第一节 化学反应与能量变化
第1课时 化学反应与热能
1.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是( )
A.H2O的分解反应是放热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
D.2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和 1 mol O2具有的总能量
2.下列反应或过程中能量的变化符合图像的是( )
A.H+HH—H
B.2NH4Cl+Ba(OH)2·8H2OBaCl2+2NH3↑+10H2O
C.Mg+2HClMgCl2+H2↑
D.H2SO4+2KOHK2SO4+2H2O
3.将铁粉和硫粉充分混合后加热,待反应一发生即停止加热,反应仍可持续进行,直至反应完全生成新物质硫化亚铁。此现象说明( )
A.该反应是吸热反应
B.该反应是放热反应
C.铁粉和硫粉在常温下容易发生反应
D.生成物硫化亚铁的总能量高于反应物铁粉和硫粉的总能量
4.(2024·湘潭高一检测)将盛有NH4HCO3粉末的试管放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向试管中加入盐酸(如图),反应剧烈,醋酸逐渐凝固。由此可知( )
A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B.该反应中,热能转化为产物内部的能量
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应物中化学键断裂吸收的能量少
5.根据下面的信息判断,下列叙述正确的是( )
H2O(g)
A.2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)放出的能量为490 kJ
B.化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
C.1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(l)放出的能量为245 kJ
D.2 mol H2O(g)的能量比2 mol H2(g)与1 mol O2(g)的能量之和高
6.(1)如图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图,说明这个反应是 (填“吸热”或“放热”)反应,NO2和CO的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)CO2和NO的总能量。
(2)已知在高温、高压、催化剂作用下,1 mol石墨转化为金刚石,吸收1.9 kJ的热量。
①该反应 (填“是”或“不是”)吸热反应。
②石墨和金刚石相比, 能量高, 更稳定。
③推测石墨与金刚石各1 mol在相同条件下燃烧, 放出的热量多。
7.如图表示化学反应过程中的能量变化,据图判断下列说法中合理的是( )
A.CaO、浓硫酸分别加入水中时的能量变化符合图1
B.500 mL 2.0 mol·L-1 H2SO4溶液和500 mL 2.0 mol·L-1 Ba(OH)2溶液的反应符合图1
C.发生图1能量变化的任何反应,一定不需要加热即可发生
D.500 mL 2.0 mol·L-1盐酸和500 mL 2.0 mol·L-1 NaOH溶液的反应符合图2
8.(2024·长沙雅礼中学入学考)N2和H2在催化剂表面合成氨的微观历程及能量变化的示意图如下,用、、分别表示N2、H2、NH3,已知:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),该反应属于放热反应。
下列说法不正确的是( )
A.②→③过程,是吸热过程
B.③→④过程,N原子和H原子形成了含有极性键的NH3
C.合成氨反应中,反应物断键吸收的能量大于生成物形成新键释放的能量
D.合成氨反应中,反应物总能量大于生成物总能量
9.某反应由两步反应A→B→C构成,其反应能量变化曲线如图所示,下列叙述正确的是( )
A.两步反应均为吸热反应
B.三种物质中C最不稳定
C.A与C的能量差为ΔE
D.A→B的反应一定需要加热
10.现代社会的一切活动都离不开能量,化学反应在发生物质变化的同时伴随能量的变化。回答下列问题:
(1)下列反应中,属于放热反应的是 (填字母)。
A.盐酸与NaHCO3
B.Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应
C.Zn和稀硫酸反应
D.KOH溶液和稀硝酸反应
(2)由如图的能量转化关系可知生成16 g CH3OH(l)需要 (填“吸收”或“放出”) kJ能量。
(3)如图为1 mol N2(g)和1 mol O2(g)充分反应生成2 mol NO(g)的能量变化图。若断裂1 mol NO分子中的化学键,需要吸收 能量。该反应中反应物所具有的总能量 (填“高于”“低于”或“等于”)生成物所具有的总能量。
(4)某实验小组为了探究化学能与热能的转化,设计了如图所示的三套实验装置:
①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),在甲试管中加入了适量Ba(OH)2溶液与稀硫酸,U形管中可观察到的现象是 。
②上述3个装置中,能探究“铜与浓硝酸的反应是吸热反应还是放热反应”的装置是 (填装置序号)。
第1课时 化学反应与热能
1.D 水的分解是吸热反应,A项错误;氢能源由于受贮存和运输等因素的限制,还未普遍使用,但有巨大的开发利用价值,B、C两项错误;2 mol H2在1 mol O2中完全燃烧生成2 mol H2O,并放出大量的热,故2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2具有的总能量,D项正确。
2.B 根据图像,生成物的总能量大于反应物的总能量,说明反应是吸热反应。A项,形成化学键的过程中会放出能量,与图像不符;B项,属于铵盐和碱的反应,是吸热反应,与图像相符;C项,属于金属与酸的反应,是放热反应,与图像不符;D项,属于酸碱中和反应,是放热反应,与图像不符。
3.B 铁粉和硫粉充分混合后加热,反应一开始即停止加热,反应仍可持续进行,说明该反应是放热反应,即生成物的总能量低于反应物的总能量。
4.B 醋酸逐渐凝固,说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低,因此该反应为吸热反应,反应物中化学键断裂吸收的能量多于生成物中化学键形成放出的能量,A、D错误;吸热反应中反应物吸收能量,得到的生成物内能增加,B正确;反应物的总能量低于生成物的总能量,C错误。
