2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第2章化學(xué)鍵化學(xué)反應(yīng)規(guī)律第2節(jié)第1課時化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)及轉(zhuǎn)化形式教案魯科版必修第二冊

PAGE8-第1課時化學(xué)反應(yīng)中能量改變的本質(zhì)及轉(zhuǎn)化形式發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.通過相識能量改變的形式和改變的緣由，從宏觀辨識及微觀探析的視角了解化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。2.通過相識化學(xué)反應(yīng)中存在物質(zhì)改變和能量改變，能利用化學(xué)反應(yīng)為人類供應(yīng)能量，培育“科學(xué)看法與社會責(zé)任”的學(xué)科素養(yǎng)。一、化學(xué)反應(yīng)中能量改變的轉(zhuǎn)化形式1．活動探究試驗(yàn)操作試驗(yàn)現(xiàn)象有關(guān)化學(xué)方程式及結(jié)論鎂粉溶解，有大量氣泡產(chǎn)生，反應(yīng)混合液的溫度上升Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑，反應(yīng)釋放能量鐵粉漸漸溶解，但產(chǎn)生氣泡的速率不如Mg與稀鹽酸快，溶液溫度上升，但溫度不如Mg與稀鹽酸反應(yīng)的溫度高Fe＋2HCl=FeCl2＋H2↑，等量的金屬與稀鹽酸反應(yīng)，金屬越活潑，釋放能量越多有氣泡產(chǎn)生，溶液溫度降低反應(yīng)汲取能量2.結(jié)論每一個化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的改變，有的反應(yīng)汲取能量，有的反應(yīng)釋放能量。吸熱反應(yīng)：最終表現(xiàn)為汲取熱量的化學(xué)反應(yīng)。放熱反應(yīng)：最終表現(xiàn)為釋放熱量的化學(xué)反應(yīng)。二、化學(xué)反應(yīng)中能量改變的本質(zhì)1．從化學(xué)鍵的斷裂與形成分析注：E1為破壞舊化學(xué)鍵汲取的能量，E2為形成新化學(xué)鍵釋放的能量。E1<E2，反應(yīng)釋放能量；E1>E2，反應(yīng)汲取能量。2．從物質(zhì)能量角度(宏觀角度)分析若E反應(yīng)物總能量>E生成物總能量，則反應(yīng)釋放能量；若E反應(yīng)物總能量<E生成物總能量，則反應(yīng)汲取能量。3．化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化的形式化學(xué)能熱能、電能或光能等。微點(diǎn)撥：苛性鈉溶于水放出熱量，但不是放熱反應(yīng)，NH4NO3溶于水汲取熱量，但不是吸熱反應(yīng)，因?yàn)樗鼈兌疾皇腔瘜W(xué)反應(yīng)。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)化學(xué)反應(yīng)的舊鍵斷裂的過程是放出能量的過程。 ()(2)對于一個化學(xué)反應(yīng)來說，當(dāng)化學(xué)鍵斷裂汲取的能量大于化學(xué)鍵形成釋放的能量時，反應(yīng)放熱。 ()(3)全部的燃燒均放出熱量。 ()(4)化合反應(yīng)均是放熱反應(yīng)，分解反應(yīng)均是吸熱反應(yīng)。 ()[答案](1)×(2)×(3)√(4)×2．下列反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)的是()A．C＋CO2eq\o(=,\s\up10(△))2CO B．Zn與稀鹽酸反應(yīng)制備氫氣C．NaOH溶于水 D．石灰石分解制備氧化鈣B[C與CO2反應(yīng)生成CO是吸熱反應(yīng)，故A項(xiàng)錯誤；鋅與稀鹽酸反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，故B項(xiàng)正確；NaOH溶于水是物理改變，而放熱反應(yīng)首先應(yīng)當(dāng)是化學(xué)改變，故C項(xiàng)錯誤；石灰石受熱分解是吸熱反應(yīng)，故D項(xiàng)錯誤。]3．放熱反應(yīng)肯定是()A．?dāng)嚅_反應(yīng)物中的化學(xué)鍵汲取的能量比形成生成物中的化學(xué)鍵放出的能量多B．貯存能量C．反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量D．