化学能与热能的相互转化.docx

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化学能与热能的相互转化

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。

[活学活用]

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.下列说法不正确的是（　　）

A.有能量变化的过程不一定是化学变化

B.化学反应的特征是有新物质生成

C.经过加热而发生的化学反应不一定都是吸热反应

D.只要有化学键的断裂，一定发生化学反应

答案　D

解析　有能量变化的过程不一定是化学变化，A项正确；有新物质生成的反应为化学反应，B项正确；很多放热反应需要加热或点燃才能发生，C项正确；化学反应中有反应物中旧化学键断裂，也有生成物中新化学键形成，D项不正确。

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

（1）按取得方式

（2）按能源结构

[活学活用]

3.下列有关能量转换的说法不正确的是（　　）

A.煤燃烧是化学能转化为热能的过程

B.化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能

C.动物体内葡萄糖被氧化成CO2是化学能转变成热能的过程

D.植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程

答案　D

解析　植物通过光合作用将二氧化碳转化为葡萄糖是太阳能转变为化学能的过程。

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，一个是运输困难。

当堂检测

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的是（　　）

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.①②④C.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.下列关于吸热反应的说法中，正确的是（　　）

A.凡需要加热的反应一定是吸热反应

B.只有分解反应才是吸热反应

C.使用催化剂的反应是吸热反应

D.CO2与CaO的化合是放热反应，而CaCO3的分解是吸热反应

答案　D

解析　A中吸热反应不一定需要加热，如：

Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl晶体的反应不需加热，需加热的反应不一定是吸热反应，如：

C＋O2

CO2；B中大多数的分解反应是吸热反应，但有些化合反应也是吸热反应，如：

C＋CO2

2CO；C中吸热反应是由于反应物的总能量低于生成物的总能量，与加热、催化剂、反应类型没有直接关系。

4.已知H＋＋OH－===H2O生成1molH2O放出热量57.3kJ，下列反应中能放出57.3kJ热量的是（　　）

A.1mol稀H2SO4与足量NaOH溶液反应

B.稀盐酸与氨水反应生成1molH2O

C.稀盐酸与稀Ba（OH）2溶液反应生成1mol水

D.稀NaOH与95%浓硫酸反应生成1mol水

答案　C

解析　A放出热量应为2mol×57.3kJ·mol－1；B放出热量应略小于57.3kJ，因弱酸、弱碱在水中电离要吸收一部分热量，故多数强酸与弱碱、弱酸与强碱的中和反应热值小于57.3kJ；酸与碱的浓度不能太大，否则中和反应热数值会偏大，故D错。

5.某化学小组对生石灰与水反应是显著放热反应进行了实验探究，除了用手触摸试管壁感觉发热外，还设计了下列几个可行性方案。

甲方案：

将温度计与盛放有生石灰的小试管用橡皮筋捆绑在一起，放入有水的小烧杯中，用胶头滴管向小试管中缓缓滴入水，看到的现象是______________________________，说明反应放热。

（下列装置中支撑及捆绑等仪器已略去）

乙方案：

将盛放有生石灰的小试管插入带支管的试管中，支管接①或②，用胶头滴管向小试管中缓缓滴入水，看到的现象是（接①）______________________________________，（接②）______________________________，说明反应放热。

答案　甲方案：

温度计温度升高

乙方案：

导管口有气泡冒出

U形管内左端液面下降，右端液面上升

解析　甲方案：

向生石灰中缓缓滴入水，放出大量热量，绑在试管上的温度计温度升高；乙方案：

由于生石灰与水反应放热，使带支管的试管中温度升高，气体压强增大，①中导管口会有气泡冒出；②中U形管内左端液面下降，右端液面上升。

40分钟课时作业

[基础过关]

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.下列说法正确的是（　　）

A.干冰升华吸收大量的热，这就是化学反应中的吸热反应

B.电解Al2O3制取Al是吸热反应，则Al在O2中燃烧是放热反应

C.木炭在常温下不燃烧，加热才能燃烧，说明木炭燃烧是吸热反应

D.人类利用的能源都是通过化学反应获得的

答案　B

解析　选项A，干冰升华时，由固态的CO2转变成气态的CO2，这是物理变化；选项B，同一化学键断裂时吸收的能量等于形成该化学键时放出的能量，电解Al2O3是吸热反应，则Al在O2中燃烧的反应是放热反应；选项C，木炭加热才能燃烧，是因为燃料的燃烧需达到该物质的着火点，故有些反应是需要一定的热量才能发生的，但这不能说明该反应就是吸热反应；选项D，太阳能和风能都不是通过化学反应获得的。

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.

