高中化学人教版特色专题4化学键的断裂和形成化学反应与能量《讲义教师版》.docx
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高中化学人教版特色专题4化学键的断裂和形成化学反应与能量《讲义教师版》
第4讲化学键的断裂和形成——化学反应与能量
学习目标
1.理解化学键在反应中能量变化中的作用
2.掌握吸热反应、放热反应相关知识
入门测
单选题
练习1.现有硅酸钠、石灰石、二氧化硅三种白色粉末,只用一种试剂就可以将它们鉴别开,该试剂是( )
A.纯水
B.盐酸
C.硝酸银溶液
D.碳酸钠溶液
【答案】B
【解析】
题干解析:
在硅酸钠、石灰石、二氧化硅中,后两种物质难溶于水;加入盐酸三者分别出现白色胶体、气体和无明显现象;只有硅酸钠可与硝酸银溶液反应生成白色沉淀,其余无明显现象;加入碳酸钠溶液三者均无明显现象。
练习2.硅是带来人类文明的重要元素之一,下列有关说法错误的是( )
A.水泥、陶瓷、玻璃是三大重要的硅酸盐产品
B.水玻璃是建筑行业经常使用的一种黏合剂
C.刚玉、水晶、石英的主要成分是二氧化硅
D.晶体硅是一种重要的半导体材料
【答案】C
【解析】
题干解析:
练习3.下列物质中不能用玻璃试剂瓶配玻璃塞盛放的是( )
①浓硝酸 ②NaOH溶液 ③HF溶液 ④浓硫酸 ⑤ NaCl溶液 ⑥Na2SiO3溶液
A.①②③④⑥
B.①②③④
C.②③④⑤
D.②③⑥
【答案】D
【解析】
题干解析:
NaOH溶液不能用玻璃塞,HF溶液不能使用玻璃瓶,Na2SiO3溶液本身具有黏性,不能使用玻璃塞。
其余物质都可以用玻璃瓶配玻璃塞来保存。
练习4.
(2021∙浙江一模)下列说法不正确的是( )
A.化石燃料仍然是当今世界使⽤最多的能源,其蕴藏的能量也是来自太阳能
B.沙子、石英、水晶、硅藻土、分子筛的主要成分都是二氧化硅
C.生物炼铜是利用某些特殊本领的细菌帮助,用空气中的氧气将硫化铜矿石转化为可溶性的硫酸铜
D.明矾是一种复盐,铝离子水解得到的氢氧化铝胶体具有吸附作用,因此可用作净水剂
【答案】B
【解析】
题干解析:
A.远古时期生物体吸收利用太阳能,经过非常复杂的过程和漫长的时间形成,故A正确;
B.沙子、石英、水晶的主要成分都是二氧化硅,硅藻土主要成分为二氧化硅,分子筛的主要成分是一种硅铝酸盐化合物,故B错误;
C.把不溶性的硫化铜氧化,硫从负二价被氧化成正六价,故最后转化成可溶的硫酸铜,故C正确;
D.明矾中含有铝离子,能水解生成氢氧化铝胶体,胶体具有吸附性,所以能净水,故D正确;
情景导入
知识集结
知识元
化学键与化学反应中的能量变化的关系
知识讲解
∙
(一)以氢气在氯气中燃烧为例,用化学键的观点分析反应的本质过程
H2 + Cl2 = 2HCl
H—H Cl—Cl H—Cl
断开 吸收能量 断开 吸收能量 形成 放出能量
2H 2Cl 2HCl
1.在化学反应中,从反应物分子转化为生成物分子的过程中,各原子的内部并没有发生什么变化,但原子的结合方式发生了改变。
在这个过程中反应物分子的化学键部分或全部遭到破坏,在生成物分子中形成新的化学键。
实验证明,破坏旧的化学键时,需要从环境吸收能量来破坏原子间的相互吸引;在形成新的化学键时,由于原子间的相互吸引而对外释放能量。
化学反应热就来源于旧化学键的破坏和新化学键的形成所发生的能量变化。
在25℃和101kPa的条件下,断开1molH-H键要吸收436kJ的能量,断开1molCl-Cl键要吸收242kJ的能量,而形成1molHCl分子中的H-Cl键会放出431kJ的能量。
这样,由于破坏旧键吸收的能量少于形成新键放出的能量,根据“能量守恒定律”,多余的能量就会以热量的形式释放出来。
2.从化学键的观点来分析能量的变化
一个化学反应的的过程,本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
例题精讲
化学键与化学反应中的能量变化的关系
例1.下列装置中能将化学能转化为热能的是( )
