高一化学人教必修2同步导学提分教程21 化学能和热能要点透析提升训练.docx
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高一化学人教必修2同步导学提分教程21化学能和热能要点透析提升训练
2020年高一化学人教必修2
——化学能与热能
【自主导学】
一、化学键与化学反应中能量变化的关系
1.化学反应中能量变化的原因——微观角度:
(1)化学反应的实质:
原子的重新组合,即反应物中旧化学键的__断裂__和生成物中新化学键的__形成__的过程。
(2)化学反应中能量变化的原因。
①原因。
②实例。
断裂1molH—H键(H—H→2H)__吸收__436kJ能量,
形成1molH—H键(2H→H—H)__放出__436kJ能量;
断裂4molC—H键(CH4→C+4H)__吸收__1660kJ能量,
形成1molC—H键(C+H→C—H)__放出__415kJ能量。
③结论。
化学反应中能量变化的主要原因是__化学键的断裂和形成__。
2.化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度:
一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量,取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
可表示为:
即:
反应物的总能量__>__生成物的总能量,则化学反应__放出__能量,反应为放热反应;
反应物的总能量__<__生成物的总能量,则化学反应__吸收__能量,反应为吸热反应。
点拨:
任何一个化学反应均伴随能量的变化。
二、化学能与热能的相互转化
1.两个基本的自然规律——“质量守恒”和“能量守恒”。
质量守恒定律:
自然界中的物质发生转化时__总质量__不变;
能量守恒定律:
不同形式的能量发生转换时,__总能量__不变。
2.具体实例
实验操作
现象及结论
铝与稀盐酸反应
现象
有__气泡__产生,用温度计测量,水银柱上升
离子方程式
2Al+6H+===2Al3++3H2↑
结论
活泼金属与酸的反应为__放热__
氢氧化钡晶体与氯化铵反应
现象
闻到__刺激性__气味,烧杯壁__发凉__;玻璃片和烧杯底黏在一起,混合物呈糊状
化学方程式
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+10H2O+2NH3↑
结论
该反应为__吸热__反应
盐酸与氢氧化钠溶液
现象
混合后溶液温度比原两种溶液的温度__高__
离子方程式
OH-+H+===H2O
结论
酸碱中和反应为__放热__反应
3.化学反应中能量变化的应用:
利用化学能转化为热能进行生活、生产和科研,提供人类生存和发展所需要的能量和动力;利用热能转化为化学能进行化工生产、研制新物质。
点拨:
需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应,不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。
三、人类利用能源的三个阶段
【知识点1 吸热反应和放热反应的判断和理解】
问题探究:
1.NaOH固体溶于水放热,NaOH固体溶于水是放热反应吗?
2.加热条件下进行的反应是否一定是吸热反应,常温下进行的反应是否一定是放热反应?
探究提示:
1.吸热反应和放热反应均是化学反应。
注意明确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,浓硫酸稀释都属于放热过程;二者都不是化学反应,也就不属于放热反应。
2.都不一定。
化学反应是吸热还是放热,与反应条件无关,而是取决于反应过程中破坏旧化学键吸收总能量与形成新化学键放出总能量的相对大小。
常温下进行的反应有的放热(如中和反应),有的吸热(如NH4Cl和Ba(OH)2·8H2O的反应)。
加热条件下进行的反应有的放热(如Fe+S
FeS),有的吸热(如C+CO2
2CO)。
知识归纳总结:
1.放热反应与吸热反应的比较:
放热反应
吸热反应
定义
释放热量的化学反应
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
反应过程图示
2.常见的放热反应和吸热反应
3.放热反应和吸热反应的判断方法
(1)根据反应物和生成物的总能量大小判断。
反应物的总能量大于生成物的总能量的反应为放热反应,反之为吸热反应。
(2)根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断。
破坏反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应,反之为放热反应。
(3)根据经验规律判断。
用常见吸热和放热的反应类型来判断。
【知识点2 利用化学键计算化学反应中的能量变化】
问题探究:
1.化学反应中,反应物和生成物具有的总能量是否相同?
并从该角度解释:
2H2+O2
2H2O为什么是放热反应?
2.如果仅从化学键角度分析,NaCl溶于水的过程是吸热还是放热?
