2020版新教材高中化学第2章化学键化学反应规律第2节第1课时化学反应中能量变化的本质及转化形式课件鲁科版必修第二册 41页

第 1 课时　化学反应中能量变化的本质 转化形式 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 化学反应的实质是 旧化学键 断裂 , 新化学键 形成。 2 . 化学反应中旧键的断裂需要 吸收 能量 , 新化学键的生成需要 释放 能量 , 二者能量差异造成了化学反应中能量的转化。 3 . 甲烷、氢气等可燃物燃烧会 放出 热量。   知识铺垫 新知预习 自主测试 一、化学反应中的能量变化 1 . 木炭在空气中燃烧 , 化学能要转化成 热能 和 光能 。 2 . 电解水时 电能 转化为 化学能 , 化学能也可以转化成 电能 。 二、活动探究 —— 感受化学反应中的能量变化 知识铺垫 新知预习 自主测试 结论 : 化学反应都会伴随 能量 的变化 , 有的 释放 能量 , 有的 吸收 能量。 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。 知识铺垫 新知预习 自主测试 三、化学反应中能量变化的原因 1 . 从化学键的变化角度分析 E 1 < E 2 时 , 反应 放出 能量 , 反应释放能量数值 = E 2 - E 1 。 E 1 > E 2 时 , 反应 吸收 能量 , 反应吸收能量数值 = E 1 - E 2 。 知识铺垫 新知预习 自主测试 2 . 从物质所具有的总能量关系分析 反应物总能量 > 生成物总能量 , 反应 释放 能量。 反应物总能量 < 生成物总能量 , 反应 吸收 能量。 四、能量转化形式 化学能 热能 、 电能 或 光能 等。 知识铺垫 新知预习 自主测试 【微思考 1 】 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗 ? 提示 : 不一定。加热只是反应所需的一种条件 , 并不能证明一定是吸热反应。反应放热还是吸热取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小。只要反应物总能量大于生成物总能量 , 反应一定放热。 【微思考 2 】 有热量放出的变化都是放热反应吗 ? 吸收热量的变化都是吸热反应吗 ? 提示 : 不一定。如图 , 物质的各种状态之间的转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。 知识铺垫 新知预习 自主测试 1 . 判断正误 , 正确的打 “ √ ”, 错误的打 “×” 。 (1) 任何化学反应都伴随能量变化。 ( 　　 ) (2) 反应物的总能量高于生成物的总能量时 , 反应放热。 ( 　　 ) (3) 化学键断裂需要吸收能量 , 化学键形成会放出能量。 ( 　　 ) (4) 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。 ( 　　 ) (5) 化学反应中的能量变化全部是以热量的形式转化的。 ( 　　 ) 答案 : (1) √ 　 (2) √ 　 (3) √ 　 (4)× 　 (5)× 知识铺垫 新知预习 自主测试 2 . 下列反应属于放热反应的是 ( 　　 ) B.Zn 与稀盐酸反应制备氢气 C.NaOH 溶于水 D. 石灰石分解制备氧化钙 答案 : B 解析 : C 与 CO 2 反应生成 CO 是吸热反应 , 故 A 项错误 ; 锌与稀盐酸反应属于放热反应 , 故 B 项正确 ;NaOH 溶于水是物理变化 , 而放热反应首先应该是化学变化 , 故 C 项错误 ; 石灰石受热分解是吸热反应 , 故 D 项错误。 知识铺垫 新知预习 自主测试 3 . 放热反应一定是 ( 　　 ) A. 断开反应物中的化学键吸收的能量比形成生成物中的化学键放出的能量多 B. 贮存能量 C. 反应物的总能量高于生成物的总能量 D. 反应物的总能量低于生成物的总能量 答案 : C 解析 : 放热反应的判断可从能量的变化分析 , 亦可从化学反应的本质 ( 微观结构角度 ) 上分析。放热反应放出的热量 ( Q )= 形成化学键放出的能量 - 断裂化学键吸收的能量 = 反应物的总能量 - 生成物的总能量 >0,C 项正确。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 化学反应中的能量变化的原因 问题探究 某学生用如图所示装置进行化学反应 X+2Y=2Z 能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂 Y 时 , 看到 U 形管中液面甲处降、乙处升。