化学键与化学反应中的能量变化学案（鲁科版必修2）.doc

化学键与化学反应中的能量变化学案（鲁科版必修2） 第3课时 化学键与化学反应中的能量变化一、化学能与热能的相互转化1实验探究实验操作实验现象结论看到有气泡产生用手触摸反应后的试管，手感到热用温度计测得反应后温度升高该反应放出热量闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，玻璃片和烧杯黏在一起，混合物呈糊状该反应吸收热量混合后溶液温度比原来的两种溶液的温度高该反应放出热量2.实验结论每一个化学反应都伴随着能量变化，有的释放能量，有的吸收能量。(1)放热反应和吸热反应的概念放出热量的化学反应为放热反应。吸收热量的化学反应为吸热反应。(2)常见的吸热反应和放热反应常见的放热反应有：燃烧反应、中和反应、金属与水或酸的反应、大多数化合反应。常见的吸热反应有：大多数分解反应、氢氧化钡晶体与氯化铵的反应、CCO2=高温2CO、CH2O(g)=高温COH2等。例1 下列说法正确的是( )需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 放热反应在常温下一定很容易发生 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 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 B只有C D考点 化学能与热能的相互转化题点 多角度认识吸热反应与放热反应答案 A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FeS=FeS。易错警示(1)“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)2 8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。(2)化学反应必然有能量变化，但有能量变化的过程不一定发生化学反应。例2 下列反应过程中的能量变化与如图一致的是( )A2AlFe2O3=高温2FeAl2O3BCCO2=高温2COCCaCO3=高温CaOCO2DCH2O(g)=高温COH2答案 A解析 A项，铝热反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，正确；B、C、D三项均为吸热反应，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，错误。规律总结判断反应放热或吸热的依据是根据反应物和生成物总能量的相对大小。放热反应：反应物总能量 生成物总能量；吸热反应：反应物总能量 生成物总能量。二、化学反应中能量变化的原因分析1化学反应中能量变化与化学键的关系微观角度(1)化学反应过程(2)化学反应中能量变化的原因(3)根据下列信息分析氢气燃烧生成水蒸气时能量的变化情况断裂1 mol H2和12 mol O2中的化学键吸收的总能量：436 kJ249 kJ685 kJ。形成1 mol H2O时释放的总能量：930 kJ。燃烧1 mol H2生成水蒸气时放出能量245 kJ。2化学反应的能量变化与物质内部能量的关系宏观角度图示 能量相对大小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3.化学反应中能量的转化形式主要是化学能与热能之间的相互转化，也有其他形式的能量转化，如化学能可以转化成光能、电能等。放热反应与吸热反应比较类型比较 放热反应吸热反应定义放出热量的反应吸收热量的反应形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量图示 例3 硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的原理是：粗硅冶炼：SiO22C=高温Si2CO；精炼硅：Si3HCl=高温SiHCl3H2；SiHCl3H2=高温Si3HCl。化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题：(1)是 反应，是 反应，是 反应(填“吸热”或“放热”)。(2)反应破坏反应物中的化学键所吸收的能量 (填“大于”或“小于”)形成生成物中化学键所放出的能量。考点 化学能与热能的相互转化题点 常见的吸热反应与放热反应答案 (1)吸热 放热 吸热 (2)小于解析 (2)因为反应是放热反应，所以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。例4 已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ，且氧气中1 mol O=O键完全断裂时需要吸收能量496 kJ，水蒸气中1 mol HO键形成时放出能量463 kJ，则氢气中1 mol HH键断裂时吸收的能量为( )A920 kJ B557 kJC436 kJ D188 kJ考点 化学反应中能量变化与化学键的关系题点 利用化学键求算化学反应中的能量变化答案 C解析 由1 g H2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ可知：2 g H2(即含1 mol HH键)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121 kJ2242 kJ。