人教版高中化学必修2第二章化学反应与能量第一节化学能与热能习题

化学反应的发生，往往伴随着能量的变化，其中最常见的便是热能的吸收或释放。理解化学能与热能之间的转化，不仅是化学学习的基础，也与我们的日常生活息息相关。本章第一节“化学能与热能”为我们打开了认识这一现象的大门。以下，我们将通过一系列习题的解析与拓展，帮助同学们巩固所学知识，深化理解。一、基础概念辨析与巩固化学能与热能的核心在于理解反应过程中能量的“得”与“失”。我们首先从最基本的概念入手。例题1：下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是（）A.化学反应中一定有能量变化B.放热反应不需要加热就能发生C.吸热反应在常温下一定不能发生D.化学反应中的能量变化都表现为热量的变化解析：这道题主要考查对化学反应中能量变化基本概念的理解。A选项，化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。断裂旧键需要吸收能量，形成新键则会释放能量，因此，化学反应过程中必然伴随着能量的变化。A选项正确。B选项，放热反应是指反应过程中释放热量，但这并不意味着反应不需要加热。许多放热反应，如木炭的燃烧、铝热反应等，都需要先提供一定的热量（达到着火点）才能引发反应。所以B选项错误。C选项，吸热反应是指反应过程中吸收热量。有些吸热反应在常温下也能发生，例如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应，就是一个典型的常温下即可发生的吸热反应。因此C选项错误。D选项，化学反应中的能量变化形式是多样的，除了热能，还可以表现为电能、光能、声能等。例如，原电池将化学能转化为电能，镁条燃烧时除了放热，还发出耀眼的白光（光能）。所以D选项错误。答案：A例题2：下列过程中，属于放热反应的是（），属于吸热反应的是（）。①煅烧石灰石制生石灰②食物腐败③炸药爆炸④酸碱中和⑤碳与二氧化碳在高温下反应解析：判断一个过程是放热还是吸热，需要结合我们所学的典型反应以及生活经验。①煅烧石灰石制生石灰，即碳酸钙在高温下分解为氧化钙和二氧化碳，这是一个需要持续加热的反应，属于吸热反应。②食物腐败是食物被氧化的过程，通常会伴随热量的释放，属于放热反应。③炸药爆炸是剧烈的氧化还原反应，瞬间释放大量的热和气体，属于放热反应。④酸碱中和反应是典型的放热反应，我们在实验中可以明显感觉到溶液温度的升高。⑤碳与二氧化碳在高温下反应生成一氧化碳，这个反应需要吸收热量，属于吸热反应。答案：放热反应：②③④；吸热反应：①⑤二、化学反应中能量变化的本质探究化学反应中能量变化的本质是化学键的断裂与形成。理解这一点，有助于我们从微观层面认识能量变化的原因。例题3：已知拆开1molH-H键、1molCl-Cl键、1molH-Cl键分别需要吸收的能量为akJ、bkJ、ckJ。则由H₂和Cl₂反应生成1molHCl时的能量变化为（）A.放出(c-a/2-b/2)kJB.吸收(c-a/2-b/2)kJC.放出(2c-a-b)kJD.吸收(a+b-2c)kJ解析：化学反应的能量变化可以通过键能来计算。反应热（ΔH）等于反应物的总键能减去生成物的总键能。如果ΔH为负值，反应放热；如果ΔH为正值，反应吸热。H₂和Cl₂反应生成HCl的化学方程式为：H₂+Cl₂=2HCl。生成1molHCl，意味着参与反应的H₂和Cl₂分别为0.5mol。因此，断裂0.5molH-H键吸收的能量为0.5akJ，断裂0.5molCl-Cl键吸收的能量为0.5bkJ，总共吸收的能量为(0.5a+0.5b)kJ。形成1molH-Cl键释放的能量为ckJ。反应热ΔH=反应物总键能-生成物总键能=(0.5a+0.5b)-c。由于H₂和Cl₂反应生成HCl是放热反应，所以ΔH为负值，即放出的能量为c-(0.5a+0.5b)=(c-a/2-b/2)kJ。答案：A例题4：为什么说化学反应的过程，本质上是旧化学键断裂和新化学键形成的过程？这与化学反应中的能量变化有何关系？解析：化学反应的本质是原子的重新组合。要使反应物分子中的原子重新组合，首先必须破坏反应物分子中原有的化学键，这需要克服原子间的相互作用，因此需要吸收能量。当原子重新组合形成新的化学键时，会释放出能量。化学反应中的能量变化取决于断裂旧化学键吸收的总能量与形成新化学键释放的总能量的相对大小。