6.1 化学反应与能量变化 学案(第一课时) 高中化学人教版（2019）必修第二册

第六章 第一节
《化学反应与能量变化（1）》导学案
【学习目标】
1. 了解吸热反应和放热反应的概念，知道常见的吸热反应和放热反应。
2. 理解化学反应中能量变化的主要原因——化学键的断裂和形成。
3. 知道化学反应中的能量变化和物质具有的能量之间的关系。
【课前预习任务】
1. 化学反应的本质是什么？
___________________________________________________________________________
2. 书写下列反应的化学方程式。
(1) 镁和盐酸_________________________________________________________
(2) 盐酸和氢氧化钠溶液_______________________________________________
(3) 钠和水的反应_____________________________________________________
3. 阅读教材：p34-35。
思考：人类对能源的利用可以划分为几个时期？现阶段人类对能源的利用面临的问题是什么？如何解决？
【课上学习任务】
一、化学反应与热能
【实验6-1】镁和盐酸的反应
在一只试管中加入2 mL 2 mol/L 盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，观察现象，并测量溶液温度的变化。
现象： 。
结论： 。
【实验6-2】氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应
将20g Ba(OH)2 8H2O晶体研细后与10gNH4Cl在烧杯中混合，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸烧杯下部，试着用手拿起烧杯。观察现象。
现象： 。
反应：_______________________________________________________________________。
结论： 。
1. 放热反应与吸热反应
定义：放热反应 。
吸热反应 。
【实验】钠和水的反应
用镊子夹取金属钠放入到水中，观察现象。
反应： 。
现象： 。
结论： 。
【实验】盐酸和氢氧化钠溶液的反应
在一个玻璃片上滴加2~3滴盐酸，在其旁边滴加2~3滴氢氧化钠溶液，使其接触发生反应，观察现象。
现象： 。
结论： 。
【小结】
常见的放热反应：
______________________________________________________________
_____________________________________________________________。
【实验】醋酸与小苏打的反应
将小苏打加入到白醋中，观察现象。
反应： 。
现象： 。
结论： 。
【小结】
常见的吸热反应：
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
3.化学反应过程中热量变化的宏观判断
已知：各种物质都具有能量，物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量也不同。
（1）
反应物的总能量 ____ 生成物的总能量 _____热反应
（2）
反应物的总能量 ____ 生成物的总能量 _____热反应
【思考】结合本节课涉及的化学反应，从物质具有能量的角度，举例说明该反应为什么为放热反应或吸热反应？
3. 化学反应过程热量变化的微观解释
（1） 化学反应发生过程的本质：___________________________________________________。
（2）化学键的断裂需要_______能量；化学键的形成需要_________能量。
例题1. 已知在25 ℃和101 kPa条件下，断开1 mol H2的化学键形成2 mol H要吸收436 kJ的能量；2 mol H要形成1 mol H2的化学键要____________的能量。
在相同条件下，断开和形成1 mol相同的化学键，吸收和放出的能量值_________。
例题2. 已知反应H2 (g)+ Cl2 (g)= 2HCl(g)，请根据下列信息判断该反应是吸热反应还是放热反应。
练习1.请根据下列信息判断氢气燃烧生成水蒸气是吸热反应还是放热反应。
【思考】请结合练习1，分析水蒸气分解为氢气和氧气的反应为吸热反应还是放热反应。
【小结】化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
吸收能量E1 释放能量E2 该反应为 反应
吸收能量E1 释放能量E2 该反应为 反应
图示表示：
E1为破坏化学键吸收的能量，E2为形成化学键释放的能量
化学键与化学反应过程中的能量变化
【练习】练习2. 判断下列说法是否正确，并举例说明。
放热反应的发生一定不需要加热，吸热反应的发生一定需要加热。
___________________________________________________________________________。
【练习】练习3：下列说法正确的是（ ）
A. 由H原子形成1 mol H—H键要吸收热量
B. N2性质非常稳定，是因为N2分子中含有氮氮三键，破坏氮氮三键需吸收更多能
量
C. 化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
D. 伴有能量变化的物质变化都是化学变化
【练习】练习4：已知反应X＋Y = M＋N为吸热反应，对于这个反应的下列说法中正确的是（ ）
A. X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的
B. 因为该反应为吸热反应，故一定要加热，反应才能进行
C. 破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量
D. X和Y的总能量一定低于M和N的总能量
4.人类对能源的利用
（1）人类利用能源的三个阶段：_________时期、____________时期和____________时期。
（2）利用化石能源出现的问题。
（3）化学能源问题解决的方法。
【课堂小结】
【课后作业】
下列反应一定属于放热反应的是（ ）
A．氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应
B．能量变化如图所示的反应
C．不需要加热就能发生的反应
D．化学键断裂吸收的能量比化学键形成放出的能量少的反应
下列反应既是氧化还原反应，又是吸热反应的是（ ）
A. 铝片和稀硫酸反应 B. Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
C. 灼热的炭与CO2反应 D. 甲烷在O2中燃烧
下列说法中正确的是（ ）
A. 任何化学反应都伴随着能量的变化
B. H2O(g) → H2O(l)该过程放出大量的热，所以
