高中化学人教版必修第二册教案：6.1 化学反应与能量变化

第六章化学反应与能量6.1化学反应与能量变化第1课时化学反应与热能教学设计教学目标知识与技能通过实验和已有知识、经验感受化学反应中的能量变化，知道常见的吸热反应和放热反应。知道反应物和生成物总能量的相对高低是反应过程中能量变化的决定因素。了解人类对化学反应中能量的利用情况，了解节能的意义和方法过程与方法培养学生发现问题、分析问题、解决问题的综合能力。能从反应物与生成物中所具有的能量、化学键的断裂与形成两个角度理解化学反应中能量变化的主要原因，提升证据推理能力；情感态度与价值观（1）逐步培养勤于思考，勇于探究的科学品质，严谨求实的科学态度。（2）树立物质变化中伴随能量变化的观念，感受化学学科的社会价值，培养科学态度与社会责任。（3）初步建立起科学的能量观，加深对化学在解决能源问题中重要作用的认识。教学重难点1.教学重点化学反应中能量变化的本质、化学能与热能的内在联系及相互转变2.教学难点化学反应中能量变化的本质教学过程教学环节教学内容设计意图1.新课导入【师】现代社会，人们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能量变化密切相关。想一想，我们生活中热量哪些通过化学反应获取的？【生】煤、石油、天然气的燃烧【师】没错，化石燃料的燃烧就是化学变化，化石燃料燃烧会释放大量的热，除了放热有些反应也有吸热现象。我们来看一下下面的实验，判断是吸热还是放热。设问激发求知欲2.探索新知【板书】化学反应与热量【多媒体播放】实验一、铝与盐酸反应前后温度的变化，学生观察并表述现象和结论。【学生】现象结论产生大量气泡，温度计指示温度升高。镁与盐酸的反应是放热反应【师】观察的很仔细，回答也正确，铝和盐酸反应放出热量。我们在看下一个实验。【多媒体播放】实验二、八水合氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应，学生观察并表述现象和结论。【学生】现象结论用手触摸烧杯壁下部有冷的感觉；拿起烧杯，玻璃片或木片粘在一起；有刺激气味的气体产生氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应是吸热反应【师】总结：放热反应：把释放热量的反应称为放热反应。常见的放热反应：（1）所有的燃烧反应：木炭、硫等在O2中燃烧。（2）酸碱中和反应：H++OH-=H2O（3）大多数的化合反应:CaO+H2O=Ca(OH)2（4）铝热反应:（5）金属与酸反应:Mg+2H+=Mg2++H2（6）若加热后开始反应，停止加热后反应继续进行，则该反应也是放热反应，如Fe与S的反应、NH3的催化氧化等。吸热反应：把吸收热量的反应称为吸热反应。常见的吸热反应（1）大多数分解反应:（2）以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应（燃烧反应除外）：（3）铵盐与强碱固体的复分解反应。［思考与讨论］化学反应过程中为什么会有能量变化？为什么有的化学反应释放能量，有的化学反应吸收能量？【师】我们知道，物质中的原子之间是通过化学键相结合的，当化学反应发生时，反应物的化学键断裂要吸收能量，而生成物的化学键形成要放出能量。以氢气和氯气化合为例，1molH2断键需要放出436kJ的能量，1molCl2断键需要放出243kJ的能量，1molH原子与1molCl原子结合成1molHCl分子，新键生成需要吸收431kJ的能量。化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。总结：化学反映的实质：化学键的断裂和生成反应的特征：一是物质变化（生成新物质）、二是能量变化（吸收或放出热量）化学反应与能量变化同时发生。【师】现在是不是就能解答我们提出的第一个问题了，请同学回答。【生】由于化学反应发生必定有化学键的断裂和生成，并且化学键的断裂和生成就会有能量的变化，所以化学反应中有能量的变化。【师】回答的很好！我们知道化学键断裂需要放出能量，化学键形成需要吸收能量，并且放出和吸收的能量并不相等，反应前后就有能量的变化，表现为化学反应的吸热和放热。这也就很好的解释了我们提出的第二个问题。【师】我们看下面的图，又能得出什么结论？【生】A图反应物的总能量高于生成物的总能量，反应过程中会放出热量。