搜索
第一节化学能与热能学习目标核心素养建构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。[知识梳理]一、化学键与化学反应中能量变化的关系1．化学反应中能量变化的原因E1E2，反应吸收能量；E1E2，反应释放能量。2．决定化学反应中能量变化的因素反应物总能量大于生成物总能量，反应放热；反应物总能量小于生成物总能量，反应吸热。【自主思考】1．化学反应过程都伴随着能量变化，伴随能量变化的过程都是化学反应吗？提示不一定。例如，物理学中的核反应，虽然伴有大量的能量变化，但它不属于化学反应。二、化学能与热能的相互转化1．两个基本自然规律——“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总质量保持不变。(2)能量守恒定律：不同形式的能量发生转换时总能量保持不变。2．吸热反应和放热反应(1)定义吸热反应：吸收热量的化学反应；放热反应：放出热量的化学反应。(2)实验探究①铝和稀盐酸的反应实验现象有气泡产生；用温度计测量，水银柱上升离子反应2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑实验结论活泼金属与酸反应是放热反应②Ba(OH)2·8H2O和氯化铵反应实验现象闻到刺激性气味，烧杯壁发凉；玻璃片和烧杯黏结在一起，混合物呈糊状化学反应Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O实验结论该反应是吸热反应③盐酸与氢氧化钠反应实验现象混合后溶液温度比原两种溶液的温度高离子反应H＋＋OH－===H2O实验结论酸碱中和反应是放热反应3.中和热酸和碱发生中和反应生成1_mol水时所释放的热量。点拨常见的吸热反应有：大多数的分解反应，C和CO2、C和H2O的反应，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应等。常见的放热反应有：大多数的化合反应，酸碱中和反应，金属与酸或水的反应，燃烧反应，爆炸反应等。【自主思考】2．加热条件下进行的反应是否一定是吸收能量的反应，常温下进行的反应是否一定是释放能量的反应？提示化学反应是吸热的还是放热的，与反应条件无关，而是决定于反应过程中破坏旧化学键吸收总能量与形成新化学键放出总能量的相对大小。常温下进行的反应有的放热(如中和反应)，有的吸热[如NH4Cl与Ba(OH)2的反应]。加热条件下进行的反应有的放热(如Fe＋S=====△FeS)，有的吸热(如C＋CO2=====高温2CO)。[效果自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)化学键断裂需要吸收能量，化学键形成会放出能量()(2)化学反应必然伴随能量变化()(3)相同条件下由原子形成1molH—Cl键所放出的能量与断开1molH—Cl键吸收的能量相等()(4)放出能量越多的反应通常生成物越不稳定()(5)化学反应过程不一定都有能量变化()(6)NaOH溶于水要释放能量()(7)煤、石油和天然气都是化石能源()(8)柴草燃烧时，化学能全部转化为热能()答案(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√(7)√(8)×2．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②③④⑤⑥①⑦3．某化学反应，设反应物总能量为E1，生成物总能量为E2。如果把化学反应中能量的变化看成是物质内部的能量与热能之间进行转变，则：(1)若E1E2，则该反应为__________热反应，该反应的过程可看成是“贮存”在物质内部的能量转化为__________能而被释放出来的过程。(2)若E1E2，则该反应为__________热反应。那么在发生化学反应时，反应物需要__________才能转化成生成物。该反应过程可看成是______________的过程。解析(1)反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应进行的结果必然是部分能量被释放出来。(2)反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应进行时，必然有外部能量参与到反应中来。答案(1)放热(2)吸吸收能量热能转化为物质内部的能量而被“贮存”起来探究一、化学键与化学反应中能量变化的关系【合作交流】1．化学反应中能量变化的原因是任何化学反应中，旧键断裂时__________(填“吸收”或“放出”)的能量与新键形成时__________(填“吸收”或“放出”)的能量均不相等，所以任何化学反应都有能量变化。提示吸收放出2．氢能是一种绿色能源，H2在O2中燃烧，放出大量能量，说明2molH2和1molO2具有的总能量__________(填“大于”或“小于”)2molH2O具有的总能量。提示大于3．NaCl溶于水，化学键有没有变化？如果仅从化学键角度分析，NaCl溶于水是吸热还是放热？提示NaCl溶于水，NaCl===Na＋＋Cl－，只有化学键断裂，没有化学键形成，因此NaCl溶于水是吸收热量。【点拨提升】1．从化学键的角度理解化学反应过程中的能量变化化学反应过程中的能量变化来源于化学反应过程中旧化学键断裂与新化学键形成时的能量变化。(1)若反应物中的化学键断开时吸收的能量高于生成物成键释放的能量，则该反应吸收能量，吸收的能量＝反应物分解吸收的总能量－生成物形成释放的总能量。(2)若反应物中的化学键断开时吸收的能量低于生成物成键释放的能量，则该反应放出能量，放出的能量＝生成物形成释放的总能量－反应物分解吸收的总能量。2．从总能量的角度理解化学反应过程中的能量变化一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。