
一、 化學(xué)反應(yīng)與能量1.實(shí)驗(yàn)探究:
2.放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)(1)含義:①放熱反應(yīng):_________的化學(xué)反應(yīng)。②吸熱反應(yīng):_________的化學(xué)反應(yīng)。
(2)實(shí)例:①放熱反應(yīng):a.鎂條、鋁片與鹽酸的反應(yīng);b.木炭、氫氣、甲烷等在氧氣中的燃燒;c.氫氣與氯氣的化合。
②吸熱反應(yīng):a.氫氧化鋇與氯化銨的反應(yīng);b.鹽酸與碳酸氫鈉的反應(yīng);c.灼熱的炭與二氧化碳的反應(yīng)。
【微思考】冬季生活中常常采用下列方法獲得熱量:①燒炭取暖;②用電暖器取暖;③天然氣壁掛爐取暖;④空調(diào)取暖;⑤地下水循環(huán)取暖等,都屬于放熱反應(yīng)嗎?
提示:①③屬于。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)釋放熱量才是放熱反應(yīng),①③分別屬于煤炭和甲烷的燃燒反應(yīng)。②④是電能轉(zhuǎn)化為熱能;⑤只是熱量的交換。
二、 化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系1.化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)原因:(1)原因:
2.多角度分析化學(xué)反應(yīng)的能量變化
【巧判斷】(1)吸熱反應(yīng)需要加熱才能反應(yīng)。( )提示:×。如氫氧化鋇與氯化銨的反應(yīng)吸熱,在常溫下就能進(jìn)行。
(2)已知Al與稀鹽酸的反應(yīng)為放熱反應(yīng),即Al的能量大于H2的能量。( )提示:×。反應(yīng)放熱說明反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,即Al與稀鹽酸具有的總能量大于AlCl3與H2所具有的總能量,而Al與H2的能量大小無法比較。
(3)有能量變化的物質(zhì)變化一定是化學(xué)變化。( )提示:×。有能量變化的物質(zhì)變化不一定是化學(xué)變化,物質(zhì)發(fā)生物理變化時(shí)也伴有能量變化。如冰融化、氫氧化鈉的溶解等。
三、 人類對(duì)能源的利用1.利用的三個(gè)階段:
2.化石燃料利用過程中亟待解決的兩方面問題(1)一是其短期內(nèi)不可再生,儲(chǔ)量有限;(2)二是煤和石油產(chǎn)品燃燒排放的粉塵、SO2、NOx、CO等是大氣污染物的主要來源。
3.在燃料利用過程中,節(jié)能的主要環(huán)節(jié):(1)燃料燃燒階段——可通過改進(jìn)鍋爐的爐型和燃料空氣比、清理積灰等方法提高燃料的燃燒效率;(2)能量利用階段——可通過使用節(jié)能燈,改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的材料和結(jié)構(gòu),以及發(fā)電廠、鋼鐵廠余熱與城市供熱聯(lián)產(chǎn)等措施促進(jìn)能源循環(huán)利用,有效提高能量利用率。
4.新能源(1)特點(diǎn):資源豐富、______________________。(2)人們比較關(guān)注的新能源:_____能、___能、地?zé)崮?、海洋能和___能等。
可以再生,對(duì)環(huán)境無污染
【情境·思考】2019中國(山西)國際清潔能源博覽會(huì)于2019年6月28日上午在太原開幕。
本次展會(huì)以“清潔低碳、綠色發(fā)展”為主題,聚焦煤炭清潔利用、新能源、儲(chǔ)能、節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域,展示新技術(shù)新產(chǎn)品新應(yīng)用,搭建中西部清潔能源及設(shè)備供需平臺(tái),促進(jìn)煤改電、煤改氣、煤改清潔采暖在中西部的實(shí)施,加強(qiáng)霧霾的治理,有效改善呼吸環(huán)境。
(1)提高燃料的燃燒效率應(yīng)該從哪些方面考慮?提示:使燃料與氧氣充分接觸,如將煤粉碎、液化和氣化;通入充足的氧氣。
(2)日常生產(chǎn)、生活中常常采用下列能源:①煤;②石油;③天然氣;④太陽能;⑤水能;⑥氫能;⑦核能;⑧風(fēng)能;⑨地?zé)崮艿?屬于清潔能源的有哪些?
