2018-2019學年高中化學 第二章 化學反應與能量 2.1 化學能與熱能學案 新人教版必修2.doc

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第一節(jié) 化學能與熱能一、化學鍵與化學反應中能量變化的關系1化學反應中能量變化的原因微觀角度(1)化學反應過程(2)化學反應中能量變化的原因2化學反應中能量的決定因素宏觀角度圖示能量相對大小反應物的總能量大于生成物的總能量反應物的總能量小于生成物的總能量(1)化學反應的兩大基本特征：物質種類發(fā)生變化和能量發(fā)生變化。(2)化學鍵的斷裂和形成是物質在化學反應中發(fā)生能量變化的主要原因。例1H2Cl2=2HCl的反應過程如下圖所示：(1)根據上圖填寫下表：化學鍵斷裂或形成1mol化學鍵時能量變化反應中能量變化ClCl吸收243kJ共吸收_kJHH吸收436kJHCl放出431kJ共放出_kJ(2)該反應_(填“放出”或“吸收”)_kJ熱量?？键c化學鍵與化學反應中的能量變化的關系題點由化學鍵的變化認識反應中的能量變化答案(1)679862(2)放出183例2已知1g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時放出能量121kJ，且氧氣中1molO=O鍵完全斷裂時需要吸收能量496kJ，水蒸氣中1molHO鍵形成時放出能量463kJ，則氫氣中1molHH鍵斷裂時吸收的能量為()A920kJB557kJC436kJD188kJ考點化學鍵與化學反應中能量變化的關系題點利用化學鍵求算化學反應中的能量變化答案C解析由1gH2完全燃燒生成水蒸氣時放出能量121kJ可知：2gH2(即含1molHH鍵)完全燃燒生成水蒸氣時放出的能量為121kJ2242kJ。由化學方程式H2(g)O2(g)H2O(g)可設1molHH鍵斷裂吸收的能量為Q，則：Q496kJ2463kJ242kJ，Q436kJ。二、化學能與熱能的相互轉化1兩條基本的自然定律(1)質量守恒定律：自然界的物質發(fā)生轉化時，總質量不變。(即反應前后原子個數、元素種類、原子質量不變)。(2)能量守恒定律：一種形式的能量可以轉化為另一種形式的能量，但是體系包含的總能量不變。2放熱反應和吸熱反應(1)實驗探究實驗操作實驗現象結論看到有氣泡產生、用手觸摸反應后的試管，手感到熱用溫度計測得反應后溫度升高該反應放出熱量聞到刺激性氣味，燒杯壁發(fā)涼，玻璃片和燒杯黏在一起，混合物呈糊狀該反應吸收熱量混合后溶液溫度比原來的兩種溶液的溫度高該反應放出熱量(2)概念放出熱量的化學反應為放熱反應。吸收熱量的化學反應為吸熱反應。(3)常見的吸熱反應和放熱反應常見的放熱反應有：燃燒反應、中和反應、金屬與水或酸的反應、大多數化合反應。常見的吸熱反應有：大多數分解反應、氫氧化鋇晶體與氯化銨的反應、CCO22CO、CH2O(g)COH2等。放熱反應與吸熱反應比較類型比較放熱反應吸熱反應定義放出熱量的反應吸收熱量的反應形成原因反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量反應物具有的總能量小于生成物具有的總能量與化學鍵的關系生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應物分子斷鍵時吸收的總能量生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應物分子斷鍵時吸收的總能量圖示例3硅是太陽能電池的重要材料。工業(yè)冶煉純硅的原理是：粗硅冶煉：SiO22CSi2CO。精煉硅：Si3HClSiHCl3H2；SiHCl3H2Si3HCl?；瘜W反應與能量變化如圖所示，回答下列問題：(1)是_反應，是_反應，是_反應(填“吸熱”或“放熱”)。