鲁科版必修第二册第2章第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（42张）

第2节化学反应与能量转化第1课时化学反应中能量变化的本质及转化形式学习目标1.通过生产、生活、实验中的实例,了解化学能与热能、电能及光能的相互转化,建立吸热反应、放热反应的概念。2.通过认识化学反应中能量变化的实质,认识到物质具有能量,进一步深化对化学反应的微观认识。3.通过了解与化学有关的社会热点问题,认识提高燃料燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。任务分项突破课堂小结提升学科素养测评任务分项突破学习任务1化学反应中的能量变化自主梳理1.生活中化学过程中的能量变化(1)木炭在空气中燃烧时,化学能会转化成

和

。(2)电解水时电能转化为化学能,通过其他方法化学能也可以转化成电能。热能光能2.实验探究化学反应过程的能量变化(1)实验过程。(2)实验结论。每一个化学反应都伴随着能量的变化,有的反应吸收能量,有的反应释放能量。3.吸热反应与放热反应(1)吸热反应:最终表现为吸收热量的化学反应。(2)放热反应:最终表现为释放热量的化学反应。互动探究在学习了化学反应在生成新物质的同时还伴随着能量变化后,一位同学为了能更明确地观察物质变化过程中的能量变化,设计了如图所示装置(为使现象明显,玻璃管中放入红色墨水)进行验证。探究化学反应过程中的能量变化问题1:在实验甲装置中向盛有水的试管中加入CaO后,为什么A液面低于B液面?提示:CaO与水反应是一个放热反应,使锥形瓶内空气体积膨胀。问题2:在实验乙装置中将NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O晶体搅拌后,拿起烧杯,发现玻璃片被冻在烧杯上,这说明了什么?提示:这说明NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O晶体反应是一个吸热反应,造成玻璃片上的水结冰。问题3:若在实验甲装置中将NH4NO3加入水中后,玻璃管A液面上升,B液面下降,是否表明发生了吸热的化学反应?提示:不是。NH4NO3溶于水是吸热的物理变化过程。问题4:化学反应一定伴随着能量变化。出现能量变化的过程,一定是化学反应吗?提示:不一定。物理变化过程也会出现能量变化。归纳拓展常见的放热反应与吸热反应1.常见的放热反应(1)所有的燃烧反应,如木炭、H2、CH4等在氧气中的燃烧,H2在Cl2中的燃烧。(4)柠檬酸与NaHCO3的反应。题组例练B题点一能量的转化1.下列物质加入水中,会显著放热的是(

)A.食盐 B.生石灰

C.硝酸铵 D.蔗糖解析:CaO与H2O的反应是放热反应,会放出大量的热,硝酸铵溶于水吸热,食盐与蔗糖溶于水的热变化不明显。C解析:水电站,是势能转化为动能,动能转化为电能,不是化学能转化为电能,故C不正确。题点二放热反应与吸热反应3.(2022·北京顺义区期末)下列反应中属于吸热反应的是(

)A.氢氧化钠溶液与稀硫酸混合B.甲烷燃烧C.氢氧化钡晶体与氯化铵晶体混合搅拌D.氧化钙溶于水C解析:氢氧化钠溶液与稀硫酸混合,发生中和反应,属于放热反应,故A不符合题意;燃烧反应均为放热反应,故B不符合题意;氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应时温度降低,为吸热反应,故C符合题意;氧化钙溶于水,发生放热反应,故D不符合题意。4.(2022·甘肃金昌期末)下列变化过程属于放热反应的是(

