第六章 第一节 第1课时 化学反应与热能 课件(共52张PPT) 人教版高中化学必修2

(共52张PPT)
第1课时　化学反应与热能
第六章
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
素养目标
1.通过实验探究,认识常见的吸热反应和放热反应,并能从化学键的断裂和形成的角度及反应物和生成物具有的总能量的相对大小的角度,领会化学反应中能量变化的原因,发展宏观辨识与微观探析、科学探究与创新意识等学科核心素养。
2.了解人类能源利用的历史和前景,发展科学态度与社会责任等学科核心素养。
课前篇 素养初探
【自主梳理】
一、放热反应与吸热反应 都是化学反应　
1.实验探究
(1)镁条和稀盐酸的反应
实验现象 有气泡产生;用温度计测量溶液温度,水银柱上升
离子反应 Mg+2H+===Mg2++H2↑
实验结论 活泼金属与酸的反应是放热反应
(2)Ba(OH)2·8H2O和氯化铵的反应
实验现象 闻到刺激性气味,烧杯壁发凉;木片和烧杯黏结在一起,混合物呈糊状
化学反应 Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl
===BaCl2+2NH3↑+10H2O

非氧化还原反应
实验结论 该反应是吸热反应
2.定义及实例
(1)放热反应:释放热量的化学反应。如:活泼金属(镁条、铝片)与盐酸的反应,木炭、氢气、甲烷等在空气中的燃烧,氢气与氯气的化合反应等。
(2)吸热反应:吸收热量的化学反应。如Ba(OH)2·8H2O与氯化铵晶体的反应,盐酸与碳酸氢钠的反应,灼热的炭与二氧化碳的反应等。
【微思考1】加热才能发生的反应一定是吸热反应,常温下进行的反应一定是放热反应,这种观点正确吗
提示 不正确。一个反应是吸热反应还是放热反应,与反应是否需要加热无关。碳和氧气需要加热到一定程度才能反应,但该反应是放热反应;常温下,NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体的反应是吸热反应。
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)原因
(2)实例[以H2(g)+Cl2(g) === 2HCl(g)为例]
计算分析:436 kJ+243 kJ-431 kJ×2=-183 kJ,
断键吸收的总能量小于成键释放的能量 反应放热。
(3)结论
化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。
【微思考2】有化学键断裂或形成的变化是否一定是化学变化
提示 不一定。如HCl溶于水发生电离有化学键断裂,或从浓盐酸中挥发出氯化氢气体有化学键形成,但这些变化都是物理变化。
2.化学反应中的能量变化
结论:化学反应中的能量变化决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
三、化学反应中能量变化的应用
1.人类利用能源的三个阶段
2.化石能源的利用过程中亟待解决的问题
(1)化石能源短期内不可再生;(2)污染环境。
3.在燃料利用过程中,节能的主要环节
(1)燃料燃烧阶段——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)能量利用阶段——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量循环利用,有效提高能量利用率。
4.新能源
(1)理想的新能源应具有:资源丰富、可以再生、对环境无污染等特点。
(2)人们比较关注的新能源:太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。
【自我检测】
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)化学键断裂需要吸收能量,化学键形成会放出能量。(　　)
(2)化学反应必然伴随能量变化。(　　)
(3)相同条件下由原子形成1 mol H—Cl键所放出的能量与断开1 mol H—Cl键吸收的能量相等。(　　)
(4)放出能量越多的反应通常生成物越不稳定。(　　)
(5)已知Al与稀盐酸的反应为放热反应,即Al的能量大于H2的能量。(　　)
√
√
√
×
×
2.(2021山东聊城高一期中)下列反应既是氧化还原反应又是放热反应的是(　　)
①过氧化钠与水反应　②氨水与稀硫酸的反应
③灼热的炭与CO2反应　④Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应　⑤甲烷在O2中的燃烧　⑥灼热的炭与水蒸气反应　⑦铝片与稀硫酸反应　⑧煅烧石灰石制生石灰
⑨钾与水的反应