反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量C[放熱反應(yīng)的推斷可從能量的改變分析，亦可從化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)(微觀結(jié)構(gòu)角度)上分析。放熱反應(yīng)放出的熱量(Q)＝形成化學(xué)鍵放出的能量－斷裂化學(xué)鍵汲取的能量＝反應(yīng)物的總能量－生成物的總能量>0，C項(xiàng)正確。]放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析)某學(xué)生用如圖所示裝置對物質(zhì)改變過程中的能量改變進(jìn)行探究。探究發(fā)覺向試管中加入NH4NO3(s)時，甲管液面高于乙管，向試管中加入CaO(s)時，甲管液面低于乙管。(1)將NH4NO3加入水中后，發(fā)生了吸熱的化學(xué)反應(yīng)嗎？提示：不是。NH4NO3溶于水是吸熱的物理改變過程。(2)向水中加入CaO后，為什么甲管液面低于乙管？提示：CaO與水反應(yīng)是一個放熱反應(yīng)，使錐形瓶內(nèi)空氣體積膨脹。放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)能量改變反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量鍵能改變生成物的總鍵能大于反應(yīng)物的總鍵能生成物的總鍵能小于反應(yīng)物的總鍵能圖示常見實(shí)例(1)金屬與水或酸的反應(yīng)(2)金屬氧化物與水或酸的反應(yīng)(3)可燃物的燃燒反應(yīng)及緩慢氧化(4)酸與堿的中和反應(yīng)(5)大部分化合反應(yīng)(1)大部分分解反應(yīng)(2)Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反應(yīng)(3)檸檬酸與NaHCO3的反應(yīng)(4)高溫下焦炭與水的反應(yīng)【例1】已知反應(yīng)X＋Y=M＋N為吸熱反應(yīng)，對這個反應(yīng)的下列說法中正確的是()A.X的能量肯定低于M的，Y的能量肯定低于N的B.因?yàn)樵摲磻?yīng)為吸熱反應(yīng)，故肯定要加熱反應(yīng)才能進(jìn)行C.破壞反應(yīng)物中的化學(xué)鍵所汲取的能量小于形成生成物中化學(xué)鍵所放出的能量D.反應(yīng)物X和Y的總能量肯定小于生成物M和N的總能量D[反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)比較的是反應(yīng)物的總能量和生成物的總能量，當(dāng)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量時，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故A錯、D對；反應(yīng)是吸熱還是放熱與反應(yīng)條件無關(guān)，故B錯；當(dāng)破壞化學(xué)鍵汲取的總能量大于形成化學(xué)鍵所放出的總能量時為吸熱反應(yīng)，故C錯。]化學(xué)反應(yīng)中能量改變需留意的問題(1)化學(xué)鍵的斷裂與形成是本質(zhì)(微觀)緣由，而物質(zhì)具有的能量(化學(xué)能)改變是宏觀緣由。(2)由于化學(xué)反應(yīng)肯定有化學(xué)鍵的斷裂和形成，因此在物質(zhì)改變的同時肯定伴隨著能量改變。(3)有放熱(或吸熱)過程但不肯定是放熱(或吸熱)反應(yīng)，如冰溶化是吸熱過程而不是吸熱反應(yīng)。(4)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)與反應(yīng)條件無關(guān)。1．下列各組改變中，前者是放熱反應(yīng)，后者是吸熱反應(yīng)的是()A.生石灰溶于水；鋅粒和稀硫酸反應(yīng)B.干冰升華；金屬或金屬氧化物熔化C.氨水與醋酸反應(yīng)；碳和水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2D.工業(yè)煅燒石灰石；化石燃料燃燒C[生石灰溶于水發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)；鋅粒和稀硫酸的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故A錯誤。干冰升華屬于物理改變；金屬或金屬氧化物的熔化也屬于物理改變，故B錯誤。氨水與醋酸反應(yīng)為酸堿中和反應(yīng)，為放熱反應(yīng)；碳和水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2，為吸熱反應(yīng)，故C正確。