5.A 2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成 2 mol H2O(g)放出的能量为490 kJ,A正确;化学反应中能量变化的大小与参加反应的反应物的质量成正比,B不正确;1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)放出的能量为245 kJ,C不正确;2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)的反应是放热反应,故2 mol H2O(g)的能量比2 mol H2(g)与1 mol O2(g)的能量之和低,D不正确。
6.(1)放热 大于 (2)①是 ②金刚石 石墨 ③金刚石
解析:(1)根据题中图像可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,反应放热。(2)1 mol石墨转化为金刚石,该反应吸收1.9 kJ的热量,属于吸热反应,金刚石的能量高,石墨的能量低,故石墨更稳定,石墨与金刚石各1 mol在相同条件下燃烧时金刚石放出的热量多。
7.B 浓硫酸稀释时没有发生化学反应,只是放热过程,A错误;H2SO4和Ba(OH)2的反应为放热反应,反应物的总能量大于生成物的总能量,B正确;图1表示放热反应,有些放热反应需要加热,如铝热反应属于放热反应,但需要高温条件才能发生,C错误;酸碱中和反应为放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能量,符合图1的能量变化曲线,D错误。
8.C 由反应历程知,①→②为催化剂吸附N2、H2的过程,②→③为N≡N、H—H的断裂过程,③→④为化学键的形成过程。②→③为N≡N、H—H的断裂过程,断裂化学键吸热、形成化学键放热,则②→③过程是吸热过程,A正确;由图可知,③→④的过程是N原子和H原子形成NH3的过程,NH3分子中含有极性键N—H,B正确;合成氨的反应为放热反应,则反应物断键吸收的能量小于生成物形成新键释放的能量,C错误;合成氨的反应为放热反应,则反应物总能量大于生成物总能量,D正确。
9.C 根据图示可知,能量大小为B>A>C,故A→B为吸热反应,B→C为放热反应,其中A、C的能量差为ΔE,C的能量最低,C最稳定,A、B项错误,C项正确;吸热反应不一定需要加热,D项错误。
10.(1)CD (2)放出 45.5 (3)632 kJ 低于
(4)①左端液面降低,右端液面升高 ②Ⅰ、Ⅱ
解析:(1)A项,盐酸与NaHCO3的反应是吸热反应;B项,Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应是吸热反应;C项,Zn和稀硫酸反应是放热反应;D项,KOH溶液和稀硝酸反应是放热反应。(2)由图知,该反应是放热反应,生成1 mol CH3OH(l)需要放出(510-419)kJ=91 kJ能量,则生成16 g 即0.5 mol CH3OH(l)需要放出45.5 kJ能量。(3)由图知,若断裂1 mol NO分子中的化学键,需要吸收632 kJ能量。破坏1 mol N2(g)和1 mol O2(g)需要吸收的总能量为946 kJ+498 kJ=1 444 kJ,生成2 mol NO放出能量为2×632 kJ=1 264 kJ,吸收的能量大于放出的能量,因此N2(g)和O2(g)生成NO(g)的反应是吸热反应,则该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量。(4)①装置Ⅰ中,甲试管反应放热,则乙中气体受热膨胀,U形管中可观察到的现象是:左端液面降低,右端液面升高。②装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将产生的气体用水吸收的装置,不能证明该反应是放热还是吸热反应,则能探究“铜与浓硝酸的反应是吸热反应还是放热反应”的装置是Ⅰ、Ⅱ。
4 / 4第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第1课时 化学反应与热能
课程 标准 1.认识物质具有能量,认识吸热反应与放热反应。 2.了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。 3.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化,体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性
分点突破(一) 放热反应与吸热反应
化石燃料燃烧会释放大量的热,除了燃烧,其他的化学反应也伴随着放热或吸热现象。
1.实验探究
实验 实验1 实验2
实验操作 在一支试管中加入2 mL 2 mol·L-1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 将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与 10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中,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
实验装置
实验现象 镁条逐渐溶解,有气泡产生,温度计的示数升高 有刺激性气味气体产生,用手触摸杯壁下部,烧杯壁变凉,试着用手拿起烧杯,木片粘在烧杯上
2.放热反应和吸热反应
(1)放热反应
热量的化学反应称为放热反应;如镁条、铝片与盐酸反应,木炭、氢气、甲烷的燃烧等。
(2)吸热反应
热量的化学反应称为吸热反应;如氢氧化钡与氯化铵的反应,盐酸与碳酸氢钠的反应,灼热的炭与CO2的反应等。
(3)常见的放热反应与吸热反应
放热反应 吸热反应
常见反应举例 ①大多数化合反应; ②所有的燃烧反应及缓慢氧化反应; ③酸碱中和反应; ④活泼金属与酸(或H2O)的反应 ①大多数分解反应,如NH4ClNH3↑+HCl↑; ②铵盐与碱的反应 Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl BaCl2+2NH3↑+10H2O; ③以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应 C+H2O(g)CO+H2、 C+CO22CO; ④盐酸与碳酸氢钠的反应
注意:以上总结的常见的放热反应和吸热反应,仅是一般规律,不可推广。如H2与CuO的反应实际是放热反应。
(4)判断放热反应和吸热反应的易错点
①需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如碳和氧气的反应。
②放热反应在常温下不一定容易发生。
③吸热反应不一定需要加热才能发生。
④吸热反应和放热反应都是化学变化,如NaOH固体溶于水是放热过程,但不是放热反应;升华、汽化等过程是吸热过程,但不是吸热反应。
1.实验1中温度计的示数为什么会升高?你知道还有哪些反应是放热反应?
