高中化学人教版必修2（练习）2_1_ 化学能与热能含解析

高中化学人教版必修2（练习）2_1_ 化学能与热能含解析

目标导航]　1.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。2.了解化学反应中热量变化的实质，理解化学反应吸热或放热的原因。3.了解化学能与热能的相互转化，理解中和热的概念。4.了解人类能源利用的历史和前景，提高节能意识。‎ 一、化学键与化学反应中能量变化的关系 ‎1．化学反应中能量变化的原因——微观角度 ‎(1)化学反应的实质 原子的重新组合，即反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成过程。‎ ‎(2)化学反应中能量变化的原因 ‎①原因 ‎②实例 断裂1 mol H—H键(H—H―→2H)吸收436 kJ能量，‎ 形成1 mol H—H键(2H―→H—H)放出436 kJ能量；‎ 断裂4 mol C—H键(CH4―→C＋4H)吸收1 660 kJ能量，‎ 形成1 mol C—H键(C＋H―→C—H)放出415 kJ能量。‎ ‎③结论 化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂和形成。‎ ‎2．化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度 结论：化学反应中的能量变化决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。‎ 点拨　物质具有的能量越低，断开其中的化学键需要的能量越多，该物质越稳定；物质具有的能量越高，断开其中的化学键需要的能量越少，该物质越不稳定。‎ 议一议 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)化学键断裂需要吸收能量，化学键形成会放出能量(　　)‎ ‎(2)化学反应必然伴随能量变化(　　)‎ ‎(3)相同条件下由原子形成1 mol H—Cl 键所放出的能量与断开1 mol H—Cl 键吸收的能量相等(　　)‎ ‎(4)放出能量越多的反应通常生成物越不稳定(　　)‎ 答案　(1)√　(2)√　(3)√　(4)×‎ 二、化学能与热能的相互转化 ‎1．两个基本自然规律——“质量守恒”和“能量守恒”‎ ‎(1)质量守恒定律：自然界中的物质发生转化时总质量保持不变。‎ ‎(2)能量守恒定律：不同形式的能量发生转换时总能量保持不变。‎ ‎2．吸热反应和放热反应 ‎(1)定义 吸热反应：吸收热量的化学反应；‎ 放热反应：放出热量的化学反应。‎ ‎(2)实验探究 ‎①铝和稀盐酸的反应 实验现象 有气泡产生；用温度计测量，水银柱上升 离子反应 ‎2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑‎ 实验结论 活泼金属与酸反应是放热反应 ‎②Ba(OH)2·8H2O和氯化铵反应 实验现象 闻到刺激性气味，烧杯壁发凉；玻璃片和烧杯黏结在一起，混合物呈糊状 化学反应 Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O 实验结论 该反应是吸热反应 ‎③盐酸与氢氧化钠反应 实验现象 混合后溶液温度比原两种溶液的温度高 离子反应 H＋＋OH－===H2O 实验结论 酸碱中和反应是放热反应 ‎3.中和热 酸和碱发生中和反应生成 1_mol水时所释放的热量。‎ 点拨　常见的吸热反应有：大多数的分解反应，C和CO2、C和H2O的反应，Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应等。常见的放热反应有：大多数的化合反应，酸碱中和反应，金属与酸或水的反应，燃烧反应，爆炸反应等。‎ 议一议 ‎1．做实验时，不管是吸热反应还是放热反应都可能用到酒精灯，怎样根据加热的方法判断该反应是吸热反应还是放热反应？放热反应加热的目的是什么？‎ 答案　持续用酒精灯加热，撤掉酒精灯反应就停止的反应是吸热反应；开始用酒精灯加热，反应开始后，撤去酒精灯仍能继续进行的反应是放热反应。放热反应加热的目的一般是引发反应进行或加快反应速率。‎ ‎2．放热反应一定容易发生，吸热反应一定难发生吗？‎ 答案　不一定。反应放热和吸热与反应的条件无关，有些放热反应必须加热才能发生，如木炭的燃烧；而有些吸热反应在常温下就能发生，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应。‎ 一、化学反应中的能量变化 例1　化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是(　　)‎ A．该反应是吸热反应 B．断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键放出x kJ的能量 C．断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量 D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 解析　从题图可以看出，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时需要吸收能量，B项错误，C项正确。‎ 答案　C 规律总结 ‎1．如果反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，反应物转化为生成物时化学反应放出能量，反之，化学反应吸收能量。‎ 如图所示：‎ ‎2．既可以利用所有化学键的键能计算具体反应中的能量变化，又可以根据化学反应中的能量变化计算某一个具体的化学键的键能。计算公式：化学反应中的能量变化值＝反应物的总键能－生成物的总键能。计算出的数值如果为正值，意味着吸热反应；计算出的数值如果是负值，意味着是放热反应。