工業(yè)煅燒石灰石是分解反應(yīng)，為吸熱反應(yīng)；化石燃料的燃燒為放熱反應(yīng)，故D錯誤。]2．下列反應(yīng)中，屬于氧化還原反應(yīng)且反應(yīng)前后能量改變?nèi)鐖D所示的是()A.生石灰溶于水B.高溫條件下鋁與氧化鐵的反應(yīng)C.高溫條件下碳粉與二氧化碳的反應(yīng)D.Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應(yīng)B[依據(jù)圖示可知該反應(yīng)是放熱反應(yīng)。生石灰溶于水發(fā)生的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，但是沒有元素化合價的改變，屬于非氧化還原反應(yīng)，A錯誤；高溫條件下鋁與氧化鐵反應(yīng)生成氧化鋁和鐵的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，同時也屬于放熱反應(yīng)，B正確；高溫條件下碳粉與二氧化碳的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，但屬于吸熱反應(yīng)，C錯誤；Ba(OH)2·8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應(yīng)是復(fù)分解反應(yīng)，是非氧化還原反應(yīng)，同時屬于吸熱反應(yīng)，D錯誤。]利用化學(xué)鍵計算化學(xué)反應(yīng)中的能量改變(素養(yǎng)養(yǎng)成——宏觀辨識與微觀探析)用H2和O2反應(yīng)的實(shí)例探究化學(xué)反應(yīng)中能量改變的實(shí)質(zhì)現(xiàn)探究2molH2燃燒生成H2O(g)時的能量改變。(1)斷裂舊化學(xué)鍵時汲取的總能量是多少？提示：汲取的總能量：2×436kJ＋2×249kJ＝1370kJ。(2)形成新化學(xué)鍵時釋放的能量是多少？提示：930×2＝1860kJ。(3)H2燃燒是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)？2molH2在該條件下燃燒的能量改變了多少？提示：放熱反應(yīng)，因?yàn)樾纬尚禄瘜W(xué)鍵釋放的能量高于斷裂舊化學(xué)鍵汲取的能量。能量改變：1860kJ－1370kJ＝490kJ。1．依據(jù)化學(xué)方程式確定斷鍵、成鍵的物質(zhì)的量。2．確定斷鍵汲取的總能量和成鍵釋放的總能量。3．計算反應(yīng)的能量改變(1)若反應(yīng)釋放能量E＝成鍵時釋放能量之和－斷鍵時汲取能量之和(2)若反應(yīng)汲取能量E＝斷鍵時汲取能量之和－成鍵時釋放能量之和【例2】下表中的數(shù)據(jù)表示破壞或形成1mol化學(xué)鍵需消耗或釋放的能量，依據(jù)表中數(shù)據(jù)計算以下反應(yīng)生成1molCO2時的熱量改變()CH4(g)＋2O2(g)eq\o(=,\s\up10(點(diǎn)燃))CO2(g)＋2H2O(g)化學(xué)鍵C—HO—OO=OC—OC=OH—O能量(kJ)415138498343798465A．放出熱量800kJ B．放出熱量1520kJC．汲取熱量110kJ D．放出熱量610kJA[1個CH4中含4個C—H鍵，1個O2中含1個O=O鍵，1個CO2中含2個C=O鍵，1個H2O中含2個H—O鍵。生成1molCO2時，斷裂4molC—H鍵和2molO=O鍵，汲取的熱量為Q吸＝4EC－H＋2EO＝O＝4×415kJ＋2×498kJ＝2656kJ。形成4moleq\a\vs4\al(HO)鍵和2molC=O鍵，釋放的熱量為Q放＝4EO－H＋2EC＝O＝4×465kJ＋2×798kJ＝3456kJ，因?yàn)镼放>Q吸，所以反應(yīng)放熱。放出的熱量為ΔQ＝Q放－Q吸＝3456kJ－2656kJ＝800kJ。]1.化學(xué)反應(yīng)A2＋B2=2AB的能量改變?nèi)鐖D所示，則下列說法正確的是()A．該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)B．1molA—A鍵和1molB—B鍵斷裂能放出xkJ能量C．2molA—B鍵斷裂須要汲取ykJ能量D．2molAB的總能量高于1molA2和1molB2的總能量C[由題圖可知，反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故A錯誤；化學(xué)鍵的斷裂需汲取能量，而不是釋放能量，故B錯誤；化學(xué)鍵斷裂時汲取能量，由題圖可知，斷裂2molA—B鍵須要汲取ykJ能量，故C正確；由題圖可知，1molA2和1molB2的總能量高于2molAB的總能量，故D錯誤。]2．