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1、化学反应与能量,第二章,第一节化学能与热能,第二章,700多年前，著名的意大利旅行家马克波罗到过中国，看见中国人烧煤炼铁，这是他生平第一次看到煤做燃料，马克波罗在他的游记里记载了这件新鲜事。书中写到，中国有一种黑色石头，能燃烧，着起火来像火柴一样，而且终夜不灭。现代科学可以这样解释，煤中含有大量的碳，燃烧时放出热能。你一定想知道，这种能量从何而来？它与化学物质和化学反应有什么关系？请随我一起走进教材第二章第一节：化学能与热能。,学习目标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
2、能量转化在生产、生活中的应用。,新知预习1化学反应过程包括化学键的_ (吸收能量)和化学键的_ (放出热量)，所以化学反应在发生物质变化的同时必定伴随着_变化。2对于繁多、复杂的化学反应，人们从不同的角度可以有不同分类：(1)从反应的形式上可以分为_四种基本反应类型。(2)从反应进行的程度分为_与_。,破坏,形成,能量,化合、分解、置换、复分解,可逆反应,不可逆反应,(3)从反应过程是否存在电子的得失或转移分为_和_。(4)从能量的变化来看有_与_。3吸热反应和放热反应(1)吸热反应和放热反应放热反应：_的化学反应。吸热反应：_的化学反应。(2)中和热酸与碱发生中和反应生成_时所释放的热量。,
3、氧化还原反应,非氧化还原反应,吸热反应,放热反应,放出热量,吸收热量,盐和水,4化学能与热能相互转化的应用(1)化学物质中的_通过反应转化成_，是人类生存和发展的动力之源。(2)_转化成_是人们进行化学科学研究，创造新物质不可缺少的条件和途径。,化学能,热能,热能,化学能,5人类利用能源的三个阶段(1)柴草时期该时期从火的发现至18世纪产业革命，以_为主要能源。(2)化石能源时期从18世纪中期到现代，以_、_、_为主要能源。(3)多能源结构时期以可再生能源和清洁能源(_能源)为主要能源，主要包括_、_、_、_、_等。,树枝、杂草,煤,石油,天然气,绿色,太阳能,氢能,核能,生物质能,地壳地表能
4、,自主探究1化学反应中为什么会有能量变化？提示：在化学反应中，从反应物分子转变为生成物分子，各原子内部并没有发生变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的化学键形成。实验证明，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用；在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量。化学反应的能量就来源于旧化学键的破坏和新化学键的形成所发生的能量变化。,2研究化学反应中的能量变化有什么意义？提示：人类研究利用化学反应，有时是为了获取所需要的物质，有时是为了利用化学反应中释放的能量。人类所需能量的主要来源是煤、石油、天然气等化石燃料的燃烧。这
5、些能源的开发利用带来了很多弊端。如：煤的开采造成地面塌陷；煤的燃烧产生有毒气体和烟尘，对环境造成严重污染；而且化石燃料不可再生，储量都极其有限。因而节能是国民经济建设中一项长期的战略任务。最有希望的是新能源的开发；太阳能、燃料电池、风能、氢能、生物能，地热能、海洋能等。这些新能源的特点：资源丰富、可以再生，对环境没污染或污染很轻。,化学键与化学反应中能量变化的关系,思维导图,妙招巧记：化学反应中的能量变化化学反应有能量，放热吸热两方面，反应物的能量高，放出热量是必然。,教材点拨,(2)反应放出能量：反应物中化学键断裂时所吸收的能量生成物中化学键形成时所释放的能量。放出的能量形成新化学键释放的总
6、能量断裂旧化学键吸收的总能量。,3从物质储存化学能的角度来理解化学反应过程中的能量变化各种物质都储存有化学能。不同的物质不仅组成不同，结构不同，所包含的化学能也不同。在化学反应中，物质发生了变化，化学能也随之改变。化学反应过程中吸收或放出能量可形象地表示如下：,温馨提示：物质具有的能量越低越稳定，参加反应时，化学键断裂时吸收的能量就越多，而新化学键形成时放出的能量也越多。同样，物质具有的能量越高越不稳定，参加反应时化学键断裂所需的能量就越低，而形成该物质时，放出的能量就越少。,4利用化学键计算化学反应中的能量变化(1)化学反应中的能量变化的主要原因化学反应中的能量变化的主要原因是化学键的断裂和
7、形成。(2)化学键的特点同一个化学键断裂时吸收的能量和形成时放出的能量相等。(3)计算公式的推导以H2Cl2=2HCl为例：,图示分析。,计算分析。,温馨提示：计算公式的说明(1)若反应物分子断裂时吸收的总能量生成物分子成键时放出的总能量，即反应吸收的热量多，属于吸热反应，此时Q0；(2)若反应物分子断裂时吸收的总能量生成物分子成键时放出的总能量，即反应放出的热量多，属于放热反应，此时Q0。,(2014江阴市高一期中)对于反应中的能量变化，表述正确的是()A断开化学键的过程会放出能量B放热反应中，反应物的总能量大于生成物的总能量C加热才能发生的反应一定是吸热反应D氧化反应均为吸热反应,典例透析
8、,【解析】破坏旧化学键需要吸收能量来克服原子间的相互作用，所以断开化学键的过程会吸收能量，A项错误；在化学反应中，如果反应物的总能量高于生成物的总能量，发生化学反应时要放出能量，这样的化学反应为放热反应，B项正确；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，但释放能量还是吸收能量，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，C项错误；燃烧氧化反应、缓慢氧化反应为放热反应，D项错误。【答案】B,(2014经典习题选萃)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1 mol化学键所需的能量(k
