專題04-化學(xué)能與熱能(教材深度精講)(人教版2019必修第二冊(cè))(原卷版)

專題04化學(xué)能與熱能（教材深度精講）【核心素養(yǎng)分析】1、宏觀辨識(shí)與微觀探析:通過實(shí)驗(yàn)探究和宏微結(jié)合，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)能量變化的微觀本質(zhì)和宏觀表象；2、變化觀念與平衡思想：認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的本質(zhì)是有新物質(zhì)生成并伴有能量的轉(zhuǎn)化；3、證據(jù)推理與模型認(rèn)知：構(gòu)建依據(jù)鍵能計(jì)算化學(xué)反應(yīng)能量變化的認(rèn)知模型；4、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任：體會(huì)開發(fā)高能清潔燃料的重要性，主動(dòng)關(guān)心與資源開發(fā)相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)問題；【知識(shí)導(dǎo)圖】【目標(biāo)導(dǎo)航】通過對(duì)歷年高考試題的分析和考綱的研究，本專題知識(shí)的主要考點(diǎn)集中在化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)變化與能量變化的關(guān)系和圖像分析、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的判斷、化學(xué)鍵與能量變化的簡(jiǎn)單計(jì)算；能量轉(zhuǎn)化以圖象形式出現(xiàn)在選擇題中的可能性較大，分值4-6分?！局仉y點(diǎn)精講】一、化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系1、化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的過程就是反應(yīng)物分子中的原子重新組合成生成物分子的過程，也就是反應(yīng)物分子中化學(xué)鍵斷裂和生成物分子中化學(xué)鍵形成的過程。

2、化學(xué)反應(yīng)中能量變化的原因（1）斷開化學(xué)鍵吸收能量

例：1molH2中含有1molH—H鍵，常溫常壓下斷開1molH—H鍵，需要吸收436kJ的熱量。（2）形成化學(xué)鍵放出能量

由2molH原子生成1molH2，有1molH—H鍵生成，生成過程中向外界釋放436kJ的熱量。

注：形成1molH—H鍵釋放的能量與斷開1molH—H鍵吸收的能量相等。

（3）化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系

當(dāng)E1＞E2，反應(yīng)吸收熱量；當(dāng)E1＜E2，反應(yīng)放出熱量。注：任何化學(xué)反應(yīng)都要經(jīng)歷舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成的過程，因此，任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化。在化學(xué)反應(yīng)中，從反應(yīng)物分子改變?yōu)樯晌锓肿樱髟觾?nèi)部并沒有多少變化，但原子間的結(jié)合方式發(fā)生了改變。在這個(gè)過程中，反應(yīng)物分子中的化學(xué)鍵部分或全部遭到破壞，生成物分子中的新化學(xué)鍵形成了，在破壞舊化學(xué)鍵時(shí)，需要能量來克服原子間的相互作用，在形成新化學(xué)鍵時(shí)，由于原子間的相互作用而放出能量。因此說化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。3、決定化學(xué)反應(yīng)中能量變化的因素及反應(yīng)能量變化的判定

化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量，決定于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對(duì)大小。如下圖所示：反應(yīng)物的總能量＜生成物的總能量，反應(yīng)吸收能量（圖1）；反應(yīng)物的總能量＞生成物的總能量，反應(yīng)放出能量（圖2）。二、化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化

1、兩條基本的自然定律

（1）質(zhì)量守恒定律：自然界的物質(zhì)可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但是總質(zhì)量保持不變。

（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，轉(zhuǎn)化的途徑和能量形式可以不同，但是體系包含的總能量不變。

注：a．質(zhì)量與能量也是相互聯(lián)系的（質(zhì)量和能量也可以相互轉(zhuǎn)化），故統(tǒng)稱為質(zhì)能守恒定律。b．所有化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物的總能量都不相同，即所有的化學(xué)反應(yīng)都有一定能量變化（即熱效應(yīng)）。2、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，通常主要表現(xiàn)為熱量變化——吸熱或放熱。實(shí)驗(yàn)6-1放熱反應(yīng)（必修第二冊(cè)，P32）實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)原理△H＜0實(shí)驗(yàn)用品2mol/L的鹽酸、鎂條；溫度計(jì)、試管、砂紙。實(shí)驗(yàn)步驟在一支試管中加入2mL2mol/L的鹽酸，并用溫度計(jì)測(cè)量其溫度。再向試管中放入用砂紙打磨光亮的鎂條。觀察現(xiàn)象，并用溫度計(jì)測(cè)量溶液溫度的變化。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象試管中有大量氣泡產(chǎn)生，試管壁發(fā)燙，溶液的溫度升高。實(shí)驗(yàn)結(jié)論鎂和鹽酸的反應(yīng)是放熱反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)6-2吸熱反應(yīng)（必修第二冊(cè)，P33）實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)原理Ba(OH)2?8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O△H＞0實(shí)驗(yàn)用品Ba(OH)2?8H2O晶體、NH4Cl晶體；燒杯、玻璃片（或小木板）、玻璃棒。實(shí)驗(yàn)步驟將20gBa(OH)2?8H2O晶體研細(xì)后與10gNH4Cl晶體一起放入燒杯中，并將燒杯放在滴有幾滴水的木片上，用玻璃棒快速攪拌，聞到氣味后迅速用玻璃片蓋上燒杯，用手觸摸燒壁下部，試著用手拿起燒杯，觀察現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有少許刺激性氣味的氣體產(chǎn)生；燒杯變涼，木片和燒杯底部粘接在一起。實(shí)驗(yàn)結(jié)論①Ba(OH)2?8H2O晶體和NH4Cl晶體的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。②反應(yīng)產(chǎn)生了氨氣。（1）定義：放熱反應(yīng)：有能量放出的化學(xué)反應(yīng)。吸熱反應(yīng)：有能量吸收的化學(xué)反應(yīng)。注：有熱量放出未必是放熱反應(yīng)，吸收能量也未必是吸熱反應(yīng)，因?yàn)榉艧岱磻?yīng)和吸熱反應(yīng)必須是化學(xué)變化。