A.太阳能集热器
B.风力发电
C.铅蓄电池
D.燃气灶
【答案】D
【解析】
题干解析:
略。
例2.航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4C1O4)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:
,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.在反应中高氯酸铵起氧化剂作用
【答案】D
【解析】
题干解析:
A符合一种物质生成两种或两种以上的物质的反应是分解反应,反应前后有元素化合价的变化是氧化还原反应,所以A选项是正确的;
B反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行,所以B选项是正确的;
C化学反应是放热反应,化学能转化为热能,推进航天器升空说明燃烧产生的热能转化为动能,所以C选项是正确的;
D反应NH4ClO4中N、O元素的化合价升高,被氧化作还原剂,Cl元素的化合价降低被还原作氧化剂,所以NH4ClO4既是氧化剂又是还原剂,故D错误;
所以该题选D.
例3.下列选项中说明氢气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氢气是一种再生能源 ④燃烧时放出大量热量
A.①②③
B.①②④
C.①③④
D.②③④
【答案】D
【解析】
题干解析:
氢气能源是环保可再生能源,且燃烧时放出大量的热量。
例4.以下叙述中错误的是 ( )
A.钠原子与氯气反应生成食盐后,其结构的稳定性增强,体系的能量降低
B.物质燃烧可看作“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来
C.反应物的总能量低于生成物的总能量时,则反应释放能量
D.当断开旧键吸收的能量大于形成新键放出的能量时,该反应为 吸收能量的反应
【答案】C
【解析】
题干解析:
钠原子最外层只有一个电子,当它失去1个电子后可以形成8电子稳定结构,使体系的能量降低,所以A正确;物质燃烧放热,化学能转化为热能,B正确;反应物的总能量低于生成物的总能量时,则反应应该是吸收能量,故C错误;任何化学反应都经历了旧键断裂(吸收能量)和新键形成(放出能量)的过程,故都伴随 着能量的变化,但释放能量还是吸收能量,不是由反应条件确定的,如:
合成氨需要 在高温下进行,却是释放能量的反应,可以由断键吸收的能量与形成新键放出的能最大小来确定,D正确。
例5.下列有关能量转换的说法正确的是( )
A.煤燃烧是化学能转化为热能的过程
B.化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C.动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D.植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程
【答案】AB
【解析】
题干解析:
A.煤燃烧是化学能转化为热能的过程;
B.植物的光合作用是将光能(太阳能)转化为化学能,将无机物转化为有机物;
C.动物体内葡萄糖被氧化成CO2是化学能转变成热能的过程;
D.植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成化学能的过程.
例6.下列关于燃料充分燃烧的说法,不正确的是( )
A.空气量越多越好料
B.应通入适量的空气
C.固体燃料燃烧前要粉碎
D.液体燃料燃烧时可以以雾状喷出
【答案】A
【解析】
题干解析:
A.通入空气的量过大、空气的量过多会带走热量,故A错误; B.通入适量的空气使燃烧充分,故B正确;C.因固体燃料粉碎,燃烧会增大与氧气的接触面积,有利用充分燃烧,故C正确; D.液体燃料雾化,燃烧会增大与氧气的接触面积,有利用充分燃烧,故D正确.故选A.