(2)反應破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量_(填“大于”或“小于”)形成生成物中化學鍵所放出的能量。考點化學能與熱能的相互轉化題點常見的吸熱反應與放熱反應答案(1)吸熱放熱吸熱(2)小于解析(2)因為反應是放熱反應，所以破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量小于形成生成物中化學鍵所放出的能量。例4下列說法正確的是()需要加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應放熱反應在常溫下一定很容易發(fā)生反應是放出能量還是吸收能量必須看反應物和生成物所具有的總能量的相對大小有的放熱反應加熱到一定溫度引發(fā)后，停止加熱反應也能繼續(xù)進行A只有B只有CD考點化學能與熱能的相互轉化題點多角度認識吸熱反應與放熱反應答案A解析加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸熱反應，如銅在氯氣中燃燒；放熱反應在常溫下不一定容易發(fā)生，如N2與H2合成NH3；反應是放熱還是吸熱取決于反應物、生成物所具有的總能量的相對大?。恍枰訜岵拍馨l(fā)生的放熱反應，如果反應放出的熱量達到反應所需要的熱量，停止加熱反應也能繼續(xù)進行，如FeSFeS。特別提示(1)“三個不一定”需加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸熱反應，如碳和氧氣的反應；放熱反應常溫下不一定容易發(fā)生，如鋁熱反應；吸熱反應也不一定需要加熱，如Ba(OH)28H2O晶體和NH4Cl晶體的反應。(2)吸熱反應和放熱反應都是化學變化，如NaOH固體溶于水是放熱過程，但不是放熱反應；如升華、蒸發(fā)等過程是吸熱過程，但不是吸熱反應。三、化學能與熱能相互轉化的應用1化學能與熱能的相互轉化在生活、生產中的應用化學物質中的化學能通過化學反應轉化成熱能，提供了人類生存和發(fā)展所需要的能量和動力，如化石燃料的燃燒、炸藥開山、發(fā)射火箭等；而熱能轉化為化學能是人們進行化工生產、研制新物質不可或缺的條件和途徑，如高溫冶煉金屬、分解化合物等。2生物體中的能量轉化及利用能源物質在人體中氧化分解生成CO2和H2O，產生的能量一部分以熱量的形式散失；另一部分作為可轉移能量在人體內利用(如合成代謝)。3人類對能源的利用(1)人類利用能源的三個階段柴草時期、化石能源時期和多能源結構時期。(2)可再生能源和清潔能源是兩類重要的新能源，主要有太陽能、氫能、核能、生物質能等。例5“能源分類相關圖”如下圖所示，四組能源選項中全部符合圖中陰影部分的能源是()A煤炭、石油、潮汐能B水能、生物能、天然氣C太陽能、風能、沼氣D地熱能、海洋能、核能考點化學能與熱能相互轉化的應用題點能源類別答案C解析A項，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B項，天然氣不是新能源，也不是可再生能源；D項，地熱能是來自地球內部的能源，核能不是可再生能源，也不是來自太陽的能源。1判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)化學反應過程中不一定都有能量變化()(2)鎂帶燃燒時，化學能全部轉化為熱能()(3)有能量放出的變化都是放熱反應，吸收能量的變化都是吸熱反應()(4)對于放熱反應2H2O22H2O來說，斷裂1個HH鍵和1個O=O鍵所吸收的能量小于形成1個HO鍵所放出的能量()(5)由OOO2(放出能量493kJ)和NNN2(放出能量946kJ)可得在常溫下氮氣比氧氣穩(wěn)定()考點化學能與熱能的相互轉化題點