归纳与整理教学设计(第二课时)

第一节化学能与热能

[学习目标]

1.知道化学反应中能量变化的主要原因。

2.根据反应前后物质总能量的相对大小判断化学

反应是吸热反应还是放热反应。(重难点)

3.了解化学能与热能的相互转化。

4.了解化学能转化为热能在生产、生活中的应用及其对人类文明发展的贡献。

一、化学键与化学反应中能量变化的关系

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断裂和生成物中新化学键的形成的过程。

(2)化学反应中能量变化的原因。

①原因。

物质变化

反应物

生成物

化学键变化

断裂

形成

能量变化

吸收能量

放出能量

结果

二者不相等，反应

吸收或放出热量

2．化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度

――→E(反应物)＞E(生成物)化学反应放出能量

――→E(反应物)＜E(生成物)化学反应吸收能量

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。

1．化学反应过程都伴随着能量变化，伴随能量变化的过程都是化学反应吗？

【提示】

不一定，如核反应，物质三态变化都有能量变化，但它们不属于化学反应。

二、化学能与热能的相互转化

1．两个基本的自然规律——“质量守恒”和“能量守恒”

质量守恒定律：自然界中的物质发生转化时总质量不变；

能量守恒定律：不同形式的能量发生转换时，总能量不变。

2．吸热反应和放热反应

(1)定义

吸热反应：吸收热量的化学反应。放热反应：放出热量的化学反应。

(2)实验探究

①

3．化学能与热能相互转化的意义

化学能过程(1)热能

过程(1)：提供了人类生存和发展所需要的能量和动力。

过程(2)：人类进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径。

=====2．从能量高低说明2H2＋O2点燃2H2O的反应为放热反应的原因是什么？

【提示】

2 mol H2和1 mol O2的总能量高于2 mol H2O的总能量。

3．加热条件下进行的反应是否一定是吸收能量的反应，常温下进行的反应是否一定是释放能量的反应？

【提示】

化学反应放热吸热取决于化学键断裂吸收的能量与化学键形成放出的能量相对大小，与反应条件无关。

1．易误诊断

(1)化学反应中的能量变化都是化学能转化成热能。( ) (2)化学反应中的能量变化，全部是以热的形式呈现。

( ) (3)燃烧属于放热反应。( ) (4)需要加热的反应一定是吸热反应。( ) (5)化学键断裂需吸收能量，化学键形成放出能量。( ) 【答案】

(1)×

(2)×

(3)√

(4)×

(5)√

2．化学反应的发生必然伴有能量的转化，其最根本原因是

( ) A．化学反应中一定有新物质生成

B．化学反应中旧的化学键的断裂需要吸收能量，新的化学键的形成需要放出能量

C．化学反应通常需要加热等条件才能发生

D．能量变化是化学反应的基本特征之一

【答案】

B 3．下列反应是放热反应的是________(填序号)。

①C的燃烧

②石灰石的分解

③中和反应

④水蒸气液化

⑤H2还原CuO

⑥Zn与稀H2SO4反应

【答案】

①③⑥

预习完成后，请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中

问题1 问题2 问题3 问题4

学生分组探究一

化学键与化学反应中能量变化的关系

第1步

探究——问题引入，自主探究

1．从化学键的角度如何解释反应H2＋Cl2===2HCl是放热反应？

【提示】

形成2 mol H—Cl键放出的能量大于断裂1 mol H—H和1 mol Cl—Cl吸收的能量。

2．化学反应的两个基本特征是什么？

【提示】

有新物质生成，伴随能量变化。

第2步

阐述——要点归纳，深化知识

1．化学反应中能量变化的原因

在化学反应中，断开反应物中的化学键(即破坏旧化学键)需要吸收一定能量(E1)克服原子(或离子)间的相互作用；而形成新化学键时，又要释放一定的能量(E2)。

E1>E2，反应吸收能量；

E1

2．利用化学键计算化学反应中的能量变化

以H2＋Cl2===2HCl为例：

(1)图示分析

(2)计算分析

1 mol化学键

断裂化学键吸收的能量

H2

436 kJ Cl2

243 kJ 形成化学键放出的能量

HCl 431 kJ 共放出862 kJ 共吸收436 kJ＋243 kJH2＋Cl2===2HCl

(3)计算公式

＝679 kJ 679 kJ－862 kJ＝－183 kJ，即反应放出183 kJ热量

利用化学键的能量变化计算化学反应中的能量变化：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)ΔQ＜0，为放热反应ΔQ＞0，为吸热反应

