2022-2023學年人教版必修第二冊 第六章 第一節(jié) 第1課時　化學反應與熱能 學案

PAGE17-第六章化學反應與能量第一節(jié)化學反應與能量變化

第1課時化學反應與熱能課標定向1.認識物質具有能量,認識吸熱反應與放熱反應,了解化學反應體系能量改變與化學鍵的斷裂和形成有關。(宏觀辨識與微觀探析)2.知道化學反應可以實現化學能與熱能形式的轉化,體會提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料的重要性。(科學態(tài)度與社會責任)情境導入自熱飯盒方便、快捷,將100mL左右的水倒入飯盒后只需幾分鐘便可愜意享用熱氣騰騰的食物。自熱飯盒與普通飯盒比較,多一個發(fā)熱包,這個小小的發(fā)熱包利用什么原理提供熱能呢?教學建議1.教學中要充分發(fā)揮教材中實驗的作用，讓學生充分感受化學反應中的熱量變化，盡量讓學生參與演示，既活躍了課堂氣氛，又為后面的理論分析教學建立了依據。2．注意從微觀和宏觀兩個角度引導學生理解化學反應過程中能量變化的本質，培養(yǎng)學生宏觀辨識與微觀探析的化學核心素養(yǎng)。學習任務一吸熱反應與放熱反應1．實驗探究——實驗6－1、實驗6－2（1）鎂條和稀鹽酸的反應實驗現象有氣泡產生；用溫度計測量，溫度計示數升高化學方程式Mg＋2HCl=MgCl2＋H2↑實驗結論該反應產生氣體，釋放熱量（2）Ba（OH）2·8H2O和氯化銨反應實驗現象聞到刺激性氣味，燒杯壁發(fā)涼，木片與燒杯黏在一起，混合物呈糊狀化學方程式Ba（OH）2·8H2O＋2NH4Cl=BaCl2＋2NH3↑＋10H2O實驗結論該反應產生NH3和H2O，吸收熱量[閃問]化學反應的能量變化是全部轉化為熱能嗎？提示：不是?；瘜W反應的能量變化，除轉化為熱能，還轉化為機械能、光、聲、電等多種能量形式。2．放熱反應與吸熱反應（1）放熱反應：釋放熱量的化學反應，如鎂條、鋁片與鹽酸的反應，木炭、氫氣、甲烷等在氧氣中的燃燒，氫氣與氯氣的化合反應等。（2）吸熱反應：吸收熱量的化學反應，如氫氧化鋇與氯化銨的反應，鹽酸與碳酸氫鈉的反應，灼熱的炭與二氧化碳的反應等。[小試身手]（原創(chuàng)）2022年3月23日下午，“天宮課堂”第二課在中國空間站開講，“太空教師”王亞平利用過飽和乙酸鈉溶液做了太空“冰雪”實驗，用手摸“冰球”，竟然還發(fā)熱，原來是“熱球”，這說明乙酸鈉溶于水（選填“吸熱”或“放熱”）提示：放熱。手摸“冰球”，發(fā)熱，說明該過程放熱。1.辨析:下列反應屬于吸熱反應還是放熱反應?①木炭在氧氣中的燃燒反應

②金屬鈉與水的反應

③氫氧化鈉溶液與鹽酸的中和反應

④碳酸氫鈉的分解反應

提示:①②③是放熱反應,④是吸熱反應。2．探索：適合外出旅游時使用的“即熱快餐”，其外層分別包裝了兩種互不接觸的化學物質，使用時將兩種物質接觸并反應，對食物進行加熱。下列幾組物質：生石灰和水、濃硫酸和水、食鹽和水、硝酸銨和水，其中最適合的是哪種？提示：生石灰和水。生石灰與水反應放出大量的熱，易使用；濃硫酸溶于水放熱，但濃硫酸具有極強的腐蝕性，不可用于食品；食鹽和水不反應不放熱，食鹽溶于水不能對食物進行加熱；硝酸銨溶于水吸收熱量，不能給食物加熱。1．常見的放熱反應和吸熱反應放熱反應吸熱反應①所有燃燒反應②酸堿中和反應③大多數化合反應④活潑金屬跟水或酸的反應⑤物質的緩慢氧化①大多數分解反應②H2＋CuO（以H2為還原劑的氧化還原反應）③Ba（OH）2·8H2O＋NH4Cl（固態(tài)銨鹽與堿的反應）④NaHCO3與鹽酸的反應2.關于吸熱反應和放熱反應的易錯點（1）“三個不一定”。①需加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸熱反應，如碳和氧氣的反應；②放熱反應常溫下不一定容易發(fā)生，如鋁熱反應；③吸熱反應也不一定需要加熱，如Ba（OH）2·8H2O晶體和NH4Cl晶體的反應。