吸热反应、放热反应
知识讲解
(一)1.探究化学反应过程中的能量变化
实验药品:
生石灰、水、Zn、盐酸、Ba(OH)2·8H2O、NH4Cl、NaOH溶液
实验内容
现象
结论
CaO与H2O
固体溶解,放出大量热
该反应是放热反应
Al与盐酸
铝与盐酸反应,放出大量气泡,温度升高
该反应是放热反应
Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl
①玻璃片(小木板)会与小烧杯粘结在一起
②少许刺激性气味气体产生
③有水生成
该反应是吸热反应
NaOH溶液与盐酸
温度升高
该反应是是放热反应。
【注】中和热:
在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1mol液态水时的反应热叫做中和热。
2.常见的放热反应和吸热反应
放热反应:
所有的燃烧反应、中和反应、溶液中的置换反应、一般的化合反应
吸热反应:
弱电解质的电离、强碱与铵盐的反应、一般的分解反应
【规律总结】
(1)键能越大,化学键越牢固,含该键的分子越稳定。
每一个化学反应都伴随有能量的改变,有的对外释放能量,有的从外界吸收能量。
如果新化学键的形成所释放的能量大于破坏旧化学键所吸收的能量,该反应就是放热反应;如果新化学键的形成所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量,该反应就是吸热反应。
(2)任何化学反应除遵循质量守恒外,同样也遵循能量守恒。
反应物与生成物的能量差若以热量形式表现即为放热反应或吸热反应。
能量公式化:
E(反应物)=E(生成物)+Q
(能量守恒定律)
E(反应物)-E(生成物)=Q
Q>0为放热反应
Q<0为吸热反应
例题精讲
吸热反应、放热反应
例1.氢氯混合气体在光照的条件下可以发生爆炸。
在反应过程中,假设破坏1mol氢气中的化学键需要消耗的能量为Q1kJ,破坏1mol氯气中的化学键需要消耗的能量为Q2kJ,形成1mol氯化氢可以释放出的能量为Q3kJ。
下列关系正确的是( )
A.Q1+Q2>Q3
B.Q1+Q2>2Q3
C.Q1+Q2 D.Q1+Q2<2Q3 【答案】D 【解析】 题干解析: 破坏1molH2中的化学键消耗的能量为Q1kJ,则H−H键能为Q1kJ/mol, 破坏1molCl2中的化学键消耗的能量为Q2kJ,则Cl−Cl键能为Q2kJ/mol, 形成1molHCl中的化学键释放的能量为Q3kJ,则H−Cl键能为Q3kJ/mol, 反应H2(g)+Cl2(g)═2HCl(g)的焓变: △H=反应物的总键能−生成物的总键能=Q1kJ/mol+Q2kJ/mol−2Q3kJ/mol=(Q1+Q2−2Q3)kJ/mol, 由于氢气在氯气中燃烧,反应热△H<0,即(Q1+Q2−2Q3)<0, 所以Q1+Q2<2Q3, 故选D. 例2.(双选)吸热反应一定是( ) A.释放能量 B.储存能量 C.反应物的总能量低于生成物的总能量 D.反应物的总能量高于生成物的总能量 【答案】BC 【解析】 题干解析: 当反应物的总能量高于生成物的总能量时,则反应是放热反应 当反应物的总能量低于生成物的总能量时,则反应是吸热反应 例3.下列说法中不正确的是( ) A.化学反应中的能量变化,通常表现为热量的变化 B.反应物的总能量高于生成物的总能量时发生放热反应 C.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应 D.凡是放热反应不需要加热就能发生 【答案】D 【解析】 题干解析: 绝多数燃烧反应都需要点燃提供热量,而加热之后发生的燃烧反应是放热反应。 例4.下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是( ) A.碳酸钙受热分解 B.乙醇燃烧 C.铝粉与氧化铁粉末反应 D.