)①碳酸钙高温分解②H2在Cl2中燃烧③镁与稀硫酸反应④水蒸气变成液态水⑤酸碱中和⑥NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体混合搅拌⑦SO3与水反应A.①②③⑤ B.②③④⑤C.②③⑤⑦ D.②⑤⑥⑦C解析:①碳酸钙高温分解是吸热反应;②H2在Cl2中燃烧是放热反应;③镁与稀硫酸反应是放热反应;④水蒸气变成液态水是放热的物理过程,不是化学反应;⑤酸碱中和是放热反应;⑥NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体混合搅拌是吸热反应;⑦SO3与水反应是放热反应;属于放热反应的是②③⑤⑦,故选C。学习任务2化学反应中能量变化的本质及转化形式自主梳理1.从化学键变化角度理解化学反应中能量变化(1)以氢气燃烧生成水蒸气(25℃和101kPa)为例,分析化学变化中能量变化的本质。②释放的总能量大于吸收的总能量,该反应为放热反应,1molH2燃烧生成水蒸气放出能量245kJ。(2)能量变化过程图示。注:E1为破坏旧化学键吸收的能量,E2为形成新化学键释放的能量。①若E1>E2,反应吸收能量(吸热反应)。②若E1<E2,反应释放能量(放热反应)。2.从物质本身的能量角度理解化学反应中能量变化(1)图示。(2)结论。①反应物内部的总能量小于生成物内部的总能量,反应吸收能量。②反应物内部的总能量大于生成物内部的总能量,反应释放能量。3.从能量的转化角度认识化学反应(1)化学反应过程可以看作是“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。(2)化学反应过程也可以看作是热能、电能或光能等转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。4.化学反应过程中能量变化的应用(1)利用化学反应将化学能转化为热能、电能等其他形式的能量,用于生产、生活和科研。①焊接钢轨利用了铝与氧化铁反应产生的热量。②铝—空气海洋电池则利用铝与氧气的反应产生的电能供电。(2)利用热能、电能等促使很多化学反应发生,获得所需要的物质。①煅烧石灰石制取生石灰。②太阳能光解水制氢等。互动探究为了便于描述化学键与化学反应过程中的能量变化,化学上定义了键能的概念。断开气态物质中1mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量,就是该共价键的键能(或气态原子之间通过形成1mol某种化学键而转变为气态分子而放出的能量)。共价键的键能越大,该共价键越牢固。部分共价键的键能如下表所示:共价键键能/(kJ·mol-1)共价键键能/(kJ·mol-1)H—H436.4C—C347.7Cl—Cl242.7H—Cl431.8H—O462.8941.7探究1根据键能判断化学反应的能量变化问题1:图中Ea、Ea′的意义是什么?其数值分别是多少?提示:Ea是断裂1molH2、1molCl2中的共价键所吸收的能量,也就是H—H键、Cl—Cl键的键能之和,Ea=436.4kJ+242.7kJ=679.1kJ;Ea′是2molH与2molCl形成2molH—Cl键放出的能量,Ea′=2×431.8kJ=863.6kJ。问题2:从上述数据你能确定该反应是放热还是吸热吗?提示:由于Ea′=863.6kJ>Ea=679.1kJ,即共价键形成放出的热量大于共价键断裂吸收的热量,所以该反应为放热反应。探究2从能量状态判断化学反应的能量变化问题3:从反应物H2、Cl2以及生成物HCl的能量状态,确定该化学反应是放热还是吸热反应?提示:反应物H2、Cl2的总能量要高于生成物HCl的总能量,所以该反应为放热反应。问题4:图中物质的三种状态,哪种最稳定?哪种最不稳定?判断依据是什么?提示:HCl最稳定,H、Cl最不稳定。因为能量越低越稳定。归纳拓展化学反应中能量变化大小的简单计算(1)根据反应物、生成物的总能量计算。ΔE=|反应物总能量-生成物总能量|(2)根据反应物化学键断裂吸收的能量和生成物化学键形成释放的能量计算。①根据化学方程式确定断键、成键的物质的量。②确定断键吸收的总能量和成键释放的总能量。③计算反应的能量变化大小。ΔE=|断键时吸收能量之和-成键时释放能量之和|题点一从化学键变化角度判断化学反应能量变化1.(2022·云南玉溪阶段检测)氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中,破坏1mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1kJ,破坏1mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2kJ,形成1mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3kJ。下列关系式中正确的是(

)A.Q1+Q2<2Q3 B.Q1+Q2>Q3C.Q1+Q2<Q3 D.Q1+Q2>2Q3题组例练A解析:氢气在氯气中燃烧的反应为放热反应,则破坏反应物化学键所吸收的总能量Q1+Q2要小于形成2mol氯化氢中化学键所放出的总能量2Q3。2.根据H2与F2发生反应生成HF过程中的能量变化示意图判断,下列说法正确的是(