A.①⑤⑦⑨ B.①③⑤⑦⑨ C.①②⑤⑦⑧⑨ D.①③⑤⑥⑦⑨
答案 A
解析 反应①②⑤⑦⑨是放热反应,其余是吸热反应,其中反应②是非氧化还原反应,故应选A项。
3.(2021安徽蚌埠高一期中)下图是某化学反应过程中物质总能量变化的曲线图。下列叙述正确的是(　　)
A.该反应为吸热反应
B.该图可以表示Zn和HCl溶液反应的能量变化
C.该反应先发生物质变化后发生能量变化
D.断开反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量
答案 B
解析 图中反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量,则该反应是放热反应,A错误;Zn和HCl溶液反应生成ZnCl2和H2,同时放出热量,符合图示能量变化,B正确;化学反应中,发生物质变化的同时伴随能量变化,不存在先后顺序,C错误;该反应是放热反应,断开反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量,D错误。
课堂篇 素养提升
任务一
放热反应和吸热反应的理解与判断
【问题探究】
在一只小烧杯里,加入20 g已研细的Ba(OH)2·8H2O与10 g NH4Cl晶体,将小烧杯放在滴有几滴水的木片上,根据实验步骤,填写下表,并回答问题。
实验步骤 实验现象及结论
将晶体混合,立即快速搅拌 有具有刺激性气味并能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝的 NH3 产生
用手摸烧杯下部 感觉烧杯变凉说明此反应是吸热反应
用手拿起烧杯 烧杯下面带有几滴水的木片黏到了烧杯底部
将黏有木片的烧杯放在盛有热水的烧杯上一段时间后提起烧杯 木片与烧杯的底部脱离
反应后移走多孔塑料片,观察反应物 混合物呈糊状,证明有水生成
(1)写出实验过程中发生反应的化学方程式:
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl === BaCl2+2NH3↑+10H2O。
(2)实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是
使反应物迅速混合而充分反应,使温度迅速下降。
(3)放热反应一定容易发生,吸热反应一定难发生吗
提示 不一定。反应放热或吸热与反应的条件无关,有些放热反应必须加热才能发生,如木炭的燃烧;而有些吸热反应在常温下就能发生,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应。
【深化拓展】
1.常见的放热反应和吸热反应
2.列表比较吸热反应和放热反应
项目 放热反应 吸热反应
定义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应
项目 放热反应 吸热反应
宏观 角度 ↓ 能量 变化 图示 反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量


项目 放热反应 吸热反应
微观 角度 生成物成键时释放的总能量大于反应物断键时吸收的总能量 生成物成键时释放的总能量小于反应物断键时吸收的总能量
【素能应用】
典例1(2021湖南怀化高一期中)某学生用如图所示装置进行化学反应X+2Y === 2Z的能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂Y时,看到U形管中液面甲处下降、乙处升高。关于该反应的下列叙述正确的是(　　)
①该反应为放热反应　②该反应为吸热反应　③生成物的总能量比反应物的总能量高　④反应物的总能量比生成物的总能量高　⑤该反应过程可以看成是贮存在X、Y内部的部分能量转化为热能而释放出来
A.①④⑤ B.①④ C.①③ D.②③⑤
答案 A
解析 U形管中液面甲处下降、乙处升高,说明集气瓶中密封的空气压强增大,推测X和Y反应生成Z是放热反应,使空气受热膨胀,压强增大。放热反应中反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量。
【变式设问】
若将试剂X、Y分别换成NH4Cl固体和蒸馏水,当Y和X接触时U形管中甲、乙两处液面又将发生怎样的变化 为什么
提示 甲处液面上升,乙处液面下降;NH4Cl固体溶解时吸热,集气瓶中密封的空气温度降低,压强减小。
规律方法放热反应和吸热反应判断“四”方法
(1)依据反应条件判断。通常需要持续加热的反应为吸热反应。
(2)依据能量变化图像判断。反应物的总能量大于生成物的总能量,则反应为放热反应;反之,则为吸热反应。
(3)依据断键和成键所吸收和释放的能量数据判断。如果旧键断裂吸收的能量大于新键形成释放的能量,则为吸热反应;反之,为放热反应。
