第二章

化學反應與能量第一節化學能與熱能閱讀思考閱讀求知閱讀檢測一、化學鍵與化學反應中能量變化的關系1.化學反應中能量變化的本質原因(微觀角度)E1>E2,反應吸收能量;E1<E2,反應釋放能量。閱讀思考閱讀求知閱讀檢測2.化學反應中能量變化的決定因素(宏觀角度)(1)物質的穩定性與能量的關系(2)化學反應中能量變化的決定因素(用E表示物質能量)閱讀思考閱讀求知閱讀檢測二、化學能與熱能的相互轉化1.兩條基本的自然定律2.化學能與熱能的相互轉化(1)吸熱反應和放熱反應。①吸熱反應:吸收熱量的化學反應。②放熱反應:放出熱量的化學反應。閱讀思考閱讀求知閱讀檢測(2)寫出下列反應的化學方程式并注明屬于吸熱反應還是放熱反應。閱讀思考閱讀求知閱讀檢測三、人類利用能源的三個階段

閱讀思考閱讀求知閱讀檢測我們可以從哪些角度解釋化學反應中為什么一定伴隨著能量變化?思考提示:從化學反應的實質和能量守恒兩個角度解釋化學反應中能量變化的原因。閱讀思考閱讀求知閱讀檢測下列反應既是氧化還原反應,又是吸熱反應的是

(

)A.鋁片與稀硫酸的反應B.Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應C.灼熱的木炭與CO2的反應D.甲烷在O2中的燃燒反應解析:A、D兩項中的反應均是放熱反應,B項中的反應不是氧化還原反應。答案:C探究任務一探究任務二1.化學反應中,反應物和生成物具有的總能量是否相同?并從該角度解釋:2H2+O2 2H2O為什么是放熱反應?提示:一定不相同。化學反應都伴隨著能量的變化,所以反應物和生成物具有的總能量一定不相同。在H2的燃燒反應中,反應物H2和O2具有的總能量大于H2O具有的總能量,所以該反應是放熱反應。2.如果僅從化學鍵角度分析,NaCl溶于水的過程是吸熱還是放熱?提示:NaCl溶于水,NaCl Na++Cl-,只有化學鍵斷裂,沒有化學鍵形成,因此NaCl溶于水時要吸收熱量。知識內容探究氫氣的燃燒探究任務一探究任務二重點考向探究考向1

化學反應中能量變化的原因【典例1】

在25℃、101kPa的條件下,斷裂1molH—H鍵吸收436kJ能量,斷裂1molCl—Cl鍵吸收243kJ能量,形成1molH—Cl鍵放出431kJ能量。H2+Cl2 2HCl的化學反應可用下圖表示:探究任務一探究任務二請回答下列有關問題:(1)反應物斷鍵吸收的總能量為

。

(2)生成物成鍵放出的總能量為

。

(3)判斷反應H2+Cl2 2HCl是

(填“吸收”或“放出”)能量。

(4)反應物的總能量

(填“>”或“<”)生成物的總能量。

解析:(1)反應物斷鍵吸收的總能量應該是斷開1

mol

H—H鍵與1

mol

Cl—Cl鍵吸收能量之和,即436

kJ+243

kJ=679

kJ。(2)生成物成鍵放出的總能量為2×431

kJ=862

kJ。(3)(4)由于反應物斷鍵吸收的總能量小于成鍵放出的總能量,所以該反應為放熱反應,即反應物的總能量大于生成物的總能量。答案:(1)679kJ

(2)862kJ

(3)放出(4)>探究任務一探究任務二規律方法點撥

1.從化學鍵的角度理解化學反應過程中的能量變化化學反應過程中的能量變化來源于化學反應過程中舊化學鍵斷裂與新化學鍵形成時的能量變化。(1)若反應物中的化學鍵斷開時吸收的能量高于生成物成鍵釋放的能量,則該反應吸收能量,吸收的能量=反應物斷鍵吸收的總能量-生成物形成釋放的總能量。(2)若反應物中的化學鍵斷開時吸收的能量低于生成物成鍵釋放的能量,則該反應放出能量,放出的能量=生成物形成釋放的總能量-反應物斷鍵吸收的總能量。探究任務一探究任務二2.從總能量的角度理解化學反應過程中的能量變化一個確定的化學反應是吸收能量還是放出能量取決于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小。具體情況見下表:探究任務一探究任務二探究任務一探究任務二成功體驗1下圖是碳和水蒸氣發生反應生成CO、H2的途徑和三個狀態的能量(E)。試問:(2)比較E1、E2、E3的大小:

。

(3)寫出該反應的化學方程式:

。

解析:步驟1是斷開水分子中共價鍵的過程,需要吸收能量,故E2>E1;步驟2是原子間相互結合形成共價鍵的過程,需要放出能量,故E3<E2;碳和水蒸氣的反應是吸熱反應(要記住一些典型的吸熱反應),從整個反應過程看,由反應物(E1狀態)到生成物(E3狀態)要吸熱,所以E1<E3。綜上所述,可知E2>E3>E1。答案:(1)吸熱放熱(2)E2>E3>E1探究任務一探究任務二成功體驗1下圖是碳和水蒸氣發生反應生成CO、H2的途徑和三個狀態的能量(E)。試問:(1)步驟1、2分別是吸熱還是放熱?步驟1:

,步驟2:

。

(2)比較E1、E2、E3的大小:

。

(3)寫出該反應的化學方程式:

