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化学反应与能量的变化

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第一章化学反应与能量
第一节 化学反应与能量的变化（学案）
第 一 课时
【学习目标】:
1、使学生了解化学反应中能量转化的原因和常见的能量转化形式；
2、认识化学反应过程中同时存在着物质和能量的变化，而且能量的释放或吸收是以发生的物质为基础的，能量的多少决定于反应物和生成物的质量；
3、了解反应热和焓变的含义。
【重、难点】:
1、化学反应中的能量变化，2、对△H的“+”与“-”的理解。
【学习过程】：
一、反应热 焓变
（一）： 反应能量变化与反应热
能量就是推动人类进步的“杠杆”！能量使人类脱离了“茹毛饮血”的野蛮，进入繁华多姿的文明。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一（一般以热和功的形 式与外界环境进行能量交换）。所以，研究化学反应中的能量变化，就显得极为重要。
1.化学反应与能量变化的关系
任何一个化学反应中，反应物所具有的总能量与生成物所具有的总能量是等的，在产生新物质的同时总是伴随着的变化。
即在一个化学反应中，同时遵守守恒和守恒两个基本定律。
2、化学反应中能量变化形式
化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一，一般以热和功的形式与外界环境进行能量交换，通常表现为热量的变化。
3、类型
（1）放热反应：即_____________的化学反应，其反应物的总能量____生成物的总能量。如：燃料的燃烧、中和反应、生石灰与水化合、金属和酸的反应、铝热反应等都是放热反应。
（2）吸热反应：即_________的化学反应，其反应物的总能量____生成物的总能量。
如：H2还原CuO的反应，灼热的碳与二氧化碳反应，CaCO3分解等大多数分解反应，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应都是吸热反应。
说明：吸热反应特征是大多数反应过程需要持续加热，但有的不需要加热如：
Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl固体反应，
放热反应有的开始时需要加热以使反应启动。即反应的吸、放热与反应条件无关。
形成原因（图示）
从微观上分析：

从宏观上分析：
从宏观上分析:
预测生成
（二）：反应热 焓变
两个概念：环境
体系
1、定义： 叫反应热， 又叫焓变。
2、表示符号：
3、单位： (或)。
4、计算方法：△H=反应物的总键能--生成物的总键能（或△H = 生成物的总能量--反应物的总能量）
因此，△H<0时, 为热反应; △H>0时，为热反应。
5、注意：在应用焓变时，应注意△H的符号。当△H>0时，其“+”号不能省略。
6、“反应热”与“热量”的区别：反应热有“+”、“-”之分；而热量是标量，但要注明是“吸收”、还是”放出”.
知识拓展：焓是与物质的内能有关的一个物理量，但它又不同于物质的内能。单位为kJ/mol，不可以测量。化学研究表明，对于在等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能（同时可能伴随着反应体系体积的改变），而没有转化为电能、光能等其他形式的能，则该反应的反应热就等于反应前后物质的焓的变化，即焓变。
即在此，可用焓变代替反应热。但焓变与反应热是不同含义两个的概念。
【思考】:看看两幅图分别表示什么反应，这一段差值表示什么？

A B
【疑点反馈】：（通过本课学习、作业后你还有哪些没有搞懂的知识，请记录下来）

【基础达标】
1．下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是(　　)
A．铝片和稀盐酸反应
B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
C．灼热的碳与二氧化碳的反应
D．甲烷在氧气中的燃烧
2．已知氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ，下列关系式正确的是(　　)
A．Q1＋Q2>Q3B．Q1＋Q2>2Q3
C．Q1＋Q2<Q3D．Q1＋Q2<2Q3
2.答案　D
解析　燃烧为放热反应，即生成物的键能之和大于反应物的键能之和。
3．下列反应中，生成物的总能量大于反应物的总能量的是(　　)
A．氢气在氧气中燃烧
B．铁丝在氧气中燃烧
C．硫在氧气中燃烧
D．焦炭在高温下与水蒸气反应
4．下列变化一定为放热的化学反应的是(　　)
A．H2O(g)===H2O(l)放出44 kJ热量
B．ΔH>0的化学反应
C．形成化学键时共放出能量862 kJ的化学反应
D．能量变化如图所示的化学反应