(4)经验判断法:根据常见的放热反应、吸热反应的类型判断。
变式训练1将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸,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.NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量
答案 B
解析 醋酸逐渐凝固,说明NH4HCO3与盐酸反应使周围温度降低,因此该反应为吸热反应,A错误;该反应为吸热反应,吸收的能量转化为产物内部的能量储存在产物中,B正确;由于NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应,故反应物的总能量低于生成物的总能量,C错误;NH4HCO3粉末与盐酸的反应是吸热反应,是各反应物的总能量低于各生成物的总能量,而NH4HCO3仅是两种反应物之一、NH4Cl仅是三种生成物之一,故无法得出NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量的结论,D错误。
任务二
反应能量变化与化学键断裂、形成间的关系
【问题探究】
1.反应物的总能量大于生成物的总能量,该反应发生时是吸收能量还是放出能量
提示 放出能量。
2.断裂1 mol H—H键需要吸收a kJ能量,则2 mol H原子形成1 mol H—H键的能量如何变化
提示 放出a kJ能量。
3.已知形成1 mol化学键放出的能量见下表:
计算反应A2+B2 === 2AB发生时,生成2 mol AB的能量变化。
提示 放出70 kJ能量。
化学键 A—A B—B A—B
能量/(kJ·mol-1) 470 380 460
4.如图是1 mol氢气燃烧的能量变化图,试分析a、b(均大于0)表示的含义。
提示 a表示破坏1 mol H2(g)中H—H键、 mol O2(g)中O=O键所吸收的总能量,b表示1 mol H2(g)在 mol O2(g)中燃烧生成1 mol H2O(g)所放出的能量。
【深化拓展】
化学反应中的能量变化
1.化学反应中能量变化的原因易错点归纳
(1)化学反应在物质变化的过程中一定伴随着能量变化,且遵循能量守恒定律。
(2)根据图示只能比较反应物的总能量和生成物的总能量高低,不能比较某种反应物与某种生成物的能量高低。
(3)一般情况下,物质具有的能量越低,物质的稳定性越强,物质具有的能量越高,物质的稳定性越弱。
2.键能是指断裂1 mol共价键时所吸收的能量,既可以利用化学键的键能计算具体反应中的能量变化,也可以根据化学反应中的能量变化计算某一种化学键的键能。计算公式:化学反应中的能量变化值=反应物的总键能-生成物的总键能。计算出的数值如果为正值,意味着该反应为吸热反应;计算出的数值如果是负值,意味着该反应为放热反应。
【素能应用】
典例2根据下面的信息,判断下列叙述正确的是(　　)
A.氢气跟氧气反应生成气态水的同时释放能量
B.氢气跟氧气反应生成气态水的同时吸收能量
C.1 mol H2跟 mol O2反应生成1 mol H2O一定释放能量245 kJ
D.2 mol H2(g)跟1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)吸收能量490 kJ
答案 A
解析 由题中信息可知,1 mol H2(g)所含的共价键断裂吸收能量436 kJ,
mol O2(g)所含的共价键断裂吸收能量249 kJ,两者共吸收能量685 kJ;形成2 mol H—O键时共释放能量930 kJ。在1 mol H2(g)跟 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)的过程中,成键放出的能量比断键吸收的能量多245 kJ,故A项正确,B、D项错误;C项中未说明物质的状态,所以释放的能量不一定是245 kJ,C项错误。
【变式设问】
相同条件下,H2(g)与O2(g)反应生成1 mol H2O(l)和1 mol H2O(g)放出的热量是否相等 为什么
提示 不相等;H2(g)与O2(g)反应生成1 mol H2O(l)释放的能量多,生成1 mol H2O(g)释放的能量少。
变式训练2(2021山东潍坊高一期中)关于下图中物质能量变化的说法不正确的是(　　)
A.1 mol固态碘与1 mol H2化合生成2 mol HI气体时,需要吸收5 kJ的能量
B.2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气与1 mol H2时需要吸收12 kJ的能量