（2）吸熱反應和放熱反應都是化學變化。NaOH固體溶于水是放熱過程，但不是放熱反應；升華、蒸發(fā)等過程是吸熱過程，但不是吸熱反應。1．（2022·寧波高一檢測）下列反應屬于吸熱反應的是（）A．甲烷在空氣中燃燒B．生石灰和水反應C．鋅粒與稀硫酸反應D．石灰石在高溫下分解【解析】選D。甲烷燃燒是放熱反應，故A不選；生石灰與水反應是放熱反應，故B不選；鋅粒與稀硫酸反應是放熱反應，故C不選；石灰石高溫分解是吸熱反應，故D選。2.下列物質間能量的變化與如圖所示相符的是（）A．鹽酸與碳酸氫鈉的反應B．氮氣與氧氣生成一氧化氮的反應C．氫氧化鋇與氯化銨的反應D．鋁片與鹽酸的反應【解析】選D。圖示為稀釋濃硫酸，為放熱過程；鹽酸與碳酸氫鈉的反應、氮氣與氧氣生成一氧化氮的反應、氫氧化鋇與氯化銨的反應均為吸熱反應，鋁片與鹽酸的反應為放熱反應?！狙a償訓練】（2022·天津河東區(qū)高一檢測）下列反應既是氧化還原反應又是放熱反應的是（）A．NaOH和HCl反應B．Zn和HCl反應C．Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl反應D．C與CO2反應【解析】選B。NaOH和HCl反應為放熱反應，但不是氧化還原反應，A不符合題意；Zn和HCl反應為放熱反應，也是氧化還原反應，B符合題意；Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl反應是吸熱反應，不是氧化還原反應，C不符合題意；C與CO2反應是吸熱反應，是氧化還原反應，D不符合題意。學習任務二化學反應中能量變化的原因1．化學反應中能量變化的原因——微觀角度結論：化學鍵的斷裂和形成是物質在化學反應中發(fā)生能量變化的主要原因。2．化學反應中能量變化的決定因素——宏觀角度（1）從物質具有的能量理解兩反應①放熱反應：可看成反應物所具有的化學能轉化為熱能釋放出來。②吸熱反應：可看成熱能轉化為化學能被生成物所“儲存”。（2）化學反應中能量變化圖示結論：化學反應中的能量變化決定于反應物總能量與生成物總能量的相對大小。[小試身手]如圖為某化學反應的能量－反應過程圖，由此判斷該反應是（填“放熱反應”或“吸熱反應”）。提示：吸熱反應。根據圖像可知該反應的反應物的總能量低于生成物的總能量，該反應是吸熱反應。1．探索：根據H2（g）＋Cl2（g）=2HCl（g）中能量變化的數據，探索化學反應前后的能量變化?；瘜W鍵反應中能量變化1mol化學鍵反應中能量變化斷裂H—H鍵吸收436kJ共吸收679kJ斷裂Cl—Cl鍵吸收243kJ形成H—Cl鍵放出431kJ共放出862kJ結論反應放出183kJ能量，說明1molH2（g）與1molCl2（g）具有的總能量高于2molHCl（g）具有的總能量2.思考：如圖是1mol氫氣燃燒的能量變化圖，試分析a、b表示的含義。提示：化學反應發(fā)生時首先斷裂反應物中的化學鍵，再形成生成物中的化學鍵，故a表示斷裂1molH—H鍵、0.5molOO鍵所吸收的能量，b表示形成2molH—O鍵所放出的能量。1．化學鍵與能量變化的關系2．放熱反應與吸熱反應的比較項目放熱反應吸熱反應形成原因反應物具有的總能量大于生成物具有的總能量反應物具有的總能量小于生成物具有的總能量與化學鍵強弱的關系生成物分子成鍵時釋放的總能量大于反應物分子斷鍵時吸收的總能量生成物分子成鍵時釋放的總能量小于反應物分子斷鍵時吸收的總能量反應過程圖示【典例】（2022·濰坊高一檢測）已知2H→H2的能量變化如圖所示。下列說法不正確的是（）A.2H→H2過程中形成的化學鍵是共價鍵B．相同質量的氫氣分子的能量比氫原子的能量低C.2H→H2過程中形成1mol新化學鍵放出437.6kJ的能量D．