B图生成物的总能量高于反应物的总能量，反应过程中必须吸收能量。【师】总结的很完整。一个化学反应是吸热还是放热，决定于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。反应放出的能量＝反应物的总能量－生成物的总能量反应吸收的能量＝生成物的总能量－反应物的总能量而旧键断裂所吸收的能量与新键形成所释放的能量的相对大小决定了一个化学反应是吸收能量还是放出能量。（1）若反应物中的化学键断开时吸收的能量高于生成物中成键时释放的能量，则反应吸收能量。吸收的能量＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量（2）若反应物中的化学键断开时吸收的能量低于生成物中成键时释放的能量，则反应释放能量。放出的能量＝生成物成键释放的总能量－反应物断键吸收的总能量我们以为例，1molH2分子断键需要放出436kJ的能量，1molCl2分子断键需要放出243kJ的能量，2molH-Cl成键需要吸收2×431kJ的能量。通过比较反应物中的化学键断开时吸收的能量高于生成物中成键时释放的能量，反应吸收能量。1molH2(g)和1molO2(g)完全反应放出的热量为2×431kJ－（436kJ＋243kJ）＝183kJ。【师】相信大家已经对吸热反应、放热反应有一定的理解了，我们就通过表格区分吸热反应、放热反应。类型比较放热反应吸热反应定义放出热量的化学反应吸收热量的化学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强弱的关系生成物分子成键时释放出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  【师】人类利用化学反应中的热能始于火的发现。从早期的以树枝杂草为主要能源，到现代以煤、石油、天然气为主要能源，人类获取热量的主要途径都是通过物质的燃烧。化石燃料作为人类利用最多的常规能源，其利用过程中面临两方面亟待解决的问题:一是其短期内不可再生，储量有限，随着能源消费需求的不断增加,能源消费量与储量之间的矛盾日益突显;二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOX,CO等是大气污染物的主要来源。为了改善人类的生存环境，促进社会可持续发展，节能和寻找清洁的新能源成为人类的必然选择。化石燃料作为燃料大量使用会造成空气污染，但不使用又会严重影响社会生产和生活。请从社会不同人群角度，提出你的想法。【生】感到空气污染相对较轻的人，会不反对甚至支持煤、汽油、柴油的使用；感到空气污染严重的人，会反对煤、汽油、柴油的使用。我认为，无论某时某地的空气污染是否严重，人们都应该从自身做起，尽量减少煤和汽油，柴油的使用，同时尽量使用新能源。【师】这位同学的想法很好，我们所说的节能不是简单地减少能源的使用，更重要的是充分有效的利用能源。理想的新能源应具备资源丰富、可以再生、对环境无污染等特点。目前，人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。通过探讨交流培养学生的合作意识和表达能力，激发学生对新事物的探究，培养严谨的科学思维方法培养学生总结归纳、辩证思维的能力3.小结作业完成同步练习四．板书设计6.1化学反应与能量变化第1课时化学反应与热能1、放热反应：把释放热量的反应称为放热反应。常见的放热反应：吸热反应：把吸收热量的反应称为吸热反应。常见的吸热反应2、化学反映的实质：化学键的断裂和生成反应的特征：一是物质变化（生成新物质）、二是能量变化（吸收或放出热量）化学反应与能量变化同时发生。3、反应放出的能量＝反应物的总能量－生成物的总能量反应吸收的能量＝生成物的总能量－反应物的总能量吸收的能量＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量放出的能量＝生成物成键释放的总能量－反应物断键吸收的总能量放热反应与吸热反应的比较能源的利用阶段重点突破练一、吸热反应和放热反应的判断1．(四川内江高一期末)下列变化过程属于放热反应的是()①金属钠与水反应②NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体混合搅拌③H2在Cl2中燃烧④液态水变成水蒸气⑤酸碱中和⑥碳酸钙热分解A．①②⑤ B．①③⑤C．