氧化钙溶于水 【答案】A 【解析】 题干解析: 生成物总能量高于反应物总能量,也就是吸热反应,所以选A.常见的放热反应: 酸碱中和、活泼金属与水与酸的反应、所有的燃烧反应、铝热反应、大多数化合反应;常见的吸热反应: 大多数分解反应,以碳为还原剂的氧化还原反应,Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体的反应。 社会发展与能源利用 知识讲解 (一)生物体中能量的转化 能量转化在生物界也是普遍存在的。 例如,植物通过光合作用,使光能转化为化学能储存在所形成的淀粉等糖类中,人通过膳食,将淀粉等糖类物质摄入体内,并通过体内的一系列化学反应,释放出能量,以维持人的生理活动。 糖类在人体内发生了氧化还原反应与体外的燃烧相比,本质相同,最终产物,都是二氧化碳和水,所放出的能量也是相等的。 但是,两者的反应条件和进行方式并不相同。 生物氧化是在体温条件和酶的催化下,经一系列连续的化学反应,逐步进行的,能量的转化率和利用率都很高。 而糖类在体外的燃烧,通常需要在高温下才能进行,当反应进行剧烈,时常伴随着发光和发热,能量很难得到理想的转化和充分的利用。 ∙多能源时期 人类已经进入新的能源利用时期,可再生能源和清洁能源将成为新能源的主力军。 太阳能、氢能、核能、生物质能、地热能、潮汐能、风能,将成为能源家族的重要成员。 氢能和生物质能的核心仍是化学反应,所以能源的开发和利用离不开化学。 例题精讲 社会发展与能源利用 例1.下列选项中说明氢气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氢气是一种再生能源 ④燃烧时放出大量热量 A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④ 【答案】D 【解析】 题干解析: 氢气能源是环保可再生能源,且燃烧时放出大量的热量。 例2.以下叙述中错误的是 ( ) A.钠原子与氯气反应生成食盐后,其结构的稳定性增强,体系的能量降低 B.物质燃烧可看作“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来 C.反应物的总能量低于生成物的总能量时,则反应释放能量 D.当断开旧键吸收的能量大于形成新键放出的能量时,该反应为 吸收能量的反应 【答案】C 【解析】 题干解析: 钠原子最外层只有一个电子,当它失去1个电子后可以形成8电子稳定结构,使体系的能量降低,所以A正确;物质燃烧放热,化学能转化为热能,B正确;反应物的总能量低于生成物的总能量时,则反应应该是吸收能量,故C错误;任何化学反应都经历了旧键断裂(吸收能量)和新键形成(放出能量)的过程,故都伴随 着能量的变化,但释放能量还是吸收能量,不是由反应条件确定的,如: 合成氨需要 在高温下进行,却是释放能量的反应,可以由断键吸收的能量与形成新键放出的能最大小来确定,D正确。 例3.下列有关能量转换的说法正确的是( ) A.煤燃烧是化学能转化为热能的过程 B.化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能 C.动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程 D.植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程 【答案】AB 【解析】 题干解析: A.煤燃烧是化学能转化为热能的过程; B.植物的光合作用是将光能(太阳能)转化为化学能,将无机物转化为有机物; C.动物体内葡萄糖被氧化成CO2是化学能转变成热能的过程; D.植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成化学能的过程. 例4.下列关于燃料充分燃烧的说法,不正确的是( ) A.