化學反應中能量變化的相關綜合答案(1)(2)(3)(4)(5)2化學反應的發(fā)生必然伴隨能量的轉化，其最根本的原因是()A化學反應中一定有新物質生成B化學反應中舊的化學鍵的斷裂需要吸收能量，新的化學鍵的形成需要放出能量C化學反應通常需要加熱等條件才能發(fā)生D能量變化是化學反應的基本特征之一考點化學鍵與化學反應中的能量轉化題點化學反應的基本特征答案B解析斷裂舊鍵時，需要吸收一定的能量來克服原子(或離子)間的作用力，形成新鍵時，又要釋放一定的能量，并且吸收和釋放的能量不相等，所以化學反應必然伴隨能量的變化。3(2017河北承德一中月考)下列關于圖示說法正確的是()A該圖表明催化劑可以改變反應的熱效應B該圖表示某反應能量的變化與生成物狀態(tài)無關C該圖表示某吸熱反應分別在有無催化劑的情況下反應過程中的能量變化D該圖表明化學反應不僅遵循質量守恒定律，也遵循能量守恒定律考點化學鍵與化學反應中的能量轉化題點由圖像分析化學反應中的能量轉化答案D解析A項，起始能量與最終能量不變，因此催化劑不能改變反應的熱效應，故錯誤；B項，圖中并沒有表現出物質的狀態(tài)，因此不能得出該結論，且反應能量的變化與生成物狀態(tài)有關，故錯誤；C項，生成物的總能量低于反應物的總能量，因此該反應為放熱反應，故錯誤；D項，多余的能量以熱量的形式釋放，因此遵循能量守恒定律，故正確。4將鐵粉和硫粉混合后加熱，待反應一發(fā)生即停止加熱，反應仍可持續(xù)進行，直至反應完全生成新物質硫化亞鐵。這現象說明了()A該反應是吸熱反應B該反應是放熱反應C鐵粉和硫粉在常溫下可以發(fā)生反應D硫化亞鐵的總能量高于鐵粉和硫粉的總能量考點化學能與熱能的轉化題點吸熱或放熱反應的實驗或探究答案B解析反應發(fā)生后停止加熱，反應仍可持續(xù)進行說明反應為放熱反應，A錯誤，B正確；反應需要加熱才能發(fā)生，常溫下不能進行，C錯誤；反應是放熱反應，所以反應物的總能量高于生成物的總能量，D錯誤。5為消除目前燃料燃燒時產生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機，有關專家提出了利用太陽能制取氫能的構想。下列說法正確的是()AH2O的分解反應是放熱反應B氫能源已被普遍使用C氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值D2molH2O具有的總能量低于2molH2和1molO2具有的總能量考點化學能與熱能的轉化題點化學能與熱能相互轉化的應用答案D解析水的分解是吸熱反應，A錯誤；氫能源由于受貯存和運輸等因素的限制，還未普遍使用，但有巨大的開發(fā)利用價值，B、C錯誤；2molH2在1molO2中完全燃燒生成2molH2O，并放出大量的熱，D正確。6下表中的數據是破壞1mol物質中的化學鍵所消耗的能量：物質Cl2Br2I2HClHBrHIH2能量/kJ243193151432366298436根據上述數據回答下列問題：(1)下列物質本身具有的能量最低的是_(填字母)。AH2BCl2CBr2DI2(2)下列氫化物中最穩(wěn)定的是_(填字母)。AHClBHBrCHI(3)X2H2=2HX(X代表Cl、Br、I)的反應是_(填“吸熱”或“放熱”)反應。(4)相同條件下，X2(X代表Cl、Br、I)分別與氫氣反應，當消耗等物質的量的氫氣時，放出或吸收的熱量最多的是_。考點化學鍵與化學反應中能量變化題點化學反應中能量變化與物質的穩(wěn)定性答案(1)A(2)A(3)放熱(4)Cl2解析(1)、(2)破壞1mol物質中的化學鍵所消耗的能量越高，則物質越穩(wěn)定，所具有的能量越低。