反應(yīng)：4HCl＋O2eq\o(=,\s\up10(CuO/CuCl2),\s\do10(400℃))2Cl2＋2H2O，已知該反應(yīng)的相關(guān)信息：①用Cl2生產(chǎn)某些含氯有機(jī)物時會產(chǎn)生副產(chǎn)物HCl，利用該反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)氯氣的循環(huán)利用；②該反應(yīng)中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ的熱量；eq\a\vs4\al(③,,,)則斷開1molH—O鍵與斷開1molH—Cl鍵所需能量相差約為()A．127.6kJ B．92.65kJC．31.9kJ D．無法計算C[斷裂反應(yīng)物中的化學(xué)鍵須要汲取的熱量為Q吸＝4×EH－Cl＋EO＝O，形成化學(xué)鍵釋放的熱量為Q放＝4EO－H＋2ECl－Cl。因?yàn)樵摲磻?yīng)中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ的熱量，所以Q放－Q吸＝115.6kJ，即4EO－H＋2ECl－Cl－(4×EH－Cl＋EO＝O)＝115.6kJ，整理得4EH－Cl－4EH－O＝2ECl－Cl－EO＝O－115.6kJ＝2×243kJ－498kJ－115.6kJ＝－127.6kJ，即EH－O－EH－Cl＝31.9kJ，故斷開1molH—O鍵與斷開1molH—Cl鍵所需能量相差約為31.9kJ。]1．下列對于化學(xué)反應(yīng)過程的理解，錯誤的是()A．化學(xué)反應(yīng)過程中同時存在物質(zhì)和能量的改變B．凡是能量改變肯定發(fā)生在化學(xué)改變中C．化學(xué)反應(yīng)中同時存在質(zhì)量守恒和能量守恒D．能量的釋放和汲取以發(fā)生改變的物質(zhì)為基礎(chǔ)B[化學(xué)反應(yīng)過程中都會伴隨著物質(zhì)改變和能量改變，A正確?；瘜W(xué)改變過程中往往伴隨著能量的改變，而有能量改變時不肯定發(fā)生了化學(xué)改變，如燈泡通電發(fā)光放熱，B錯誤?；瘜W(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是原子的重新組合，符合質(zhì)量守恒定律；反應(yīng)過程中往往伴隨著能量的改變，符合能量守恒定律，C正確。能量的釋放和汲取是以發(fā)生改變的物質(zhì)為基礎(chǔ)的，二者密不行分，D正確。]2．下列反應(yīng)肯定屬于放熱反應(yīng)的是()①H2SO4與Ba(OH)2溶液的反應(yīng)②Mg與CH3COOH溶液的反應(yīng)③燃燒反應(yīng)④中和反應(yīng)⑤復(fù)分解反應(yīng)A．①②③ B．①②④C．①②③④ D．③④⑤C[金屬與酸的置換反應(yīng)、中和反應(yīng)、全部燃燒反應(yīng)都是放熱反應(yīng)；復(fù)分解反應(yīng)則不肯定是放熱反應(yīng)。]3．(素養(yǎng)題)將鐵粉和硫粉混合后加熱，待反應(yīng)一發(fā)生即停止加熱，反應(yīng)仍可持續(xù)進(jìn)行，直至反應(yīng)完全生成新物質(zhì)硫化亞鐵。這種現(xiàn)象說明白()A．該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)B．該反應(yīng)是放熱反應(yīng)C．鐵粉和硫粉在常溫下可以發(fā)生反應(yīng)D．硫化亞鐵的總能量高于鐵粉和硫粉的總能量B[該反應(yīng)需加熱才能引發(fā)，說明常溫下鐵粉和硫粉不反應(yīng)，引發(fā)后停止加熱仍舊持續(xù)進(jìn)行，說明該反應(yīng)放熱，且放出的熱量足以維持自身的反應(yīng)。]4．氫氣在氯氣中燃燒時產(chǎn)生蒼白色火焰。在反應(yīng)過程中，斷裂1molH2中的化學(xué)鍵消耗的能量為Q1kJ，斷裂1molCl2中的化學(xué)鍵消耗的能量為Q2kJ，形成1molHCl中的化學(xué)鍵釋放的能量為Q3kJ。下列關(guān)系式中，正確的是()A．Q1＋Q2>Q3 B．Q1＋Q2>2Q3C．Q1＋Q2<Q3 D．Q1＋Q2<2Q3D[氫氣在氯氣中的燃燒反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)物斷鍵所汲取的能量小于生成物成鍵所放出的能量，再結(jié)合化學(xué)方程式H2＋Cl2=2HCl，故Q1＋Q2<2Q3。]5．如圖所示，把試管放入盛有25℃的澄清飽和石灰水的燒杯中，先在試管中放入幾根鎂條，再用膠頭滴管滴加5mL回答下列問題：(1)試驗(yàn)中視察到的現(xiàn)象是____________________________________________________________________________________________