某学生用右图所示装置研究化学反应X＋2Y===2Z的能量变化情况。

当往试管中滴加试剂Y时，看到U形管中液面甲下降，液面乙上升。

关于该反应的下列叙述：

①该反应为放热反应；②生成物的总能量比反应物的总能量高；③该反应过程可以看成是“贮存”于X、Y内部的能量转化为热量而释放出来。

其中正确的是（　　）

A.①②③B.①③C.①②D.②③

答案　B

解析　U形管中的液面甲降低而液面乙升高的原因是集气瓶中的气体膨胀所致，即集气瓶中的温度升高，导致气体膨胀，集气瓶之所以温度升高是因为试管中发生反应：

X＋2Y===2Z放出热量；化学反应放出热量的根本原因是反应物的总能量大于生成物的总能量。

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.据报道，某国一集团拟在太空建造巨大的集光装置，把太阳光变成激光用于分解海水制氢：

2H2O===2H2↑＋O2↑。

下列说法正确的是（　　）

A.水的分解反应是放热反应

B.此反应是把化学能转化为热能而储存起来

C.使用氢气作燃料有助于控制温室效应

D.在这一反应中，热能转化为化学能

答案　C

解析　此过程是把光能转化为化学能而储存起来，使用了氢能，就减少了化石燃料的使用，减少了CO2的排放，有助于控制温室效应。

9.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。

10.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]

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________。

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

12.2011年发射的“神舟八号”宇宙飞船有两个重大使命，一是突破空间交会对接技术，二是实现载人飞船定型。

“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

13.如图所示，在一个小烧杯里，加入20gBa（OH）2·8H2O晶体，将小烧杯放在事先已滴有3～4滴水的小玻璃片上，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：

______________，该反应属于________反应。

（3）实验中观察到的现象有________________，混合后呈糊状。

呈糊状的原因是________。

（4）通过________现象，说明该反应为________（填“吸”或“放”）热反应，这是由于反应物的总能量________（填“大于”、“等于”或“小于”）生成物的总能量。

答案　

（1）搅拌，使混合物充分接触并起反应

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

（3）玻璃片上结冰而与小烧杯粘在一起，有少许刺激性气味的气体放出　反应有水生成

（4）结冰　吸　小于

解析　固体和固体的反应，为提高反应速率，可增大反应物的接触面积，常采用研磨、搅拌等方法。

Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl的反应属于复分解反应，该过程要吸热。

该反应为吸热反应，说明生成物的总能量大于反应物的总能量。

14.如右图所示，把试管放入盛有25℃饱和澄清石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管滴入5mL盐酸于试管中，试回答下列问题：

（1）实验中观察到的现象是________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）产生上述现象的原因是________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）写出有关反应的离子方程式：

____________________________________________。

（4）由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________（填“大于”、“小于”或“等于”）镁片和盐酸的总能量。

答案　

（1）①镁片上有大量气泡产生；②镁片逐渐溶解；③烧杯中溶液变浑浊

（2）镁与盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，Ca（OH）2在水中的溶解度随温度升高而减小，故析出Ca（OH）2晶体

（3）Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑　（4）小于

解析　镁片与盐酸的反应是放热反应，这是由于反应物（Mg和盐酸）的总能量高于生成物（MgCl2和H2）的总能量。

放出的热通过小试管传递给饱和石灰水溶液，使Ca（OH）2的溶解度下降而析出Ca（OH）2晶体。

[拓展探究]

15.

（1）下图是等质量的Na2CO3、NaHCO3粉末分别与足量的盐酸发生反应时的情景，产生CO2气体的体积较多的试管中加入的固体试剂是________，当反应结束时，A、B两试管中消耗的盐酸的质量之比为________。

（2）实验过程中我们还能感受到Na2CO3与盐酸反应时是放热反应，而NaHCO3与盐酸反应时表现为吸热。

在A、B两试管的反应过程中，反应体系的能量变化的总趋势分别对应于A：

________，B：

________。

（填“a”或“b”）

答案　

（1）NaHCO3　53∶84　

（2）b　a

解析　根据图中所示的反应现象确定A为NaHCO3，B为Na2CO3，设两种固体质量均为m，消耗盐酸的质量为x、y。

NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑；

＝

Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑

＝

x＝

，y＝

，

＝

＝

。