《化学能与热能》学案(新人教版必修2)

第二章化学反应与能量

第一讲化学能与热能

复习重点：化学能与热能之间的内在联系以及化学能与热能的相互转化。

复习难点：从本质上（微观结构角度）理解化学反应中能量的变化，从而建立起科学的能量变化观。

知识梳理

一．化学键与化学反应中能量变化的关系

键能：拆＿＿＿＿＿＿＿＿＿所需的能量叫键能。单位：＿＿＿＿。1mol H2中含有1molH －H，在250C 101kPa条件下，由H原子形成1molH－H要放出436kJ的能量，而断开1molH －H重新变为H原子要＿＿＿＿＿＿＿＿的能量。

1、化学键的断裂是化学反应中能量变化的主要原因。

一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，决定于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的相对大小。

∑E（反应物）＞∑E（生成物）——＿＿＿＿＿＿能量；

∑E（反应物）＜∑E（生成物）——＿＿＿＿＿＿能量。

二．化学能与热能的相互转化

放热反应：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；吸热反应：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑反应＿＿＿热；Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O反应＿＿热；H+ + OH- = H2O反应＿＿热

三、中和热：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿时所释放的热量。

疑难点拨

一、化学反应的热效应和键能的关系

在化学反应中，从反应物分子改变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变．在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的新化学键形成了，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用，在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量、化学反应的热效应来源于反应过程中断裂旧化学键并形成新化学键时的能量变化。化学键键能的大小可粗略计算化学反应的热效应。化学反应的热效应ΔH＝生成物的键能总和－反应物的键能总和。

二、．化学反应中能量变化与反应的放、吸热

反应物的总能量＞生成物的总能量，化学反应放出能量

反应物的总能量＜生成物的总能量，化学反应吸收能量

化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。

化学变化的过程伴随着化学能与其他能量的相互转化，这种变化，通常表现为热量的变化

——吸热或放热。例如：中和反应是放热反应，H2与Cl2的反应也是放热反应。常见的吸热反应：大多数分解反应；氯化铵与八水合氢氧化钡的反应；

典例剖析

【例1】近年来，科学家正在探索利用铝粉做燃料的可能性，以期铝能成为一种石油的取代物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法，你认为哪项是错误的

A、铝质轻，便于运输、贮存，且安全

B、铝燃烧时放出的热量大，且燃烧后新产物对环境的污染容易得到有效控制

C、在地球上，铝矿资源丰富

D、现代电冶铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础

解析：铝质轻，燃烧时放热多，在地壳中是含量最大的金属元素，铝矿资源丰富，这些都是用铝作为新型燃料的有利条件，但是电冶铝本身需要消耗大量的能量，从这一点考虑，如果没有开发出新的冶炼金属铝的技术，则用铝作为新能源的做法是不合算的。所以D说法错误。答案：D。

【例2】最近，新华社的一条消息中披露：我国南海海底发现巨大的“可燃冰”带，能源总量估计相当于中国石油总量的一半；而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶体（CH4·H2O）。请结合初中化学知识回答下列问题：

(1)下列说法中正确的是（填序号）___________________________．

A．CH4·H2O晶体中水是溶剂B．CH4·H2O的组成元素有3种

C．CH4·H2O中CH4和H2O的质量比为1：1D．可燃冰能燃烧，说明水具有可燃性

(2)可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景．你认为能开发利用的新能源还有（至少填写二种）__________________，__________________．解析：（1）溶剂是能够溶解其他物质的物质，溶剂与溶质间没有固定的组成，而CH4·H2O 的组成固定故A不正确．CH4中含C、H二元素，H2O中含H、O二元素，故CH4·H2O由C、H、O三元素，组成B正确．CH4·H2O分子中CH4与H2O的物质的量之比为1：1，而其式量不等则C不正确．CH4·H2O可燃是由于分解产生CH4的原因，故D不正确．

（2）新能源是指以新技术为基础，系统开发利用的能源包括太阳能、生物能、风能、地热能、氢能源等．

答案：（1）B （2）太阳能、潮汐能、水能、风能、核能、地热、氢能源等．

【练习】为减少汽车对城市大气的污染，近年来中国成功地开发出了以新燃料作能源的“绿色汽车”．这种汽车可避免有毒的有机铅、苯和苯的同系物以及多环芳烃的排放，保护环境．这种“绿色汽车”的燃料是