C.1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量
D.碘蒸气与H2生成HI气体的反应是吸热反应
答案 D
解析 由图可知,1 mol I2(s)+1 mol H2(g)吸收5 kJ热量生成2 mol HI(g),A正确;由图可知,1 mol I2(g)和1 mol H2(g)放出12 kJ热量生成2 mol HI(g),则2 mol HI气体分解生成1 mol碘蒸气与1 mol H2(g)时需要吸收12 kJ的能量,B正确;由图可知,1 mol I2(g)变为1 mol I2(s)放出17 kJ的热量,则1 mol固态碘变为1 mol碘蒸气时需要吸收17 kJ的能量,C正确;1 mol I2(g)和1 mol H2(g)反应放出12 kJ热量生成2 mol HI(g),该反应为放热反应,D错误。
随堂检测
1.下列叙述不正确的是(　　)
A.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的根本原因
B.凡吸热反应均需在加热条件下才能发生
C.等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,二者放出的热量不同
D.因为石墨变成金刚石吸热,所以石墨比金刚石稳定
答案 B
解析 吸热反应不一定需要加热才能发生,例如Ba(OH)2·8H2O晶体和氯化铵晶体的反应是吸热反应,但不需要加热,B错误;硫固体变成硫蒸气要吸收能量,则等质量的硫蒸气与硫固体具有的能量不同,故二者完全燃烧放出的热量不同,C正确;石墨变成金刚石吸热,则等质量的石墨具有的能量低于金刚石,故石墨比金刚石稳定,D正确。
2.(2021辽宁锦州高一期中)化学家利用太阳能提供能源,以空气和水为原料,借助催化剂成功地合成了氨气。下列有关说法正确的是(　　)
A.太阳能催化分解水制取氢气,同时放出热量
B.该合成氨过程不属于氮的固定
C.水能、太阳能均为可再生能源
D.断裂N2中的N≡N会释放出热量
答案 C
解析 H2和O2生成H2O的反应是放热反应,则太阳能催化分解水制取氢气的反应是吸热反应,A错误;氮的固定是指游离态的氮转化为含氮化合物,分离空气中的N2与水分解产生的H2在催化剂作用下合成氨属于氮的固定,B错误;水能、太阳能都可从自然界获取,属于可再生能源,C正确;断裂N2中的N≡N要吸收能量,D错误。
3.如图所示,有关化学反应和能量变化的说法正确的是(　　)
A.图a表示2 mol A2(g)与1 mol B2(g)的总能量大于1 mol C(g)的能量
B.图b中生成物比反应物稳定
C.图b可以表示钠和水的反应的能量变化
D.图a所示反应不需要加热就一定能发生,图b所示反应一定需要加热才能发生
答案 A
解析 图a中反应物总能量高于生成物总能量,即2 mol A2(g)与1 mol B2(g)的总能量大于1 mol C(g)的能量,A正确;图b中反应物总能量低于生成物总能量,能量越低越稳定,则反应物比生成物稳定,B错误;图b中反应物总能量低于生成物总能量,属于吸热反应,但钠和水的反应是放热反应,C错误;反应条件与反应是放热反应还是吸热反应没有必然的关系,D错误。
4.(2021天津耀华中学高一期末)H2与O2发生反应的过程可用如下模型图表示(“—”表示化学键)。下列说法不正确的是(　　)
A.过程Ⅰ是吸热过程
B.过程Ⅲ一定是放热过程
C.该反应过程中所有旧化学键都断裂,且形成了新化学键
D.该反应的能量转化形式只能以化学能的形式进行
答案 D
解析 过程Ⅰ中H2和O2中化学键断裂吸收能量,属于吸热过程,A正确;过程Ⅲ中形成H2O分子中的化学键释放能量,属于放热过程,B正确;H2和O2反应生成H2O,旧化学键断裂,并形成了新化学键,C正确;该反应为放热反应,该反应中的能量转化形式有化学能→热能等,D错误。
5.如图所示,把试管小心地放入盛有(20 ℃)碳酸饮料的烧杯中,试管中开始放入几小块铝片,再用滴管滴加5 mL 浓NaOH溶液于试管中。试回答下列问题:
(1)实验中观察到的现象是 　。
(2)产生上述现象的原因是　 。
(3)写出有关反应的离子方程式:　 。
(4)由实验推知,反应所得溶液和氢气的总能量　　　(填“大于”“小于”或“等于”)铝片和NaOH溶液的总能量。
答案 (1)铝片上有大量气泡产生,铝片逐渐溶解;烧杯内液体放出气泡变快
(2)铝与NaOH溶液反应生成氢气,且反应放热,碳酸饮料中CO2在水中的溶解度随温度升高而减小,CO2从饮料中逸出变快
(3)2Al+2OH-+2H2O === 2 +3H2↑
(4)小于
解析 铝与碱溶液的反应放热,放出的热量使烧杯中饮料的温度升高,使CO2的溶解度减小。根据反应的热效应与反应物、生成物总能量的关系可知,放热反应中生成物的总能量小于反应物的总能量。