2Q1＋Q2＜4Q3④2Q1＋Q2＜2Q3

答案　

（1）①搅拌使混合物充分接触并反应

②Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O　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逸出

（2）③　（3）②　（4）③

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；氯化铵属于铵盐，能和强碱氢氧化钡反应生成氨气、水以及氯化钡，化学方程式为Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O。

氯化铵和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）已知2molH2和1molO2反应生成2molH2O，反应断开2molH—H键吸收能量2Q1kJ、1molO===O键吸收能量Q2kJ，形成4molO—H键放出能量4Q3kJ，总反应放热，则2Q1＋Q2＜4Q3。

13.某化学反应中，设反应物的总能量为E1，生成物的总能量为E2（如图所示）。

（1）若E1＞E2，则该反应为（填“放热”或“吸热”）反应。

该反应可用图（填“A”或“B”）表示。

（2）若E1＜E2，则该反应为（填“放热”或“吸热”）反应。

该反应可用图（填“A”或“B”）表示。

（3）太阳能的开发和利用是21世纪的一个重要课题。

利用储能介质储存太阳能的原理是白天在太阳照射下，某种盐熔化，吸收热量；晚间熔盐释放出相应能量，从而使室温得以调节。

已知下列数据：

盐

熔点/℃

熔化吸热/kJ·mol－1

参考价格/元·t－1

CaCl2·6H2O

29.0

37.3

780～850

Na2SO4·10H2O

32.4

77.0

800～900

Na2HPO4·12H2O

36.1

100.1

1600～2000

Na2S2O3·5H2O

48.5

49.7

1400～1800

其中最适宜作储能介质的是（填字母）。

A.CaCl2·6H2OB.Na2SO4·10H2O

C.Na2HPO4·12H2OD.Na2S2O3·5H2O

答案　

（1）放热　A　

（2）吸热　B　（3）B

解析　

（1）若反应物的总能量E1大于生成物的总能量E2，则为放热反应。

（2）若反应物的总能量E1小于生成物的总能量E2，则为吸热反应。

（3）选择的物质应该具有的特点：

白天在太阳照射下，某种盐熔化，熔化时单位质量的物质吸收热量应该较多，同时价格不能太高，Na2SO4·10H2O的性价比最高，故选B。

14.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。

化学键的键能是形成（或拆开）1mol化学键时释放（或吸收）的能量。

已知白磷和P4O6分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能：

P—P：

198kJ·mol－1、P—O：

360kJ·mol－1、O===O：

498kJ·mol－1，则P4（白磷）＋3O2===P4O6的反应是（填“吸热”或“放热”）反应，生成1molP4O6的热量为。

答案　放热　放出　1638kJ

解析　断开旧键吸收的能量为198×6kJ＋3×498kJ＝2682kJ，形成新键放出的能量为12×360kJ＝4320kJ，故该反应为放热反应，生成1molP4O6放出的热量为4320kJ－2682kJ＝1638kJ。