探究提示:
1.一定不相同。
化学反应都伴随着能量的变化,所以反应物和生成物具有的总能量一定不相同。
在H2燃烧的反应中,反应物H2和O2具有的总能量大于H2O具有的总能量,反以该反应是放热反应。
2.NaCl溶于水,NaCl===Na++Cl-,只有化学键断裂,没有化学键形成,因此NaCl溶于水时要吸收热量。
【知识归纳总结】
1.化学键与能量变化的关系
2.计算公式
用Q(吸)表示反应物分子化学键断裂时吸收的总能量,Q(放)表示生成物分子化学键形成时放出的总能量。
公式:
ΔQ=Q(吸)-Q(放)
利用化学键形成和断裂时的能量变化计算化学反应中的能量变化:
ΔQ=Q(吸)-Q(放)
3.实例(以H2+Cl2===2HCl为例):
(1)图示分析:
(2)计算分析:
化学键
反应中能量变化
1molA—B化学键
反应中能量变化
H—H
吸收436kJ
共吸收679kJ
Cl—Cl
吸收243kJ
H—Cl
放出431kJ
共放出862kJ
结论
679kJ-862kJ=-183kJ,即反应放出183kJ热量
点拨:
反应热与化学键键能的关系
(1)键能:
在标准状况下,将1mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量,用符号E表示,单位为kJ·mol-1。
(2)反应热与化学键键能的关系:
反应热Q=反应物的键能之和-生成物的键能之和,Q<0,反应放热,Q>0,反应吸热。
以反应H2+Cl2===2HCl为例:
H—H键、Cl—Cl键和H—Cl键的键能分别为436kJ·mol-1、243kJ·mol-1、431kJ·mol-1,则反应热Q=(436kJ·mol-1+243kJ·mol-1)-2×431kJ·mol-1=-183kJ·mol-1<0,反应放热。
【提升训练】
1.下列四位同学对化学反应的认识中错误的是( C )
解析:
化学反应中断裂旧化学键吸收能量,形成新化学键释放能量,化学变化过程中必然伴随能量变化,并有新物质产生,物质的状态变化属物理变化,C错误。
2.下列物质加入水中发生放热反应的是( B )
A.固体NaOHB.生石灰
C.无水乙醇D.固体NH4NO3
解析:
固体NaOH加入水中放出热量,但不是化学反应,A错;生石灰(CaO)加入水发生反应CaO+H2O===Ca(OH)2,并放热,B正确;乙醇、NH4NO3固体溶于水都是物理变化,C、D错。
3.下列变化过程中,需要吸收能量的是( C )
A.H+H―→H2B.H+Cl―→HCl
C.Cl2―→Cl+ClD.H2+O2―→H2O
解析:
H+H―→H2和H+Cl―→HCl,都属形成新化学键过程,放出热量,A、B错误;Cl2―→Cl+Cl属于破坏旧化学键过程,吸收热量,C正确;H2+O2―→H2O属于化合反应,并放出热量,D错。
4.吸热反应一定是( D )
A.释放能量
B.需要加热
C.反应物总能量高于生成物总能量
D.反应物总能量低于生成物总能量
解析:
反应物总能量低于生成物总能量的反应属吸热反应,D正确。
5.白磷、红磷是磷的两种同素异形体。
某温度下1mol白磷转化为红磷放出29.2kJ的热量,则下列叙述正确的是( B )
A.白磷比红磷稳定
B.红磷比白磷稳定
C.1mol白磷比1mol红磷含有的总能量低
D.红磷转化为白磷要放热
解析:
1mol白磷转化为红磷放出29.2kJ的热量,则1mol红磷含有的总能量低,故红磷比白磷稳定,其转化为白磷要吸热。
6.(2019·西安高一检测)下列表示吸热反应的图像是( A )
解析:
若反应物的总能量>生成物的总能量,则反应为放热反应,若反应物的总能量<生成物的总能量,则反应为吸热反应。
7(2019·南京高一检测)某反应的能量变化如图所示。
则有关该反应的叙述正确的是( B )
A.是吸热反应
B.生成物比反应物稳定
C.该反应一定是氧化还原反应
D.向外界放出的热量为(E2-E3)
解析:
该反应的反应物能量高于生成物,是放热反应,故A错误;生成物能量低于反应物,所以生成物比反应物稳定,故B正确;该反应不一定是氧化还原反应,故C错误;向外界放出的热量为(E1-E3),故D错误。
8.(2019·海口高一检测)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 )
A.EA+EB>EC+ED
B.EA>EB+EC
C.EA>EB