试分析产生该现象的原因是什么 ? 提示 : 当往试管中加入试剂 Y 时 , 看到 U 形管中液面甲处下降 , 乙处上升 , 说明该反应为放热反应 , 放出的热使得锥形瓶中的气压升高而出现该现象。反应物的能量高于生成物的能量 , 反应放热 ; 该反应过程中可以看成是贮存在 X 、 Y 内部的部分能量转化为热量而释放出来。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 知识归纳 放热反应与吸热反应的比较 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 典例剖析 例 1 为了探究化学能与热能的转化 , 某实验小组设计了如图所示三套实验装置。 (1) 上述 3 个装置中 , 不能证明 “ 铜与浓硝酸反应是吸热反应还是放热反应 ” 的是 　　　　 。   (2) 某同学选用装置 Ⅰ 进行实验 ( 实验前 U 形管里液面左右相平 ), 在甲试管里加入适量氢氧化钡溶液与稀硫酸 ,U 形管中可观察到的现象是 　　　　　　　　　　 , 说明该反应属于 　　　　 ( 填 “ 吸热 ” 或 “ 放热 ”) 反应。   任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (3) 为探究固体 M 溶于水的热效应 , 选择装置 Ⅱ 进行实验 ( 溶解或化学反应在甲中进行 ) 。 ① 若 M 为钠 , 则实验过程中烧杯中可观察到的现象是 　　　　 。   ② 若观察到烧杯里产生气泡 , 则说明 M 溶于水 　　　　　　　　 ( 填 “ 一定是放热反应 ”“ 一定是吸热反应 ” 或 “ 可能是放热反应 ”);   ③ 若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱 , 液面高于烧杯中液面 , 则 M 可能是 　　　　 。   (4) 至少有两种实验方法能证明超氧化钾与水的反应 (4KO 2 +2H 2 O=4KOH+3O 2 ↑) 是放热反应还是吸热反应。 方法 ① : 选择上述装置 　　　　 ( 填 “ Ⅰ ”“ Ⅱ ” 或 “ Ⅲ ”) 进行实验 ;   方法 ② : 取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上 , 向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水 , 片刻后 , 若观察到脱脂棉燃烧 , 则说明该反应是 　　　　 ( 填 “ 吸热 ” 或 “ 放热 ”) 反应。   任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : (1) Ⅲ 　 (2) 左端液柱降低 , 右端液柱升高　放热　 (3) ① 产生气泡 , 反应完毕后 , 冷却至室温 , 烧杯里的导管内液面上升　 ② 可能是放热反应　 ③ NH 4 NO 3 ( 合理即可 ) 　 (4)“ Ⅰ ” 或 “ Ⅱ ” 　放热 解析 : (1) 可通过装置 Ⅰ 的 U 形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝酸的反应是放热还是吸热 ; 装置 Ⅱ 可通过烧杯中是否产生气泡判断铜与浓硝酸的反应放热还是吸热 ; 装置 Ⅲ 只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置 , 不能证明该反应是放热反应还是吸热反应。 (2) 氢氧化钡与硫酸反应属于中和反应 , 中和反应都是放热反应 , 所以锥形瓶中气体受热膨胀 , 导致 U 形管左端液柱降低 , 右端液柱升高。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (3) ① 若 M 为钠 , 钠与水反应生成氢氧化钠和氢气 , 该反应为放热反应 , 放出的热量使大试管中温度升高 , 气体压强增大 , 所以右边烧杯中有气泡产生 , 反应完毕后 , 冷却至室温 , 烧杯里的导管内液面上升 ; ② 若观察到烧杯里产生气泡 , 说明 M 溶于水可能放出热量 , 由于放热反应一定属于化学变化 , 而有热量放出的过程不一定为化学变化 , 所以不一定属于放热反应 , 某些物质 ( 如氢氧化钠 ) 溶于水放热 , 但不是化学反应 ; ③ 若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱 , 液面高于烧杯中液面 , 说明装置中气体的压强减小 , 则 M 可能是硝酸铵 , 硝酸铵溶于水吸收热量 , 温度降低 , 气体压强减小。