空气量越多越好料 B.应通入适量的空气 C.固体燃料燃烧前要粉碎 D.液体燃料燃烧时可以以雾状喷出 【答案】A 【解析】 题干解析: A.通入空气的量过大、空气的量过多会带走热量,故A错误; B.通入适量的空气使燃烧充分,故B正确;C.因固体燃料粉碎,燃烧会增大与氧气的接触面积,有利用充分燃烧,故C正确; D.液体燃料雾化,燃烧会增大与氧气的接触面积,有利用充分燃烧,故D正确.故选A. 当堂练习 单选题 练习1. (2021∙衡阳校级模拟)要求设计实验证明某种盐的水解是吸热的,有四位学生分别作出如下回答,其中正确的是( ) A.甲学生: 将硝酸铵晶体溶于水,若水温下降,说明硝酸铵水解是吸热的 B.乙学生: 在盐酸中加入相同温度的氨水,若实验过程中混合液温度下降,说明盐类水解是吸热的 C.丙学生: 在醋酸钠溶液中加入醋酸钠晶体,若溶液温度下降,说明盐类水解是吸热的 D.丁学生: 在醋酸钠溶液中滴入酚酞试液,加热后若红色加深,说明盐类水解是吸热的 【答案】D 【解析】 题干解析: A.因硝酸铵晶体溶于水吸收热量,则不能说明盐水解为吸热反应,故A错误; B.中和反应为放热反应,测定温度应注意隔热,且一水合氨的电离为吸热反应,不能说明盐类水解是吸热的,故B错误; C.醋酸钠溶液中加入醋酸钠晶体,醋酸根离子浓度增大,促进水解,溶解过程伴随热效应,则不能说明盐类水解是吸热的,故C错误; D.醋酸钠溶液中滴入酚酞试液,加热后若红色加深,则升高温度促进水解,即水解反应为吸热反应,故D正确; 练习2. (2011春∙宣城期末)把下列物质分别加入盛冷水的锥形瓶内,立即塞紧带U形管的塞子.已知U形管内预先装有少量水且液面相平(为便于观察,预先染成红色),加入下列哪些物质后,发生如图变化( ) ①NaOH粉末;②浓硫酸;③硝酸铵晶体;④过氧化钠固体;⑤生石灰。 A.①②④⑤ B.①②③ C.②③⑤ D.③④⑤ 【答案】A 【解析】 题干解析: U形管中现象的实质是锥形瓶内的气压高于大气压,锥形瓶内气压增大的原因,可能是化学反应生成了气体,也可能是物质溶解或化学反应放出热量,还可能是既生成气体又放出热量, ①NaOH粉末溶于水放热,锥形瓶内的气体压强增大,符合题意; ②浓硫酸溶于水放热,锥形瓶内的气体压强增大,符合题意; ③硝酸铵晶体溶于水吸收热量,锥形瓶内的气体压强减小,不符合题意; ④Na2O2与H2O反应2Na2O2+2H2O═4NaOH+O2↑,生成O2并放出热量,锥形瓶内的气体压强增大,符合题意; ⑤生石灰与H2O反应CaO+H2O=Ca(OH)2,放出热量锥形瓶内的气体压强增大,符合题意; 填空题 练习1. (2021春∙醴陵市期中)在化学反应中,只有极少数能量比平均能量高得多的反应物分子发生碰撞时才可能发生化学反应,这些分子被称为活化分子.使普通分子变成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能,其单位通常用kJ∙mol-1表示.请认真观察如图,然后回答问题. (1)图中所示反应是____(填“吸热”或“放热”)反应. (2)已知拆开1molH-H键、1molI-I、1molH-I键分别需要吸收的能量为436kJ、151kJ、299kJ.则由1mol氢气和1mol碘反应生成HI会____(填“放出”或“吸收”)____kJ的热量.在化学反应过程中,是将_____转化为____. (3)下列反应中,属于放热反应的是_______,属于吸热反应的是____. ①物质燃烧 ②炸药爆炸 ③酸碱中和反应 ④二氧化碳通过炽热的碳 ⑤食物因氧化而腐败 ⑥Ba(OH)2∙8H2O与NH4Cl反应 ⑦铁粉与稀盐酸反应. 