(3)、(4)以氯元素為例計算斷開1molClCl鍵和1molHH鍵需吸收能量：243kJ436kJ679kJ，而形成2molHCl鍵放出的能量為2432kJ864kJ，所以在Cl2H2=2HCl反應中放出864kJ679kJ185kJ的熱量，同理可計算在Br2H2=2HBr、I2H2=2HI反應中分別放出103kJ、9kJ的熱量。對點訓練題組一化學鍵與化學反應中的能量變化1下列對化學反應的認識錯誤的是()A會引起化學鍵的變化B會產生新的物質C必然引起物質狀態(tài)的變化D必然伴隨著能量的變化考點化學鍵與化學反應中的能量變化題點化學反應的基本特征答案C解析化學反應的本質是化學鍵的斷裂和形成，表現為有新物質生成，并伴隨著能量的變化，而化學變化中的反應物和生成物的狀態(tài)在反應前后可能相同，也可能不相同，故C項符合題意。2氫氣在氯氣中燃燒產生蒼白色火焰。在反應過程中，破壞1mol氫氣中的化學鍵消耗的能量為Q1kJ，破壞1mol氯氣中的化學鍵消耗的能量為Q2kJ，形成1mol氯化氫中的化學鍵釋放的能量為Q3kJ。下列關系式中正確的是()AQ1Q2Q3CQ1Q22Q3考點化學鍵與化學反應中的能量變化題點從化學鍵的變化認識反應中的能量變化答案A解析由于Cl2和H2反應生成HCl要放出熱量，所以Q1Q22Q3。3已知斷開1molHH鍵吸收的能量為436kJ，形成1molHN鍵放出的能量為391kJ，根據化學方程式N23H22NH3，反應完1molN2放出的能量為92.4kJ，則斷開1molNN鍵需吸收的能量是()A431kJB945.6kJC649kJD869kJ考點化學鍵與化學反應中能量變化的關系題點由化學鍵的變化計算反應中的能量變化答案B解析設斷開1molNN鍵需吸收的能量為x，根據反應放出的能量形成新鍵放出的能量斷開舊鍵吸收的能量，代入數據：92.4kJ6391kJ3436kJx，x945.6kJ。4已知反應AB=CD的能量變化如圖所示，下列敘述正確的是()A該反應為放熱反應B該反應為吸熱反應C反應物的總能量高于生成物的總能量D該反應只有在加熱條件下才能進行考點化學鍵與化學反應中能量變化的關系題點由圖像分析化學反應中的能量變化答案B5已知化學反應2C(s)O2(g)2CO(g)、2CO(g)O2(g)2CO2(g)都是放熱反應。據此判斷，下列說法不正確的是(其他條件相同)()A12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量B56gCO和32gO2所具有的總能量大于88gCO2所具有的總能量C12gC和32gO2所具有的總能量大于44gCO2所具有的總能量D將一定質量的C燃燒，生成CO2比生成CO時放出的熱量多考點化學鍵與化學反應中的能量變化關系題點由物質的能量認識化學反應中的能量變化答案A解析放出熱量的化學反應，反應物的總能量一定高于生成物的總能量。C和CO的燃燒反應都是放熱反應，所以CO2CO2必然是放熱反應，因此，B、C兩項的說法正確；12gC并不代表反應物的全部，O2也是反應物，所以A項不正確；由于CCO放熱、COCO2放熱，所以CCO2比CCO放出的熱量要多，即D項說法正確。6(2017汕頭高一檢測)化學反應中的能量變化是由化學反應中舊化學鍵斷裂時吸收的能量與新化學鍵形成時放出的能量不同引起的。如圖表示N2 (g)和O2(g)反應生成NO (g)過程中的能量變化，下列說法中正確的是()A1molN2(g)和1molO2(g)反應放出的能量為180kJB1molN2(g)和1molO2(g)具有的總能量小于2molNO(g)具有的總能量C通常情況下，N2 (g)和O2(g)混合能直接生成NODNO是一種酸性氧化物，能與NaOH溶液反應生成鹽和水考點化學鍵與化學變化中的能量變化關系題點多角度認識化學變化中的能量變化答案B解析反應熱就是斷裂舊化學鍵吸收的能量和形成新化學鍵所放出的能量的差值，所以該反應的反應熱是946kJmol1498kJmol12632kJmol1180kJmol1，所以該反應是吸熱反應，所以選項A不正確，選項B正確；氮氣和氧氣反應需要在高溫或放電條件下，選項C不正確；NO不是酸性氧化物，和氫氧化鈉溶液不反應，選項D不正確。