该过程是化学变化
C. 化学反应中能量的变化都表现为热量的变化
D. 对于如图所示的过程，是吸收能量的过程
下列说法正确的是（ ）
A. Fe与S在加热条件下才能发生反应，所以该反应属于吸热反应
B. HNO3、H2SO4分别与NaOH溶液反应都放出热量
C. 分解反应都是吸热反应，化合反应都是放热反应
D. 合成氨的反应是放热反应，所以N2与其他物质的反应也是放热反应
已知反应3H2＋N2 3为放热反应，下列说法正确的是（ ）
A. 氢气和氮气在常温常压下，不需要任何能量就可以迅速发生反应
B. 3 mol氢气和1 mol氮气所具有的总能量低于2 mol氨气所具有的总能量
C. 断裂1 mol N≡N键和3 mol H—H键吸收的能量小于形成6 mol N—H键放出的能量
D. 氢气和氮气是高能极不稳定的物质，氨气是低能且非常稳定的物质
化学反应中的能量变化是化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如下图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化：
下列说法正确的是（ ）
A. 通常情况下，NO比N2稳定
B. 通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO
C. 1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量
D. 1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应放出的能量为180 kJ
某同学做如下实验，以检验反应中的能量变化。
(1) 在实验中发现反应后(a)中温度计示数升高，由此可以判断(a)中反应是________热反应；(b)中温度温度计示数降低，由此可以判断(b)中反应是__________热反应。
(2) 写出铝与盐酸反应的离子方程式______________________________________________。
(3) 根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应该__________________其生成物的总能量。
为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如下三套实验装置：（Ⅰ、Ⅱ装置的尾气处理装置略）
(1) 上述3个装置中，不能证明“铜与浓硝酸反应是吸热反应还是放热反应”的是________。
(2) 某同学选用装置Ⅰ进行实验(实验前U形管里液面左右相平)，在甲试管里加入适量氢氧化钡溶液与稀硫酸，U形管中可观察到的现象是__________________________，说明该反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应。
(3) 为探究固体M放入水中发生的热效应，选择装置Ⅱ进行实验(反应在甲中进行)。
① 若M为钠，则实验过程中烧杯中可观察到的现象是_______________________________
_______________________________________________________。
② 若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱，则M可能是____________________________。
【课后作业参考答案】
答案　D
解析　A 氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应时吸热反应，A错误；图示中反应物的总能量小于生成物的总能量，是吸热反应，B错误;反应的热效应与反应是否加热没有关系，C错误；D正确。
答案　C
解析　铝片和稀硫酸的反应、甲烷在O2中燃烧的反应都是放热反应，A、D错误；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应不是氧化还原反应，B错误；灼热的炭与CO2反应是氧化还原反应，且是吸热反应，C正确。
答案　A
解析　B水蒸气变为液态水是放热过程，是物质状态发生了变化，不是化学变化，B错误；化学反应的能量变化可以转化为光能、电能等，C错误；图示中反应物的总能量大于生成物的总能量，是放出能量的过程，D错误。
答案　B
解析　Fe与S虽然需加热才能发生反应，但该反应是放热反应，A错误；中和反应都是放热反应，B正确；分解反应不一定是吸热反应，如H2O2的分解反应就是放热反应，化合反应也不一定是放热反应，如CO2与C的反应就是吸热反应，C错误；与N2反应的物质不同，能量变化也不同，不能根据合成氨反应的能量变化来类推N2与其他物质反应的能量变化，如N2和O2在放电条件下生成NO就是吸热反应，D错误。
答案　C
解析　氢气与氮气需要在高温、高压、催化剂作用下才能发生反应，A错误；放热反应中，反应物总能量高于产物总能量，B错误；N2是非常稳定的物质，其稳定性强于NH3，D错误。
答案　C
解析　通常情况下，N2比NO稳定，A错误；放电或高温条件下，N2(g)和O2(g)才能反应生成NO，B错误；由图知1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应吸收的热量为946 kJ＋498 kJ－2×632 kJ＝180 kJ，则1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量，C正确，D错误。
答案　(1)放　吸　(2)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ (3)低于
解析　(1)反应后(a)中温度升高，(b)中温度降低，说明(a)中反应为放热反应，(b)中反应为吸热反应。(2)铝与盐酸反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
(3)(b)中反应为吸热反应，根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应低于生成物的总能量。
答案　(1)Ⅲ (2)左端液面降低，右端液面升高　放热
(3)①产生气泡，反应完毕后，冷却至室温，烧杯里的导管内形成一段液柱　②硝酸铵(或其他合理答案)
解析　(1)装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断铜与浓硝酸的反应是放热还是吸热；装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断铜与浓硝酸的反应是放热还是吸热；装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将生成的气体用水吸收的装置，不能证明该反应是放热反应还是吸热反应。
(2)氢氧化钡与稀硫酸反应属于中和反应，中和反应都是放热反应。
(3)①钠与水的反应属于放热反应；②玻璃管内形成一段水柱说明发生的是吸收热量的变化，如硝酸铵溶于水会吸收热量使体系温度明显下降。