2.实验2中烧杯和木片为什么会粘在一起?你知道还有哪些反应是吸热反应?
3.氢氧化钠固体溶于水放出大量的热,该过程是放热反应吗?
1.下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是( )
A.锌粒与稀硫酸的反应
B.灼热的木炭与CO2的反应
C.甲烷在氧气中的燃烧反应
D.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
2.下列物质间能量的变化与如图所示相符的是( )
A.盐酸与碳酸氢钠的反应
B.氮气与氧气生成一氧化氮的反应
C.冰融化成水
D.铝片与盐酸的反应
分点突破(二) 化学反应中能量变化的原因
1.化学反应中能量变化的原因——微观角度
(1)化学反应的实质:原子的重新组合,即反应物中旧化学键的 和生成物中新化学键的 的过程。
(2)化学反应中能量变化
①原因
E1>E2,吸热反应,E1<E2,放热反应。
②实例
H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)
计算分析
化学键 反应中能量变化
1 mol化学键 反应中能量变化
H—H 吸收436 kJ 共吸收
Cl—Cl 吸收243 kJ
H—Cl 放出431 kJ 共放出
结论 679 kJ-862 kJ=-183 kJ,即反应放出 热量
③结论:化学反应中能量变化的主要原因是 。
2.化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度
(1)物质的稳定性与能量的关系
(2)化学反应中能量变化的决定因素(用E表示物质能量)
3.从两角度比较放热反应与吸热反应
项目 放热反应 吸热反应
与物质能量大 小的关系 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键强弱 的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量
反应过程图示
4.计算公式
(1)用Q(吸)表示反应物分子化学键断裂时吸收的总能量,Q(放)表示生成物分子形成化学键时放出的总能量。
公式:ΔQ=Q(吸)-Q(放)
(2)利用化学键形成和断裂时的能量变化计算化学反应中的能量变化:
ΔQ=Q(吸)-Q(放)
1.已知反应A(g)+B(g)C(g)+D(g),反应过程中的能量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是吸热还是放热反应?该条件下,1 mol 气体A和1 mol 气体B反应放出或吸收的热量与E1、E2什么关系?
(2)化学反应的本质为化学键的断裂和形成,从此角度分析E1、E2的含义是什么?
2.已知2 mol氢气完全燃烧生成气态水时放出热量484 kJ。其他相关数据如表。
化学键 OO H—H H—O
1 mol化学键断裂时 需要吸收的能量/kJ 496 x 463
则x= 。
1.已知2HH2的能量变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A.2HH2过程中形成的化学键是共价键
B.相同质量的氢气分子的能量比氢原子的能量低
C.2HH2过程中形成1 mol新化学键放出437.6 kJ的能量
D.1 mol H2离解成2 mol H要放出437.6 kJ能量
2.25 ℃和101 kPa下,H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.该反应为吸热反应
B.生成1 mol HCl(g)时反应放热91.5 kJ
C.氯气分子中的化学键比氢气分子中的化学键更稳定
D.相同条件下,氢气分子具有的能量高于氯气分子具有的能量
分点突破(三) 人类对能源的利用
1.人类利用能源的三个阶段
2.化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题
(1)一是其短期内不可再生,储量有限。
(2)二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
3.在燃料利用过程中,节能的主要环节
(1) 阶段——可通过改进锅炉的炉型和燃料空气比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率。
(2) 阶段——可通过使用节能灯,改进电动机的材料和结构,以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施促进能源循环利用,有效提高能量利用率。
4.新能源
(1)特点:资源丰富、 、 等。
(2)人们比较关注的新能源: 能、 能、地热能、海洋能和 能等。
5.能源的多角度分类
分类依据 种类 举例
来源 来自太阳辐射的能量 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能等
来自地球内部的能量 地热能、核能
来自天体的引力能量 潮汐能
转换 过程 一次能源 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能
二次能源 石油制品、煤气、电能
利用 历史 化石燃料 煤、石油、天然气
新能源 太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、生物质能等
性质 可再生能源 太阳能、风能、水能、生物质能
不可再生能源 煤、石油、天然气、核能
1.人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态),人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是( )
A.研究菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”
B.发展太阳能经济不会减缓温室效应
C.植物进行光合作用是将太阳能转化为化学能
D.石油和天然气都属于碳素燃料
2.风能是一种清洁无公害的可再生能源。下列有关风力发电的叙述不正确的是( )
A.可节约大量煤、天然气、石油等燃料
B.有效减少二氧化碳排放,控制温室效应
C.风能是一种清洁的环保型能源
D.风力发电是化学能转变为电能
1.下列关于化学反应与能量变化的说法不正确的是( )
A.化学反应一定伴随着能量变化
B.Na与H2O的反应属于放热反应
C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于放热反应
D.化学变化中的能量变化主要是由化学键的断裂和形成引起的