提示:④⑤⑥⑦⑧⑨。清潔能源即綠色能源,是指不排放污染物、能夠直接用于生產(chǎn)生活的能源,它包括核能和可再生能源。可再生能源是指原材料可以再生的能源,如水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能、水能、生物能(沼氣)、地?zé)崮?包括地源和水源)、海潮能等能源。
知識(shí)點(diǎn)一 放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的理解【重點(diǎn)釋疑】1.放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的比較:
2.常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)
3.化學(xué)反應(yīng)遵循的兩條基本規(guī)律(1)質(zhì)量守恒定律:自然界的物質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化時(shí),總質(zhì)量保持不變。(2)能量守恒定律:一種形式的能量可以轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量,但體系包含的總能量不變。
【思考·討論】(1)做實(shí)驗(yàn)時(shí),吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)都用到酒精燈,怎樣判斷該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)?放熱反應(yīng)加熱的目的是什么?
提示:持續(xù)用酒精燈加熱,撤掉酒精燈反應(yīng)就停止的反應(yīng)是吸熱反應(yīng);開始用酒精燈加熱,反應(yīng)開始后,撤去酒精燈仍能繼續(xù)反應(yīng)的是放熱反應(yīng)。放熱反應(yīng)加熱的目的一般是引發(fā)反應(yīng)或加快反應(yīng)速率。
(2)放熱反應(yīng)一定容易發(fā)生,吸熱反應(yīng)一定難發(fā)生嗎?提示:不一定。反應(yīng)放熱和吸熱與反應(yīng)的條件無關(guān),有些放熱反應(yīng)必須加熱才能發(fā)生,如木炭的燃燒;而有些吸熱反應(yīng)常溫下就能發(fā)生,如Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)。
【案例示范】【典例】(2019·菏澤高一檢測(cè))下列說法正確的是( )A.Fe與S在加熱條件下才能發(fā)生反應(yīng),所以該反應(yīng)屬于吸熱反應(yīng)B.HNO3、H2SO4分別與NaOH溶液反應(yīng)都放出熱量
C.分解反應(yīng)都是吸熱反應(yīng),化合反應(yīng)都是放熱反應(yīng)D.合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng),所以N2與其他物質(zhì)的反應(yīng)也是放熱反應(yīng)
【解題指南】解答本題需注意以下3點(diǎn):(1)反應(yīng)放熱還是吸熱與反應(yīng)條件無關(guān)。(2)熟記常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)類型。(3)注意知識(shí)遷移的合理性。
【解析】選B。Fe與S雖然需加熱才能發(fā)生反應(yīng),但反應(yīng)開始后,停止加熱,反應(yīng)能繼續(xù)進(jìn)行,加熱只是為了引發(fā)反應(yīng),所以該反應(yīng)是放熱反應(yīng),A錯(cuò)誤;中和反應(yīng)都是放熱反應(yīng),B正確;分解反應(yīng)不一定是吸熱反應(yīng),如H2O2的分解反應(yīng)就是放熱反應(yīng),化合反應(yīng)也不一定是放熱反應(yīng),如CO2與C的反應(yīng)就是吸熱反應(yīng),C錯(cuò)誤;與N2反應(yīng)的
物質(zhì)不同,能量變化也不同,不能根據(jù)合成氨反應(yīng)的能量變化來類推N2與其他物質(zhì)反應(yīng)的能量變化,如N2和O2在放電條件下生成NO就是吸熱反應(yīng),D錯(cuò)誤。
【母題追問】(1)上題B項(xiàng)含有等物質(zhì)的量H2SO4的稀硫酸、濃硫酸分別與足量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)放出的熱量相等嗎?提示:不相等。濃硫酸與足量的氫氧化鈉溶液反應(yīng)放出的熱量除了中和反應(yīng)放出的熱量,還有濃硫酸稀釋放出的熱量。