‎ 变式训练1　根据下面的信息，判断下列叙述正确的是(　　)‎ A．氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量 B．氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量 C．1 mol H2跟 mol O2反应生成1 mol H2O一定释放能量245 kJ D．2 mol H2(g)跟1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)吸收能量490 kJ 答案　A 解析　由题中信息可知，1 mol H2(g)的共价键断裂吸收能量436 kJ， mol O2(g)的共价键断裂吸收能量249 kJ，两项共吸收能量685 kJ；形成2 mol H－O 键时共释放能量930 kJ。在1 mol H2(g)跟 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)的过程中，放出的能量比吸收的能量多245 kJ，C项中缺少物质的状态，所以释放的能量不一定是245 kJ。‎ 二、放热反应和吸热反应理解 例2　下列说法正确的是(　　)‎ ‎①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应　②放热反应在常温下一定很容易发生　③反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小　④有的放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应也能继续进行 A．只有③④ B．只有①②‎ C．①②③④ D．②③④‎ 解析　加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在常温下不一定容易发生，如N2与H2合成NH3；反应是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小；需要加热才能发生的放热反应，如果反应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如Fe＋SFeS。‎ 答案　A 点拨　化学反应是吸热还是放热，取决于反应物与生成物总能量的相对大小，与反应条件无关。‎ 规律总结 ‎1．易错点提示 ‎(1)“三个不一定”。①需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应；②放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应；③吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。‎ ‎(2)吸热反应和放热反应都是化学变化，如NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。‎ ‎2．常见的放热反应和吸热反应 变式训练2　将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可知(　　)‎ A．NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应 B．该反应中，热能转化为产物内部的能量 C．反应物的总能量高于生成物的总能量 D．NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量 答案　B 解析　醋酸逐渐凝固，说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低，因此该反应为吸热反应，A错误；吸热反应中反应物吸收能量，吸收的能量转化为产物内部的能量储存在产物中，B正确；由于NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应，故反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误；NH4HCO3粉末与盐酸的反应是吸热反应，是各反应物的总能量低于各生成物的总能量，而NH4HCO3仅是两种反应物之一、NH4Cl仅是三种生成物之一，故无法得出NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量的结论，D错误。‎ ‎1．下列各图中，表示该化学反应是吸热反应的是(　　)‎ 答案　A 解析　吸热反应中反应物的总能量小于生成物的总能量，A项正确。‎ ‎2．已知断裂1 mol共价键所需要吸收的能量分别为H—H：436 kJ，I—I：151 kJ，H—I：299 kJ，下列对H2(g)＋I2(g)2HI(g)的反应类型判断错误的是(　　)‎ A．放出能量的反应 B．吸收能量的反应 C．氧化还原反应 D．可逆反应 答案　B 解析　依题意，断裂1 mol H—H键和1 mol I—I键吸收的能量为436 kJ＋151 kJ＝587 kJ，生成2 mol H—I键放出的能量为299 kJ×2＝598 kJ，因为598 kJ＞587 kJ ‎，所以，该反应的正反应是放出能量的反应，即该反应是放出能量的反应；根据反应式可知该反应是可逆反应，也是氧化还原反应。‎ ‎3．下列反应既属于氧化还原反应，又是吸热反应的是(　　)‎ A．灼热的碳与CO2的反应 B．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应 C．铝片与稀盐酸的反应 D．甲烷在氧气中的燃烧反应 答案　 A 解析　灼热的碳与CO2的反应生成CO，属于氧化还原反应，也是吸热反应，A正确；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应生成BaCl2、NH3和H2O，属于非氧化还原反应，B错误；铝片与稀盐酸的反应放热，C错误；甲烷在氧气中的燃烧反应放热，D错误。