5．关于化学反应的本质的说法正确的是(　　)
A．化学反应都有新物质生成
B．化学反应都有能量变化
C．化学反应是旧键断裂新键形成的过程
D．化学反应的发生都需要在一定条件下
6．下列说法正确的是(　　)
A．反应热就是反应中放出的能量
B．在101 kPa时，1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热
C．由C(石墨)―→C(金刚石)　ΔH＝＋1.9 kJ·mol－1可知，金刚石比石墨稳定
D．等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多
7．下列反应中，生成物的总焓大于反应物总焓的是(　　)
A．锌与稀硫酸反应制氢气 B．铁丝在氯气中燃烧
C．氧化钙与水反应 D．碳酸氢铵分解
8．下列说法中正确的是(　　)
A．焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
B．反应放热时，ΔH>0；反应吸热时，ΔH<0
C．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓与生成物的总焓一定不同
D．在一个确定的化学反应关系中，反应物的总焓总是高于生成物的总焓
9．科学家已获得了极具理论研究意义的N4分子，其结构为正四面体(如图所示)，与白磷分子相似。已知断裂1 mol N—N键吸收193 kJ热量，断裂1 mol N≡N键吸收941 kJ热量，则(　　)
A．N4的熔点比P4高
B．1 mol N4气体转化为N2时要吸收724 kJ能量
C．N4是N2的同系物
D．1 mol N4气体转化为N2时要放出724 kJ能量
10．某学习小组设计以下实验，探究化学反应

中的热效应，把试管放入盛有25℃的饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管往其中滴加5 mL盐酸。试回答下列问题：
实验中观察到的现象是
____________________________________________________________________________________________________________________________________________
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，MgCl2和H2的总能量______(填“大于”、“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。
(5)如果将本题中“25℃的饱和石灰水”换成“20℃碳酸饮料”进行实验探究，实验中观察到的另一现象是
________________________________________________________________________，
其原因是
________________________________________________________________________。
11．在一定条件下，A和B反应可生成C和D，其能量变化如下：

(反应前)　　　　　　　　　　　(反应后)
(1)下列有关反应A＋B===C＋D的说法正确的是________。
A．反应前后原子的种类和数目一定不变
B．该反应若有热量变化，则一定是氧化还原反应
C．若该反应为放热反应，则不需加热反应就一定能自发进行
D．反应物的总质量与生成物的总质量一定相等，且遵循能量守恒
(2)若E1<E2，则生成物的总能量__________(填“>”、“<”或“＝”)反应物的总能量，为______(填“吸热”或“放热”)反应。
12．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收热量是多少？
答案　436 kJ
13．在研究化学反应中的能量变化时我们通常做如图所示的实验：
在一个小烧杯里，加入约20 g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]，将小烧杯放在事先已滴有3～4滴水的玻璃片(或三合板)上，然后再加入约10 g NH4Cl晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌。