D.EA+EB 解析: 反应物的总能量大于生成物的总能量的反应属放热反应,则有EA+EB>EC+ED,A正确。 9.(2019·济南高一检测)根据如图所示的信息,下列叙述错误的是( B ) H2O(g) A.1molH2的共价键形成放出436kJ能量 B.氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量 C.1molH2(g)跟 molO2(g)反应生成1molH2O(g)释放能量220kJ D.1molH2(g)与 molO2(g)的总能量大于1molH2O(g)的能量 解析: A项,对同一种化学键来说,断裂时吸收的能量与形成时放出的能量相等,正确;B项,H2在O2中燃烧为放热反应,错误;C项,ΔQ=Q(吸)-Q(放)=(436kJ+249kJ)-905kJ=-220kJ,说明该反应释放出220kJ能量,正确;D项,放热反应的反应物总能量大于生成物总能量,正确。 10.(2019·永州高一检测)已知断裂1mol共价键所需要吸收的能量分别为H—H: 436kJ,I—I: 151kJ,H—I: 299kJ,下列对H2(g)+I2(g) 2HI(g)的反应类型判断错误的是( B ) A.放出能量的反应 B.吸收能量的反应 C.氧化还原反应 D.可逆反应 解析: 反应的热量变化等于反应物键能总和减去生成物键能总和,即436+151-2×299=-11(kJ)<0,属放热反应,B错误。 11.(2019·湛江高一检测)肼(H2NNH2)是一种高能燃料,有关化学反应的能量变化如图所示,已知断裂1mol化学键所需的能量(kJ): N≡N为942、O===O为500、N—N为154,则断裂1molN—H键所需的能量(kJ)是( B ) A.194 B.391 C.516D.658 解析: 利用图示可知肼和氧气变成原子时断键需要的能量为2752KJ-534kJ=2218kJ。 肼和氧气断键变为原子时要断裂1个N—N,4个N—H,1个O===O键,所以1×154kJ+4×(断裂1molN—H键所需的能量)+1×500kJ=2218kJ,解得断裂1molN—H键所需的能量为391kJ,选B。 12.下列反应属于吸热反应的是( B ) A.铝片与盐酸的反应 B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应 C.酸碱中和反应 D.甲烷在氧气中的燃烧 解析: Al与盐酸的反应、酸碱中和反应、可燃物的燃烧反应均为放热反应,只有B选项反应属于吸热反应。 13.在含少量镁粉的试管中滴入稀盐酸,产生大量气泡,且试管壁发热。 该反应为( A ) A.放热反应 B.吸热反应 C.化合反应D.复分解反应 解析: Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,此反应属于置换反应,试管壁发热,说明此反应是放热反应,故选项A正确。 14.(2019·贵阳高一检测)下列说法正确的是( C ) A.化学键的变化必然会引起能量变化,所以,能量变化也一定会引起化学变化 B.吸热反应一定是反应物总能量高于生成物总能量 C.酸与碱的中和反应属于放热反应 D.凡是需要加热的反应都是吸热反应 解析: A项,因物质三态之间的转变也存在能量的变化,而物质三态之间的转变是物理变化,错误;B项,若反应中生成物总能量高于反应物总能量,则反应是吸热反应,反之是放热反应,错误;C项,中和反应都是放热反应,正确;D项,需要加热的反应不一定都是吸热反应,有的反应开始时需要加热来引发反应,但反应一旦开始,反应本身放出的能量足以维持反应的进行,就不需要再加热,这样的反应虽然开始时需要加热,但为放热反应,错误。 15.下列变化过程中需要吸收能量的是( D ) A.氢气球发生燃烧爆炸 B.向污染的河水中投入生石灰 C. D. 解析: H2的燃烧、CaO与水的反应、氯原子形成氯分子的过程都放出能量;由氢分子变成氢原子的过程需要断裂化学键,吸收能量。 16.(2019·邯郸高一检测)现在人类直接利用的主要化石能源是( D ) A.太阳能B.核能 C.氢能D.煤 解析: 化石能源包括煤、石油、天然气,D正确。 17.(2019·邢台高一检测)为了研究化学反应A+B===C+D的能量变化情况,某同学设计了如图所示装置。 当向盛有A的试管中滴加试剂B时,看到U形管中甲处液面下降,乙处液面上升。 试回答下列问题: (1)该反应为__放热__反应(填“放热”或“吸热”)。 (2)A和B的总能量比C和D的总能量__高__(填“高”或“低”)。 (3)物质中的化学能通过化学反应转化成__热能__释放出来。 (4)反应物化学键断裂吸收的能量__低__(填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。 解析: (1)当向盛有A的试管中滴加试剂B时,看到U形管中甲处液面下降,乙处液面上升,说明A和B反应是放热反应,广口瓶中的空气受热膨胀。 (2)放热反应: 反应物的总能量大于生成物的总能量。 (3)广口瓶中的空气受热膨胀,说明此反应中化学能转化为热能释放出来。 (4)断裂化学键吸收热量,形成化学键放出热量,反应是放热反应说明形成化学键放出的热量大于断裂化学键所吸收的热量。
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