9、J)：NN为942、O=O为500、NN为154，则断裂1 mol NH键所需的能量(kJ)是()A194B391C516D658,【解析】利用图示可知肼和氧气变成原子时断键需要的能量为2 752 kJ534 kJ2 218 kJ。肼和氧气断键变为原子时要断裂1个NN键，4个NH键，1个O=O键，所以11544(NH键能)15002 218，解得NH键能为391，单位为kJ，选B。【答案】B,1(2014北京六十六中高一下学期期末)下列说法正确的是()A由H原子形成1 mol HH键要吸收热量B所有燃烧反应都是放热反应C据能量守恒定律，反应物的总能量一定等于生成物的总能量D凡经加热而发生的化学
10、反应都是吸热反应答案：B,变式训练,点拨：原子形成化学键时要放出能量，A项不正确；反应物总能量高于或低于生成物总能量，这部分能量通常以热量的形式放出或吸收，C项不正确；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，但释放能量还是吸收能量，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项不正确。,2(2014经典习题选萃)下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：根据上述数据回答下列问题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是_。AH2BCl2CBr2DI2,(2)X2H2=2HX(X代表Cl、Br、I
11、)的反应是放热反应还是吸热反应？_。(3)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是_。(4)若无上表中的数据，你能回答问题(3)吗？_(填“能”或“不能”)。你的依据是_。,答案：(1)A(2)放热反应(3)Cl2(4)能生成物越稳定，放出的热量越多，在HX中，元素的非金属性越强，形成氢化物的稳定性越强点拨：破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量越高，物质所具有的能量越低，由表中数据可知能量最低的是H2；根据表中数据计算可知，反应X2H2=2HX，X无论是Cl、Br、I，该反应中旧键断裂吸收的能量都小于新键形成放出的能量，故该
12、反应为放热反应，放出热量最多的为Cl2；判断生成氢化物放出热量的多少，可根据氢化物的稳定性强弱，氢化物越稳定，所含能量越低，形成该氢化物所放出的热量越多。,化学能与热能的相互转化,思维导图,1能量守恒定律一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途径和能量形式可以不同，但是体系包含的总能量不变，这就是“能量守恒定律”。(1)化学能可以转化为其他形式的能量，如热能、电能等，在转化时，遵循能量守恒定律。(2)初中学过的“质量守恒定律”与“能量守恒定律”是两条基本的自然定律。,教材点拨,2吸热反应与放热反应(1)两种反应的区别,(2)化学反应与能量转化的关系,可用图示表示如下：,温馨提示：(1
13、)“三个不一定”。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；放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应；吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)28H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。(2)吸热反应和放热反应都是化学反应，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。,3放热反应与吸热反应的几个实验探究活动【探究活动1】铝与盐酸的反应实验步骤：在一支试管中加入23 mL 6 mol L1的盐酸，向含有盐酸的试管中插入用砂纸打磨光的铝条。实验现象：开始时反应进行缓慢，产生少量气泡，过一会儿反应逐渐加快，气泡增多，试管发热，温度计液面明显升
14、高，试管温度上升。结论：铝与盐酸反应的过程中放出热量，该反应属于放热反应。化学方程式为：2Al6HCl=2AlCl33H2,【探究活动2】Ba(OH)28H2O与NH4Cl晶体的反应实验步骤：将约20 g Ba(OH)28H2O晶体研细后与约10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片上，用玻璃棒快速搅拌，闻气味，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯，观察现象。实验现象及结论：,【探究活动3】酸碱中和反应中的能量变化实验步骤：如图所示，在50 mL烧杯中加入20 mL 2 molL1的盐酸，测其温度。另用量筒量取20 mL 2 molL1的NaOH溶液，测其温度，并缓缓