A．甲醇B．汽油C．柴油D．重油

答案: A

【例3】50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应．通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热．回答下列问题：

(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是___________________________．

(2)烧杯间填满碎纸条的作用是_____________________________________________．

(3)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值__________________（填“偏大”“偏小”“无影响”）。

(4)实验中改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应，与上述实验相比，所放出的热量_________（填“相等”“不相等”），所求中和热_________（填“相等”“不相等”），简述理由_____________________________________________。

（5）用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会________；用50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会__________________．（均填“偏大”“偏小”“无影响”）

解析：本实验成败的关键是准确测量反应后的温度．因此所用装置必须保温、绝热且可使体系温度尽快达到一致，故缺少的仪器应为环形玻璃搅拌棒．（2）碎纸条的作用为减少实验过程中的能量损失．（3）不盖硬纸板会损失部分热量故所测结果偏低．（4）由中和热概念可知，中和热只与生成水的量有关而与过量的酸碱无关，但液体体积增大温差减小，不便测量．（5）由于弱酸弱碱的中和热等于H＋与OH－生成H2O时的反应热加上其电离时吸热．答案：（1）环形玻璃搅拌棒（2）减少实验过程中的热量损失（3）偏小（4）不等相等因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O所放出的能量，与酸碱的用量无关（5）偏小偏小

思考：要想提高中和热测定的准确性，实验应注意什么？

答案：（1）搅拌或倾倒时不要有溶液损失；（2）准确读取混合液的最高温度值；（3）溶液浓度不能太浓或太稀。

知能训练

一、选择题

1. 天然气、石油、煤等在地球上的蕴藏量是有限的，因此：①可利用电解水的方法得到氢气作能源；②可用酒精作能源；③砍伐树木作能源；④应开发太阳能、核能等新的能源．上述说法正确的是

A．只有①B．①和④ C．②和③ D．只有④

2．下列说法正确的是

A. 物质发生化学反应都伴随着能量变化

B. 伴有能量变化的物质变化都是化学变化

C. 在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定不同

D. 在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量

3．能源可分为一级能源和二级能源，自然界中以现成形式提供的能源称一级能源，需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。据此判断，下列叙述正确的是

A．天然气是二级能源 B．石油是二级能源C．电能是一级能源 D．水力是一级能源4．下列反应属于放热反应的是

A．氢气还原氧化铜 B．氢气在氧气中燃烧

C．氢氧化钾和硫酸中和 D．碳酸钙高温分解成氧化钙和二氧化碳5．下列反应属于吸热反应的是

A．二氧化碳与赤热的碳反应生成一氧化碳 B．葡萄糖在人体内氧化分解

C．Ba(OH)2·8H20与NH4Cl反应 D．锌粒与稀H2S04反应制取H2 6．下列说法不正确的是

A．焦炭在高温下与水蒸气的反应是吸热反应

B．氢氧化钾与硝酸的反应是放热反应

C．燃料有足够的空气就能充分燃烧

D．化学反应的过程，都可以看成是“贮存”在物质内部的能量转化为热能等而被释放出来的过程

7．（2002年上海综合，18）下列选项中说明乙醇作为燃料的优点的是

①燃烧时发生氧化反应②充分燃烧的产物不污染环境③乙醇是一种再生能源④燃烧时放出大量热量

A．①②③B．①②④C．①③④D．②③④

8．（2002年上海综合，16）船天飞机用铝粉与高氯酸铵（NH4ClO4）的混合物为固体燃料，点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应，其方程式可表示为：