2.“能源分类相关图”如图所示,四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是( )
A.煤炭、石油、潮汐能
B.水能、生物质能、天然气
C.太阳能、风能、生物质能
D.地热能、海洋能、核能
3.先进的甲醇蒸气重整—变压吸附技术可得到高浓度CO2、H2混合气,化学反应原理是CH3OH+H2OCO2+3H2,其能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A.CH3OH转变成CO2和H2的过程是一个吸收能量的过程
B.反应物的总能量小于生成物的总能量
C.形成H—H放出能量
D.断开H—C放出能量
4.化学反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的能量变化如图所示,请回答下列问题:
(1)图中A、C分别表示 、 ,反应 (填“吸收”或“释放”)能量。
(2)反应过程中断裂的化学键为 , (填“吸收”或“释放”)的能量为 ;形成的化学键为 , (填“吸收”或“释放”)的能量为 。
(3)E2= (用E1、E3表示)。
第1课时 化学反应与热能
【基础知识·准落实】
分点突破(一)
师生互动
2.(1)释放 (2)吸收
探究活动
1.提示:Mg与盐酸反应放出大量的热,会造成温度计的示数升高。还有铝片与盐酸的反应、燃烧反应、H2与Cl2的化合都是放热反应。
2.提示:氢氧化钡晶体和NH4Cl晶体反应吸收大量的热,使烧杯周围的温度降低,木片与烧杯间的水凝结成冰,从而使烧杯和木片粘在一起。除氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应外,焦炭与CO2高温下的反应等是吸热反应。
3.提示:不是;因为NaOH固体溶于水不是化学反应,过程中尽管放出热量,但不属于放热反应。
自主练习
1.B 锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应,A、C项错误;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应,但反应前后所含元素的化合价无变化,是非氧化还原反应,D项错误。
2.D 图示为稀释浓硫酸,为放热过程;盐酸与碳酸氢钠的反应、氮气与氧气生成一氧化氮的反应均为吸热反应,冰融化成水是吸热过程,铝片与盐酸的反应为放热反应。
分点突破(二)
师生互动
1.(1)断裂 形成 (2)①吸收 放出 ②吸收 吸收 放出 放出 679 kJ 862 kJ 183 kJ ③化学键的断裂与形成 2.(2)放出 吸收
探究活动
1.(1)提示:吸热反应。吸收的热量为E1-E2。
(2)提示:E1为反应物中化学键断裂吸收的能量,E2为生成物中化学键形成放出的能量。
2.提示:由题意知2H2(g)+O2(g)2H2O(g),2 mol H2完全燃烧生成气态水放出484 kJ热量,则2x kJ·mol-1+496 kJ·mol-1-4×463 kJ·mol-1=-484 kJ·mol-1,解得x=436。
自主练习
1.D H2分子中含有共价键,故2HH2过程中形成共价键,A正确;由图可知,H原子变成H2放出能量,则等质量的氢气分子的能量比氢原子的能量低,B正确;由图可知,2HH2过程中,形成1 mol H—H要放出437.6 kJ能量,C正确;1 mol H2离解成2 mol H原子,要断裂H—H,故要吸收437.6 kJ能量,D错误。
2.B 反应热=反应物总键能-生成物总键能,即ΔQ=[E(H—H)+E(Cl—Cl)]-2×E(H—Cl)=(436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1)-(2×431 kJ·mol-1)=-183 kJ·mol-1,则生成1 mol HCl(g)时反应放热183 kJ×=91.5 kJ,A项错误, B项正确;由图可知,H—H键能大于Cl—Cl键能, 故氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键更稳定,C项错误;氢气分子比氯气分子更稳定,则相同条件下,氢气分子具有的能量更低,D项错误。
分点突破(三)
师生互动
3.(1)燃料燃烧 (2)能量利用 4.(1)可以再生 对环境无污染 (2)太阳 风 氢
自主练习
1.B 菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”,A正确;发展太阳能经济,能减少CO2的排放,减缓温室效应,B错误。
2.D 风力发电可以减少热力发电的需要,从而节约大量煤、天然气、石油等燃料,A正确;风力发电过程中没有化石燃料的燃烧,有效减少二氧化碳排放,控制温室效应,B正确;风力发电不会对环境造成污染,为清洁能源,C正确;风力发电是把风能转化为电能,D错误。
【教学效果·勤检测】
1.C 化学反应的本质是旧化学键的断裂与新化学键的形成,由于断键吸热、成键放热,因此化学反应必然伴随着能量变化,A、D正确;Na与H2O反应生成NaOH和H2,属于放热反应, B正确;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应,C错误。
2.C A项,煤炭、石油不是新能源,也不是可再生能源;B项,天然气不是新能源,也不是可再生能源;D项,地热能是来自地球内部的能源,核能不是可再生能源,也不是来自太阳的能源。
3.C 由图示能量变化趋势可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,所以CH3OH转变成CO2和H2的过程是一个放出能量的过程,A错误,B错误;化学键的形成需要释放能量,所以形成H—H放出能量,C正确;化学键的断裂需要吸收能量,D错误。
4.(1)1 mol N2(g)和3 mol H2(g)的总能量 2 mol NH3(g)的总能量 释放 (2)1 mol NN和3 mol H—H 吸收 E1 6 mol N—H 释放 E3 (3)E3-E1
解析:(1)A、C分别表示1 mol N2(g)和3 mol H2(g)的总能量、2 mol NH3(g)的总能量,由于反应物总能量高于生成物总能量,因此反应释放能量。
(2)反应过程中断裂的化学键为1 mol NN和3 mol H—H,吸收的能量为E1,形成的化学键为6 mol N—H,释放的能量为E3。
7 / 7(共75张PPT)
第1课时 化学反应与热能
课
程 标
准 1.认识物质具有能量,认识吸热反应与放热反应。
2.了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。
