学年人鲁科版必修2 第2章第1节 化学键与化学反应第3课时 学案.docx

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学年人鲁科版必修2第2章第1节化学键与化学反应第3课时学案

第3课时化学键与化学反应中的能量变化

一、化学能与热能的相互转化

1．实验探究

实验操作

实验现象

结论

①看到有气泡产生

②用手触摸反应后的试管，手感到热

③用温度计测得反应后温度升高

该反应放出热量

闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，玻璃片和烧杯黏在一起，混合物呈糊状

该反应吸收热量

混合后溶液温度比原来的两种溶液的温度高

该反应放出热量

2.实验结论

每一个化学反应都伴随着能量变化，有的释放能量，有的吸收能量。

（1）放热反应和吸热反应的概念

①放出热量的化学反应为放热反应。

②吸收热量的化学反应为吸热反应。

（2）常见的吸热反应和放热反应

①常见的放热反应有：

燃烧反应、中和反应、金属与水或酸的反应、大多数化合反应。

②常见的吸热反应有：

大多数分解反应、氢氧化钡晶体与氯化铵的反应、C＋CO2

2CO、C＋H2O（g）

CO＋H2等。

例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

考点　化学能与热能的相互转化

题点　多角度认识吸热反应与放热反应

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）化学反应必然有能量变化，但有能量变化的过程不一定发生化学反应。

例2　下列反应过程中的能量变化与如图一致的是（　　）

A．2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3

B．C＋CO2

2CO

C．CaCO3

CaO＋CO2↑

D．C＋H2O（g）

CO＋H2

答案　A

解析　A项，铝热反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，正确；B、C、D三项均为吸热反应，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，错误。

规律总结

判断反应放热或吸热的依据是根据反应物和生成物总能量的相对大小。

①放热反应：

反应物总能量>生成物总能量；②吸热反应：

反应物总能量<生成物总能量。

二、化学反应中能量变化的原因分析

1．化学反应中能量变化与化学键的关系——微观角度

（1）化学反应过程

（2）化学反应中能量变化的原因

（3）根据下列信息分析氢气燃烧生成水蒸气时能量的变化情况

①断裂1molH2和

molO2中的化学键吸收的总能量：

436kJ＋249kJ＝685kJ。

②形成1molH2O时释放的总能量：

930kJ。

③燃烧1molH2生成水蒸气时放出能量245kJ。

2．化学反应的能量变化与物质内部能量的关系——宏观角度

图示

能量相对大小

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

3.化学反应中能量的转化形式

主要是化学能与热能之间的相互转化，也有其他形式的能量转化，如化学能可以转化成光能、电能等。

放热反应与吸热反应比较

类型

比较　　

放热反应

吸热反应

定义

放出热量的反应

吸收热量的反应

形成原因

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

与化学键的关系

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

图示

例3　硅是太阳能电池的重要材料。

工业冶炼纯硅的原理是：

粗硅冶炼：

①SiO2＋2C

Si＋2CO↑；

精炼硅：

②Si＋3HCl

SiHCl3＋H2；

③SiHCl3＋H2

Si＋3HCl。

化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题：

（1）①是反应，②是反应，③是反应（填“吸热”或“放热”）。

（2）反应②破坏反应物中的化学键所吸收的能量（填“大于”或“小于”）形成生成物中化学键所放出的能量。

考点　化学能与热能的相互转化

题点　常见的吸热反应与放热反应

答案　

（1）吸热　放热　吸热　

（2）小于

解析　

（2）因为反应②是放热反应，所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量。

例4　已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ，且氧气中1molO==O键完全断裂时需要吸收能量496kJ，水蒸气中1molH—O键形成时放出能量463kJ，则氢气中1molH—H键断裂时吸收的能量为（　　）

A．920kJB．557kJ

C．436kJD．188kJ

考点　化学反应中能量变化与化学键的关系

题点　利用化学键求算化学反应中的能量变化

答案　C

解析　由1gH2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ可知：

2gH2（即含1molH—H键）完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121kJ×2＝242kJ。

