2024-2025學年新教材高中化學第6章化學反應與能量第1節(jié)第1課時化學反應與熱能學案新人教版必修第二冊

PAGE8-第1課時化學反應與熱能發(fā)展目標體系構(gòu)建1.通過試驗，了解化學反應的能量改變和化學反應分為放熱反應和吸熱反應，培育“科學探究與宏觀辨識”的核心素養(yǎng)。2.從微觀與宏觀角度理解化學反應的能量改變，培育“微觀探析與模型認知”的核心素養(yǎng)。3.了解人類對能源的利用和提高燃料燃燒效率、開發(fā)新能源的意義，培育“科學看法與社會責任”的核心素養(yǎng)。一、化學反應與熱能1．試驗探究(1)向Mg與稀鹽酸反應的溶液中插入溫度計，溫度計顯示的溫度上升，說明該反應為放熱反應。(2)將20gBa(OH)2·8H2O晶體粉末與10gNH4Cl晶體混合放入燒杯中，將燒杯放在滴有幾滴水的木片上。用玻璃棒快速攪拌，聞到有刺激性氣味時用玻璃片蓋上燒杯，用手觸摸杯壁下部感覺冰涼，燒杯與木片間有結(jié)冰現(xiàn)象，說明該反應為吸熱反應。2．放熱反應與吸熱反應(1)放熱反應：釋放熱量的化學反應，如活潑金屬與酸的反應，燃燒反應，中和反應等。(2)吸熱反應：汲取熱量的化學反應，如氫氧化鋇與氯化銨的反應，鹽酸與碳酸氫鈉的反應，灼熱的炭與二氧化碳的反應。有的化學反應須要加熱，該反應是否為吸熱反應？有的化學反應在常溫下能夠進行，該反應是否為放熱反應？提示：都不肯定；緣由是化學反應放熱還是吸熱取決于反應物和生成物具有總能量的相對大小，與反應是否須要加熱無關(guān)。二、化學反應存在能量改變的緣由1．從化學鍵的改變理解——主要緣由2．從物質(zhì)儲存化學能的角度理解宏觀說明放熱反應示意圖吸熱反應示意圖化學反應放出熱量化學反應汲取熱量(1)放熱反應可以看成是反應物所具有的化學能轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來。(2)吸熱反應可以看成是熱能轉(zhuǎn)化為化學能被生成物所“儲存”。三、人類對能源的利用1．利用的三個階段eq\x(柴草時期)——樹枝雜草↓eq\x(化石能源時期)——煤、石油、自然氣↓eq\x(多能源結(jié)構(gòu)時期)——eq\a\vs4\al(太陽能、氫能、核能、海洋能、,風能、地熱能等)2．化石燃料利用過程中亟待解決的兩方面問題(1)一是其短期內(nèi)不行再生，儲量有限；(2)二是煤和石油產(chǎn)品燃燒排放的粉塵、SO2、NOx、CO等是大氣污染物的主要來源。3．在燃料利用過程中，節(jié)能的主要環(huán)節(jié)(1)燃料燃燒階段——可通過改進鍋爐的爐型和燃料空氣比、清理積灰等方法提高燃料的燃燒效率；(2)能量利用階段——可通過運用節(jié)能燈，改進電動機的材料和結(jié)構(gòu)，以及發(fā)電廠、鋼鐵廠余熱與城市供熱聯(lián)產(chǎn)等措施促進能源循環(huán)利用，有效提高能源利用率。4．新能源(1)特點：資源豐富、可以再生、對環(huán)境無污染等。(2)人們比較關(guān)注的新能源：太陽能、風能、地熱能、海洋能和氫能等。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)全部化學反應都伴隨著能量的改變。 ()(2)斷裂化學鍵釋放出能量而形成化學鍵則汲取能量。 ()(3)吸熱反應均須要加熱才能發(fā)生。 ()(4)化石燃料儲量有限，燃燒時又產(chǎn)生污染，故盡可能削減化石燃料的運用。 ()[答案](1)√(2)×(3)×(4)√2．下列反應是吸熱反應的是()A．硫的燃燒 B．水的分解C．食物的氧化變質(zhì) D．中和反應[答案]B3．如圖所示，某化學愛好小組把試管放入盛有25℃的飽和石灰水的燒杯中，在試管中放入幾小塊鎂片，再向試管中滴入5mL稀鹽酸。試回答下列問題：(1)試驗中視察到的現(xiàn)象是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)產(chǎn)生上述現(xiàn)象的緣由是_________________________________________________________________________________________________________。(3)寫出有關(guān)反應的離子方程式：__________________________。(4)由試驗可推知，反應生成的MgCl2和H2的總能量________(填“大于”“小于”或“等于”)參與反應的Mg和HCl的總能量。[答案](1)鎂片上有大量氣泡產(chǎn)生；鎂片漸漸溶解；燒杯中的飽和石灰水變渾濁(2)Mg與HCl反應生成H2，該反應為放熱反應，體系溫度上升，Ca(OH)2的溶解度隨溫度的上升而減小，故飽和石灰水中的Ca(OH)2析出而使溶液變渾濁(3)Mg＋2H＋=Mg2＋＋H2↑(4)小于化學反應中能量改變的緣由利用化學鍵的能量改變可粗略計算化學反應過程中的能量改變。以反應H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)為例：1．斷裂1molH—H鍵形成2molH和1molCl—Cl鍵形成2molCl，能量有什么改變？