1molH2離解成2molH要放出437.6kJ能量[解題思維]解答本題的思維流程如下：提取關鍵點（1）2H→H2；（2）氫氣分子的能量比氫原子的能量低；（3）1molH2離解成2molH轉化知識點（1）形成化學鍵釋放能量；（2）能量越低越穩(wěn)定；（3）斷裂化學鍵吸收能量排除障礙點不能理解圖像含義。圖像表示2molH→1molH2過程中形成H—H共價鍵釋放了437.6kJ能量【解析】選D。H2分子中含有共價鍵，故2H→H2過程中形成共價鍵，A正確；由圖可知，H原子變成H2放出能量，則等質量的氫氣分子的能量比氫原子的能量低，B正確；由圖可知，2H→H2過程中，形成1molH—H鍵要放出437.6kJ能量，C正確；1molH2離解成2molH原子，要斷裂H—H鍵，故要吸收437.6kJ能量，D錯誤。[借題發(fā)揮]（1）改變角度：H2→2H和2H→H2為同一物質的化學鍵斷裂和形成，其能量變化有何特點？提示：同一物質化學鍵斷裂和形成的能量變化相等，但前者吸收能量，后者放出能量。（2）改變物質：H2在O2中燃燒的能量變化和題目圖像起始位置相同（數值不同），請從反應物、生成物的總能量的角度分析反應前后能量的變化。提示：反應物（氫氣和氧氣）的總能量大于生成物（水）的總能量，故反應放熱。1.(2022·金華高一檢測)已知2SO2+O22SO3為放熱反應,下列對該反應的說法正確的是 ()A.O2的能量一定高于SO3的能量B.SO2和O2的總能量一定高于SO3的總能量C.SO2的能量一定高于SO3的能量D.因該反應為放熱反應,故不必加熱就可發(fā)生【解析】選B。放熱反應中反應物總能量高于生成物總能量,所以SO2和O2的總能量一定高于SO3的總能量,B正確;O2的能量不一定高于SO3的能量,SO2的能量不一定高于SO3的能量,故A、C錯誤;反應是否為放熱反應,與反應條件無關,放熱反應,可能需要加熱才能發(fā)生,故D錯誤。2.如圖是某化學反應過程中能量變化的曲線圖。下列敘述正確的是（）A．該反應為吸熱反應B．該圖可以表示Zn與HCl溶液反應的能量變化C．該反應先發(fā)生物質變化后發(fā)生能量變化D．斷開反應物中化學鍵吸收的能量大于形成生成物中化學鍵放出的能量【解析】選B。由圖可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，則該反應是放熱反應，A錯誤；Zn和HCl溶液反應生成ZnCl2和H2，并放出能量，符合圖示能量變化，B正確；化學反應過程中，物質變化和能量變化同時發(fā)生，C錯誤；該反應是放熱反應，斷開反應物中化學鍵吸收的能量小于形成生成物中化學鍵放出的能量，D錯誤。學習任務三人類對能源的利用1．能源使用歷史：早期以樹枝雜草為主要能源，現代以煤、石油和天然氣為主要能源。2．化石燃料利用過程中亟待解決的兩方面問題（1）儲量有限，短期內不可再生。（2）煤和石油產品燃燒排放的粉塵、SO2、NOx、CO等是大氣污染物的主要來源。3．節(jié)能減排的措施（1）燃料燃燒階段提高燃料的燃燒效率。（2）能量利用階段提高能源的利用率。（3）開發(fā)使用新能源，目前人們比較關注的新能源有太陽能、風能、地熱能、海洋能和氫能等。[閃問]生物質能屬于化石能源嗎？提示：生物質能是一種可再生能源，不屬于化石能源。辨析：日常生產、生活中常常采用多種能源，請判斷下列能源哪些為清潔能源？①煤；②石油；③天然氣；④太陽能；⑤水能；⑥氫能；⑦核能；⑧風能；⑨地熱能提示：④⑤⑥⑦⑧⑨。清潔能源，即綠色能源，是指不排放污染物、能夠直接用于生產生活的能源。能源的多角度分類分類依據種類舉例來源來自太陽輻射的能量太陽能、煤、石油、天然氣、生物質能、風能等來自地球內部的能量地熱能、核能來自天體的引力能量潮汐能轉換過程一次能源太陽能、煤、石油、天然氣、生物質能、風能二次能源石油制品、煤氣、電能利用歷史化石燃料煤、石油、天然氣新能源太陽能、風能、地熱能、海洋能、氫能、生物質能等性質可再生能源太陽能、風能、水能、生物質能不可再生能源煤、石油、天然氣、核能1．