15、地倾入烧杯中，边加边用环形玻璃搅拌棒搅拌。观察反应中溶液温度的变化过程，并做好记录。实验现象：温度计显示温度逐渐升高。,结论：酸碱中和反应是放热反应。归纳总结：我们可以从以下两个角度来理解吸热反应和放热反应。(1)化学键角度：在化学反应过程中，如果新化学键形成时释放的能量大于破坏旧化学键所需要吸收的能量，即E放E吸，则为放热反应；若破坏旧化学键所需吸收的能量大于形成新化学键时放出的能量，即E吸E放，则为吸热反应。,(2)从物质本身所具有的能量角度：各种物质所具有的能量不同。若发生化学反应时，反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，那么有一部分能量就会以热能形式释放出来，这就是放热反应。若
16、反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，在发生化学反应时，反应物需吸收一定的能量才能转化成生成物，这就是吸热反应。4化学能与热能相互转化的意义(1)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。(2)热能转化为化学能是人们进行化学科学研究、创造新物质不可或缺的条件和途径。,5人类利用能源的三个阶段柴草时期、化石能源时期、多能源结构时期。目前，最有希望的新能源是太阳能、风能与氢能等，这些新能源的特点是资源丰富、可再生、对环境没有污染或污染少。,(2014经典习题选萃)已知反应XY=MN为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是()AX的能量一定低于M的，
17、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DX和Y的总能量一定低于M和N的总能量,典例透析,【解析】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。【答案】D,3(2014西安市一中高一第一次考试)下图表示H2和Br2反应的历程，其中虚线表示的是使用催化剂的反应历程，下列说法正确的是()A正反应为吸热反应B
18、正反应为放热反应C加入催化剂，该化学反应的反应热增大D从图中可以看出，该反应的反应热与反应途径有关,变式训练,答案：A点拨：图中生成物总能量高于反应物总能量，反应为吸热反应，A项正确，B项不正确；加入催化剂影响反应速率，但不能影响反应热，C项不正确；反应热与反应途径无关，D项不正确。,1(2014洋河实验中学高一期末)对于化学反应中的能量变化，表述正确的是()A中和反应是吸热反应B燃烧属于放热反应C断开化学键的过程会放出能量D加热才能发生的反应一定是吸热反应答案：B,2(2014临沂一中高一期中)下列反应中，属于氧化还原反应同时又是吸热反应的是()ABa(OH)28H2O与NH4Cl反应B铝与
19、稀盐酸C灼热的炭与水蒸气生成一氧化碳和氢气的反应D煤与O2的燃烧反应答案：C点拨：A为非氧化还原反应，B、C、D为氧化还原反应，其中C为吸热反应，B和D为放热反应。,3(2014嘉祥一中5月质检)下列各图中，表示Ba(OH)28H2O(s)2NH4Cl(s)=BaCl2(s)2NH3(g)10H2O(l)能量变化的是(),答案：A点拨：题中所给反应为吸热反应，即反应物的总能量低于生成物的总能量，A项正确。,4(2014衡阳市八中高一联赛)已知2SO2O22SO3为放热反应，关于该反应的下列说法正确的是()AO2的能量一定高于SO2的能量BSO2和O2的总能量一定高于SO2的总能量CSO2的能量
20、一定高于SO3的能量D因该反应放热，故不必加热反应就可发生答案：B点拨：放热反应中反应物总能量大于生成物总能量，该反应为放热反应，故SO2和O2的总能量一定高于SO3的总能量，该反应需加热且有催化剂存在才能进行。,5(2014四川新津中学高一月考)化学反应A2B2=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1 mol AA键和1 mol BB键能放出x kJ的能量,C断裂2 mol AB键需要吸收y kJ的能量D2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量答案：C点拨：由图知1 mol A2和1 mol B2的总能量大于2 mol AB的
21、总能量，该反应为放热反应，A、D错误；化学键断裂时吸热，B错误；由图知2 mol AB键断裂吸收y kJ的能量，C正确。,6(2014试题调研)某同学做如下实验，以检验反应中的能量变化。(1)实验中发现反应后，(a)中温度升高，由此可以判断(a)中反应是_热反应；(b)中温度降低，由此可以判断(b)中反应是_热反应。,(2)写出铝与盐酸反应的离子方程式_。(3)根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应该_其生成物的总能量。答案：(1)放吸(2)2Al6H=2Al33H2(3)低于点拨：(1)反应后(a)中温度升高，(b)中温度降低，说明(a)中反应为放热反应，(b)中反应为吸热反应。(2)铝与盐酸反应的离子方程式为2Al6H=2Al33H2。(3)(b)中反应为吸热反应，根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应该低于其生成物的总能量。,多角度认识化学反应的过程从原子与分子关系的角度来说，化学反应过程是旧的分子分裂成原子，原子又重新结合为新的分子的过程。从化学键的角度来说，化学反应过程是旧化学键断裂和新化学键形成的过程，这是化学反应过程的实质。从能量变化的角度来说，化学反应过程是热能、电能或光能等转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来，或者说“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来的过程。,