③④⑤ D．②④⑥答案B解析①金属钠与水反应生成NaOH和氢气，是放热反应；②NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体混合搅拌，发生的是吸热反应；③燃烧都是放热反应；④液态水变成水蒸气是吸热过程，且不属于化学反应；⑤酸碱中和反应都是放热反应；⑥碳酸钙热分解是吸热反应。①③⑤符合题意，故选B。2．据新浪网报道，2012年4月30日凌晨4时50分我国在西昌卫星发射中心成功发射“一箭双星”，“长征三号乙”运载火箭使用偏二甲肼(C2H8N2)和液态四氧化二氮作推进剂，发生反应：C2H8N2＋2N2O4=3N2↑＋2CO2↑＋4H2O，下列说法中正确的是()A．断裂C2H8N2和N2O4中的化学键时放出能量B．C2H8N2具有的能量高于N2具有的能量C．反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量D．该反应中，C2H8N2作氧化剂答案C解析断裂化学键时吸收能量，形成化学键时放出能量，故A错误；C2H8N2＋2N2O4=3N2↑＋2CO2↑＋4H2O为放热反应，说明C2H8N2和N2O4具有的能量总和高于N2、CO2和H2O所具有的能量总和，无法确定C2H8N2具有的能量高于N2具有的能量，故B错误，C正确；在C2H8N2＋2N2O4=3N2↑＋2CO2↑＋4H2O反应中，C2H8N2中N元素和碳元素的化合价均升高，发生氧化反应，是还原剂，故D错误。3．(长沙长郡中学高一期中)下列反应属于氧化还原反应，且能量变化如图所示的是()A．锌粒和稀硫酸反应B．灼热的木炭与CO2反应C．甲烷在空气中燃烧的反应D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应答案B解析由图像可知，反应物总能量低于生成物总能量，所以该反应是吸热反应。A、C项反应为放热反应，不符合题意；D项反应为吸热反应，但不是氧化还原反应，不符合题意；B项反应既是氧化还原反应又是吸热反应，符合题意。二、吸热反应和放热反应的计算4．(济南高一检测)对放热反应：A＋B=C＋D，以下说法一定正确的是(EA、EB、EC、ED分别表示物质A、B、C、D所具有的能量)()A．EA＋EB＞EC＋EDB．EA＞EB＋ECC．EA＞EBD．EA＋EB＜EC＋ED答案A解析反应A＋B=C＋D是放热反应，则反应物A、B的总能量大于生成物C、D的总能量，即EA＋EB＞EC＋ED。5．已知某化学反应A2(g)＋2B2(g)=2AB2(g)(A2、B2、AB2的结构式分别为AA、B—B、B—A—B)，反应过程中的能量变化如图所示，下列有关叙述正确的是()A．该反应的进行一定需要加热或点燃B．该反应若生成2molAB2(g)，则放出的热量为(E1－E2)kJC．该反应断开化学键消耗的总能量大于形成化学键释放的总能量D．生成2molB—A键放出E2kJ能量答案C解析根据图示可知，该反应断开化学键消耗的总能量大于形成化学键释放的总能量，为吸热反应；若生成2molAB2(g)，则吸收热量为(E1－E2)kJ，C项正确，B项错误；该反应的进行不一定需要加热或点燃，A项错误；生成4molB—A键放出E2kJ能量，D项错误。6．(保定高一期中)H2与O2、F2均能发生反应，如图为H2与F2发生反应生成HF过程中的能量变化示意图。请回答下列问题：(1)完成转化Ⅰ、Ⅱ________(填“吸收”或“放出”，下同)能量，完成转化Ⅲ________能量。(2)H2和F2反应的能量变化图可用________(填“A”或“B”)表示。(3)H2在O2中燃烧的过程主要是________能转化为________能的过程。答案(1)吸收放出(2)A(3)化学热解析(1)断开化学键吸收能量，形成化学键释放能量。转化Ⅰ、Ⅱ是断开化学键的过程，吸收能量；转化Ⅲ是形成化学键的过程，放出能量。(2)由图可知，H2和F2生成HF的反应能量变化为154kJ·mol－1＋436kJ·mol－1－2×565kJ·mol－1＝－540kJ·mol－1，是放热反应，则反应物的总能量大于生成物的总能量，A正确。(3)氢气在氧气中燃烧是放热反应，主要是化学能转化为热能的过程。7．