第3步

例证——典例印证，思维深化

根据下图所示的信息，判断下列叙述不正确的是

( )

A．1 mol

H2的共价键形成放出436 kJ能量

B．氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量

C．1 mol H2(g)跟2

mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)释放能量245 kJ D．1 mol H2(g)与2

mol O2(g)的总能量大于1 mol H2O(g)的能量

【解析】

对同一个化学键来说，断裂时吸收的能量与形成时放出的能量相等，A项正确；H2在O2中燃烧为放热反应，B项错误；ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝(436 kJ＋249 kJ)－930 kJ＝－245 kJ，说明反应中放出245 kJ能量，C项正确；放热反应的反应物总能量大于生成物总能量，D项正确。

【答案】

B 第4步

运用——精选习题，落实强化

1．化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是( ) 11

A．该反应是吸热反应

B．断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键放出x kJ能量

C．断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量

D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量

【解析】

由图示知反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时吸收能量，B项错误。

【答案】

C 2．(2015·扬州高一检测)已知反应：2H2＋O2===2H2O＋能量，请填写下列表格中空白处的总能量值，并注明吸收还是放出。有关键能：H—H：436 kJ·mol1－OO：496 kJ·mol－1

HO：463 kJ·mol－1(已知键能是指断开1 mol的化学键所吸收的能量或形成1 mol化学键所放出的能量)

拆开化学键

2 mol H2中

的化学键

1 mol O2中

的化学键

【解析】

断开化学键吸收能量，故断开2 mol H2中的化学键和1 mol O2中的化学键共吸收能量：436 kJ·mol－1×2 mol＋496 kJ·mol－1×1 mol＝1 368 kJ，形成4 mol HO键放出能量：463 kJ·mol－1×4 mol＝1 852 kJ，所以差484 kJ是放出的热量。

【答案】

共吸收1 368 kJ能量

共释放1 852 kJ能量

放热484 kJ

应用公式计算化学反应中能量变化时的注意点

(1)要注意物质的组成情况，即不仅要注意一个分子中化学键的数目，还要注意参加反应的分子的物质的量。

(2)若ΔQ>0，说明反应物分子断键时吸收的总能量>生成物分子成键时放出的总能量，即反应吸收的热量多，属于吸热反应。

(3)若ΔQ<0，说明反应物分子断键时吸收的总能量<生成物分子成键时放出的总能量，即反应放出的热量多，属于放热反应。

4 mol HO键

4×463 kJ－2×436 kJ－496 kJ＝484 kJ 形成化学键

能量变化

(4)断裂1 mol HH吸收的能量与形成1 mol HH放出的能量相同。

(5)能量越低越稳定，如石墨转化为金刚石时吸收能量，石墨能量低，较稳定。

学生分组探究二

吸热反应与放热反应的比较

第1步

探究——问题引入，自主探究

1．不同化学反应所伴随发生的能量变化也不同。化学反应是吸热还是放热由什么决定？是不是放热反应不需加热，吸热反应都要加热？试举例说明。

【提示】

化学反应是吸热还是放热决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小，前者大于后者为放热反应，前者小于后者为吸热反应。有的放热反应需要加热才能发生，例如煤的燃烧就是放热反应，但需要加热或点燃引发反应；有的放热反应不需要加热，如磷的自燃。吸热反应大都需要加热，也有不需加热就能反应的，例如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应。

2．NaOH溶于水放出热量、NaOH溶于水是放热反应吗？

【提示】

吸热反应和放热反应均是化学反应。注意明确某些吸热过程和放热过程不属于化学反应。如：NaOH固体溶于水，浓硫酸稀释属于放热过程；NH4NO3固体溶于水属于吸热过程，三者都不是化学反应，也就不属于吸热反应或放热反应。