2022年北京冬季奧運會的理念是“綠色、共享、開放、廉潔”。從環(huán)保角度考慮，冬奧會賽事服務車輛最理想的燃料是（）A．氫氣B．天然氣C．酒精D．汽油【解析】選A。氫氣為燃料，燃燒時釋放出的熱量多，燃燒的產物只有水，無污染，是最理想的燃料，故A正確；天然氣的主要成分是甲烷，甲烷燃燒產生二氧化碳和水，二氧化碳排放過多會造成溫室效應，故B錯誤；酒精燃燒產生二氧化碳和水，二氧化碳排放過多會造成溫室效應，故C錯誤；汽油燃燒會產生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等氣體，會污染空氣、產生溫室效應，故D錯誤。2．（2022·廣州高一檢測）人類將在未來幾十年內逐漸由“碳素燃料文明時代”過渡至“太陽能文明時代”（包括風能、生物質能等太陽能的轉換形態(tài)），人們將適應“低碳經濟”和“低碳生活”。下列說法不正確的是（）A．研究菠菜蛋白質“發(fā)電”不屬于“太陽能文明”B．發(fā)展太陽能經濟有助于減緩溫室效應C．植物進行光合作用是將太陽能轉化為化學能D．石油和天然氣都屬于碳素燃料【解析】選A。菠菜蛋白質“發(fā)電”屬于“太陽能文明”，A錯誤?！狙a償訓練】風能是一種清潔無公害的可再生能源。下列有關風力發(fā)電的敘述不正確的是（）A．可節(jié)約大量煤、天然氣、石油等燃料B．有效減少二氧化碳排放，控制溫室效應C．風能是一種清潔的環(huán)保型能源D．風力發(fā)電是化學能轉變?yōu)殡娔堋窘馕觥窟xD。風力發(fā)電可以減少熱力發(fā)電的需要，從而節(jié)約大量煤、天然氣、石油等燃料，故A正確；風力發(fā)電過程中沒有化石燃料的燃燒，且可以減少熱力發(fā)電，有效減少二氧化碳排放，控制溫室效應，故B正確；風力發(fā)電不會對環(huán)境造成污染，為清潔能源，故C正確；風力發(fā)電是把風能轉化為電能，故D錯誤。2．“能源分類相關圖”如圖所示，四組能源選項中全部符合圖中陰影部分的能源是（）A.煤炭、石油、潮汐能B．水能、生物質能、天然氣C．太陽能、風能、生物質能D．地熱能、海洋能、核能【解析】選C。A項，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B項，天然氣不是新能源，也不是可再生能源；D項，地熱能是來自地球內部的能源，核能不是可再生能源，也不是來自太陽的能源。1．（教材習題改編）下列關于化學反應與能量變化的說法不正確的是（）A．化學反應一定伴隨著能量變化B．Na與H2O的反應屬于放熱反應C．Ba（OH）2·8H2O與NH4Cl的反應屬于放熱反應D.化學變化中的能量變化主要是由化學鍵的斷裂和形成引起的【解析】選C?；瘜W反應的本質是舊化學鍵的斷裂與新化學鍵的形成，由于斷鍵吸熱，成鍵放熱，因此化學反應必然伴隨著能量變化，A、D正確；Na與H2O反應生成氫氧化鈉和氫氣，屬于放熱反應，B正確；Ba（OH）2·8H2O與NH4Cl的反應屬于吸熱反應，C錯誤。2．中華民族的發(fā)明創(chuàng)造為人類文明進步做出了巨大貢獻，下列過程主要是利用化學反應中能量變化的是（）ABCD神舟十四號載人飛船發(fā)射糧食釀醋濕法煉銅打磨磁石制司南【解析】選A。神舟十四號載人飛船發(fā)射過程中燃料燃燒發(fā)生氧化還原反應，放出大量熱，符合題意，故A選；糧食釀醋主要是利用淀粉水解得到葡萄糖，葡萄糖分解得到乙醇，然后乙醇再轉化為乙酸，不符合題意，故B不選；濕法煉銅，二價銅離子還原為銅，利用鐵的還原性，不符合題意，故C不選；打磨磁石制司南是物體形狀的改變，沒有新物質生成，屬于物理變化，不符合題意，故D不選?！狙a償訓練】反應H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7