(2)從物質(zhì)能量的角度解釋上題D項(xiàng)合成氨反應(yīng)放熱的原因?提示:合成氨反應(yīng)中,參加反應(yīng)的N2和H2的總能量大于生成的NH3的總能量,故反應(yīng)放熱。
【規(guī)律方法】放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)判斷“四"方法(1)依據(jù)反應(yīng)條件判斷。通常需要持續(xù)加熱的反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。(2)依據(jù)能量變化圖象判斷。反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,則反應(yīng)為放熱反應(yīng);反之,則為吸熱反應(yīng)。
(3)依據(jù)斷鍵和成鍵所吸收和釋放的能量數(shù)據(jù)判斷。如果舊鍵斷裂吸收的能量大于新鍵形成釋放的能量,則為吸熱反應(yīng);反之,為放熱反應(yīng)。(4)經(jīng)驗(yàn)判斷法:根據(jù)常見的放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)的類型判斷。
【遷移·應(yīng)用】1.(2019·邯鄲高一檢測(cè))下列說法正確的是( )
A.任何化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化B.H2O(g)→H2O(l)該過程放出大量的熱,所以該過程是化學(xué)變化C.化學(xué)反應(yīng)中能量的變化都表現(xiàn)為熱量的變化D.對(duì)于如圖所示的過程,是吸收能量的過程
【解析】選A。任何化學(xué)反應(yīng)都有能量的變化,但有能量變化的過程不一定是化學(xué)變化,如物質(zhì)的三態(tài)變化,雖然存在能量變化,但不存在舊化學(xué)鍵的斷裂與新化學(xué)鍵的形成,故不是化學(xué)變化,B項(xiàng)錯(cuò)誤;化學(xué)反應(yīng)中能量變化的形式有多種,除熱能外,還有光能、電能等,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖象知,該過程中反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量,故該過程中放出能量,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
2.(2019·濟(jì)南高一檢測(cè))已知2SO2+O2 2SO3為放熱反應(yīng),對(duì)該反應(yīng)的下列說法正確的是 ( )A.O2的能量一定高于SO2的能量B.2 ml SO2和1 ml O2的總能量一定高于2 ml SO3的總能量C.SO2的能量一定高于SO3的能量D.因該反應(yīng)為放熱反應(yīng),故不必加熱就可發(fā)生
【解析】選B。因反應(yīng)2SO2+O2 2SO3為放熱反應(yīng),所以2 ml SO2和1 ml O2的能量和一定高于2 ml SO3的能量,A錯(cuò)誤,B正確,C錯(cuò)誤;化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是舊鍵的斷裂和新鍵的形成,而斷鍵過程需要吸收能量,故放熱反應(yīng)有些也需要一定條件,該反應(yīng)是放熱的,但需要加熱才能發(fā)生,D錯(cuò)誤。
【補(bǔ)償訓(xùn)練】1. 下列各圖中,表示吸熱反應(yīng)的圖是 ( )
【解析】選A。反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量則為吸熱反應(yīng)。
2.(2019·廊坊高一檢測(cè))關(guān)于吸熱反應(yīng)的說法正確的是( )A.凡需加熱的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)B.只有分解反應(yīng)才是吸熱反應(yīng)C.使用催化劑的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)D.CO2與CaO化合是放熱反應(yīng),則CaCO3分解是吸熱反應(yīng)
