高中化学必修二导学案第二章 化学反应与能量 第一节 第2课时化学能与热能的相互转化 含答案.docx

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高中化学必修二导学案第二章化学反应与能量第一节第2课时化学能与热能的相互转化含答案

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，玻璃片粘结到烧杯的底部

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与盐酸的反应

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

归纳总结

吸热反应与放热反应的判断方法

（1）根据反应类型判断

①化合反应一般为放热反应；

②需要加热的分解反应一般为吸热反应；

③中和反应为放热反应。

（2）记住一些特殊反应

①Ba（OH）2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应吸热；

②所有的燃烧反应都是放热反应；

③活泼金属与水或酸的反应为放热反应。

1．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。

2．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。

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。

归纳总结

能源的分类

3．“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。

4．氢气是未来的理想能源，理由是（　　）

①热值高　②燃烧时不污染环境　③用于制取H2的水资源丰富　④密度小，便于运输

A．①②③B．②③④C．①③④D．①②③④

答案　A

解析　解决氢能源的难题一个是制备困难，另一个是运输困难。

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．下列选项中说明乙醇作为燃料的优点是（　　）

①燃烧时发生氧化反应　②燃烧时放出大量的热量　③充分燃烧的产物不污染环境　④乙醇是一种可再生能源

A．①②③B．①②④

C．①③④D．②③④

答案　D

解析　所有燃料的燃烧反应都是氧化反应，这并不是乙醇作为燃料的优点；乙醇充分燃烧的产物是CO2、H2O，对环境几乎不产生污染，且燃烧时能放出大量的热量，这是乙醇作为燃料的优点；乙醇之所以是一种可再生能源，是由于许多植物（包括秸秆等）发酵都可以制得乙醇，其燃烧产物CO2、H2O又可以通过光合作用变成糖分，最终又可以转变成制取乙醇的原料。

3．已知：

①能量越低的物质就越稳定；②白磷转化成红磷是放热反应。

据此判断下列说法中正确的是（　　）

A．在相同的条件下，红磷比白磷稳定

B．在相同的条件下，白磷比红磷稳定

C．红磷和白磷的结构相同

D．红磷容易发生自燃而白磷则不会自燃

答案　A

解析　根据信息，在相同条件下，白磷的能量大于红磷的能量。

所以在相同条件下，红磷比白磷稳定。

4．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的能量

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的价值，B、C错误；2molH2可以在1molO2中完全燃烧生成2molH2O，并放出大量的热，D正确。

5．将V1mL1.0mol·L－1HCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如下图所示（实验中始终保持V1＋V2＝50mL）。

请按要求填空：

（1）该实验表明此反应________（填“吸收”或“释放”）能量，即：

________能可以转化为________能，通过图示分析可以得出：

做该实验时，环境温度________（填“高于”、“低于”或“等于”）22℃。

（2）根据图示计算该NaOH溶液的浓度约是________mol·L－1。

（3）如图所示，在锥形瓶放置有装有水的小试管，往小试管中分别加入下列物质时：

①烧碱固体　②浓硫酸　③硝酸铵固体　④NaCl固体，其中能使a端液面高于b端液面的是________。

（填序号）

答案　

（1）释放　化学　热　低于　

（2）1.5　（3）③

解析　

（1）当5mLHCl和45mLNaOH反应时，此时最终溶液的温度为22℃，所以做该实验时，环境温度应低于22℃。

（2）30mLHCl和20mLNaOH恰好完全反应，c（NaOH）＝

＝1.5mol·L－1。

（3）当a端高于b端时，则C处压强减小，温度降低，所以只有硝酸铵固体合适。

40分钟课时作业

[经典基础题]

一、化学反应中的能量变化

1．下列说法中正确的是（　　）

A．物质发生化学反应时都伴随着能量变化，伴随能量变化的物质变化一定是化学变化

B．需要加热的化学反应一定是吸热反应，不需要加热就能进行的反应一定是放热反应

C．吸热反应就是反应物的总能量比生成物的总能量高；也可以理解为化学键断裂时吸收的能量比化学键形成时放出的能量多

D．因为3O2===2O3是吸热反应，所以臭氧比氧气的化学性质更活泼

答案　D

解析　A选项，化学反应发生的过程中都有能量变化，但有能量变化的不一定是化学变化，也可能是物理变化，如水蒸气变成液态水的过程是放热过程，但它是物理变化。

B选项，一个反应是吸热反应还是放热反应和反应条件没有必然的联系，如碳燃烧需要加热，但此反应为放热反应；氢氧化钡与氯化铵的反应是吸热反应，不需要加热也能自发进行。

C选项，一个反应是吸热反应，从宏观来看，说明反应物的总能量比生成物的总能量低；从微观来看，旧键断裂吸收的能量比新键形成放出的能量多。

D选项，因为3O2===2O3为吸热反应，臭氧具有的总能量比氧气的总能量高，所以臭氧比氧气活泼。

2．对于化学反应中的能量变化，表述正确的是（　　）

A．氧化还原反应均为放热反应

B．放热反应中，反应后体系能量降低

C．断开化学键的过程会放出能量

D．加热才能发生的反应均为吸热反应

答案　B

解析　A项，有的氧化还原反应为吸热反应，如H2还原CuO的反应，C和CO2的反应；C项，断开化学键需要吸收热量；D项，有的放热反应在反应进行前也需要加热，如NH3的催化氧化、Fe和S的反应。

二、放热反应和吸热反应的判断

3．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，是一个非氧化还原反应，D项不合题意。

4．在相同温度和压强下，将32g硫分别在纯氧中和空气中完全燃烧，前者放出热量为Q1，后者放热为Q2，则关于Q1和Q2的相对大小的判断正确的是（　　）

A．Q1＝Q2B．Q1>Q2

C．Q1

答案　C

解析　两种情况下反应放出的能量相同，但前者较后者以光能形式释放的能量要多；故前者以热量形式放出的能量较后者要少些，即Q1

5．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。

6.