(襄阳五中高一期中)(1)从能量角度看，断开化学键要________，形成化学键要________，一个化学反应是释放能量还是吸收能量取决于__________________；水的分解需要吸收能量，试从化学键变化的角度分析原因：_______________________________________。(2)化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能：P—P为198kJ·mol－1、P—O为360kJ·mol－1、O=O为498kJ·mol－1。则P4(白磷)＋3O2=P4O6的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，生成1molP4O6________的热量为________。答案(1)吸收能量放出能量反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小断开4个H—O键所吸收的能量大于形成2个H—H键和1个O=O键所放出的总能量(2)放热放出1638kJ解析断开旧键吸收的能量为6×198kJ＋3×498kJ＝2682kJ，形成新键放出的能量为12×360kJ＝4320kJ，故该反应为放热反应，生成1molP4O6放出的热量为4320kJ－2682kJ＝1638kJ。三、原电池的工作原理和应用8．如图所示，电流表的指针发生偏转，同时A极的质量减小，B极上有气泡产生，C为电解质溶液，下列说法错误的是()A．B极为原电池的正极B．A、B、C分别可以为Zn、Cu和稀盐酸C．C中阳离子向A极移动D．A极发生氧化反应答案C解析原电池中，负极金属失去电子，发生氧化反应而溶解，质量减小，故A极为负极，B极为正极，A、D项正确；A、B、C分别为Zn、Cu和稀盐酸时，可以构成原电池，且现象符合题意，B项正确；电解质溶液中阳离子移向正极，C项错误。9．(武汉期中)汽车的启动电源常用铅蓄电池。放电时的电池反应为PbO2＋Pb＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断下列说法正确的是()A．负极反应式：Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4B．电池放电时，溶液的酸性增强C．PbO2得电子，被氧化D．PbO2是电池的负极答案A解析Pb失电子作负极，反应式为Pb＋SOeq\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4，故A正确；放电时，硫酸参加反应，导致溶液中氢离子浓度减小，则溶液的酸性减弱，故B错误；PbO2得电子，被还原，故C错误；根据电池反应式知，PbO2在反应中得电子，化合价由＋4价变为＋2价，所以二氧化铅作正极，故D错误。10．(鄂南高中高一期中)有如图所示的装置，当电流表中显示产生持续电流时，下列说法正确的是()A．Cu作原电池的负极B．Al作原电池的负极C．电子由铝沿导线流向铜D．铝片上的电极反应式为Al－3e－=Al3＋答案A11．(辽宁集善学校高一月考)为将反应2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑的化学能转化为电能，下列装置能达到目的的是(铝条均已除去了氧化膜)()答案B解析A、B、C三项中的装置均能将化学能转化为电能，A项，反应为2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑，错误；B项，Al与H2SO4反应产生铝盐和H2，正确；C项，反应为Al和稀硝酸反应生成NO，错误；D项，两电极全是Al，因而不能构成原电池，即不能将化学能转化为电能，错误。考点原电池原理的应用题点原电池的设计12．(四川省内江市高一下学期期末)把a、b、c、d四种金属片浸泡在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成各种原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c为负极；a、c相连时，c为正极；b、d相连时，b为正极，则这四种金属活动性顺序由大到小为()A．a＞b＞c＞d B．a＞c＞d＞bC．c＞a＞b＞d D．b＞d＞c＞a答案B解析若a、b相连时，a为负极，根据原电池的工作原理，金属活泼性强的作原电池的负极，故金属的活动性顺序为a＞b；c、d相连，c为负极，所以金属的活动性顺序为c＞d；a、c相连，c为正极，所以金属的活动性顺序为a＞c；b、d相连时，b是正极，所以金属的活动性顺序为d＞b；则这四种金属活动性顺序为a＞c＞d＞b。