搜索
第二章化学反应与能量第一节化学能与热能1.知道化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。2.知道反应物总能量与生成物总能量的相对高低是反应过程中能量变化的决定因素。3.了解化学能与热能的相互转化。4.了解能量转化在生产、生活中的应用。一、化学键与化学反应中能量变化的关系1.化学反应中能量①变化的原因——微观角度:(1)化学反应的实质:原子的重新组合,即反应物中旧化学键的_____和生成物中新化学键的_____过程。断裂形成(2)化学反应中能量变化的原因:①原因:吸收放出②实例:断裂1molH—H键(H—H→2H)_____436kJ能量,形成1molH—H键(2H→H—H)_____436kJ能量;断裂4molC—H键(CH4→C+4H)_____1660kJ能量,形成1molC—H键(C—H→C+H)_____415kJ能量。③结论:化学反应中能量变化的主要原因是____________________。吸收放出吸收放出化学键的断裂和形成2.化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度:结论:化学反应中的能量变化决定于________________________________的相对大小。放出能量吸收能量反应物的总能量与生成物的总能量二、化学能与热能的相互转化1.两个基本自然规律②——“质量守恒”和“能量守恒”:(1)质量守恒定律:自然界中的物质发生转化时_______保持不变。(2)能量守恒定律:不同形式的能量发生转化时_______保持不变。总质量总能量2.吸热反应和放热反应:(1)定义:吸热反应:_____热量的化学反应;放热反应:_____热量的化学反应。吸收放出(2)实验探究:实验操作现象及结论现象有_____产生,用温度计测量溶液温度变化,温度计液柱_____离子方程式______________________结论活泼金属与酸的反应为_________气泡上升2Al+6H+====2Al3++3H2↑放热反应实验操作现象及结论现象闻到_______气味,烧杯壁_____;玻璃片和烧杯____________,混合物呈糊状化学方程式__________________________________________结论该反应为_________刺激性发凉黏结在一起Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl====BaCl2+10H2O+2NH3↑吸热反应实验操作现象及结论现象混合后溶液温度比原两种溶液的温度___离子方程式______________结论酸碱中和反应为_________高OH-+H+====H2O放热反应【思考辨析】1.判断正误:(1)化学键断裂需要吸收能量,化学键形成会放出能量。()分析:断裂化学键时吸收能量,形成化学键时放出能量。(2)化学反应必然伴随着能量的变化。()分析:化学反应的本质是旧键断裂和新键形成,反应物旧键断裂时吸收的热量和生成物新键形成时放出的热量不可能完全相同,故化学反应必然伴随着能量的变化。√√(3)相同质量的氢气在氧气中燃烧比与氧气混合发生爆炸反应放出的热量少。()分析:化学反应中能量变化的多少与反应物的量有关,与反应的形式和反应条件无关。(4)化学反应中的能量变化全部是以热量的形式变化的。()分析:化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化,如氢气的燃烧;但还会有其他的能量形式,如光能、电能等。××2.问题思考:(1)有能量放出的变化都是放热反应吗?吸收能量的变化都是吸热反应吗?分析:不一定。如图,物质的状态变化也伴随热量的变化,但它们属于物理变化;而放热反应和吸热反应指的是化学变化。(2)人体运动所消耗的能量与太阳能有关吗?分析:有关。人体所需的能量是食物在人体内的氧化反应所释放的能量,而食物中的能量是通过植物的光合作用将太阳能储存在植物中,所以人体运动所消耗的能量应该说是来自于太阳能。【知识链接】①能量能量是度量物质运动的一种物理量。能量分为机械能、分子内能、电能、化学能、原子能等,在一定条件下,不同形式的能量可以相互转化。②自然规律自然规律是指不经人为干预,客观事物自身运动、变化和发展的内在必然联系。一、放热反应和吸热反应的理解1.放热反应和吸热反应的比较:E:物质的总能量;Q(吸):反应物分子断键时吸收的总能量;Q(放):生成物分子成键时放出的总能量。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宏观解释E(反应物)E(生成物)E(反应物)E(生成物)微观解释Q(吸)Q(放)Q(吸)Q(放)图示2.常见的放热反应和吸热反应:【知识备选】中和热的测定1.中和热的概念:酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放出的热量。2.计算原理:(1)反应放出的热量:Q=cm·Δt其中:c为体系的比热容,m指体系的质量,Δt为反应前后的温度差。(2)中和热数值:中和热数值=反应放出的热量÷生成水的物质的量3.实验设计:(1)组装装置:(2)实验步骤:①测量初始温度t1a.向小烧杯中加入0.50mol·L-1的盐酸50mL,并用温度计测量盐酸的温度,然后把温度计上的酸用水冲洗干净。b.在另一小烧杯中加入50mL0.55mol·L-1的NaOH溶液,并用温度计测量NaOH溶液的温度。c.求两温度的平均值作为t1。②测量终止温度t2a.把温度计和环形玻璃搅拌棒放入盛有盐酸的小烧杯中;b.把NaOH溶液一次倒入盛有盐酸的小烧杯中;c.用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度t2。③重复实验操作重复实验2次～3次,取测量所得数据的平均值作为计算依据。④实验数据处理根据数据计算中和热。4.实验注意事项:(1)作为量热的仪器装置,要保温、隔热,尽量减少热量散失。①环形玻璃搅拌棒不能用铁丝代替以免引起实验误差;②温度计的读数要准确。(2)实验操作要快,尽量减少热量的损失。【学而后思】(1)做实验时,不管是吸热反应还是放热反应都可能用到酒精灯,怎样根据加热的方法判断该反应是吸热反应还是放热反应?放热反应加热的目的是什么?提示:持续用酒精灯加热,撤掉酒精灯反应就停止的反应是吸热反应;开始用酒精灯加热,反应开始后,撤去酒精灯仍能继续反应的反应是放热反应。