7(2017石家莊高一檢測)金剛石與石墨是碳元素的兩種結構不同的單質，彼此互稱同素異形體。在100kPa時，1mol石墨轉化為金剛石要吸收1.895kJ的熱能。據此判斷在100kPa壓強下，下列說法正確的是()A金剛石比石墨更穩(wěn)定B石墨比金剛石更穩(wěn)定C1mol金剛石比1mol石墨的總能量低D1mol金剛石轉變?yōu)槭枰?.895kJ能量考點化學鍵與化學反應中能量變化的關系題點化學反應中能量變化與物質的穩(wěn)定性答案B解析1 mol石墨轉化為金剛石吸收1.895 kJ的熱能，說明金剛石的能量高于石墨，石墨更穩(wěn)定，A項不正確，B項正確，C項不正確；1 mol金剛石轉變?yōu)槭珪r要放出1.895 kJ的能量，D項不正確。題組二化學能與熱能的相互轉化8下列反應一定屬于放熱反應的是()H2SO4與Ba(OH)2溶液的反應Mg與CH3COOH溶液的反應燃燒反應中和反應復分解反應A僅B僅C僅D僅考點化學能與熱能的相互轉化題點常見的放熱反應和吸熱反應答案C解析金屬與酸反應、中和反應、所有燃燒反應都是放熱反應，復分解反應則不一定是放熱反應。9下列關于能源和作為能源使用的物質的敘述中錯誤的是()A化石能源物質內部蘊含著大量的能量B綠色植物進行光合作用時，將太陽能轉化為化學能“貯存”起來C物質的化學能可以在一定條件下轉化為熱能、電能，為人類所利用D吸熱反應沒有利用價值考點化學能與熱能的相互轉化題點化學能與熱能相互轉化的應用答案D解析任何反應都有有利和不利的一面，如CCO2高溫,2CO是吸熱反應，在鋼鐵冶煉中可以利用該反應獲得更多的還原劑CO，故D項錯誤。10如圖表示化學反應過程中的能量變化，據圖判斷下列說法中合理的是()A500mL2.0molL1HCl溶液和500mL2.0molL1NaOH溶液的反應符合圖(a)，且放出熱量為E1B500mL2.0molL1H2SO4溶液和500mL2.0molL1Ba(OH)2溶液的反應符合圖(b)，且吸收熱量為E2C發(fā)生圖(a)能量變化的任何反應，一定不需要加熱即可發(fā)生DCaO、濃硫酸分別溶于水時的能量變化均符合圖(a)考點化學能與熱能的相互轉化題點多角度認識吸熱反應與放熱反應答案A解析圖(a)表示放熱反應，選項A是放熱反應，A項正確；圖(b)表示吸熱反應，選項B是放熱反應，B項錯誤；一些放熱反應需加熱才能發(fā)生，C項錯誤；濃硫酸溶于水雖然會放出熱量，但不屬于化學反應，D項錯誤。11將盛有NH4HCO3粉末的小燒杯放入盛有少量醋酸的大燒杯中。然后向小燒杯中加入鹽酸，反應劇烈，醋酸逐漸凝固。下列說法正確的是()ANH4HCO3和鹽酸的反應是放熱反應B該反應中，熱能轉化為產物內部的能量C反應物的總能量高于生成物的總能量DNH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量考點化學能與熱能的相互轉化題點吸熱或放熱反應實驗與探究答案B解析醋酸逐漸凝固，說明NH4HCO3與鹽酸反應使醋酸的溫度降低，因此該反應為吸熱反應，A錯誤；吸熱反應中反應物吸收能量，吸收的能量轉化為生成物內部的能量儲存在生成物中，B正確；由于NH4HCO3和鹽酸的反應是吸熱反應，故反應物的總能量低于生成物的總能量，C錯誤；NH4HCO3粉末與鹽酸的反應是吸熱反應，各反應物的總能量低于各生成物的總能量，而NH4HCO3僅是兩種反應物之一、NH4Cl僅是三種生成物之一，故無法得出NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量的結論，D錯誤。