【答案】 详见解析 【解析】 题干解析: (1)依据图象分析反应物的能量大于生成物的能量,反应放热,故答案为: 放热; (2)在反应H2+I2⇌2HI中,断裂1molH-H键,1molI-I键共吸收的能量为: 1×436kJ+151kJ=587kJ,生成2molHI,共形成2molH-I键,放出的能量为: 2×299kJ=598kJ,吸收的能量少,放出的能量多,所以该反应为放热反应,放出的热量为: 598kJ-587kJ=11kJ,故答案为: 放出;11;(3)①物质燃烧属于放热反应;②炸药爆炸属于放热反应;③酸碱中和反应属于放热反应;④二氧化碳通过炽热的碳虽然属于化合反应,但为吸热反应;⑤食物因氧化而腐败属于放热反应;⑥Ba(OH)2∙8H2O与NH4Cl反应为吸热反应⑦铁粉与稀盐酸反应属于放热反应;所以放热反应有: ①②③⑤⑦;吸热反应有: ④⑥,故答案为: ①②③⑤⑦;④⑥。 当堂总结 出门测 单选题 练习1. (2021春∙娄底期末)下列反应过程中的能量变化情况符合如图的是( ) A.酸与碱的中和反应 B.镁和盐酸的反应 C.氧化钙和水反应 D.水发生分解反应 【答案】D 【解析】 题干解析: A.酸与碱的中和反应是放热反应,故A错误; B.镁和盐酸的反应是放热反应,故B错误; C.氧化钙和水反应是放热反应,故C错误。 D.水发生分解反应是吸热反应,故D正确; 练习2. (2021春∙南阳期末)下列能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢过程中能量变化的示意图是( ) A. B. C. D. 【答案】B 【解析】 题干解析: A.反应物的能量小于生成物的能量,图反应为吸热反应,故A错误; B.形成化学键要放出能量,氢气与氯气反应为放热反应,故B正确; C.化学键断裂需要吸收能量,形成化学键要放出能量,故C错误; D.化学键断裂需要吸收能量,形成化学键要放出能量,反应物的能量小于生成物的能量,图反应为吸热反应,故D错误。 练习3. (2021春∙湖北期中)“生物质”是指由植物或动物生命体衍生得到的物质的总称。 下面有关“生物质能”的说法,不正确的是( ) A.生物质能是可再生的能源 B.利用生物质能就是间接利用太阳能 C.生物质是解决农村能源的途径之一 D.生物质的缺点是严重污染环境 【答案】D 【解析】 题干解析: A.生物质能源取之不尽、用之不竭,是可再生能源,故A正确; B.生物质具有的能量是植物光合作用形成的,故B正确; C.农村有丰富的生物质能,故C正确; D.生物质能不污染环境,相反能减少污染,故D错误。 练习4. (2021春∙浙江期中)下列属于可再生能源的是( ) A.煤 B.石油 C.天然气 D.乙醇 【答案】D 【解析】 题干解析: 煤、石油和天然气是三大化石燃料,不能再生;乙醇可以由植物的秸秆得到,是可再生能源。 练习5. (2021春∙慈利县期中)下列说法不正确的是( ) A.风力、化石燃料、天然铀矿都是一次能源 B.开发氢能、太阳能、风能、生物质能等新型能源是践行低碳生活的有效途径 C.用脫硫处理的煤代替原煤作燃料可以有效减少空气中CO2气体的含量 D.电能是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最的一种二次能源 【答案】C 【解析】 题干解析: A.一次能源是指从自然界直接获取的能源,风力、化石燃料、天然铀矿能都是一次能源,故A正确; B.开发氢能、太阳能、风能、生物质能等新型能源,减少化石燃料的使用,能减少二氧化碳的排放,是践行低碳生活的有效途径,故B正确; C.煤中含有硫元素,用脱硫处理的煤代替原煤做燃料可以有效减少空气中SO2气体的含量,但是空气中CO2气体的含量不会减少,所有的煤炭燃烧都会生成CO2,故C错误; D.电能是由煤、水力、风等一次能源转化来的能源,属于二次能源,电能在使用的过程中一般不会产生污染,是现代社会中应用最广泛、使用最方便、污染最小的一种二次能源,故D正确;
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