6.1.第1课时　化学反应与热能

第六章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化现代社会中，人类的一切活动都离不开能量，而许多能量的利用与化学反应中的________密切相关。从煤、石油和天然气等提供的________，到各种化学电池提供的________，都是通过化学反应获得的。第1课时化学反应与热能核心微网络素养新目标1.认识并理解吸热反应和放热反应。2．认识化学反应中能量变化的原因。3．了解能量转化和利用与社会发展的关系。学业基础[预习新知]一、吸热反应和放热反应1．定义吸热反应：______热量的化学反应；放热反应：______热量的化学反应。2．实验(1)镁和稀盐酸的反应实验现象有______产生；用温度计测量，水银柱______离子反应____________实验结论活泼金属与酸反应是______反应(2)Ba(OH)2·8H2O和氯化铵反应实验现象闻到______气味，烧杯壁______；玻璃片和烧杯________，混合物呈______化学反应______________________实验结论该反应是______反应二、化学键与化学反应中能量变化的关系1．氢气与氯气反应的过程示意图2．化学反应中能量变化的原因E1>E2，反应______能量；E1<E2，反应______能量。3．决定化学反应中能量变化的因素反应物总能量大于生成物总能量，反应______；反应物总能量小于生成物总能量，反应______。eq\x(状元随笔)化学反应中能量转化的形式(1)化学反应的能量变化还可以看做是“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)化学反应的能量变化也可以看做是热能、电能或光能等物质外部的能量转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。[即学即练]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)化学键断裂需要吸收能量，化学键形成会放出能量。()(2)化学反应必然伴随能量变化。()(3)相同条件下由原子形成1molH—Cl键所放出的能量与断开1molH—Cl键吸收的能量相等。()(4)放出能量越多的反应通常生成物越不稳定。()(5)化学反应过程不一定都有能量变化。()(6)NaOH溶于水要释放能量。()(7)煤、石油和天然气都是化石能源。()(8)柴草燃烧时，化学能全部转化为热能。()2．下列过程一定释放能量的是()A．化合反应B．分解反应C．分子拆成原子D．原子组成分子3．化学反应的发生必然伴有能量的转化，其最根本原因是()A．化学反应中一定有新物质生成B．化学反应中旧的化学键的断裂需要吸收能量，新的化学键的形成需要放出能量C．化学反应通常需要加热等条件才能发生D．能量变化是化学反应的基本特征之一4．下列各图中，表示该化学反应是吸热反应的是()5．写出下列变化中的能量转化形式。(1)天然气燃烧：________________________________________________________________________。(2)高温煅烧石灰石制取生石灰：________________________________________________________________________。(3)植物的光合作用：________________________________________________________________________。(4)水力发电：________________________________________________________________________。(5)铅蓄电池作汽车电源：________________________________________________________________________。6．下列反应中，属于放热反应的是________，属于吸热反应的是________(填序号)。①煅烧石灰石(主要成分是CaCO3)制生石灰(CaO)②燃烧蜂窝煤取暖③炸药爆炸④硫酸与氢氧化钾溶液反应⑤生石灰与水作用制熟石灰⑥食物腐败⑦碳与水蒸气反应制得水煤气核心素养目标一化学反应中能量变化的分析[例1]如图是某化学反应过程中能量变化的曲线图。下列叙述正确的是()A．该反应为吸热反应B．该图可以表示Zn与HCl溶液反应的能量变化C．该反应先发生物质变化后发生能量变化D．断开反应物化学键吸收的能量大于形成生成物化学键放出的能量eq\x(状元随笔)从能量守恒的角度来看，反应物断键吸收的总能量＋反应物的总能量＝生成物成键释放的总能量＋生成物的总能量。[提升1]根据下面的信息，判断下列叙述正确的是()A．氢气与氧气反应生成水的同时释放能量B．氢气与氧气反应生成水的同时吸收能量C．1mo1H2与eq\f(1,2)molO2反应生成1molH2O一定释放能量245kJD．2molH2(g)与1molO2(g)反应生成2molH2O(g)吸收能量490kJ[核心能力]1．化学反应中能量变化的关系化学反应完成后是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小，下表形象地表示了这种关系。化学反应放出能量化学反应吸收能量2.化学反应中能量变化的计算以H2＋Cl2=2HCl为例断裂化学键吸收的能量形成化学键放出的能量1mol化学键H2Cl2HCl436kJ243kJ431kJH2＋Cl2=2HCl共吸收436kJ＋243kJ＝679kJ共放出862kJ679kJ－862kJ＝－183kJ，即反应放出183kJ热量计算公式为：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(ΔQ<0为放热反应,ΔQ>0为吸热反应))eq\x(状元随笔)从化学键的角度理解化学反应过程中的能量变化(1)若反应物中的化学键断开时吸收的能量高于生成物成键释放的能量，则该反应吸收能量，吸收的能量＝反应物分解吸收的总能量－生成物形成释放的总能量。(2)若反应物中的化学键断开时吸收的能量低于生成物成键释放的能量，则该反应放出能量，放出的能量＝生成物形成释放的总能量－反应物分解吸收的总能量。目标二吸热反应和放热反应的判断[例2]下列反应一定属于放热反应的是()①硫酸与Ba(OH)2溶液混合②Mg与CH3COOH溶液的反应③燃烧④中和反应⑤复分解反应A．①②③④B．②③④⑤C．①③④⑤D．全部eq\x(状元随笔)常见的吸热反应有：大多数的分解反应，C和CO2、C和H2O的反应，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应等。