)A.该反应为吸热反应B.该反应为放热反应C.Ⅰ与Ⅱ过程放出热量D.Ⅲ过程吸收热量解析:断开化学键吸收能量,形成化学键放出能量。Ⅰ与Ⅱ过程断开化学键吸收的能量为154kJ·mol-1+436kJ·mol-1=590kJ·mol-1,Ⅲ过程形成化学键放出的能量为2×565kJ·mol-1=1130kJ·mol-1,断开化学键吸收的能量<形成化学键放出的能量,该反应为放热反应,故A、C、D错误,B正确。B题点二从物质能量状态判断化学反应能量变化3.(2022·湖南长沙期末)属于氧化还原反应且反应过程中能量变化符合如图所示的是(

)C解析:从所给图示可知,生成物能量状态高于反应物能量状态,所以该反应为吸热反应。CaCO3分解反应,没有元素的化合价变化,为非氧化还原反应,故A错误;甲烷和氧气的反应为燃烧反应,燃烧为放热反应,故B错误;碳与二氧化碳的反应为吸热反应,符合题图,且该反应元素化合价发生改变,属于氧化还原反应,故C正确;酸碱中和反应为放热反应,故D错误。D解析:放热反应是指反应物的总能量比生成物的总能量高,即参加反应的A与B的总能量比生成的C与D的总能量高,与反应条件无关,故D正确。模型认知在利用物质能量状态确定化学反应的能量变化时,注意吸热反应是所有生成物的总能量状态高于所有反应物的总能量状态。课堂小结提升【知识整合】【易错提醒】1.误认为有能量变化的过程一定发生了化学反应。其实不然,水蒸气的冷凝也会放出热量,但是一个物理变化。2.误认为化学反应中化学能只能转变为热能。其实不然,化学能也可以转变为机械能、电能、光能等。3.误认为需要加热才能发生的化学反应一定是吸热反应。其实不然,很多的放热反应也需要加热才能发生。4.误认为放热反应中任意一种生成物的能量一定低于任意一种反应物的能量。其实不然,是所有生成物总能量低于所有反应物总能量。学科素养测评现在人们发现和合成了多种碳的同素异形体:金刚石、石墨、石墨烯、C60、直链乙炔碳、无定形碳、碳纳米管、纤维碳等,其中金刚石和石墨是最常见的两种碳的同素异形体,两者只是碳原子的排列方式不同。人们已经通过一定的条件实现了石墨到金刚石的转化。它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,在氧气充足时完全燃烧生成二氧化碳。1mol金刚石和石墨分别与O2反应,放出的热量如图所示。(1)金刚石、石墨与O2反应生成CO2均是

(填“放热”或“吸热”)反应,在通常状况下,金刚石和石墨的稳定性较大的是

(填“金刚石”或“石墨”)。

解析:(1)反应物总能量大于生成物总能量的反应为放热反应,由图知,金刚石、石墨与O2反应生成CO2均是放热反应。在通常状况下,能量越低越稳定。由图知,等物质的量的金刚石所具有的总能量大于石墨的,则稳定性较大的是石墨。答案:(1)放热石墨现在人们发现和合成了多种碳的同素异形体:金刚石、石墨、石墨烯、C60、直链乙炔碳、无定形碳、碳纳米管、纤维碳等,其中金刚石和石墨是最常见的两种碳的同素异形体,两者只是碳原子的排列方式不同。人们已经通过一定的条件实现了石墨到金刚石的转化。它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,在氧气充足时完全燃烧生成二氧化碳。1mol金刚石和石墨分别与O2反应,放出的热量如图所示。(2)1mol金刚石不完全燃烧放出的热量为

kJ;把1mol石墨完全转化为金刚石需要

能量

kJ。

解析:(2)1mol金刚石不完全燃烧生成CO,其能量变化为E1-E2=395.4kJ-283.0kJ=112.4kJ;从图中的能量状态看金刚石能量高,石墨能量低,石墨转变为金刚石需要吸收能量。1mol石墨完全转化为金刚石需要吸收的能量为E1-E2-E3=395.4kJ-283.0kJ-110.5kJ=1.9kJ。答案:(2)112.4吸收1.9现在人们发现和合成了多种碳的同素异形体:金刚石、石墨、石墨烯、C60、直链乙炔碳、无定形碳、碳纳米管、纤维碳等,其中金刚石和石墨是最常见的两种碳的同素异形体,两者只是碳原子的排列方式不同。人们已经通过一定的条件实现了石墨到金刚石的转化。它们在氧气不足时燃烧生成一氧化碳,在氧