【解析】選D。反應(yīng)放熱還是吸熱與是否加熱無直接的關(guān)系,與是否使用催化劑也無直接關(guān)系,多數(shù)吸熱反應(yīng)需要加熱,但有的不需要加熱,例如Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應(yīng)是吸熱反應(yīng),且該反應(yīng)屬于復(fù)分解反應(yīng),故A、B、C三項(xiàng)錯(cuò)。放熱反應(yīng)的逆過程一定是吸熱反應(yīng),D正確。
【素養(yǎng)提升】隨著人們生活節(jié)奏的加快,市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種類型的“即食飯盒”等快速給食物加熱的產(chǎn)品。
下面讓我們探究它們的工作原理。(1)有一“自熱米飯”的廣告播得很火,它介紹在食用時(shí),將一無色液體加入一白色固體中,放上裝米飯的盒子,過幾分鐘米飯馬上就熱氣騰騰,可以食用了,非常方便。請(qǐng)你推測(cè)其白色固體和無色液體可能是如下哪個(gè)組合?( )A.硝酸銨和水 B.濃硫酸和水C.氧化鈣和水D.固體酒精和水
提示:選C。硝酸銨溶于水吸熱,A選項(xiàng)錯(cuò)誤;濃硫酸具有腐蝕性,且操作不方便,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;氧化鈣與水反應(yīng)放出大量的熱,C選項(xiàng)正確;酒精溶于水時(shí)熱效應(yīng)不明顯,D選項(xiàng)錯(cuò)誤。
(2)目前市面上有一種新型飯盒“即熱飯盒”,其原理是在飯盒底部有兩層,一層存放水,另一層存放鎂和鐵的混合物。使用時(shí)打開隔離層,即發(fā)生反應(yīng):Mg+2H2O====X+H2↑。請(qǐng)根據(jù)以上信息回答下列各題: ①該飯盒底部“即熱”存在什么能量之間的轉(zhuǎn)化?提示:化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。
②已知X是一種堿,則X的化學(xué)式是什么?你推斷X的化學(xué)式的依據(jù)是什么?提示:根據(jù)質(zhì)量守恒(原子守恒)定律可知X的化學(xué)式為Mg(OH)2。
③上述化學(xué)反應(yīng)屬于哪種基本反應(yīng)類型?由該反應(yīng)可知化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)都伴隨什么變化?提示:置換反應(yīng)?;瘜W(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)都伴隨著物質(zhì)的變化和能量的變化。
知識(shí)點(diǎn)二 利用化學(xué)鍵計(jì)算化學(xué)反應(yīng)中的能量變化【重點(diǎn)釋疑】1.化學(xué)鍵與能量變化的關(guān)系:
2.計(jì)算公式:用Q(吸)表示反應(yīng)物分子化學(xué)鍵斷裂時(shí)吸收的總能量,Q(放)表示生成物分子化學(xué)鍵形成時(shí)放出的總能量。公式:ΔQ=Q(吸)-Q(放)
利用化學(xué)鍵形成和斷裂時(shí)的能量變化計(jì)算化學(xué)反應(yīng)中的能量變化:
【思考·討論】(1)對(duì)于放熱反應(yīng):2H2+O2 2H2O來說,“斷裂1個(gè)H—H鍵和1個(gè)O=O鍵所吸收的能量小于形成1個(gè)H—O鍵所放出的能量”這種說法是否正確?
提示:不正確。在反應(yīng)2H2+O2 2H2O中,每斷裂1個(gè)O=O鍵,同時(shí)斷裂2個(gè)H—H鍵,形成4個(gè)H—O鍵;正確說法是斷裂2個(gè)H—H鍵和1個(gè)O=O鍵所吸收的能量小于形成4個(gè)H—O鍵所放出的能量。
(2)如圖是1 ml氫氣燃燒的能量變化圖,試分析a、b表示的含義。
提示:化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)首先斷裂反應(yīng)物中的化學(xué)鍵,再形成生成物中的化學(xué)鍵,故a表示破壞1 ml H—H鍵、0.5 ml O=O鍵所吸收的能量,b表示形成2 ml H—O鍵所放出的能量。
【案例示范】【典例】斷開1 ml H—H鍵、1 ml N—H鍵、1 ml N≡N鍵分別需要吸收的能量為436 kJ、391 kJ、946 kJ。
(1)1 ml N2完全反應(yīng)生成NH3需________(填“吸收”或“放出”)能量________kJ。?(2)1 ml H2完全反應(yīng)生成NH3需________(填“吸收”或“放出”)能量________kJ。(不考慮可逆反應(yīng))?