NH4ClO4＝＝＝N2↑＋4H2O＋Cl2↑＋2O2↑

下列对此反应的叙述中错误的是

A．上述反应属于分解反应

B．上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行

C．反应从能量变化上说，主要是化学能转变为热能和动能

D．在反应中高氯酸铵只起氧化剂作用

9.已知某反应是放热反应，下列说法正确的是

A. 该反应发生时，一定不需要加热

B. 该反应中反应物的总能量小于生成物的总能量

C. 该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量

D. 如果该反应开始后停止加热，反应一定能继续进行

10. 1 molH–I 键的键能是299KJ。 1mol I – I 键的键能是151KJ， 1mol H–H键

的键能是436KJ，则H2（g）+I2（g）=2HI（g）的反应是

A. 吸热反应

B. 放热反应

C. 分解反应

D. 可逆反应

11. 已知反应A＋B＝C＋D为放热反应，对该反应的下列说法中正确的为

A. A的能量一定高于C

B. B的能量一定高于D

C. A和B的总能量一定高于C和D的总能量

D. 该反应为放热反应，故不必加热就一定能发生

12. 2C + O2 = 2CO，2CO + O2 = 2CO2都是放热反应。据此推断，下列说法不正确的是（其他条件相同）

A. 12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量

B. 56gCO和32gO2所具有的总能量大于88gCO2所具有的总能量

C. 12gC和32gO2所具有的总能量大于44gCO2所具有的总能量

D. 将一定质量的碳燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多

二、填空题

13、一切化学反应除了有质量的变化外，还伴随着的变化，它们分别遵循

定律和定律。能量变化通常主要表现为的变化，即或

者。

14、既是化学反应过程的本质，又是化学反应中能量变化的主要原因。从能量的角度看，断开化学键要，形成化学键要。一个化学反应是吸收能量（热量）还是放出能量（热量），取决于。

15．不同的物质不仅组成不同、结构不同，所包含的也不同。放热反应的宏观表现是，其微观表现是。

16．在氢气与氯气反应生成氯化氢气体的反应中，若断裂1mol H - H键要吸收436KJ 的能量，断裂1mol Cl- Cl键要吸收243KJ的能量，断裂1molH - Cl键要吸收432KJ的能量，则充分燃烧1mol H2的能量变化是。若ΔH〈 0代表放热，ΔH 〉0代表吸热，该化学反应的热化学方程式是。

17、把煤作为燃料可通过下列两种途径：

途径Ⅰ：C(s)+O2(g)CO2(g) ( 放热Q1 kJ )

途径Ⅱ：先制水煤气

C(s)+H2O(g) == CO(g)+H2(g) (吸热Q2 kJ)

再燃烧水煤气

2CO(g)+O2(g)2CO2(g)

2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)

试回答下列问题：

(1)判断两种途径放热：途径Ⅰ放出的热量_________(填“大于”、“等于”或“小于”) 途径Ⅱ放出的热量。

(2)Q1、Q2、Q3的数学关系式是__________________。

(3)由于制取水煤气反应里，反应物所具有的总能量________生成物所具有的总能量，那么在化学反应时，反应物就需要_______能量才能转化为生成物，因此其反应条

为。

(4)简述煤通过途径Ⅱ作为燃料的意义：。

三、计算题

18、火箭推进器中盛有强还原剂液态肼（N2H4）和强氧化剂液态双氧水．当它们混合反应时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量热．已知0.4 mol液态肼与足量液态双氧水反应，生成氮气和水蒸气，放出256.652 kJ的热量．

（1）反应的热化学方程式为_____________________．

（2）又已知H2O（l）＝＝＝H2O（g），ΔH＝＋44 kJ·mol－1，由16 g液态肼与液态双氧水反应生成液态水时放出的热量是__________kJ．

（3）此反应用于火箭推进，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很大的优点是________________________________________．

（4）火箭的密封仪器舱内有一水银气压计，起飞前仪器舱内气温为 17 ℃，气压计中水银柱高度为76 cmHg．当火箭以大小为g的加速度竖直向上发射时，气压计水银柱高度为45.6 cm Hg．问此时仪器舱内温度为多少？

参考答案

一、选择题

1、 D

2、 AC3 、D4 、BC5 、AC6、 CD 7、D8、D9、CD10、BD11、C12、A

二、填空题

13、能量；质量守恒定律；能量守恒定律；热量；放热；吸热。

14、化学键的断裂与形成；吸收能量；放出能量；断开化学键吸收的能量多，还是形成化学键释放的能量多。

15、化学能；反应物总能量高于生成物总能量；断开化学键吸收的能量少于形成化学键放出的能量。

16、出185KJ的能量；H2（g） + Cl2（g）= 2HCl（g）；ΔH = - 185KJ/ mol。

17、（1）等于（2）Q1 = Q3 －Q2（3）低于吸收高温（4）固体煤经处理变为气体燃料后，不仅在燃烧时可以大大减少SO2和烟尘对大气造成的污染，而且燃烧效率高，也便于输送。

18、1）N2H4(l)＋2H2O2(l)＝＝＝N2(g)＋4H2O(g)；ΔH＝－641.63 kJ·mol－1（2）408.815 （3）产物不会造成环境污染（4）348 K