由化学方程式：H2(g)12O2(g)点燃,H2O(g)可设1 mol HH键断裂吸收的能量为Q，则：Q12496 kJ2463 kJ242 kJ，Q436 kJ。规律总结反应中放出、吸收能量的计算：吸收能量值E吸E放；放出能量值E放E吸。E吸表示反应物断裂化学键吸收能量，E放表示生成物形成化学键释放能量。 1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)化学反应过程中不一定都有能量变化( )(2)镁带燃烧时，化学能全部转化为热能( )(3)有能量放出的变化都是放热反应，吸收能量的变化都是吸热反应( )(4)对于放热反应2H2O2=点燃2H2O来说，断裂1个HH键和1个O=O键所吸收的能量小于形成1个HO键所放出的能量( )(5)由OOO2(放出能量493 kJ)和NNN2(放出能量946 kJ)可得在常温下氮气比氧气稳定( )考点 化学能与热能的相互转化题点 化学反应中能量变化的相关综合答案 (1) (2) (3) (4) (5)2下列关于反应能量的说法中正确的是( )A化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化B化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因C已知反应：Zn(s)CuSO4(aq)=ZnSO4(aq)Cu(s)为放热反应，则反应物总能量 生成物总能量D相同条件下，如果1 mol氢原子所具有的能量为E1，1 mol氢分子的能量为E2，则2E1E2答案 B解析 化学反应中的能量变化，不是都表现为热量的变化，还可能有其他能量的变化，如光能等，A项错误；放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，C项错误；分子变成原子需要破坏化学键，吸收能量，2E1 E2，D项错误。3将铁粉和硫粉混合后加热，待反应一发生即停止加热，反应仍可持续进行，直至反应完全生成新物质硫化亚铁。这现象说明了( )A该反应是吸热反应B该反应是放热反应C铁粉和硫粉在常温下可以发生反应D硫化亚铁的总能量高于铁粉和硫粉的总能量考点 化学能与热能的转化题点 吸热或放热反应的实验或探究答案 B解析 反应发生后停止加热，反应仍可持续进行说明反应为放热反应，A错误，B正确；反应需要加热才能发生，常温下不能进行，C错误；反应是放热反应，所以反应物的总能量高于生成物的总能量，D错误。4下列说法正确的是( )A任何化学反应都伴随着能量的变化BH2O(g)H2O(l)该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化C化学反应中能量的变化都表现为热量的变化D对于如图所示的过程，是吸收能量的过程答案 A解析 任何化学反应都有能量的变化，但有能量变化的过程不一定是化学变化，如物质的三态变化，虽然存在能量变化，但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成，故不是化学变化，A项正确，B项错误；化学反应中能量变化的形式有多种，除热能外，还有光能、电能等，C项错误；由图像可知，该过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该过程中放出了能量，D项错误。5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( )AH2O分解为H2与O2时放出热量B生成1 mol H2O时吸收热量245 kJC甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系：乙 甲 丙D氢气和氧气的总能量小于水的能量答案 C解析 根据能量变化可知，1 mol H2与12 mol O2断键时吸收685 kJ能量，而生成1 mol H2O放出930 kJ能量，所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。6已知断开1 mol HH键、1 mol NH键、1 mol NN键分别需要吸收的能量为436 kJ、391 kJ、946 kJ。一定条件下由氢气和氮气反应生成1 mol NH3需要 (填“放出”或“吸收”) kJ的热量。答案 放出 46解析 根据化学方程式N23H2?高温、高压催化剂2NH3，生成1 mol NH3时需要消耗0.5 mol的N2和1.5 mol的H2。因此在上述的反应过程中断裂0.5 mol NN键和1.5 mol HH键，共吸收热量0.5946 kJ1.5436 kJ1 127 kJ；形成1 mol NH3中的3 mol NH键，共放出热量3391 kJ1 173 kJ。