3.知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化,体会提
高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性
目 录
1、基础知识·准落实
2、教学效果·勤检测
3、学科素养·稳提升
基础知识·准落实
1
梳理归纳 高效学习
分点突破(一) 放热反应与吸热反应
化石燃料燃烧会释放大量的热,除了燃烧,其他的化学反应也伴随
着放热或吸热现象。
1. 实验探究
实验 实验1 实验2
实
验
操
作 在一支试管中加入2 mL 2
mol·L-1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 将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后
与 10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯
中,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
实验 实验1 实验2
实验
装置
实验
现象 镁条逐渐溶解,有气泡
产生,温度计的示数升
高 有刺激性气味气体产生,用手触摸
杯壁下部,烧杯壁变凉,试着用手
拿起烧杯,木片粘在烧杯上
(1)放热反应
热量的化学反应称为放热反应;如镁条、铝片与盐
酸反应,木炭、氢气、甲烷的燃烧等。
(2)吸热反应
热量的化学反应称为吸热反应;如氢氧化钡与氯
化铵的反应,盐酸与碳酸氢钠的反应,灼热的炭与CO2的
反应等。
释放
吸收
2. 放热反应和吸热反应
(3)常见的放热反应与吸热反应
放热反应 吸热反应
常
见
反
应
举
例 ①大多数化合反应; ②所有的燃烧反应及缓慢氧化反应; ③酸碱中和反应; ④活泼金属与酸(或
H2O)的反应
注意:以上总结的常见的放热反应和吸热反应,仅是一般规
律,不可推广。如H2与CuO的反应实际是放热反应。
(4)判断放热反应和吸热反应的易错点
①需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如碳和氧气
的反应。
②放热反应在常温下不一定容易发生。
③吸热反应不一定需要加热才能发生。
④吸热反应和放热反应都是化学变化,如NaOH固体溶于水是
放热过程,但不是放热反应;升华、汽化等过程是吸热过
程,但不是吸热反应。
1. 实验1中温度计的示数为什么会升高?你知道还有哪些反应是放热
反应?
提示:Mg与盐酸反应放出大量的热,会造成温度计的示数升
高。还有铝片与盐酸的反应、燃烧反应、H2与Cl2的化合都是放
热反应。
2. 实验2中烧杯和木片为什么会粘在一起?你知道还有哪些反应是吸
热反应?
提示:氢氧化钡晶体和NH4Cl晶体反应吸收大量的热,使烧杯周围
的温度降低,木片与烧杯间的水凝结成冰,从而使烧杯和木片粘在
一起。除氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应外,焦炭与CO2高温下
的反应等是吸热反应。
3. 氢氧化钠固体溶于水放出大量的热,该过程是放热反应吗?
提示:不是;因为NaOH固体溶于水不是化学反应,过程中尽管放
出热量,但不属于放热反应。
1. 下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是( )
A. 锌粒与稀硫酸的反应
B. 灼热的木炭与CO2的反应
C. 甲烷在氧气中的燃烧反应
D. Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
解析: 锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应,
A、C项错误;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应,但反
应前后所含元素的化合价无变化,是非氧化还原反应,D项错误。
2. 下列物质间能量的变化与如图所示相符的是( )
A. 盐酸与碳酸氢钠的反应
B. 氮气与氧气生成一氧化氮的反应
C. 冰融化成水
D. 铝片与盐酸的反应
解析: 图示为稀释浓硫酸,为放热过程;盐酸与碳酸氢钠的反
应、氮气与氧气生成一氧化氮的反应均为吸热反应,冰融化成水是
吸热过程,铝片与盐酸的反应为放热反应。
分点突破(二) 化学反应中能量变化的原因
1. 化学反应中能量变化的原因——微观角度
(1)化学反应的实质:原子的重新组合,即反应物中旧化学键的
和生成物中新化学键的 的过程。
断裂
形成
(2)化学反应中能量变化
①原因
E1>E2,吸热反应,E1<E2,放热反应。
②实例
H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)
计算分析
化学键 反应中能量变化 1 mol化学键 反应中能量变化
H—H 吸收436 kJ 共吸收
Cl—Cl 吸收243 kJ H—Cl 放出431 kJ 共放出
结论 679 kJ-862 kJ=-183 kJ,即反应放出 热量 679 kJ
862 kJ
183 kJ
③结论:化学反应中能量变化的主要原因是
。
化学键的断裂
与形成
2. 化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度
(1)物质的稳定性与能量的关系
(2)化学反应中能量变化的决定因素(用E表示物质能量)
3. 从两角度比较放热反应与吸热反应
项目 放热反应 吸热反应
与物质能量大 小的关系 反应物具有的总能量大
于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于
生成物具有的总能量
项目 放热反应 吸热反应
与化学 键强弱 的关系 生成物分子成键时释放的
总能量大于反应物分子断
键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的
总能量小于反应物分子断
键时吸收的总能量
反应 过程 图示
4. 计算公式
(1)用Q(吸)表示反应物分子化学键断裂时吸收的总能量,Q
(放)表示生成物分子形成化学键时放出的总能量。
公式:ΔQ=Q(吸)-Q(放)
(2)利用化学键形成和断裂时的能量变化计算化学反应中的能量
变化:
ΔQ=Q(吸)-Q(放)
1. 已知反应A(g)+B(g) C(g)+D(g),反应过程中的能
量变化如图所示,回答下列问题。
(1)该反应是吸热还是放热反应?该条件下,1 mol 气体A和1 mol
气体B反应放出或吸收的热量与E1、E2什么关系?
提示:吸热反应。吸收的热量为E1-E2。
(2)化学反应的本质为化学键的断裂和形成,从此角度分析E1、
E2的含义是什么?