常见的放热反应有：大多数的化合反应，酸碱中和反应，金属与酸或水的反应，燃烧反应，爆炸反应等。[提升2]下列说法正确的是()①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应②放热反应在常温下一定很容易发生③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④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③④B．只有①②C．①②③④D．②③④[核心能力]吸热反应和放热反应的判断方法(1)根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——决定因素。若反应物的总能量大于生成物的总能量，属于放热反应，反之是吸热反应。(2)根据化学键断裂或形成时的能量变化判断——用于计算。若断裂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，属于放热反应，反之是吸热反应。(3)根据反应物和生成物的相对稳定性判断。由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应，反之为吸热反应。(4)根据反应条件判断。凡是持续加热才能进行的反应一般就是吸热反应。eq\x(状元随笔)(1)吸热反应和放热反应均是化学反应。注意某些吸热过程和放热过程不属于化学反应。如：NaOH固体溶于水，浓硫酸稀释属于放热过程；NH4NO3固体溶于水属于吸热过程，三者都不是化学反应，也就不属于吸热反应或放热反应。(2)吸热反应与放热反应与反应是否需要加热没有关系。学考评价1．生活中每时每刻都发生着各种化学反应，下列反应不一定属于放热反应的是()A．H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应B．燃烧反应C．复分解反应D．中和反应2．下列说法正确的是()A．伴有能量变化的都是化学变化B．物质发生化学反应一般都伴随着能量的变化C．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量可能相同D．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量3．已知反应A＋B=C＋D为放热反应，对于该反应，下列说法中正确的是()A．A和B的总能量一定高于C和D的总能量B．B的能量一定高于DC．因为该反应为放热反应，故不加热反应就一定能发生D．A的能量一定高于C4．化学反应A2＋B2=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1molA—A键和1molB—B键放出xkJ的能量C．断裂2molA—B键需要吸收ykJ的能量D．2molAB的总能量高于1molA2和1molB2的总能量5．人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态)，人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是()A．研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应C．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能D．石油和天然气都属于碳素燃料6．某化学反应，设反应物总能量为E1，生成物总能量为E2。如果把化学反应中能量的变化看成是物质内部的能量与热能之间进行转变，则：(1)若E1>E2，则该反应为________热反应，该反应的过程可看成是“贮存”在物质内部的能量转化为________能而被释放出来的过程。(2)若E1<E2，则该反应为________热反应。那么在发生化学反应时，反应物需要________才能转化成生成物。该反应过程可看成是______________________________________________________的过程。第六章化学反应与能量第一节化学反应与能量变化能量变化热能电能第1课时化学反应与热能学业基础[预习新知]吸收放出气泡 上升Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑放热刺激性发凉黏结在一起糊状Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O吸热吸收释放吸收释放放热吸热[即学即练]1．答案：(1)√(2)√(3)√(4)×(5)×(6)√(7)√(8)×2．答案：D3．答案：B4．解析：吸热反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，A项正确。答案：A5．答案：(1)化学能转化为热能(2)热能转化为化学能(3)太阳能转化为化学能(4)机械能转化为电能(5)化学能转化为电能6．②③④⑤⑥①⑦核心素养[例1]解析：A错，由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，则该反应是放热反应。B对，Zn和HCl溶液反应生成ZnCl2和H2，并放出热量，符合图示能量变化。C错，化学反应过程中，物质变化和能量变化同时发生。D错，该反应是放热反应，断开反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量。答案：B[提升1]解析：由题中信息可知，1molH2(g)的共价键断裂吸收能量436kJ，eq\f(1,2)molO2(g)的共价键断裂吸收能量249kJ，两项共吸收能量685kJ；形成2molH—O键时共释放能量930kJ。在1molH2(g)与eq\f(1,2)molO2(g)反应生成1molH2O(g)的过程中，放出的能量比吸收的能量多245kJ，C项中缺少物质的状态，所以释放的能量不一定是245kJ。答案：A[例2]解析：硫酸与Ba(OH)2溶液混合，酸、碱发生中和反应，是放热反应。镁与CH3COOH溶液的反应也是放热反应。燃烧一般是指物质与氧发生的剧烈的发光、发热的反应，因而是放热反应。复分解反应有的是放热反应，如中和反应；有的是吸热反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应。答案：A[提升2]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Fe＋Seq\o(=,\s\up15(△))FeS。答案：A学考评价1．