【思維建?!拷獯鹄面I能計(jì)算熱量的試題思路如下:
【解析】本題可以從斷鍵吸收的能量數(shù)值與成鍵放出的能量數(shù)值的相對(duì)大小來判斷,若E(斷鍵)>E(成鍵),則為吸熱反應(yīng);若E(斷鍵)587 kJ,所以該反應(yīng)是放出能量的反應(yīng);根據(jù)反應(yīng)式可知該反應(yīng)是可逆反應(yīng),也是氧化還原反應(yīng)。
【補(bǔ)償訓(xùn)練】1.(2019·孝感高一檢測(cè))化學(xué)反應(yīng)A2+B2====2AB的能量變化如圖所示,則下列說法正確的是( )
A.1 ml A2和1 ml B2完全反應(yīng)吸收(y-x) kJ熱量B.斷裂1 ml A—A鍵和1 ml B—B鍵放出x kJ的能量C.斷裂2 ml A—B鍵需要吸收y kJ的能量D.2 ml AB的總能量高于1 ml A2和1 ml B2的總能量
【解析】選C。從題圖可以看出,反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量,該反應(yīng)是放熱反應(yīng),1 ml A2和1 ml B2完全反應(yīng)放出(y-x) kJ熱量,A、D項(xiàng)錯(cuò)誤;斷鍵時(shí)需要吸收能量,B項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確。
2.(2019·濰坊高一檢測(cè))化學(xué)反應(yīng)可視為舊鍵斷裂和新鍵形成的過程。化學(xué)鍵的鍵能是形成(或斷開)1 ml化學(xué)鍵時(shí)釋放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6的分子結(jié)構(gòu)如圖所示,現(xiàn)提供斷裂(或形成)1 ml以下化學(xué)鍵的吸收(或放出)的能量(kJ):P—P:198,P—O:360,O=O:498,則反應(yīng)P4(白磷)+3O2====P4O6生成1 ml P4O6 ( )
A.放出1 638 kJ熱量 B.吸收1 638 kJ熱量C.放出126 kJ熱量D.吸收126 kJ熱量
【解析】選A。由反應(yīng)方程式知,該反應(yīng)的能量變化包括1 ml P4、3 ml O2斷裂鍵吸收的能量和1 ml P4O6形成鍵放出的能量。由各物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)知1 ml P4含6 ml P—P鍵,3 ml O2含3 ml O=O鍵,1 ml P4O6含12 ml P—O鍵,故 (198 kJ×6+498 kJ×3)-360 kJ×12=-1 638 kJ,即放出1 638 kJ熱量。
【素養(yǎng)提升】據(jù)巴西政府網(wǎng)站公布的消息,巴西國家空間研究所的研發(fā)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種可作火箭和衛(wèi)星引擎推動(dòng)劑的新型燃料,其原料以低價(jià)的乙醇為主,大大壓縮發(fā)射成本。
(1)已知乙醇的結(jié)構(gòu)式為 ,1 ml C2H5OH含有共價(jià)鍵的物質(zhì)的量是多少?提示:1 ml 乙醇含有1 ml C—C鍵、5 ml C—H鍵、1 ml C—O鍵、1 ml O—H鍵,共8 ml。
(2)乙醇燃燒是吸熱反應(yīng)還是放熱反應(yīng)?提示:燃燒均為放熱反應(yīng)。
(3)已知斷開或生成1 ml化學(xué)鍵的數(shù)據(jù)如下:
則1 ml乙醇與O2完全燃燒生成CO2和H2O放出的能量是多少?
提示: C2H5OH(g)+3O2(g)====2CO2(g)+3H2O(g),則斷裂化學(xué)鍵吸收的能量為348 kJ+5×413 kJ+351 kJ+463 kJ+3×498 kJ=4 721 kJ,生成化學(xué)鍵放出的能量為2 ml×2×745 kJ·ml-1+3 ml×2×463 kJ·ml-1=5 758 kJ,整個(gè)過程放出能量,能量變化為5 758 kJ-4 721 kJ=1 037 kJ。
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