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (4) 至少有两种实验方法能证明超氧化钾与水的反应 (4KO 2 +2H 2 O=4KOH+3O 2 ↑) 是放热反应还是吸热反应 , 方法 ① : 选择题给装置 Ⅰ ( 或 Ⅱ ) 进行实验 , 装置 Ⅰ 右边 U 形管中左端液柱降低 , 右端液柱升高 ( 或装置 Ⅱ 烧杯中导管中有气泡放出 ), 证明该反应为放热反应 ; 方法 ② : 取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上 , 向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水 , 片刻后 , 若观察到脱脂棉燃烧 , 则说明该反应放出大量热 , 使棉花燃烧 , 证明该反应是放热反应。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 放热反应与吸热反应的判断方法 (1) 从化学键变化的角度判断 , 如果旧键断裂吸收的能量大于新键形成释放的能量 , 则该反应为吸热反应 , 反之则为放热反应。 (2) 从物质本身具有的能量高低判断 , 如果反应物的总能量大于生成物的总能量 , 则该反应为放热反应 , 反之则为吸热反应。 (3) 从反应的热效应判断 , 如果反应后体系温度降低 , 则该反应属于吸热反应 , 反之则属于放热反应。 (4) 从反应的加热方式判断 , 需要持续加热才能进行的反应一般是吸热反应 , 如碳酸钙的受热分解 ; 若反应在开始时需要加热 , 反应开始后不再加热就能继续进行 , 则该反应为放热反应 , 如铁与硫的反应。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练 1 - 1 化学反应中必然伴随着物质变化和能量变化 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A.NaOH 溶于水共价键断裂并放出热量 , 所以该过程是放热反应 B. 吸热反应一定要在加热或高温条件下才能进行 C. 如图可表示放热反应中的能量变化 D. 焰色试验有能量变化 , 所以焰色试验是化学反应 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : C 解析 : NaOH 溶于水共价键断裂并放出大量的热 , 没有产生新物质 , 不是化学变化 , 不能称为放热反应 ,A 项错误 ; 吸热反应不一定要在加热或高温条件下才能进行 , 例如氢氧化钡与氯化铵固体之间的反应 ,B 项错误 ; 图中反应物总能量高于生成物总能量 , 因此可表示放热反应中的能量变化 ,C 项正确 ; 焰色试验属于物理变化 ,D 项错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 A. 两步反应均为吸热反应 B. 三种物质中 C 最稳定 C.A 与 C 的能量差为 E 4 答案 : B 解析 : 从图看 , 题给反应分为两个阶段 , 第一阶段为吸热反应 , 第二阶段为放热反应 , 总反应 A C 为放热反应 ,A 项错误 ;A 、 B 、 C 三种物质 ,C 的能量最低 , 性质最稳定 ,B 项正确 ;A 、 C 的能量差值为图中的 E 5 ,C 项错误 ;A B 反应是吸热反应 , 但不一定需要加热 ,D 项错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 化学反应中能量变化的计算 问题探究 用 H 2 和 O 2 反应的实例探究化学反应中能量变化的实质 在 25 ℃ 和 101 kPa 的条件下 , 燃烧 1 mol H 2 生成水蒸气的能量变化 : (1) 吸收的总能量为多少 ? (2) 释放的总能量为多少 ? (3) 这个反应释放出能量还是吸收能量 ? 释放或吸收多少能量 ? 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 提示 : 燃烧 1 mol H 2 生成水蒸气的能量变化为 : (1) E 总吸 =436 kJ+249 kJ=685 kJ; (2) E 总放 =930 kJ; (3) E 总放 > E 总吸 , 反应释放的能量为 930 kJ-685 kJ=245 kJ 。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 知识归纳 1 . 化学反应中能量变化的实质 化学反应中能量的变化 Δ Q = 反应物的总键能 ( 断开旧键吸收的能量 )- 生成物的总键能 ( 形成新键放出的能量 ) 。计算得到的值如果是正值 , 则该反应为吸热反应 ; 如果是负值 , 该反应为放热反应。