向盛有50mL1.00mol·L－1HCl溶液的绝热容器中加入NaOH溶液，NaOH溶液的体积（V）与所得混合溶液的最高测量温度（T）的关系如图所示，下列叙述中不正确的是（　　）

A．该实验表明化学能可以转化为热能

B．NaOH溶液的浓度大于1.00mol·L－1

C．V＝50mL时，混合液呈碱性

D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应

答案　D

解析　分析图像知：

随着反应进行，混合液的温度升高，所以该反应为放热反应，化学能转化为热能，A项正确；当V（NaOH）＝40mL时，反应使混合液达到最高温度，所以此时HCl被恰好中和，故NaOH溶液的浓度大于1.00mol·L－1，而加入50mLNaOH溶液时，NaOH过量，溶液应呈碱性，B、C两项正确；D选项错误，例如，Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应生成水，但该反应是吸热反应。

三、能源及其开发利用

7．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，但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。

8．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．产物无污染

D．制取H2简单易行

答案　D

解析　工业制取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；工业利用水制取H2还存在技术上的难度，D错。

9．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。

[能力提升题]

10．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________（填字母序号，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。

下面有关叙述中，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

11．“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

12．在研究化学反应中的能量变化时，我们通常做下面的实验。

在一个小烧杯里，加入20g已研磨成粉末的Ba（OH）2·8H2O，将小烧杯放在已滴有3～4滴水的玻璃片上，然后向烧杯中加入约10gNH4Cl晶体，根据实验步骤填写表格，并回答下列问题：

实验步骤

实验现象及结论

将晶体混合，立即用玻璃棒快速搅拌

有刺激性气味且能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝的________产生

用手拿起烧杯

烧杯下面的已滴有3～4滴水的玻璃片粘到了烧杯底部

将粘有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上

玻璃片脱离上面烧杯的底部

反应后观察混合物

混合物成糊状，证明有________生成

（1）写出实验过程中发生反应的化学方程式_____________________________________

________________________________________________________________________。

（2）实验中要立即用玻璃棒快速搅拌的原因是________________________________

________________________________________________________________________。

（3）如果实验中没有看到结冰现象，还可以采取哪些方式来说明该反应吸热？

（要求答出两种方案）________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）该反应在常温下就可进行，说明________________________________________________。

答案　NH3　水

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

（2）使反应物迅速混合而充分反应，使温度迅速下降

（3）①用手触摸烧杯壁，感觉很凉；②用温度计测量，发现反应后的温度比反应前的温度低

（4）有的吸热反应不需要加热也能发生

解析　本实验旨在研究常温下Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl晶体反应过程中的能量变化，实验成功的关键是在短时间内使反应充分进行，体系温度快速降低。

因为该反应属于固体之间的反应，且要求反应时间短，所以一定要将Ba（OH）2·8H2O研磨成粉末，以便与NH4Cl充分接触；另外，晶体混合后，要立即用玻璃棒快速搅拌。

要想证明该反应是吸热反应，不一定要通过“结冰”现象，还可以利用“人的感觉”、“温度计”等。

该实验同时说明了并非所有的吸热反应都需要加热才能发生。

13．为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如下图所示的三套实验装置：

（1）上述3个装置中，不能验证“铜与浓硝酸的反应是吸热反应还是放热反应”的是装置________（填装置序号）。

（2）某同学选用装置Ⅰ进行实验（实验前U形管里液面左右相平），在甲试管中加入适量Ba（OH）2溶液与稀硫酸，U形管中可观察到的现象是__________________，说明该反应属于________（填“吸热”或“放热”）反应。

（3）为探究固体M溶于水的热效应，选择装置Ⅱ进行实验（反应在丙试管中进行）。

①若M为钠，则实验过程中烧杯中可观察到的现象是________________________________________________________________________。

②若观察到烧杯中产生气泡，则说明M溶于水________（填“一定是放热反应”或“一定是吸热反应”或“可能是放热反应”），理由是________________________________。

③若观察到烧杯中的玻璃管内形成一段水柱，则M可能是________________________________________________________________________。

（4）至少有两种实验方法能验证超氧化钾与水的反应（4KO2＋2H2O===4KOH＋3O2↑）是放热反应还是吸热反应。

方法①：

选择装置________（填装置序号）进行实验；

方法②：

取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上，向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水，片刻后，若观察到脱脂棉燃烧，则说明该反应是________（填“吸热”或“放热”）反应。

答案　

（1）Ⅲ　

（2）左端液面降低，右端液面升高　放热

（3）①产生气泡，反应完毕后，冷却至室温，烧杯中的导管内形成一段水柱　②可能是放热反应　某些物质（如NaOH固体）溶于水放热，但不是放热反应　③硝酸铵（或其他合理答案）

（4）Ⅰ（或Ⅱ）　放热

解析　装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝酸的反应是放热反应还是吸热反应；装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断铜与浓硝酸的反应是放热反应还是吸热反应；装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置，不能验证该反应是放热反应还是吸热反应。

（2）Ba（OH）2溶液与稀硫酸的反应属于中和反应，中和反应都是放热反应。

（3）NaOH固体、硝酸铵等溶于水时有热量的变化，但发生的是物理变化，不属于化学反应，故不是放热或吸热反应。