數(shù)值為多少？提示：汲取能量。數(shù)值為(436＋243)kJ＝679kJ。2．2molH與2molCl形成2molH—Cl，能量有什么改變？數(shù)值為多少？提示：放出能量。數(shù)值為2×431kJ＝862kJ。3．1molH2與1molCl2生成2molHCl氣體，能量有什么改變？數(shù)值為多少？提示：放出能量。數(shù)值為2×431kJ－(436kJ＋243kJ)＝183kJ。4．1molH2(g)與1molCl2(g)具有的總能量和2molHCl(g)具有的總能量誰高？提示：1molH2(g)與1molCl2(g)具有的總能量較高。1．放熱反應與吸熱反應的比較放熱反應吸熱反應形成緣由反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量反應物具有的總能量小于生成物具有的總能量與化學鍵強弱的關(guān)系生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應物分子斷鍵時汲取的總能量生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應物分子斷鍵時汲取的總能量反應過程圖示示例①金屬與水或酸的反應②燃燒反應③中和反應④大部分化合反應①Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應②C與H2O(g)、CO2的反應③大部分分解反應2.化學反應遵循的兩條基本規(guī)律(1)質(zhì)量守恒定律：參與化學反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。(2)能量守恒定律：一種形式的能量可以轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，但體系包含的總能量不變。1．下列說法正確的是()A．Fe與S在加熱條件下才能發(fā)生反應，所以該反應屬于吸熱反應B．HNO3、H2SO4分別與NaOH溶液反應都放出熱量C．分解反應都是吸熱反應，化合反應都是放熱反應D．合成氨的反應是放熱反應，所以N2與其他物質(zhì)的反應也是放熱反應B[Fe與S雖然需加熱才能發(fā)生反應，但反應起先后，停止加熱，反應能接著進行，加熱只是為了引發(fā)反應，所以該反應是放熱反應，A錯誤；中和反應都是放熱反應，B正確；分解反應不肯定是吸熱反應，如H2O2的分解反應就是放熱反應，化合反應也不肯定是放熱反應，如CO2與C的反應就是吸熱反應，C錯誤；與N2反應的物質(zhì)不同，能量改變也不同，不能依據(jù)合成氨反應的能量改變來類推N2與其他物質(zhì)反應的能量改變，如N2和O2在放電條件下生成NO就是吸熱反應，D錯誤。]2．已知斷裂1mol共價鍵所須要汲取的能量分別為H—H：436kJ，I—I：151kJ，H—I：299kJ，下列對H2(g)＋I2(g)eq\o(,\s\up9(△))2HI(g)的反應類型推斷錯誤的是()A．放出能量的反應 B．汲取能量的反應C．氧化還原反應 D．可逆反應B[依題意，斷裂1molH—H鍵和1molI—I鍵汲取的能量為436kJ＋151kJ＝587kJ，生成2molH—I鍵放出的能量為299kJ×2＝598kJ，因為598kJ＞587kJ，所以該反應是放出能量的反應；依據(jù)反應式可知該反應是可逆反應，也是氧化還原反應。]3．已知化學反應N2＋3H2eq\o(,\s\up9(高溫、高壓),\s\do9(催化劑))2NH3的能量改變?nèi)鐖D所示：(1)1molN和3molH生成1molNH3(g)是________(填“汲取”或“釋放”)能量的過程。(2)由eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)生成1molNH3(g)過程________(填“汲取”或“釋放”)________kJ能量。[解析]假如反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量，整個反應就放出能量，反之就汲取能量。(1)由圖像可知1molN和3molH具有的總能量比1molNH3(g)的能量高bkJ，所以1molN和3molH生成1molNH3(g)是釋放能量的過程。(2)由圖像可知eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)總能量比1molN和3molH具有的總能量低akJ，而1molNH3(g)具有的總能量比1molN和3molH具有的總能量低bkJ，b>a，所以由eq\f(1,2)molN2(g)和eq\f(3,2)molH2(g)生成1molNH3(g)的過程釋放出(b－a)kJ能量。[答案](1)釋放(2)釋放(b－a)[素材一]2019年6月26日，《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書》在山東省濰坊市正式發(fā)布。依據(jù)白皮書發(fā)布內(nèi)容，氫能將成為中國將來能源體系的重要組成部分，預料到2050年氫能在中國能源體系中的比例約為10%?！