。

探究任務一探究任務二解析:步驟1是斷開水分子中共價鍵的過程,需要吸收能量,故E2>E1;步驟2是原子間相互結合形成共價鍵的過程,需要放出能量,故E3<E2;碳和水蒸氣的反應是吸熱反應(要記住一些典型的吸熱反應),從整個反應過程看,由反應物(E1狀態)到生成物(E3狀態)要吸熱,所以E1<E3。綜上所述,可知E2>E3>E1。答案:(1)吸熱放熱(2)E2>E3>E1探究任務一探究任務二知識內容探究1.NaOH溶于水放出熱量,NaOH溶于水是放熱反應嗎?探究提示:吸熱反應和放熱反應均是化學反應。注意明確某些吸熱過程和放熱過程不屬于化學反應。NaOH固體溶于水屬于放熱過程,不是化學反應,也就不屬于放熱反應。探究任務一探究任務二2.加熱條件下進行的反應是否一定是吸熱反應,常溫下進行的反應是否一定是放熱反應?

探究提示:都不一定。化學反應是吸熱還是放熱,與反應條件無關,而是取決于反應過程中破壞舊化學鍵吸收總能量與形成新化學鍵放出總能量的相對大小。常溫下進行的反應有的放熱(如中和反應),有的吸熱[如NH4Cl與Ba(OH)2·8H2O的反應]。加熱條件下進行的反應有的放熱探究任務一探究任務二重點考向探究考向2

放熱反應、吸熱反應的判斷【典例2】

下列說法正確的是(

)A.需要加熱方能發生的反應一定是吸熱反應B.放熱的反應在常溫下一定很容易發生C.反應是放熱還是吸熱可以看反應物和生成物所具有的總能量的相對大小D.吸熱反應一定難以發生探究任務一探究任務二解析:化學反應的能量變化主要表現為放熱和吸熱。反應是放熱還是吸熱主要取決于反應物和生成物所具有的總能量的相對大小。放熱反應和吸熱反應在一定條件下都能發生。反應開始時需要加熱的反應可能是吸熱反應,也可能是放熱反應。比如,木炭的燃燒需加熱引燃,一旦反應開始不需加熱反應仍可繼續進行,而有些吸熱反應在常溫下就能發生,如Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應。答案:C探究任務一探究任務二規律方法點撥

吸熱反應和放熱反應的判斷方法(1)根據反應物和生成物的總能量的相對大小判斷——決定因素。若反應物的總能量大于生成物的總能量,屬于放熱反應,反之是吸熱反應。(2)根據化學鍵斷裂或形成時的能量變化判斷——用于計算。若斷裂反應物中的化學鍵所吸收的總能量小于形成生成物中化學鍵所放出的總能量,屬于放熱反應,反之是吸熱反應。(3)根據反應物和生成物的相對穩定性判斷。由不穩定的物質(能量高)生成穩定的物質(能量低)的反應為放熱反應,反之為吸熱反應。(4)根據反應條件判斷。凡是持續加熱才能進行的反應一般是吸熱反應。探究任務一探究任務二特別提醒(1)三個“不一定”:①需加熱才能發生的反應不一定是吸熱反應,如碳和氧氣的反應;②放熱反應常溫下不一定容易發生,如鋁熱反應;③吸熱反應也不一定需要加熱,如Ba(OH)2·8H2O晶體和NH4Cl晶體的反應。(2)吸熱反應和放熱反應都是化學變化。NaOH固體溶于水是放熱過程,但不是放熱反應;升華、蒸發、蒸餾等過程是吸熱過程,但不是吸熱反應。探究任務一探究任務二成功體驗2生活中每時每刻都發生著各種化學反應,下列反應不一定屬于放熱反應的是(

)A.H2SO4與Ba(OH)2溶液的反應B.燃燒反應C.復分解反應D.中和反應解析:H2SO4與Ba(OH)2溶液混合,酸與堿發生中和反應,是放熱反應;燃燒是指劇烈的發光、發熱的反應,因而都是放熱反應;復分解反應,有的是放熱反應,如酸堿中和反應,有的是吸熱反應,如氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體的反應。答案:C123451.下列對化學反應的認識錯誤的是(

)A.會引起化學鍵的變化B.會產生新的物質C.必然引起物質狀態的變化D.必然伴隨著能量的變化解析:化學反應的本質是化學鍵的斷裂和形成,表現為有新物質生成,并伴隨著能量的變化,而化學變化中的反應物和生成物的狀態在反應前后可能相同,也可能不相同。答案:C123452.下列變化過程中,放出能量的是(

)解析:A項硝酸銨溶于水吸收能量;B項表示形成化學鍵,放出能量;C項表示水的分解,吸收能量;D項表示硫黃升華,吸收能量。答案:B123453.下列反應的能量變化與其他三項不相同的是(

)A.稀硫酸與氧化鐵反應 B.碳與二氧化碳反應C.鋅片與稀硫酸反應 D.氫氧化鈉與鹽酸反應解析:碳與二氧化碳的反應為吸熱反應,而其他反應均為放熱反應。答案:B12345答案:D123455.在研究化學反應中的能量變化時,我們通常做下面的實驗:在一只小燒杯里,加入20g已研磨成粉末的Ba(OH)2·8H2O,將小燒杯放在事先已滴有3~4滴水的玻璃片上,然后向燒杯中加入約10gNH4Cl晶體,根據實驗步驟,填寫下表,并回答問題。1234512345(1)寫出實驗過程中發生反應的化學方程式:

。

(2)實驗中要立即用玻璃棒迅速攪拌的原因是

。

解析:該實驗成功的關鍵是在短時間內使反應充分進行,使體系溫度快速降