第2步

阐述——要点归纳，深化知识

类型

比较

定义

形成原因

与化学

键强弱

的关系

反应过

程图示

放热反应

释放热量的化学反应

反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量

生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂时吸收的总能量

吸热反应

吸收热量的化学反应

反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量

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

(1)大多数化合反应；

(2)所有的燃烧反应；

常见反应

(3)酸碱中和反应；

(1)大多数分解反应；

(2)Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应；

(4)金属与酸的置换反应；

(3)C和CO2、C和H2O(g)(5)铝热反应

第3步

运用——精选习题，落实强化

1．(2015·盐城高一检测)下列关于化学反应的说法错误的是

( ) A．化学反应中有物质变化也有能量变化

B．需要加热的化学反应不一定是吸热反应

C．化学反应中的热量变化取决于反应物和生成物中化学键的强弱

D．如图所示的反应为放热反应

反应

【解析】

化学反应中有物质变化也有能量变化，A正确；需要加热的化学反应不一定是吸热反应，很多放热反应也需要加热或点燃才能发生，B正确；化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量，C正确；据图可知，反应物的总能量<生成物的总能量，是吸热反应，D错误。

【答案】

D 2．已知反应X＋Y===M＋N为吸热反应，下列说法正确的是( ) A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的

B．该反应一定要加热，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的化学键所放出的能量

D．X和Y的总能量低于M和N的总能量

【解析】

由该反应为吸热反应可知，反应物的总能量小于生成物的总能量，即X和Y的总能量低于M和N的总能量。吸热反应不一定需要加热反应才能进行，如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应，常温下就可以发生。破坏化学

键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量时，为放热反应。故A、B、C错误，D正确。

【答案】

D 3．(2015·铜川高一质检)已知2SO2＋O2催化剂2SO3为放热反应，对该反应的下列说法正确的是( ) A．O2的能量一定高于SO2的能量

B．2 mol SO2和1 mol O2的总能量一定高于2 mol SO3的总能量

C．SO2的能量一定高于SO3的能量

D．因该反应为放热反应，故不必加热就可发生

【解析】

判断一个反应是放热反应还是吸热反应，关键看反应物的总能量与生成物的总能量的差值。如果反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，B项正确；A项和C项错误，都没有考查总能量差；放热反应只表明反应物总能量比生成物总能量高，而加热是反应的条件，两者无必然联系，许多放热反应也必须加热才能开始进行，D项错误。

【答案】

B 4．下列变化中属于吸热反应的是( ) ①液态水汽化

②将胆矾加热变为白色粉末

③苛性钠固体溶于水

④氯酸钾分解制氧气

⑤生石灰跟水反应生成熟石灰

⑥干冰升华

A．①④ B．②④

C．③⑤ D．④⑥

【解析】

注意吸热或放热过程与吸热反应或放热反应的区别。①水汽化是物理变化，不属于吸热反应。②CuSO4·5H2O受热分解生成CuSO4和H2O，属于吸热反应。④KClO3分解是吸热反应。⑤是放热反应，③⑥均为物理变化。

【答案】

B

吸热反应和放热反应的理解

吸热反应和放热反应是针对化学反应而言，如果物质变化过程中有能量变化，但无化学变化，则不是吸热反应或放热反应。

(1)物质三态之间的变化有能量的变化，但属于物理变化，如冰融化，水汽

化等。

(2)物质溶解过程中有能量的变化，但属于物理变化，如氢氧化钠固体溶于水放出热量，硝酸铵晶体溶于水吸收热量。

1．化学反应吸热还是放热决定于反应物总能量(E1)和生成物总能量(E2)的相对大小。若E1>E2，则为放热反应；若E1

2．若反应中，断裂反应物中的化学键吸收能量为Q(吸)，形成生成物中的化学键放出能量为Q(放)，则化学反应过程中的能量变化为ΔQ＝Q(吸)－Q(放)，若ΔQ<0为放热反应，若ΔQ>0为吸热反应。

3．(1)常见的放热反应：所有的燃烧反应、酸碱中和反应、金属与酸的置换反应、绝大多数的化合反应。

(2)常见的吸热反应：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应，以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，大多数的分解反应。

4．物质具有的能量越低，物质的稳定性越强，即能量越低越稳定。