（2）吸熱反應(yīng)、放熱反應(yīng)的判定如圖，E1＞E2，新化學(xué)鍵的形成所釋放的能量小于破壞舊化學(xué)鍵所吸收的能量，該反應(yīng)就是吸熱反應(yīng)；

E1＜E2，新化學(xué)鍵的形成所釋放的能量大于破壞舊化學(xué)鍵所吸收的能量，該反應(yīng)就是放熱反應(yīng)。

如

反應(yīng)物斷鍵吸收的能量＜生成物成鍵釋放的能量，說明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

即遵循能量守恒定律，反應(yīng)物的總能量=生成物總能量+熱量（放熱反應(yīng)），反應(yīng)物總能量=生成物總能量－熱量（吸熱反應(yīng)）。

注：①物質(zhì)本身所具有的能量越低，說明其結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，斷裂其化學(xué)鍵所吸收的能量就越高，而形成其化學(xué)鍵所釋放的能量也越多。

②反應(yīng)的條件與反應(yīng)的熱效應(yīng)沒有必然的聯(lián)系，每一個(gè)反應(yīng)都有特定的條件，需要點(diǎn)燃或加熱的反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng)。例如燃燒都是放熱反應(yīng)，但是要達(dá)到著火點(diǎn)。3、理解反應(yīng)歷程與反應(yīng)熱的關(guān)系圖示意義a表示正反應(yīng)的活化能；b表示逆反應(yīng)的活化能。c表示該反應(yīng)的反應(yīng)熱。ΔH圖1：ΔH＝(a－b)kJ·mol－1＝－ckJ·mol－1，表示放熱反應(yīng)圖2：ΔH＝(a－b)kJ·mol－1＝ckJ·mol－1，表示吸熱反應(yīng)三、記住常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)1、常見的放熱反應(yīng)：①所有的燃燒反應(yīng)；②大多數(shù)的化合反應(yīng)（注：CO2+C2CO為吸熱反應(yīng)）；③酸堿中和反應(yīng)；④金屬與酸或水的反應(yīng)；⑤緩慢的氧化反應(yīng)；⑥其他，如：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O；CaO+H2O=Ca(OH)2；2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑；2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；2Al+Fe2O32Fe+Al2O3（鋁熱反應(yīng)）2、常見的吸熱反應(yīng)：①大多數(shù)的分解反應(yīng)；②以下幾個(gè)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)：Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==2NH3↑+BaCl2+10H2O；CO2+C2CO；C+H2O(g)CO+H2；3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2注：（1）常見的熱效應(yīng)如濃硫酸溶于水、NaOH溶于水、Ca(OH)2溶于水，雖伴隨著能量的放出，但并不是放熱反應(yīng)；銨鹽溶于水雖需要吸收能量，也不是吸熱反應(yīng)。（2）對(duì)于可逆反應(yīng)，若正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，則逆反應(yīng)必為吸熱反應(yīng)。四、能源及其分類凡是能夠提供某種形式能量的物質(zhì)或是物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，統(tǒng)稱為能源。它是人類取得能量的來源，包括已開采出來的可供使用的自然資源和經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)移的能量的來源，尚未開采出的能量資源不列入能源的范疇，只能是能源資源。能源的分類方法有多種：1、一次能源與二次能源從自然界直接取得的天然能源叫一次能源，如原煤、原油、流過水壩的水等；一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換后獲得的能源稱為二次能源，如各種石油制品、蒸氣、煤氣、電力、氫能等。2、常規(guī)能源與新能源在一定歷史時(shí)期和科學(xué)技術(shù)水平下，已被人們廣泛使用的能源稱為常規(guī)能源，如煤、石油、天然氣、水能等；隨著科技的不斷發(fā)展，才開始被人類采用先進(jìn)的方法加以利用的古老能源以及新發(fā)現(xiàn)的利用先進(jìn)技術(shù)所獲得的能源都是新能源，如核能、風(fēng)能、太陽能、海洋能等。3、可再生能源與非再生能源（1）可連續(xù)再生、永久利用的一次能源稱為可再生能源，如水力、風(fēng)能等；（2）經(jīng)過億萬年形成的、短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源，稱為非再生能源，如石油、煤、天然氣等。