解析：H2SO4与Ba(OH)2溶液混合，酸与碱发生中和反应，是放热反应；燃烧是指剧烈的发光、发热的反应，因而都是放热反应；复分解反应，有的是放热反应，如酸碱中和反应，有的是吸热反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应。答案：C2．答案：B3．解析：该反应为放热反应，所以反应物的总能量大于生成物的总能量，即A和B的总能量一定高于C和D的总能量，A项正确；化学反应的放热、吸热只与反应物的总能量和生成物的总能量有关，故B的能量与D的能量关系无法确定，A的能量与C的能量关系也无法确定，B项、D项错误；化学反应的放热、吸热与反应条件(如加热)无关，C项错误。答案：A4．解析：从题图可以看出，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时需要吸收能量，B项错误，C项正确。答案：C5．解析：菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”，A错误；发展太阳能经济有助于减缓温室效应，B正确；太阳能电池可将太阳能直接转化为电能，C正确；石油和天然气都属于碳素燃料，D正确。答案：A6．解析：(1)反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应进行的结果必然是部分能量被释放出来。(2)反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应进行时，必然有外部能量参与到反应中来。答案：(1)放热(2)吸吸收能量热能转化为物质内部的能量而被“贮存”起来第六章章末共享微专题一氢氧燃料电池原理分析应用(1)燃料电池是通过燃料与氧化剂分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化为电能的装置。(2)燃料电池与火力发电相比，其燃料的利用率高、能量转化率高。与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂等。(3)以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下：负极：2H2＋4OH－－4e－=4H2O(氧化反应)；正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－(还原反应)；总反应：2H2＋O2=2H2O。[微训练一]1．氢气是未来最理想的能源。科学家最近研制出利用太阳能产生激光，并在二氧化钛(TiO2)表面作用使海水分解得到氢气的新技术：2H2Oeq\o(=,\s\up15(TiO2),\s\do14(激光))2H2↑＋O2↑，制得的氢气可用于制作燃料电池。试回答下列问题：(1)分解海水时，实现了光能转化为________能。生成的氢气用于制作燃料电池时，实现了化学能转化为________能。分解海水的反应属于________反应(填“放热”或“吸热”)。(2)某种氢氧燃料电池是用固体金属氧化物陶瓷作电解质，A极上发生的电极反应为2H2＋2O2－－4e－=2H2O，则A极是电池的________极，电子从该极________(填“流入”或“流出”)。B极电极反应式为________________________________________________________________________。2．如下图所示，可形成氢氧燃料电池。通常氢氧燃料电池有酸式(当电解质溶液为硫酸时)和碱式[当电解质溶液为NaOH(aq)或KOH(aq)时]两种。试回答下列问题：(1)酸式电池的电极反应：负极____________________，正极____________；电池总反应：____________________________________；电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。(2)碱式电池的电极反应：负极______________________，正极______________；电池总反应：________________________________；电解质溶液pH的变化________(填“变大”“变小”或“不变”)。微专题二化学反应速率和化学平衡状态的简单计算一、“三段式”解题模式“三段式”指的是在方程式下方三行分别写上该物质的起始浓度，变化浓度和反应后该物质的浓度。其中起始浓度＝变化浓度＋反应后浓度。1．计算原理：化学反应速率之比＝浓度变化之比＝物质的量变化之比＝化学计量数之比。2．计算模式：设A、B两物质的起始浓度分别为amol·L－1、bmol·L－1，反应物A的转化浓度为mxmol·L－1，B的转化浓度为nxmol·L－1，则：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)起始浓度/(mol·L－1)ab00变化浓度/(mo1·L－1)mxnxpxqx终态浓度/(mol·L－1)a－mxb－nxpxqx二、有关化学平衡状态的简单计算1．反应物转化率的计算公式A的转化率＝eq\f(A的转化量,A的起始量)×100%(计算式中A的量可以指反应物的物质的量、质量、浓度、体积等)2．某组分的体积分数的计算公式A的体积分数＝eq\f(体系中A的物质的量,体系中总的物质的量)×100%[微训练二]1．在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于()A．5%B．10%C．15%D．20%2．一定温度下，向一个容积为2L的真空密闭容器中(事先装入催化剂)通入1molN2和3molH2,3min后测得密闭容器内的压强是起始时的0.7倍，在此时间内v(H2)是()A．0.1mol·L－1·min－1B．0.2mol·L－1·min－1C．0.3mol·L－1·min－1D．0.6mol·L－1·min－1eq\x(温馨提示：请完成第六章综合素养测评)微专题·大素养[微训练一]1．解析：(1)燃料电池是将化学能转化为电能的装置，分解海水的反应属于吸热反应。(2)燃料电池中，负极燃料发生失电子的氧化反应，即2H2＋2O2－－4e－=2H2O，正极发生氧气得电子的还原反应，即O2＋4e－=2O2－，所以B极是正极，A极是负极，电子从负极流向正极，即从A极流出。答案：(1)化学电吸热(2)负流出O2＋4e－=2O2－2．解析：(1)正极上O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在；酸性条件下与H＋结合生成H2O；负极上H2失电子变为H＋，H＋进入电解质溶液。电池总反应为H2和O2生成H2O的反应，由于有H2O生成，电解质溶液将逐渐变稀，故pH增大。(2)正极上O2得电子变为O2－，溶液中O2－不能单独存在，碱性条件下与H2O分子结