放热反应加热的目的一般是引发反应进行或加快反应速率。(2)放热反应一定容易发生,吸热反应一定难发生吗?提示:不一定。反应放热和吸热与反应的条件无关,有些放热反应必须加热才能发生,如木炭的燃烧;而有些吸热反应在常温下就能发生,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应。二、利用化学键计算化学反应中的能量变化1.化学键与能量变化的关系:2.计算公式的推导分析:以H2+Cl2====2HCl为例:(1)图示分析:(2)计算分析:化学键反应中能量变化1molA—B化学键反应中能量变化H—H吸收436kJ共吸收679kJCl—Cl吸收243kJH—Cl放出431kJ共放出862kJ结论679kJ-862kJ=-183kJ,即反应放出183kJ热量3.计算公式:用Q(吸)表示反应物分子断裂时吸收的总能量,Q(放)表示生成物分子成键时放出的总能量。公式:ΔQ=Q(吸)-Q(放)利用化学键的能量变化计算化学反应中的能量变化:ΔQ=Q(吸)-Q(放)ΔQ0，为放热反应ΔQ0，为吸热反应【学而后思】(1)对于放热反应:2H2+O22H2O来说,“断裂1个H—H键和1个OO键所吸收的能量小于形成1个H—O键所放出的能量”这种说法是否正确?提示:不正确。在反应2H2+O22H2O中,每断裂1个OO键,同时断裂2个H—H键,形成4个H—O键;正确的说法是:断裂2个H—H键和1个OO键所吸收的能量小于形成4个H—O键所放出的能量。点燃====点燃====＝＝＝(2)如图是1mol氢气燃烧的能量变化图,试分析a、b表示的含义。提示:化学反应发生时首先断裂反应物中的化学键,再形成生成物中的化学键,故a表示破坏1molH—H键、0.5molOO键所吸收的能量,b表示形成2molH—O键所放出的能量与断裂1molH—H键、0.5molOO键所吸收的总能量的差。＝＝类型一化学反应中的能量变化【典例】(2013·北京海淀区高一检测)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的能量一定低于M的,Y的能量一定低于N的B.因为该反应为吸热反应,故一定要加热,反应才能进行C.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D.X和Y的总能量一定低于M和N的总能量【解题指南】解答本题要注意以下3点:(1)反应物的总能量生成物的总能量;(2)断键吸收的能量成键放出的能量;(3)吸热反应不一定必须加热才能发生。【解析】选D。吸热反应中反应物的总能量生成物的总能量,不能单指某一种反应物与某一种生成物的能量大小,A错误,D正确;吸热反应不一定必须加热才能发生,B错误;从微观角度解释,吸热反应中破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量,C错误。【互动探究】(1)该题C项描述的是什么反应?提示: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,则该反应是放热反应。(2)假设该反应是可逆反应,则M+N====X+Y是什么反应?该反应一定不需要加热吗?提示:因为反应X+Y====M+N为吸热反应,即X和Y的总能量一定低于M和N的总能量,所以M+N====X+Y是放热反应,反应可能需要加热才能发生。【方法规律】放热反应和吸热反应的判断方法(1)根据反应物和生成物的总能量大小判断——反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应,反之为吸热反应。(2)根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断——破坏反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应,反之为放热反应。(3)根据经验规律判断——用常见吸热和放热的反应类型来判断。(4)根据生成物和反应物的相对稳定性判断——由稳定性的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应,反之为放热反应。(5)根据反应条件判断——凡是需持续加热才能进行的反应就是吸热反应。反之,一般为放热反应。【变式训练】研究物质变化时,人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化时所引起的化学键及能量变化。据此判断以下叙述中错误的是()A.金属钠与氯气反应生成氯化钠后,其结构稳定性增强,体系的能量降低B.物质燃烧可看成“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来C.氮分子内部存在着很强的共价键,故通常状况下氮气化学性质很活泼D.需要加热才能发生的反应不一定是吸收能量的反应【解析】选C。钠原子最外层只有1个电子,当它失去1个电子后可以形成8电子稳定结构,使体系的能量降低,A正确;物质燃烧放热,化学能转化为热能,B正确;氮分子内部存在着很强的共价键,很难被破坏,所以在通常状况下氮气性质很稳定,C错误;任何化学反应都经历了旧键断裂(吸收能量)和新键形成(放出能量)的过程,都伴随着能量的变化,但无论是释放能量还是吸收能量,都不是由反应条件确定的,如合成氨需要在高温下进行,但它却是释放能量的反应,D正确。【变式备选】下列变化中属于吸热反应的是。①液态水汽化②将胆矾加热变为白色粉末③苛性钠固体溶于水④氯酸钾分解制氧气⑤生石灰跟水反应生成熟石灰⑥干冰升华【解析】吸热过程或放热过程与吸热反应或放热反应不同:①水汽化是物理变化,不属于吸热反应。②CuSO4·5H2O受热分解生成CuSO4和H2O,属于吸热反应。④氯酸钾受热分解生成KCl和O2,属于吸热反应。⑤是放热反应,③⑥均为物理变化。答案:②④类型二化学键与化学反应中能量变化的关系【典例】(2012·重庆高考)肼(H2NNH2)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为942、O＝O为500、N—N为154,则断裂1molN—H键所需的能量(kJ)是()A.194B.391C.516D.658【解题指南】解答本题可以按照以下思路:【解析】选B。利用图示可知肼和氧气变成原子时断键需要的能量为2752kJ-534kJ=