如果断裂旧键吸收的能量小于形成新键释放的能量，反应总体表现为放热；反之，则表现为吸热。因此，化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的根本原因。三、能量转化与生活应用化学能与热能的转化在生活、生产中有着广泛的应用。认识这些应用，能让我们更好地理解化学的价值。例题5：下列关于化学能与热能相互转化的说法，不正确的是（）A.燃料燃烧时，化学能转化为热能B.蓄电池充电时，电能转化为化学能C.植物光合作用时，太阳能转化为化学能D.中和反应时，热能转化为化学能解析：A选项，燃料燃烧是剧烈的氧化反应，化学能转化为热能和光能等，主要是热能。A正确。B选项，蓄电池充电时，外界提供电能，使电池内部发生化学反应，将电能转化为化学能储存起来。B正确。C选项，植物光合作用利用太阳能，将二氧化碳和水转化为葡萄糖等有机物，储存了化学能。C正确。D选项，中和反应是放热反应，是化学能转化为热能，而不是热能转化为化学能。D错误。答案：D例题6：生活中常见的放热反应和吸热反应有哪些？请各举两例，并说明它们在生活或生产中的应用。解析：放热反应在生活生产中应用广泛，例如：1.燃料的燃烧：如煤气、天然气燃烧用于做饭、取暖，汽油燃烧为汽车提供动力。2.中和反应：如用熟石灰改良酸性土壤，利用的是酸碱中和反应放热，但更主要是利用其化学性质。生活中治疗胃酸过多，服用含氢氧化铝的药物，也涉及中和反应。3.缓慢氧化：如食物的腐败、金属的锈蚀（虽然我们不希望其发生，但它确实是放热过程）。吸热反应的应用相对少一些，但也很重要：1.氯化铵与氢氧化钡的反应：这是一个典型的吸热反应，实验中可观察到温度明显降低，甚至可以使玻璃片上的水结冰。在一些简易的制冷剂中可能会用到类似原理。2.碳酸钙的分解：工业上煅烧石灰石制取生石灰，需要高温条件，是吸热反应。生石灰是重要的建筑材料。3.光合作用：虽然其总过程是吸收太阳能，但从化学反应角度看，二氧化碳和水合成葡萄糖是吸热反应，能量由太阳能提供。四、综合能力提升与拓展通过综合运用所学知识，解决一些稍复杂的问题，能有效提升我们的分析和应用能力。例题7：某化学反应，其反应物的总能量为E₁，生成物的总能量为E₂。若E₁>E₂，则该反应为（）反应，在反应过程中会（）能量；若E₁<E₂，则该反应为（）反应，在反应过程中会（）能量。请用图示简单表示这两种情况的能量变化。解析：当反应物的总能量（E₁）高于生成物的总能量（E₂）时，反应过程中会有能量释放出来，该反应为放热反应。当反应物的总能量（E₁）低于生成物的总能量（E₂）时，反应过程中需要吸收能量，该反应为吸热反应。能量变化图示（文字描述）：*放热反应：横坐标为反应过程，纵坐标为能量。曲线起点为反应物总能量E₁（较高），曲线终点为生成物总能量E₂（较低）。从E₁到E₂，能量逐渐降低，差值（E₁-E₂）即为放出的热量。*吸热反应：横坐标为反应过程，纵坐标为能量。曲线起点为反应物总能量E₁（较低），曲线终点为生成物总能量E₂（较高）。从E₁到E₂，能量逐渐升高，差值（E₂-E₁）即为吸收的热量。答案：放热，释放；吸热，吸收。例题8：如何通过实验证明某一个化学反应是放热反应还是吸热反应？请设计一个简单的实验方案（以中和反应为例）。解析：要证明中和反应是放热反应，可以通过测量反应前后溶液温度的变化来实现。实验方案：1.实验用品：烧杯、温度计、玻璃棒、量筒、氢氧化钠溶液、稀盐酸。2.实验步骤：*用量筒量取一定体积的氢氧化钠溶液，倒入烧杯中，用温度计测量并记录其初始温度（t₁）。*再用量筒量取等体积（或按反应比例）的稀盐酸，用另一支温度计测量并记录其初始温度（t₂）。取两者的平均温度作为反应前的起始温度（t始=(t₁+t₂)/2）。*将稀盐酸缓慢倒入盛有氢氧化钠溶液的烧杯中，用玻璃棒不断搅拌，同时密切关注温度计的示数变化，记录下最高温度（t终）。3.实验现象与结论：若t终>t始，则说明中和反应过程中释放了热量，是放热反应。思考与拓展：实验中应注意哪些问题以减少误差？（例如：溶液浓度不宜过浓或过稀；动作要迅速以减少热量散失；温度计读数要准确等。）五、总结与反思化学能与热能的转化是化学反应的基本特征之一。通过对本节习题的练习与思考，我们不仅要掌握放热反应、吸热反应的概念，更要理解其微观本质——化学键的断裂与形成。同时，要学会从能量变化的角度分析化学反应，并关注其在生产生活中的应