由化学方程式：

H2（g）＋

O2（g）点燃,H2O（g）可设1molH—H键断裂吸收的能量为Q，则：

Q＋

×496kJ－2×463kJ＝－242kJ，Q＝436kJ。

规律总结

反应中放出、吸收能量的计算：

吸收能量值＝E吸－E放；放出能量值＝E放－E吸。

E吸表示反应物断裂化学键吸收能量，E放表示生成物形成化学键释放能量。

1．判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）化学反应过程中不一定都有能量变化（　　）

（2）镁带燃烧时，化学能全部转化为热能（　　）

（3）有能量放出的变化都是放热反应，吸收能量的变化都是吸热反应（　　）

（4）对于放热反应2H2＋O2

2H2O来说，断裂1个H—H键和1个O==O键所吸收的能量小于形成1个H—O键所放出的能量（　　）

（5）由O＋O―→O2（放出能量493kJ）和N＋N―→N2（放出能量946kJ）可得在常温下氮气比氧气稳定（　　）

考点　化学能与热能的相互转化

题点　化学反应中能量变化的相关综合

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）√

2．下列关于反应能量的说法中正确的是（　　）

A．化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化

B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因

C．已知反应：

Zn（s）＋CuSO4（aq）===ZnSO4（aq）＋Cu（s）为放热反应，则反应物总能量<生成物总能量

D．相同条件下，如果1mol氢原子所具有的能量为E1，1mol氢分子的能量为E2，则2E1＝E2

答案　B

解析　化学反应中的能量变化，不是都表现为热量的变化，还可能有其他能量的变化，如光能等，A项错误；放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，C项错误；分子变成原子需要破坏化学键，吸收能量，2E1>E2，D项错误。

3．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。

这现象说明了（　　）

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

考点　化学能与热能的转化

题点　吸热或放热反应的实验或探究

答案　B

解析　反应发生后停止加热，反应仍可持续进行说明反应为放热反应，A错误，B正确；反应需要加热才能发生，常温下不能进行，C错误；反应是放热反应，所以反应物的总能量高于生成物的总能量，D错误。

4．下列说法正确的是（　　）

A．任何化学反应都伴随着能量的变化

B．H2O（g）―→H2O（l）该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化

C．化学反应中能量的变化都表现为热量的变化

D．对于如图所示的过程，是吸收能量的过程

答案　A

解析　任何化学反应都有能量的变化，但有能量变化的过程不一定是化学变化，如物质的三态变化，虽然存在能量变化，但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成，故不是化学变化，A项正确，B项错误；化学反应中能量变化的形式有多种，除热能外，还有光能、电能等，C项错误；由图像可知，该过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该过程中放出了能量，D项错误。

5．根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是（　　）

A．H2O分解为H2与O2时放出热量

B．生成1molH2O时吸收热量245kJ

C．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系：

乙>甲>丙

D．氢气和氧气的总能量小于水的能量

答案　C

解析　根据能量变化可知，1molH2与

molO2断键时吸收685kJ能量，而生成1molH2O放出930kJ能量，所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。

6．已知断开1molH—H键、1molN—H键、1molN≡N键分别需要吸收的能量为436kJ、391kJ、946kJ。

一定条件下由氢气和氮气反应生成1molNH3需要（填“放出”或“吸收”）kJ的热量。

答案　放出　46

解析　根据化学方程式N2＋3H2

2NH3，生成1molNH3时需要消耗0.5mol的N2和1.5mol的H2。

因此在上述的反应过程中断裂0.5molN≡N键和1.5molH—H键，共吸收热量0.5×946kJ＋1.5×436kJ＝1127kJ；形成1molNH3中的3molN—H键，共放出热量3×391kJ＝1173kJ。

因为1173kJ＞1127kJ，因此反应放热，共放出1173kJ－1127kJ＝46kJ的热量。

[对点训练]

题组一　化学能与热能的相互转化

1．下列反应一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．仅①②③B．仅①②④

C．仅①②③④D．仅③④⑤

答案　C

解析　金属与酸的置换反应、中和反应、所有燃烧反应都是放热反应；复分解反应则不一定是放热反应。

2．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；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；灼热的木炭与CO2的反应既属于吸收能量的反应，又属于氧化还原反应。

3．下列说法中正确的是（　　）

A．化合反应均是放热反应，分解反应均是吸热反应

B．燃料的燃烧反应均是放热反应

C．干冰的升华是吸热反应

D．需要点燃或加热的化学反应一定是吸热反应

答案　B

解析　A项，C＋CO2

2CO是化合反应，但需要吸热，2H2O2===2H2O＋O2↑是分解反应，但放出热量，错误；B项，物质之所以被用做燃料，就是因为它易燃烧并放出热量，正确；C项，吸热反应属于化学反应，干冰升