试回答下列问题：
(1)实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是什么？
(2)如果实验中没有看到“结冰”现象，可能的原因是什么？(回答出三个以上的原因)
(3)如果没有看到“结冰”现象，我们还可以采取哪些方式来说明该反应吸热？(回答出两种方案)
(4)实验中即使不“结冰”，将烧杯提起的时候，发现烧杯与玻璃片也“黏在一起了”，原因是什么？
试用简单的方法说明烧杯与玻璃片之间是因“结冰”而黏在一起的。
【拓展提升】
14．下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：
物质
Cl2
Br2
I2
H2
HCl
HI
HBr
键能/kJ·mol－1
243
193
151
436
431
298
366
根据上述数据回答(1)～(4)题。
(1)下列物质本身具有的能量最低的是(　　)
A．H2B．Cl2C．Br2D．I2
(2)下列氢化物本身具有的能量最低的是(　　)
A．HCl B．HBr C．HI D．HF
(3)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是________反应。(填“吸热”或“放热”)
(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出的热量最多的是__________。
【参考答案】
1.答案　C
解析　注意知识的积累，记住常见的吸热反应。B、C属于吸热反应，再从化合价变化角度来分析，知答案为C。
3.答案　D
解析　A、B、C三项均为放热反应，说明它们的反应物的总能量大于生成物的总能量，多余的能量以热能的形式放出；而D项为吸热反应，正好相反，故D项正确。
4.答案　D
解析　化学反应放热还是吸热，取决于H(生成物)与H(反应物)的相对大小。若H(生成物)>H(反应物)，则反应吸热，反之放热。A项H2O(g)===H2O(l)为物理变化；B项ΔH>0，即H(生成物)>H(反应物)，反应吸收热量；C项无法确定反应放热还是吸热；D项，由图可知H(生成物)<H(反应物)，反应放热。
5.答案　C
解析　化学反应的本质是旧键断裂，新键形成。在这个过程中，原子重新组合生成新物质，同时伴随着能量的变化。
6.答案　D
解析　反应过程中所放出或吸收的热量都是反应热，因此A错；在101 kPa时，1 mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量叫做该物质的燃烧热，B选项未指明碳完全燃烧生成二氧化碳，是错误的；由C(石墨)―→C(金刚石)ΔH＝＋1.9 kJ·mol－1可知，金刚石能量高，不稳定；因为硫固体变为硫蒸气要吸热，所以等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多是正确的(相同条件下，同一物质在气态时具有的能量最多，液态时次之，固态时最少，反应放出的热量等于反应物所具有的能量减去生成物所具有的能量，因为生成物是一样的，所以等量的硫蒸气燃烧时放出的热量比硫固体放出的多)。
7.答案　D
解析　A、B、C均为放热反应，说明它们的反应物的总焓大于生成物的总焓，多余的能量以热量的形式放出。而D为吸热反应，正好相反，故D正确。
8.答案　C
9.答案　D
解析　N4与白磷(P4)结构相似，均为分子晶体，由于N4相对分子质量小于P4，故其分子间作用力弱于P4，其熔点低于P4，A错；N4与N2互为同素异形体，而不是同系物，则C错；从结构图中可看出，一个N4分子中含有6个N—N键，根据N4(g)===2N2(g)ΔH，有ΔH＝6×193 kJ·mol－1－2×941 kJ·mol－1＝－724 kJ·mol－1，故B项错误，D项正确。
10.答案　(1)试管中镁片逐渐溶解，并有气体产生，烧杯中石灰水变浑浊
(2)镁与稀盐酸的反应是放热反应，该反应放出的热量使石灰水温度升高，Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而降低，故变浑浊
(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
(4)小于
(5)烧杯中液体放出气泡且速率逐渐加快　气体的溶解度随着温度的升高而减小。
解析　镁与盐酸的反应是放热反应，镁与盐酸反应放出的热量使石灰水的温度升高，Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而减小。气体的溶解度也随温度的升高而减小。
11.答案　(1)A、D(2)>　吸热
12.解析　因为1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，所以1 mol H2与 mol O2完全燃烧生成1 mol水蒸气时放出热量242 kJ。而化学反应中之所以存在能量的变化是因为在化学反应过程中存在旧键的断裂与新键的形成，其中旧键的断裂需要吸收能量而新键的形成需要放出能量。发生上述反应H2(g)＋O2(g)===H2O(g)ΔH＝－242 kJ·mol－1时所发生键的变化为断裂1 mol H—H键和 mol O===O键、形成2 mol O—H键，因此在此反应过程中断裂旧键需要吸收的能量为×496 kJ＋EH—H，形成新键释放的能量为2×463 kJ＝926 kJ，此反应为放热反应，所以有926 kJ－×496 kJ－EH—H＝242kJ，解得EH—H＝436 kJ。
13.答案　(1)使反应物混合而迅速充分地反应，并使温度迅速下降。
(2)①药品用量太少；②Ba(OH)2·8H2O未研成粉末，反应太慢；③没有立即迅速搅拌；④环境温度太高；⑤玻璃片上滴加的水太多。
(3)①用皮肤感觉很凉；②用温度计来检测，发现温度下降。
(4)由于水排开了烧杯底部和玻璃片之间的空气，在大气压的作用下，烧杯与玻璃片“黏在一起了”。将“黏在一起”的烧杯和玻璃片提起，从侧面轻推玻璃片，若烧杯和玻璃片能发生相对滑动，则说明烧杯和玻璃片是“被水黏在一起的”，若不能发生相对滑动则是被冰所黏。
解析　Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，二者充分反应后，温度会明显降低。为证明这一反应是吸热反应，可在烧杯和玻璃片之间滴入少量水，通过二者反应使周围的温度降低，烧杯与玻璃片之间的水结成冰，从而烧杯与玻璃片黏在一起。但实验时要注意以下几点：①药品用量不能太少；②反应要用玻璃棒充分迅速搅拌，使反应快速进行；③玻璃片上的水不能太多，否则不易结冰。
14.答案　(1)A(2)A(3)放热　(4)Cl2
解析　(1)破坏物质中的化学键消耗能量越多，说明原物质越稳定，本身能量越少，由表知H2应具有最低能量。(2)物质越不活泼，与H2形成氢化物越不稳定，本身能量越高，故选A。(3)由表可知，反应物X2＋H2的能量都小于氢化物2倍的能量，故均为放热反应。(4)由表可知，反应物Cl2＋H2所具有的能量，与2倍HCl的能量相差最大，故放热最多，因化学反应的本质是旧键断裂吸热，新键形成放热。
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