提示:E1为反应物中化学键断裂吸收的能量,E2为生成物中
化学键形成放出的能量。
2. 已知2 mol氢气完全燃烧生成气态水时放出热量484 kJ。其他相关数
据如表。
化学键 H—H H—O
1 mol化学键断裂时 需要吸收的能量/kJ 496 x 463
则x= 。
提示:由题意知2H2(g)+O2(g) 2H2O(g),2 mol H2完
全燃烧生成气态水放出484 kJ热量,则2x kJ·mol-1+496 kJ·mol-1-
4×463 kJ·mol-1=-484 kJ·mol-1,解得x=436。
1. 已知2H H2的能量变化如图所示。下列说法不正确的是( )
B. 相同质量的氢气分子的能量比氢原子的能量低
D. 1 mol H2离解成2 mol H要放出437.6 kJ能量
解析: H2分子中含有共价键,故2H H2过程中形成共价
键,A正确;由图可知,H原子变成H2放出能量,则等质量的氢气
分子的能量比氢原子的能量低,B正确;由图可知,2H H2过
程中,形成1 mol H—H要放出437.6 kJ能量,C正确;1 mol H2离解
成2 mol H原子,要断裂H—H,故要吸收437.6 kJ能量,D错误。
2.25 ℃和101 kPa下,H2(g)+Cl2(g) 2HCl(g)的能量变化
如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该反应为吸热反应
B. 生成1 mol HCl(g)时反应放热91.5 kJ
C. 氯气分子中的化学键比氢气分子中的化学键更稳定
D. 相同条件下,氢气分子具有的能量高于氯气分子具有的能量
解析: 反应热=反应物总键能-生成物总键能,即ΔQ=[E
(H—H)+E(Cl—Cl)]-2×E(H—Cl)=(436 kJ·mol-1+
243 kJ·mol-1)-(2×431 kJ·mol-1)=-183 kJ·mol-1,则生成1
mol HCl(g)时反应放热183 kJ× =91.5 kJ,A项错误, B项正
确;由图可知,H—H键能大于Cl—Cl键能, 故氢气分子中的化学
键比氯气分子中的化学键更稳定,C项错误;氢气分子比氯气分子
更稳定,则相同条件下,氢气分子具有的能量更低,D项错误。
分点突破(三) 人类对能源的利用
1. 人类利用能源的三个阶段
2. 化石燃料利用过程中亟待解决的两方面问题
(1)一是其短期内不可再生,储量有限。
(2)二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大
气污染物的主要来源。
3. 在燃料利用过程中,节能的主要环节
(1) 阶段——可通过改进锅炉的炉型和燃料空气
比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率。
(2) 阶段——可通过使用节能灯,改进电动机的材
料和结构,以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施
促进能源循环利用,有效提高能量利用率。
燃料燃烧
能量利用
4. 新能源
(1)特点:资源丰富、 、 等。
(2)人们比较关注的新能源: 能、 能、地热能、
海洋能和 能等。
可以再生
对环境无污染
太阳
风
氢
5. 能源的多角度分类
分类依据 种类 举例
来源 来自太阳辐射的能量 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能等
来自地球内部的能量 地热能、核能
来自天体的引力能量 潮汐能
转换 过程 一次能源 太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能
二次能源 石油制品、煤气、电能
分类 依据 种类 举例
利用 历史 化石燃料 煤、石油、天然气
新能源 太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能、
生物质能等
性质 可再生能源 太阳能、风能、水能、生物质能
不可再生能源 煤、石油、天然气、核能
1. 人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳
能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态),人们
将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是
( )
A. 研究菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”
B. 发展太阳能经济不会减缓温室效应
C. 植物进行光合作用是将太阳能转化为化学能
D. 石油和天然气都属于碳素燃料
解析: 菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”,A正确;发
展太阳能经济,能减少CO2的排放,减缓温室效应,B错误。
2. 风能是一种清洁无公害的可再生能源。下列有关风力发电的叙述不
正确的是( )
A. 可节约大量煤、天然气、石油等燃料
B. 有效减少二氧化碳排放,控制温室效应
C. 风能是一种清洁的环保型能源
D. 风力发电是化学能转变为电能
解析: 风力发电可以减少热力发电的需要,从而节约大量煤、
天然气、石油等燃料,A正确;风力发电过程中没有化石燃料的燃
烧,有效减少二氧化碳排放,控制温室效应,B正确;风力发电不
会对环境造成污染,为清洁能源,C正确;风力发电是把风能转化
为电能,D错误。
教学效果·勤检测
2
强化技能 查缺补漏
1. 下列关于化学反应与能量变化的说法不正确的是( )
A. 化学反应一定伴随着能量变化
B. Na与H2O的反应属于放热反应
C. Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于放热反应
D. 化学变化中的能量变化主要是由化学键的断裂和形成引起的
解析: 化学反应的本质是旧化学键的断裂与新化学键的形成,
由于断键吸热、成键放热,因此化学反应必然伴随着能量变化,
A、D正确;Na与H2O反应生成NaOH和H2,属于放热反应, B正
确;Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应,C错误。
2. “能源分类相关图”如图所示,四组能源选项中全部符合图中阴影
部分的能源是( )
A. 煤炭、石油、潮汐能
B. 水能、生物质能、天然气
C. 太阳能、风能、生物质能
D. 地热能、海洋能、核能
解析: A项,煤炭、石油不是新能源,也不是可再生能源;B
项,天然气不是新能源,也不是可再生能源;D项,地热能是来自
地球内部的能源,核能不是可再生能源,也不是来自太阳的能源。
3. 先进的甲醇蒸气重整—变压吸附技术可得到高浓度CO2、H2混合
气,化学反应原理是CH3OH+H2O CO2+3H2,其能量变化如
图所示。下列说法正确的是( )
A. CH3OH转变成CO2和H2的过程是一个吸收能量
的过程
B. 反应物的总能量小于生成物的总能量
C. 形成H—H放出能量
D. 断开H—C放出能量
解析: 由图示能量变化趋势可知,反应物的总能量大于生成物
的总能量,所以CH3OH转变成CO2和H2的过程是一个放出能量的过
程,A错误,B错误;化学键的形成需要释放能量,所以形成H—H
放出能量,C正确;化学键的断裂需要吸收能量,D错误。
4. 化学反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的能量变化如图所示,
请回答下列问题:
(1)图中A、C分别表示