12下列說法中正確的是()A化學反應中的能量變化，其表現形式除熱能外還可能是光能和電能等B化學反應中的能量變化不一定遵循能量守恒定律C在一個確定的化學反應關系中，反應物的總能量與生成物的總能量可能相同D在一個確定的化學反應關系中，反應物的總能量總是高于生成物的總能量考點化學能與熱能的相互轉化題點化學反應中能量變化的相關綜合答案A解析化學反應中的能量變化一定遵循能量守恒定律；物質發(fā)生化學反應都伴隨著能量的變化，所以反應物的總能量與生成物的總能量一定不同；在一個確定的化學反應中，反應物的總能量(E1)與生成物的總能量(E2)之間的關系：E1E2，化學反應為放熱反應，E1E2，化學反應為吸熱反應。綜合強化13化學反應可視為舊鍵斷裂和新鍵形成的過程?；瘜W鍵的鍵能是形成(或拆開)1mol化學鍵時釋放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6分子結構如圖所示，現提供以下化學鍵的鍵能：PP：198kJmol1、PO：360kJmol1、O=O：498kJmol1，則P4(白磷)3O2=P4O6的反應是_(填“吸熱”或“放熱”)反應，生成1molP4O6_的熱量為_?？键c化學鍵與化學變化中能量變化的關系題點由化學鍵的變化計算能量變化答案放熱放出1638kJ解析斷開舊鍵吸收的能量為1986 kJ3498 kJ2 682 kJ，形成新鍵放出的能量為12360 kJ4 320 kJ，故該反應為放熱反應，生成1 mol P4O6放出的熱量為4 320 kJ2 682 kJ1 638 kJ。14下圖是某同學設計的放熱反應的觀察裝置，其實驗操作如下：按圖示將實驗裝置連接好；在U形管內加入少量紅墨水(或品紅溶液)，打開T形管的全部彈簧夾，使U形管內兩邊的液面處于同一水平面，再關閉彈簧夾c；在盛有1g氧化鈣的小試管里滴入2mL左右的水，觀察現象。試回答：(1)實驗前必須進行的一步實驗操作是_。(2)實驗中觀察到的現象是_。(3)該實驗的原理是_。(4)寫出實驗中發(fā)生反應的化學方程式：_。(5)說明CaO、H2O的能量與Ca(OH)2的能量之間的關系：_。(6)若實驗中CaO換成NaCl，實驗還能否觀察到相同的現象？_(填“能”或“否”)?？键c化學鍵與熱能的相互轉化題點吸熱或放熱反應的實驗與探究答案(1)檢查裝置氣密性(2)U形管內的液體左邊下降，右邊上升(3)CaO和H2O反應放出熱量，使大試管中的空氣受熱膨脹，引起紅墨水(或品紅溶液)在U形管中的位置左低右高(4)CaOH2O=Ca(OH)2(5)1molCaO與1molH2O的能量和大于1molCa(OH)2的能量(6)否15(2017榆林高一檢測)工業(yè)上用CO生產燃料甲醇，一定條件下發(fā)生反應：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)，反應過程中的能量變化情況如圖所示。(1)曲線和曲線分別表示不使用催化劑和使用催化劑的兩種情況。該反應是_(填“吸熱”或“放熱”)反應。計算當反應生成1.5molCH3OH(g)時，能量變化是_kJ。(2)選擇適宜的催化劑_(填“能”或“不能”)改變該反應的反應熱。(3)推測反應CH3OH(g)CO(g)2H2(g)是_(填“吸熱”或“放熱”)反應。考點化學能與熱能的相互轉化題點化學反應中能量變化的綜合答案(1)放熱136.5(2)不能(3)吸熱解析(1)由題圖知反應物的總能量大于生成物的總能量，故該反應為放熱反應，能量差值為510 kJmol1419 kJmol191 kJmol1，則反應生成1.5 mol CH3OH(g)時，能量變化是1.5 mol91 kJmol1136.5 kJ。(2)從圖中可知，曲線和曲線中反應物總能量與生成物總能量的差值不變，即催化劑只能改變化學反應速率，不能改變反應熱。(3)可逆反應的正反應是放熱反應，則其逆反應為吸熱反應。