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 典例剖析 例 2 已知反应 H 2 (g)+I 2 (g) 2HI(g) 中 , 每生成 2 mol HI 时会有 a kJ 的能量放出 , 已知可逆反应中反应物不能完全反应 , 又知有关化学键键能如下 : 下列说法正确的是 ( 　　 ) A.1 mol H 2 的能量比 2 mol H(g) 的能量高 B. 将 0.5 mol H 2 与 1 mol I 2 (g) 混合充分反应后放出的热量为 0.5 a kJ C.H—I 键的键能为 0.5( a+b+c )kJ·mol -1 D.H(g)+I(g) HI(g) 是吸热变化 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : C 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练 2 - 1 已知断开 1 mol H—H 键吸收的能量为 436 kJ, 形成 1 mol N—H 键放出的能量为 391 kJ, 根据化学方程式 N 2 +3H 2 2NH 3 , 反应消耗 1 mol N 2 放出的能量为 92.4 kJ, 则断开 1 mol N ≡ N 键吸收的能量是 ( 　　 ) 　　　　　　　　 A.945.6 kJ B.869 kJ C.649.6 kJ D.431 kJ 答案 : A 解析 : 设断开 1 mol N ≡ N 键需吸收的能量为 x , 根据反应放出的能量 = 形成新键放出的能量 - 断开旧键吸收的能量可知 :92.4 kJ=6×391 kJ-3×436 kJ- x , 解得 x =945.6 kJ 。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 变式训练 2 - 2 如图为 N 2 (g) 和 O 2 (g) 反应生成 NO(g) 过程中的能量变化。下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 通常情况下 ,N 2 比 NO 稳定 B.“ 雷雨发庄稼 ” 中涉及 N 2 (g) 和 O 2 (g) 的反应 C.1 mol N 2 (g) 和 1 mol O 2 (g) 反应吸收的能量为 179.3 kJ D.NO 是酸性氧化物 , 可直接用氢氧化钠溶液吸收而除去 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : D 解析 : 氮气中键能很大 , 通常情况下 ,N 2 比 NO 稳定 ,A 项正确 ;“ 雷雨发庄稼 ” 中涉及 N 2 (g) 和 O 2 (g) 反应生成 NO,B 项正确 ;1 mol N 2 (g) 和 1 mol O 2 (g) 反应吸收的能量为 946 kJ+497.3 kJ-2×632 kJ=179.3 kJ,C 项正确 ;NO 不是酸性氧化物 , 与氢氧化钠溶液不反应 ,D 项错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 1 . 下列说法不正确的是 ( 　　 ) A. 放热反应不需加热即可发生 B. 化学反应过程中的能量变化除了热能外 , 也可以是光能、电能等 C. 需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应 D. 化学反应中能量变化的数值与参加反应的物质多少有关 答案 : A 解析 : 放热反应不一定不需加热即可发生 , 例如煤燃烧等 ,A 项错误 ; 化学反应过程中的能量变化除了热能外 , 也可以是光能、电能等 ,B 项正确 ; 需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应 , 例如碳燃烧等 ,C 项正确 ; 化学反应中能量变化的数值与参加反应的物质多少有关 ,D 项正确。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 2 . 如图所示 , 有关化学反应和能量变化的说法正确的是 ( 　　 ) A. 图 a 表示的是吸热反应的能量变化 B. 图 b 中生成物比反应物稳定 C. 图 b 可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化 D. 