4、人類利用能源的三個(gè)階段柴草時(shí)期、化石能源時(shí)期和多能源結(jié)構(gòu)時(shí)期。5、新能源（1）概念：是指以新技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開發(fā)利用的能源，包括太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮艿?。?）太陽能的利用植物的光合作用是大自然“利用”太陽能極為成功的范例。在人工利用太陽能方面，例如模擬生物體儲(chǔ)存太陽能、利用太陽能電池把太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能、利用太陽能直接分解水，使太陽能轉(zhuǎn)化為氫能等方面的研究，都取得了一些可喜的成績(jī)。（3）氫能的利用氫能是人類最理想的能源，氫能主要用作高能燃料，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、汽車、燃料電池等其他需要熱能或其他形式的能量的設(shè)備中。（4）生物質(zhì)能新能源中一種無限的可再生性的能源是生物質(zhì)能。它是自然界中各種綠色植物通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能而固定下來的，儲(chǔ)存在植物體內(nèi)的一種自然資源能。4、解決能源問題的措施①提高能源的利用效率：a.改善開采、運(yùn)輸、加工等各個(gè)環(huán)節(jié)；b.科學(xué)控制燃燒反應(yīng)，使燃料充分燃燒。②開發(fā)新能源：開發(fā)資源豐富、可以再生、沒有污染或污染很小的新能源。【思考與討論p35】參考答案：感到空氣污染相對(duì)較輕的人，會(huì)不反對(duì)甚至支持煤、汽油和柴油的使用；感到空氣污染嚴(yán)重的人，會(huì)反對(duì)煤、汽油和柴油的使用?？茖W(xué)地說，無論某時(shí)某地空氣污染是否嚴(yán)重，人們都要從自身做起，盡量減少煤、汽油和柴油的使用量，同時(shí)盡量使用新能源。交通出行的快捷是方便，供暖、制冷調(diào)控室溫是舒服，青山綠水才是真正的方便、舒服?！镜漕}精練】考點(diǎn)1、考查反應(yīng)過程能量變化中概念理解例1．（2022春·天津和平·高一天津市第二十一中學(xué)校考期中）下列說法正確的是A．化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)能量變化的主要原因B．伴有能量變化的物質(zhì)變化都是化學(xué)變化C．在一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量一定相同D．在一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物的總能量總是高于生成物的總能量考點(diǎn)2、考查能量變化圖的分析與應(yīng)用例2.（2022春·四川綿陽·高一統(tǒng)考期中）某反應(yīng)由兩步反應(yīng)A→B→C構(gòu)成，它的反應(yīng)能量曲線如圖所示，下列敘述正確的是A．兩步反應(yīng)均為反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量B．三種化合物中C最穩(wěn)定C．A→B反應(yīng)，反應(yīng)條件一定需要加熱D．A→C反應(yīng)為吸熱反應(yīng)考點(diǎn)3、物質(zhì)的穩(wěn)定性與反應(yīng)熱及鍵能的關(guān)系例3.（2022春·河南開封·高一校聯(lián)考期中）石墨和金剛石都是碳的單質(zhì)，石墨在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為金剛石。已知12g石墨完全轉(zhuǎn)化為金剛石時(shí)，要吸收akJ的能量。下列說法中正確的是①石墨不如金剛石穩(wěn)定②金剛石不如石墨穩(wěn)定③等質(zhì)量的石墨和金剛石完全燃燒，金剛石放出的能量多④等質(zhì)量的石墨和金剛石完全燃燒，石墨放出的能量多A．①② B．②③ C．①④ D．③④考點(diǎn)4、考查鍵能與反應(yīng)熱的關(guān)系例4.（2022春·北京密云·高一?？计谥校┗瘜W(xué)反應(yīng)中的能量變化是化學(xué)反應(yīng)中舊化學(xué)鍵斷裂時(shí)吸收的能量與新化學(xué)鍵形成時(shí)放出的能量不同引起的。如下圖為N2(g)和O2(g)反應(yīng)生成NO(g)過程中的能量變化：下列說法正確的是A．N元素非金屬性較強(qiáng)，故通常情況下N2不穩(wěn)定，易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)B．通常情況下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NOC．1molN2(g)和1molO2(g)具有的總能量小于2molNO(g)具有的總能量D．1molN2(g)和1molO2(g)反應(yīng)放出的能量為180kJ考點(diǎn)5、放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)的