、 ,反应 (填“吸收”或
“释放”)能量。
1 mol N2(g)和3 mol H2(g)的总能
量
2 mol NH3(g)的总能量
释放
解析: A、C分别表示1 mol N2(g)和3 mol H2(g)的
总能量、2 mol NH3(g)的总能量,由于反应物总能量高于
生成物总能量,因此反应释放能量。
(2)反应过程中断裂的化学键为 ,
(填“吸收”或“释放”)的能量为 ;形成的化学
键为 , (填“吸收”或“释放”)的能量
为 。
1 mol N N和3 mol H—H
吸收
E1
6 mol N—H
释放
E3
解析:反应过程中断裂的化学键为1 mol N N和3 mol H—
H,吸收的能量为E1,形成的化学键为6 mol N—H,释放的
能量为E3。
(3)E2= (用E1、E3表示)。
E3-E1
学科素养·稳提升
3
内化知识 知能升华
1. 为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关
专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是
( )
A. H2O的分解反应是放热反应
B. 氢能源已被普遍使用
C. 氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
D. 2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和 1 mol O2具有的总能量
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解析: 水的分解是吸热反应,A项错误;氢能源由于受贮存和
运输等因素的限制,还未普遍使用,但有巨大的开发利用价值,
B、C两项错误;2 mol H2在1 mol O2中完全燃烧生成2 mol H2O,并
放出大量的热,故2 mol H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2
具有的总能量,D项正确。
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2. 下列反应或过程中能量的变化符合图像的是( )
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解析: 根据图像,生成物的总能量大于反应物的总能量,说明
反应是吸热反应。A项,形成化学键的过程中会放出能量,与图像
不符;B项,属于铵盐和碱的反应,是吸热反应,与图像相符;C
项,属于金属与酸的反应,是放热反应,与图像不符;D项,属于
酸碱中和反应,是放热反应,与图像不符。
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3. 将铁粉和硫粉充分混合后加热,待反应一发生即停止加热,反应仍
可持续进行,直至反应完全生成新物质硫化亚铁。此现象说明
( )
A. 该反应是吸热反应
B. 该反应是放热反应
C. 铁粉和硫粉在常温下容易发生反应
D. 生成物硫化亚铁的总能量高于反应物铁粉和硫粉的总能量
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解析: 铁粉和硫粉充分混合后加热,反应一开始即停止加热,
反应仍可持续进行,说明该反应是放热反应,即生成物的总能量低
于反应物的总能量。
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4. (2024·湘潭高一检测)将盛有NH4HCO3粉末的试管放入盛有少量
醋酸的大烧杯中。然后向试管中加入盐酸(如图),反应剧烈,醋
酸逐渐凝固。由此可知( )
A. NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
B. 该反应中,热能转化为产物内部的能量
C. 反应物的总能量高于生成物的总能量
D. 反应物中化学键断裂吸收的能量少
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解析: 醋酸逐渐凝固,说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度
降低,因此该反应为吸热反应,反应物中化学键断裂吸收的能量多
于生成物中化学键形成放出的能量,A、D错误;吸热反应中反应
物吸收能量,得到的生成物内能增加,B正确;反应物的总能量低
于生成物的总能量,C错误。
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5. 根据下面的信息判断,下列叙述正确的是( )
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A. 2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)放出的能
量为490 kJ
B. 化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
C. 1 mol H2(g)与0.5 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(l)放出的能
量为245 kJ
D. 2 mol H2O(g)的能量比2 mol H2(g)与1 mol O2(g)的能量之
和高
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解析: 2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成 2 mol H2O(g)
放出的能量为490 kJ,A正确;化学反应中能量变化的大小与参加
反应的反应物的质量成正比,B不正确;1 mol H2(g)与0.5 mol
O2(g)反应生成1 mol H2O(g)放出的能量为245 kJ,C不正确;
2 mol H2(g)与1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)的反应是放
热反应,故2 mol H2O(g)的能量比2 mol H2(g)与1 mol O2(g)
的能量之和低,D不正确。
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6. (1)如图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意
图,说明这个反应是 (填“吸热”或“放热”)反应,NO2
和CO的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)CO2和
NO的总能量。
放热
大于
解析: 根据题中图像可知,反应物的总能量大于生成物的总能量,反应放热。
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(2)已知在高温、高压、催化剂作用下,1 mol石墨转化为金刚
石,吸收1.9 kJ的热量。
①该反应 (填“是”或“不是”)吸热反应。
②石墨和金刚石相比, 能量高, 更稳定。
③推测石墨与金刚石各1 mol在相同条件下燃烧, 放
出的热量多。
是
金刚石
石墨
金刚石
解析: 1 mol石墨转化为金刚石,该反应吸收1.9 kJ的热量,属
于吸热反应,金刚石的能量高,石墨的能量低,故石墨更稳定,
石墨与金刚石各1 mol在相同条件下燃烧时金刚石放出的热量多。