图 a 不需要加热就一定能发生 , 图 b 一定需要加热才能发生 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : C 解析 : 图 a 中反应物总能量高于生成物总能量 , 故为放热反应 , 故 A 项错误 ; 图 b 中反应物总能量低 , 反应物比生成物稳定 , 故 B 项错误 ; 图 b 中反应物总能量低于生成物总能量 , 可以表示吸热反应 , 故 C 项正确 ; 图 a 表示的是放热反应 , 所有的燃烧反应均为放热反应 , 但是多数的燃烧反应开始时需要加热 , 故 D 项错误。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 3 .( 双选 ) 下列关于能量变化的说法正确的是 ( 　　 ) A. 冰融化成水吸收热量 B. 金属与酸反应吸收能量 C. 生成物的总能量一定低于反应物的总能量 D. 化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因 答案 : AD 解析 : 冰融化成水需要吸收热量 ,A 项正确 ; 金属与酸反应放出能量 ,B 项错误 ; 有放热反应也有吸热反应 , 所以生成物的总能量不一定低于反应物的总能量 ,C 项错误 ; 化学反应的过程 , 就是旧键断裂和新键形成的过程 , 断键和成键会吸收和释放能量 , 所以任何化学反应都有能量变化 , 就是化学键的断裂和形成导致的 ,D 项正确。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 4 . 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.H 2 O 分解为 H 2 与 O 2 时放出热量 B. 生成 1 mol H 2 O 时吸收热量 245 kJ C. 甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙 > 甲 > 丙 D. 氢气和氧气的总能量小于水的能量 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : C 解析 : 由图中信息可知 ,1 mol H 2 断裂共价键变为 2 mol H 要吸收 436 kJ 的能量 ,0.5 mol O 2 断裂共价键变为 1 mol O 要吸收 249 kJ 的能量 ,2 mol H 和 1 mol O 结合成 1 mol H 2 O 要放出 930 kJ 的能量 , 因此可以算出 1 mol H 2 和 0.5 mol O 2 反应生成 1 mol H 2 O 要放出 245 kJ 的能量 , 同时可知水分解为 H 2 与 O 2 时吸收热量。 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 5 . 如图所示 , 把试管放入盛有 25 ℃ 的饱和石灰水的烧杯中 , 试管中开始放入几小块镁片 , 再用滴管滴入 5 mL 盐酸于试管中。试回答下列问题 : 任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 (1) 实验中观察到的现象是 　　　　　　　　　 ( 选填代号 ) 。   A. 试管中镁片逐渐溶解 B. 试管中产生无色气泡 C. 烧杯外壁变冷 D. 烧杯底部析出少量白色固体 (2) 试管中发生的反应属于 　　　　　　　　　 ( 选填 “ 氧化还原反应 ” 或 “ 非氧化还原反应 ”) 。   (3) 写出有关反应的离子方程式 　　　　　　　　　　　　　　　　 。   (4) 由实验推知 ,MgCl 2 溶液和 H 2 的总能量 　　　　　 ( 填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ”) 镁片和盐酸的总能量。   任务一 任务二 素养脉络 随堂检测 答案 : (1)ABD 　 (2) 氧化还原反应　 (3)Mg+2H + =Mg 2+ +H 2 ↑ 　 (4) 小于 解析 : (1) 当向试管中不断滴加稀盐酸时 , 发生反应 Mg+2HCl=MgCl 2 +H 2 ↑; 因此会看到试管中镁片逐渐溶解 , 同时有无色气泡产生 , 由于上述反应是放热反应 , 所以试管的外壁会变热。而 Ca(OH) 2 在水中的溶解度会随着温度的升高而降低 , 所以温度升高 ,Ca(OH) 2 的溶解度减小 , 会析出 Ca(OH) 2 固体。因此选 A 、 B 、 D 。 (2) 试管中发生的反应从基本类型看属于置换反应 , 由于在反应前后元素的化合价发生了变化 , 所以从反应实质看属于氧化还原反应。 (3) 有关反应的离子方程式为 Mg+2H + =Mg 2+ +H 2 ↑ 。 (4) 由于该反应是放热反应 , 所以由实验推知 ,MgCl 2 溶液和 H 2 的总能量小于反应物镁片和盐酸的总能量。