皻淠苁歉咝鍧嵞茉摧d體，具有很多無可比擬的特點?！盵素材二]2024中國(山西)國際清潔能源博覽會于2019年6月28日上午在太原開幕。本次展會以“清潔低碳、綠色發(fā)展”為主題，聚焦煤炭清潔利用、新能源、儲能、節(jié)能環(huán)保等領域，展示新技術(shù)新產(chǎn)品新應用，搭建中西部清潔能源及設備供需平臺，促進煤改電、煤改氣、煤改清潔采暖在中西部的實施，加強霧霾的治理，有效改善呼吸環(huán)境。[素材三]SF6氣體已有百年歷史，它是法國兩位化學家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性氣體。六氟化硫具有良好的電氣絕緣性能及優(yōu)異的滅弧性能，國際上稱為“氣體絕緣開關(guān)設備”。SF6分子結(jié)構(gòu)中只存在S—F鍵。已知：1molS(s)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)硫原子汲取能量280kJ，斷裂1molF—F、S—F鍵需汲取的能量分別為160kJ、330kJ。1．依據(jù)素材一思索(1)氫氣燃燒放出的熱量從何而來？與化學反應的本質(zhì)有什么關(guān)系？(2)氫能具有哪些優(yōu)點？提示：(1)氫氣燃燒放出的熱量來自物質(zhì)的內(nèi)能，與化學反應中化學鍵的斷裂和形成有關(guān)。(2)氫能的優(yōu)點：①清潔燃料，是零排放能源；②來源廣泛，可來自可再生能源，也可來自工業(yè)流程中的副產(chǎn)品；③應用廣泛；④熱值高、平安性好。2．依據(jù)素材二思索(1)提高燃料的燃燒效率應當從哪些方面考慮？(2)日常生產(chǎn)、生活中經(jīng)常采納下列能源：①煤；②石油；③自然氣；④太陽能；⑤水能；⑥氫能；⑦核能；⑧風能；⑨地熱能等，屬于清潔能源的有哪些？提示：(1)使燃料與氧氣充分接觸，如將煤粉碎、液化和氣化；通入足夠的氧氣。(2)④⑤⑥⑦⑧⑨。清潔能源即綠色能源，是指不排放污染物、能夠干脆用于生產(chǎn)生活的能源，它包括核能和可再生能源?？稍偕茉词侵冈牧峡梢栽偕哪茉?，如水力發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能、水能、生物能(沼氣)、地熱能(包括地源和水源)、海洋能等能源。3．依據(jù)素材三思索(1)1molS(s)與3molF2(g)生成1molSF6(g)的能量改變及數(shù)量如何？(2)1molS(s)與3molF2(g)的總能量和1molSF6(s)的總能量大小如何？提示：(1)放出1220kJ的熱量。(2)前者能量大。通過素材一、二、三的探究，了解能源問題和能量改變的緣由，培育學生“證據(jù)推理與社會責任”的核心素養(yǎng)。1．下列對于化學反應過程的理解錯誤的是()A．化學改變過程中同時存在物質(zhì)和能量的改變B．能量改變肯定發(fā)生在化學改變中C．化學反應既遵循質(zhì)量守恒定律又遵循能量守恒定律D．能量的釋放和汲取以發(fā)生改變的物質(zhì)為基礎B[化學改變過程中肯定伴隨著能量的改變，但有能量改變的不肯定是化學改變，如燈泡通電發(fā)光放熱，是物理改變，B項錯誤。]2．下列反應中能量改變趨勢與如圖一樣的是()A．氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體混合B．中和反應C．木炭在氧氣中發(fā)生不完全燃燒D．生石灰和水的反應A[生成物的總能量大于反應物的總能量，說明此反應為吸熱反應。Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反應為吸熱反應，A項正確；中和反應、2C＋O2eq\o(=,\s\up9(點燃))2CO、CaO＋H2O=Ca(OH)2均為放熱反應，B、C、D項錯誤。]3．新能源的特點是資源豐富，在運用時對環(huán)境無污染或污染很小，且可以再生。下列能達到新能源標準的是()①地熱能②煤②自然氣④太陽能⑤生物質(zhì)能⑥石油⑦風能⑧氫能A．②⑤⑦⑧ B．①④⑤⑦⑧C．④⑤⑦⑧ D．②③⑥⑦⑧B[煤、石油、自然氣是化石能源，不行再生，不屬于新能源；新能源有：太陽能、地熱能、海洋能、風能、氫能、生物質(zhì)能等，這些新能源對環(huán)境污染小，屬于環(huán)境友好型能源，即符合條件的是①④⑤⑦⑧，故選B。]4．氫氣燃燒生成水蒸氣的能量改變?nèi)鐖D所示。下列說法正確的是()A.燃燒時化學能全部轉(zhuǎn)化為熱能B．斷開1mol氫氧鍵汲取930kJ的能量C．相同條件下，1mol氫原子的能量為E1，1mol氫分子的能量為E2，則2E1＜E2D．該反應生成1mol水蒸氣時放出能量245kJD[燃燒時化學能可轉(zhuǎn)化為熱能、光能等，A項錯誤；由題圖可知，斷開2mol氫氧鍵汲取930kJ的能量，B項錯誤；氫分子變成氫原子要汲取能量，所以2E1＞E2，C項錯誤；該反應生成1mol水蒸氣時放出的能量為930kJ－436kJ－249kJ＝245kJ，D項正確。]5．(素養(yǎng)題)如圖所示，在小試管里加入2g新制備的無水硫酸銅，把小試管套在具支試管內(nèi)。在U形