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7. 如图表示化学反应过程中的能量变化,据图判断下列说法中合理的是( )
A. CaO、浓硫酸分别加入水中时的能量
变化符合图1
B. 500 mL 2.0 mol·L-1 H2SO4溶液和500 mL 2.0 mol·L-1 Ba(OH)2
溶液的反应符合图1
C. 发生图1能量变化的任何反应,一定不需要加热即可发生
D. 500 mL 2.0 mol·L-1盐酸和500 mL 2.0 mol·L-1 NaOH溶液的反应
符合图2
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解析: 浓硫酸稀释时没有发生化学反应,只是放热过程,A错
误;H2SO4和Ba(OH)2的反应为放热反应,反应物的总能量大于
生成物的总能量,B正确;图1表示放热反应,有些放热反应需要
加热,如铝热反应属于放热反应,但需要高温条件才能发生,C错
误;酸碱中和反应为放热反应,反应物的总能量高于生成物的总能
量,符合图1的能量变化曲线,D错误。
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8. (2024·长沙雅礼中学入学考)N2和H2在催化剂表面合成氨的微观
历程及能量变化的示意图如下,用 、 、 分别表示N2、H2、
NH3,已知:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),该反应属于放热
反应。
下列说法不正确的是( )
A. ②→③过程,是吸热过程
B. ③→④过程,N原子和H原子形成了含有极性键的NH3
C. 合成氨反应中,反应物断键吸收的能量大于生成物形成新键释放
的能量
D. 合成氨反应中,反应物总能量大于生成物总能量
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解析: 由反应历程知,①→②为催化剂吸附N2、H2的过程,②
→③为N≡N、H—H的断裂过程,③→④为化学键的形成过程。②
→③为N≡N、H—H的断裂过程,断裂化学键吸热、形成化学键放
热,则②→③过程是吸热过程,A正确;由图可知,③→④的过程
是N原子和H原子形成NH3的过程,NH3分子中含有极性键N—H,B
正确;合成氨的反应为放热反应,则反应物断键吸收的能量小于生
成物形成新键释放的能量,C错误;合成氨的反应为放热反应,则
反应物总能量大于生成物总能量,D正确。
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9. 某反应由两步反应A→B→C构成,其反应能量变化曲线如图所示,
下列叙述正确的是( )
A. 两步反应均为吸热反应
B. 三种物质中C最不稳定
C. A与C的能量差为ΔE
D. A→B的反应一定需要加热
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解析: 根据图示可知,能量大小为B>A>C,故A→B为吸热反
应,B→C为放热反应,其中A、C的能量差为ΔE,C的能量最低,
C最稳定,A、B项错误,C项正确;吸热反应不一定需要加热,D
项错误。
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10. 现代社会的一切活动都离不开能量,化学反应在发生物质变化的
同时伴随能量的变化。回答下列问题:
(1)下列反应中,属于放热反应的是 (填字母)。
A. 盐酸与NaHCO3
B. Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应
C. Zn和稀硫酸反应
D. KOH溶液和稀硝酸反应
解析: A项,盐酸与NaHCO3的反应是吸热反应;B项,Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应是吸热反应;C项,Zn和稀硫酸反应是放热反应;D项,KOH溶液和稀硝酸反应是放热反应。
CD
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2
3
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5
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7
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10
(2)由如图的能量转化关系可知生成16 g CH3OH(l)需要
(填“吸收”或“放出”) kJ能量。
放出
45.5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
解析: 由图知,该反应是放热反应,生成1 mol
CH3OH(l)需要放出(510-419)kJ=91 kJ能量,则生成
16 g 即0.5 mol CH3OH(l)需要放出45.5 kJ能量。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(3)如图为1 mol N2(g)和1 mol O2(g)充分反应生成2 mol
NO(g)的能量变化图。若断裂1 mol NO分子中的化学键,
需要吸收 能量。该反应中反应物所具有的总能量
(填“高于”“低于”或“等于”)生成物所具有的总
能量。
632 kJ
低
于
1
2
3
4
5
6
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8
9
10
解析: 由图知,若断裂1 mol NO分子中的化学键,需
要吸收632 kJ能量。破坏1 mol N2(g)和1 mol O2(g)需要
吸收的总能量为946 kJ+498 kJ=1 444 kJ,生成2 mol NO放
出能量为2×632 kJ=1 264 kJ,吸收的能量大于放出的能
量,因此N2(g)和O2(g)生成NO(g)的反应是吸热反
应,则该反应中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的
总能量。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(4)某实验小组为了探究化学能与热能的转化,设计了如图所示
的三套实验装置:
①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),在甲试管中加入了适量Ba(OH)2溶液与稀硫酸,U
形管中可观察到的现象是 。
左端液面降低,右端液面升高
1
2
3
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5
6
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9
10
②上述3个装置中,能探究“铜与浓硝酸的反应是吸热反应
还是放热反应”的装置是 (填装置序号)。
解析: ①装置Ⅰ中,甲试管反应放热,则乙中气体受热
膨胀,U形管中可观察到的现象是:左端液面降低,右端液
面升高。②装置Ⅲ只是一个铜与浓硝酸反应并将产生的气体
用水吸收的装置,不能证明该反应是放热还是吸热反应,则
能探究“铜与浓硝酸的反应是吸热反应还是放热反应”的装
置是Ⅰ、Ⅱ。
Ⅰ、Ⅱ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
感谢欣赏
THE END