具体情况见下表：放热反应吸热反应能量变化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键能变化生成物的总键能大于反应物的总键能生成物的总键能小于反应物的总键能图示常见实例①金属与水或酸的反应；②金属氧化物与水或酸的反应；③可燃物的燃烧反应及缓慢氧化；④酸与碱的中和反应；⑤大部分化合反应①大部分分解反应；②Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应③高温下焦炭与水的反应【典题例证1】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。答案C【学以致用1】根据下面的信息，判断下列叙述正确的是()A．氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量B．氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量C．1molH2跟12molO2反应生成1molH2O一定释放能量245kJD．2molH2(g)跟1molO2(g)反应生成2molH2O(g)吸收能量490kJ解析由题中信息可知，1molH2(g)的共价键断裂吸收能量436kJ，12molO2(g)的共价键断裂吸收能量249kJ，两项共吸收能量685kJ；形成2molH－O键时共释放能量930kJ。在1molH2(g)跟12molO2(g)反应生成1molH2O(g)的过程中，放出的能量比吸收的能量多245kJ，C项中缺少物质的状态，所以释放的能量不一定是245kJ。答案A探究二、吸热反应与放热反应的比较【合作交流】1．不同化学反应所伴随发生的能量变化也不同。化学反应是吸热还是放热由什么决定？是不是放热反应不需加热，吸热反应都要加热？试举例说明。提示化学反应是吸热还是放热决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小，前者大于后者为放热反应，前者小于后者为吸热反应。有的放热反应需要加热才能发生，例如煤的燃烧就是放热反应，但需要加热或点燃引发反应；有的放热反应不需要加热，如磷的自燃。吸热反应大都需要加热，也有不需加热就能反应的，例如Ba(OH)2·8H2O固体与NH4Cl固体的反应。2．NaOH溶于水放出热量、NaOH溶于水是放热反应吗？提示吸热反应和放热反应均是化学反应。注意明确某些吸热过程和放热过程不属于化学反应。如：NaOH固体溶于水，浓硫酸稀释属于放热过程；NH4NO3固体溶于水属于吸热过程，三者都不是化学反应，也就不属于吸热反应或放热反应。【点拨提升】1．规避吸热反应和放热反应判断的2个易错点(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．吸热反应和放热反应的判断方法(1)根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——决定因素。若反应物的总能量大于生成物的总能量，属于放热反应，反之是吸热反应。(2)根据化学键断裂或形成时的能量变化判断——用于计算。若断裂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，属于放热反应，反之是吸热反应。(3)根据反应物和生成物的相对稳定性判断。由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应，反之为吸热反应。(4)根据反应条件判断。凡是持续加热才能进行的反应一般就是吸热反应。【典题例证2】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①②C．①②③④D．②③④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。答案A【学以致用2】下列说法正确的是()A．Fe与S在加热条件下才能发生反应，所以该反应属于吸热反应B．HNO3、H2SO4分别与NaOH溶液反应都放出热量C．分解反应都是吸热反应，化合反应都是放热反应D．合成氨的反应是放热反应，所以N2与其他物质的反应也是放热反应解析Fe与S虽然需加热才能发生反应，但反应开始后，停止加热，反应能继续进行，加热只是为了引发反应，所以该反应是放热反应，A错误；中和反应都是放热反应，B正确；分解反应不一定是吸热反应，如H2O2的分解反应就是放热反应，化合反应也不一定是放热反应，如CO2与C的反应就是吸热反应，C错误；与N2反应的物质不同，能量变化也不同，不能根据合成氨反应的能量变化来类推N2与其他物质反应的能量变化，如N2和O2在放电条件下生成NO就是吸热反应，D错误。答案B1．已知反应A＋B===C＋D的能量变化如图所示，下列说法正确的是()A．该反应是放热反应B．只有在加热条件下才能进行C．反应物的总能量高于生成物的总能量D．反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量解析根据图像可知反应物的总能量低于生成物的总能量，则反应是吸热反应。A.该反应是吸热反应，错误；B.反应条件与反应是放热反应还是吸热反应无关系，错误；C.反应物的总能量低于生成物的总能量，错误；D.反应吸热，则反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量，正确。答案D2.下列反应既是氧化还原反应，又是吸热反应的是()A.铝片与稀硫酸的反应B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应C.灼热的炭与CO2的反应D.甲烷在O2中的燃烧反应解析解答本题，需要了解常见化学反应的能量变化。B项和C项