因为1 173 kJ1 127 kJ，因此反应放热，共放出 1 173 kJ1 127 kJ46 kJ的热量。对点训练题组一 化学能与热能的相互转化1下列反应一定属于放热反应的是( )H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应 Mg与CH3COOH溶液的反应 燃烧反应 中和反应 复分解反应A仅 B仅C仅 D仅答案 C解析 金属与酸的置换反应、中和反应、所有燃烧反应都是放热反应；复分解反应则不一定是放热反应。2下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是( )A锌粒与稀硫酸的反应B灼热的木炭与CO2反应C甲烷在氧气中的燃烧反应DBa(OH)2 8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应答案 B解析 锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应；Ba(OH)2 8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但元素的化合价无变化，是非氧化还原反应；灼热的木炭与CO2的反应既属于吸收能量的反应，又属于氧化还原反应。3下列说法中正确的是( )A化合反应均是放热反应，分解反应均是吸热反应B燃料的燃烧反应均是放热反应C干冰的升华是吸热反应D需要点燃或加热的化学反应一定是吸热反应答案 B解析 A项，CCO2=高温2CO是化合反应，但需要吸热，2H2O2=2H2OO2是分解反应，但放出热量，错误；B项，物质之所以被用做燃料，就是因为它易燃烧并放出热量，正确；C项，吸热反应属于化学反应，干冰升华不是化学反应，错误；D项，化学反应是吸热反应的决定因素是反应物的总能量低于生成物的总能量，而与化学反应发生的外部条件无关， 错误。题组二 化学反应中能量变化与物质内部能量的关系4下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( )A碳酸钙受热分解B乙醇燃烧C铝与氧化铁粉末反应D氧化钙溶于水答案 A解析 生成物总能量高于反应物总能量则说明反应过程需要吸收能量。5等质量的固态硫和硫蒸气分别在相同条件下完全燃烧，放出的热量( )A前者多 B后者多C二者相等 D无法比较答案 B解析 等质量的硫蒸气本身具有的能量高于等质量的固态硫，B项正确。6已知反应AB=CD的能量变化如图所示，下列叙述正确的是( )A该反应为放热反应B该反应为吸热反应C反应物的总能量高于生成物的总能量D该反应只有在加热条件下才能进行考点 化学反应中能量变化与物质能量的关系题点 由图像分析化学反应中的能量变化答案 B7已知化学反应2C(s)O2(g)=点燃2CO(g)、2CO(g)O2(g)=点燃2CO2(g)都是放热反应。据此判断，下列说法不正确的是(其他条件相同)( )A12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量B56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量C12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量D将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多考点 化学键与化学反应中的能量变化与物质能量的关系题点 由物质的能量认识化学反应中的能量变化答案 A解析 放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。C和CO的燃烧反应都是放热反应，所以CO2=点燃CO2必然是放热反应，B、C两项正确；12 g C并不代表反应物的全部，O2也是反应物，A项不正确；由于CO2CO放热、COO2CO2放热，所以CO2CO2比CO2CO放出的热量要多，D项正确。8(2017 石家庄高一检测)金刚石与石墨是碳元素的两种结构不同的单质，彼此互称同素异形体。在100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石要吸收1.895 kJ的热能。据此判断在100 kPa压强下，下列说法正确的是( )A金刚石比石墨更稳定B石墨比金刚石更稳定C1 mol金刚石比1 mol石墨的总能量低D1 mol金刚石转变为石墨需要吸收1.895 kJ能量考点 化学键与化学反应中能量变化与物质能量的关系题点 化学反应中能量变化与物质的稳定性答案 B解析 1 mol石墨转化为金刚石吸收1.895 kJ的热能，说明金刚石的能量高于石墨，石墨稳定，A项不正确，B项正确，C项不正确；1 mol金刚石转变为石墨时要放出1.895 kJ的能量，D项不正确。题组三 化学反应中能量变化与化学键的关系9下列对化学反应的认识中错误的是( )A会引起化学键的变化B会产生新的物质C必然引起物质状态的变化D必然伴随着能量的变化答案 C解析 化学反应不一定引起物质状态的变化，如氮气与氢气化合生成氨气无状态变化。10氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol 氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是( )AQ1Q2 2Q3 BQ1Q2 Q3CQ1Q2 Q3 DQ1Q2 2Q3答案 A解析 由于Cl2和H2反应生成HCl要放出热量，所以Q1Q2 2Q3。11已知断开1 mol HH键吸收的能量为436 kJ，形成1 mol HN键放出的能量为391 kJ，根据化学方程式N23H2?高温、高压催化剂2NH3，反应完1 mol N2放出的能量为92.4 kJ，则断开1 mol NN键需吸收的能量是( )A431 kJ B945.6 kJ C649 kJ D869 kJ考点 化学键与化学反应中能量变化的关系题点 由化学键的变化计算反应中的能量变化答案 B解析 设断开1 mol NN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，代入数据：92.4 kJ6391 kJ3436 kJx，x945.6 kJ。12(2017 汕头高一检测)化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图表示N2 (g)和O2(g)反应生成NO (g)过程中的能量变化，下列说法中正确的是( )A1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应放出的能量为180 kJB1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量C通常情况下，N2 (g)和 O2(g)混合能直接生成NO(g)DNO是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水考点 化学变化中的能量变化与化学键的关系题点 多角度认识化学变化中的能量变化答案 B解析 反应热就是断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键所放出的能量的差值，所以该反应的反应热是946 kJ mol1498 kJ mol12632 kJ mol1180 kJ mol1，所以该反应是吸热反应，选项A不正确，选项B正确；氮气和氧气反应需要在高温或放电条件下进行，选项C不正确；NO不是酸性氧化物，和氢氧化钠溶液不反应，选项D不正确。综合强化13某同学做如下实验，以检验反应中的能量变化。(1)在实验中发现反应后中温度升高，由此可以判断中反应是 热反应；中温度降低，由此可以判断中反应是 热反应，反应过程 (填“”或“”)的能量变化可用下图表示。(2)写出铝与盐酸反应的离子方程式： 。(3)根据能量守恒定律，中反应物的总能量应该 (填“高于”或“低于”)其生成物的总能量。答案 (1)放 吸 (2)2Al6H=2Al33H2(3)低于解析 (1)反应后中温度升高，中温度降低，说明中反应为放热反应，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)中反应为吸热反应，根据能量守恒定律，中反应物的总能量应该低于其生成物的总能量。14(2018 周口高一检测)在25 、101 kPa的条件下，断裂1 mol HH键吸收436 kJ能量，断裂1 mol ClCl键吸收243 kJ能量，形成 1 mol HCl键放出431 kJ能量。H2Cl2=点燃2HCl的化学反应可用下图表示：(1)化学键断裂需要 (填“释放”或“吸收”)能量。(2)图中生成物成键共释放能量 kJ mol1。(3)该反应的反应物的总能量 (填“大于”“等于”或“小于”)生成物的总能量，所以该反应是 反应。答案 (1)吸收 (2)862 (3)大于 放热解析 该反应中断裂的化学键为HH键和ClCl键，共吸收能量：436 kJ mol1243 kJ mol1679 kJ mol1，形成的化学键为HCl键，共释放能量：431 kJ mol12862 kJ mol1，由于放出的能量大于吸收的能量，该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量。15如图是某同学设计的放热反应的观察装置。其实验操作是按图所示将实验装置连接好；在U形管内加入少量红墨水，打开T形管螺旋夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧螺旋夹；在中间的试管里盛1 g氧化钙，当滴入2 mL左右的蒸馏水后，即可观察。试回答：(1)实验中能观察到的现象是 。(2)该实验中操作之间必须进行的一步实验操作是 。(3)实验中发生反应的化学方程式为 。(4)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2能量之间的关系： 。答案 (1)U形管里的红墨水会沿开口端上升(其他答案合理均可)(2)检查装置气密性(3)CaOH2O=Ca(OH)2(4)1 mol CaO