考点原电池原理的应用题点原电池正负极材料、金属活泼性强弱判断四、化学电源和电极反应式书写13．(桂林期末)已知某锂电池的总反应为4Li＋2SOCl2=4LiCl＋S＋SO2↑，下列说法中正确的是()A．该电池组装时，必须在无水无氧条件下进行B．Li电极作电池的负极，发生还原反应C．工作时，电子从电极经电解质溶液流向正极D．电池工作时每生成22.4LSO2，转移4mol电子答案A解析由于Li和SOCl2都易与水反应，则该电池组装时，必须在无水无氧条件下进行，故A正确；Li电极作电池的负极，发生氧化反应，故B错误；工作时，电子不能经过电解质溶液，故C错误；状况不知，无法由体积求物质的量，故D错误。14．(东湖区校级期末)《科学美国人》评出的2016年十大创新技术之一是碳呼吸电池，电池原理如图所示，则下列有关说法正确的是()A．该装置将电能转变为化学能B．正极的电极反应为C2Oeq\o\al(2－,4)－2e－=2CO2C．每生成1molAl2(C2O4)3，有6mol电子流过负载D．随着反应进行，草酸盐浓度不断变小答案C解析“碳呼吸电池”为原电池原理，将化学能转变为电能，故A错误；根据工作原理，“呼出”CO2作为正极反应物得电子生成草酸根，电极反应为2CO2＋2e－=C2Oeq\o\al(2－,4)，故B错误；根据工作原理图，金属铝是负极失电子生成草酸铝，所以每得到1mol草酸铝，电路中转移3×2mol＝6mol电子，故C正确；电池放电时草酸盐浓度不会发生变化，故D错误。考点化学电源题点新型电池工作原理及电极反应式书写15．(海安市校级期中)锌－空气电池具有蓄电量大、循环次数多等优点。下列说法正确的是()A．电池放电时Zn电极逐渐溶解B．石墨为负极C．电子由石墨经导线流向Zn片D．电池放电时实现了电能向化学能的转化答案A解析锌为负极，碱性条件下被氧化生成ZnOeq\o\al(2－,2)而溶解，故A正确；石墨为正极，正极上氧气得电子被还原，故B错误；锌为负极，石墨为正极，电子由锌片经导线流向石墨，故C错误；电池放电时为原电池反应，实现了化学能向电能的转化，故D错误。16．一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法错误的是()A．电池的正极反应为H2O2＋2e－=2OH－B．电池放电时Na＋从a极区移向b极区C．电子从电极b经外电路流向电极aD．b极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用答案C解析A项，正极发生反应：H2O2＋2e－=2OH－，正确；B项，放电时为原电池，阳离子移向正极，电极b为正极，正确；C项，电子由负极经外电路流向正极，应该由电极a流向电极b，错误；D项，产生的氢氧化钠溶液可以循环使用，正确。考点化学电源题点新型电源工作原理及电极反应式书写17．(重庆九校高一联考)一种铁－空气二次电池放电时的工作原理如图所示，电池反应为2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2。下列有关该电池放电时的说法正确的是()A．能量由电能转变为化学能B．a极质量不变C．b极为电池负极D．电子由a极经负载流向b极答案D解析电池放电时，化学能转化为电能，故A项错误；a极为负极，铁失去电子生成Fe2＋，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，电极质量减小，故B项错误；b极为电池正极，故C项错误；a极为负极，电子由a极经负载流向b极，故D项正确。考点化学电源题点新型电源工作原理18．(湖北四校高一期中联考)化学电源在生产生活中有着广泛的应用，请回答下列问题：(1)根据构成原电池的本质判断，下列化学(或离子)方程式正确且能设计成原电池的是________(填字母，下同)。A．KOH＋HCl=KCl＋H2OB．Cu＋Fe3＋=Fe2＋＋Cu2＋C．Na2O＋H2O=2NaOHD．Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑(2)为了探究化学反应中的能量变化，某同学设计了如下两个实验(如图)。有关反应一段时间后的实验