‎ ‎4．飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4ClO4)的混合物作固体燃料，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2NH4ClO4N2↑＋4H2O＋Cl2↑＋2O2↑　ΔH＝－Q(Q>0)。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．从能量变化上说，此反应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 答案　D 解析　由一种反应物发生化学反应后生成两种或两种以上的物质的反应为分解反应，反应物高氯酸铵为一种物质，产物为N2、H2O、Cl2、O2四种物质，符合定义，A正确；该反应为放热反应，反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行，B正确；航天飞机用的铝粉与高氯酸铵(NH4ClO4)的混合物为固体燃料，燃料反应为放热反应，反应从能量变化上说，主要是化学能转变为热能和动能，C正确；2NH4ClO4N2↑＋4H2O＋Cl2↑＋2O2↑，2 mol NH4ClO4参加反应，2 mol的＋7价Cl原子变成0价的1 mol Cl2转移14 mol电子，NH4ClO4中氮、氧元素被氧化，氯元素被还原，高氯酸铵既是氧化剂，又是还原剂，D错误。‎ ‎5．如图所示，把试管放入盛有25 ℃饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再滴入5 mL稀盐酸。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)实验中观察到的现象是_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)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溶液和H2的总能量________(填“大于”、“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。‎ 答案　(1)镁片上有大量气泡产生，镁片逐渐溶解，烧杯中溶液变混浊 ‎(2)镁与盐酸反应放热，Ca(OH)2的溶解度随温度升高而减小，故有固体析出 ‎(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑、Ca2＋＋2OH－===Ca(OH)2↓‎ ‎(4)小于 解析　(1)镁与盐酸剧烈反应，可观察到产生大量气体，反应放出热量使饱和溶液温度升高，析出固体溶质，观察到溶液变浑浊。‎ ‎(3)镁与盐酸发生置换反应，生成氯化镁和氢气，反应的离子方程式为Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，析出固体的离子方程式为Ca2＋＋2OH－===Ca(OH)2↓。‎ ‎(4)当反应物的总能量高于生成物的总能量时，反应是放热反应，则 MgCl2溶液和H2的总能量小于镁片和盐酸的总能量。‎ 基础过关]‎ 题组1　化学变化的判断 ‎1．下列对化学反应的认识错误的是(　　)‎ A．会引起化学键的变化 B．会产生新的物质 C．必然引起物质状态的变化 D．必然伴随着能量的变化 答案　C 解析　化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，并伴随着能量的变化，而化学变化中的反应物和生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，C正确。‎ ‎2．从宏观来看化学变化的本质是有新物质生成。从微观角度来看，下列变化不能说明发生了化学变化的是(　　)‎ A．变化时有电子的得失或共用电子对的形成 B．变化过程中有化学键的断裂和形成 C．变化时释放出能量 D．变化前后原子的种类和数目没有改变，分子种类增加了 答案　C 解析　某些物理变化也能释放能量，如浓H2SO4、NaOH等溶于水放出热量，白炽灯工作时发光、发热等。‎ 题组2　放热反应、吸热反应的判断 ‎3．下列变化中属于吸热反应的是(　　)‎ ‎①液态水汽化　②将胆矾加热变成白色粉末　③浓硫酸稀释　④氯酸钾分解制氧气　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰 A．①④ B．②③ C．①④⑤ D．②④‎ 答案　D 解析　放热反应和吸热反应都是化学反应。放热反应为⑤，吸热反应为②④，液态水汽化是吸热过程，浓H2SO4稀释是放热过程，二者均为物理变化。‎ ‎4．下列说法正确的是(　　)‎ A．任何化学反应都伴随着能量的变化 B．H2O(g)―→H2O(l)该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化 C．化学反应中能量的变化都表现为热量的变化 D．对于如图所示的过程，是吸收能量的过程 答案　A 解析　任何化学反应都有能量的变化，但有能量变化的过程不一定是化学变化，如物质的三态变化，虽然存在能量变化，但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成，故不是化学变化，A正确，B错误；化学反应中能量变化的形式有多种，除热能外，还有光能、电能等，C错误；由图像知，该过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该过程中放出了能量，D错误。‎ ‎5．下列反应一定属于放热反应的是(　　)‎ A．氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应 B．能量变化如图所示的反应 C．化学键断裂吸收的能量比化学键形成放出的能量少的反应 D．不需要加热就能发生的反应 答案　C 解析　氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应属于吸热反应；生成物的总能量比反应物的总能量多的反应为吸热反应；化学键断裂吸收的能量比化学键形成放出的能量少的反应为放热反应；不需要加热就能发生的反应可能为吸热反应，也可能为放热反应。‎ 题组3　化学键、能量变化、物质的稳定性 ‎6．石墨和金刚石都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知12 g石墨完全转化为金刚石时，要吸收a kJ的能量。下列说法中正确的是(　　)‎ ‎①石墨不如金刚石稳定　②金刚石不如石墨稳定　③等质量的石墨和金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多 ‎④等质量的石墨和金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多 A．①② B．②③ C．①④ D．③④‎ 答案　B 解析　由石墨完全转化为金刚石时吸热，说明石墨的能量比金刚石低，石墨比金刚石更稳定；同质量的石墨和金刚石完全燃烧时，消耗氧气的量相同，生成同样多的二氧化碳，由于金刚石的能量高，所以金刚石燃烧后放出的能量要多。‎ ‎7．已知2 mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量484 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时吸收能量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出能量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收能量为(　　)‎ A．920 kJ B．557 kJ C．436 kJ D．188 kJ 答案　C 解析　设1 mol H—H键断裂时吸收能量为x kJ。首先写出化学反应方程式2H2＋O22H2O，然后分析过程，2H—H＋O===O2H—O—H，由过程可知2 mol氢气完全燃烧生成水蒸气时应该拆开2 mol H—H键、1 mol O===O键，吸收的能量为(2x＋496)kJ；生成2 mol H2O形成4 mol H—O键，放出的能量为4×463 kJ＝1 852 kJ，依据能量守恒定律放出能量484 kJ＝1 852 kJ－(2x＋496)kJ，即可求出x＝436。‎ ‎8．已知化学反应2C(s)＋O2(g)2CO(g)、2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)都是放热反应。据此判断，下列说法不正确的是(其他条件相同)(　　)‎ A．12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量 B．56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量 C．12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量 D．将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多 答案　A 解析　放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。C和CO的燃烧反应都是放热反应，所以C＋O2CO2必定是放热反应，所以，B、C正确。12 g C并不代表反应物的全部，O2也是反应物，因此A项不正确。由于CCO放热、COCO2放热，所以CCO2比CCO放出的热量要多，因此D正确。‎ ‎9．在25 ℃、101 kPa的条件下，断裂1 mol H—H键吸收436 kJ 能量，断裂1 mol Cl—Cl键吸收243 kJ 能量，形成1 mol H—Cl键放出431 kJ能量。H2＋Cl2===2HCl的化学反应可用下图表示：‎ 请回答下列有关问题：‎ ‎(1)反应物断键吸收的总能量为________。‎ ‎(2)生成物成键放出的总能量为________。‎ ‎(3)判断H2＋Cl2===2HCl反应是________(填“吸收”或“放出”)能量。‎ ‎(4)反应物的总能量________(填“＞”、“＝”或“＜”)生成物的总能量。‎ 答案　(1)679 kJ　(2)862 kJ　(3)放出　(4)＞‎ 解析　(1)反应物断键吸收的总能量应该是断裂1 mol H—H键与1 mol Cl—Cl键吸收的能量之和，即436 kJ＋243 kJ＝679 kJ。‎ ‎(2)生成物成键放出的总能量为2×431 kJ＝862 kJ。‎ ‎(3)、(4)由于吸收的总能量小于放出的总能量，所以反应放热即反应物的总能量大于生成物的总能量。‎ 能力提升]‎ ‎10．化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1 mol化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和P4O6分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能(kJ·mol－1)：P—P：198 kJ·mol－1、P—O：360 kJ·mol－1、O===O：498 kJ·mol－1，则P4(白磷)＋3O2===P4O6的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，生成1 mol P4O6________的热量为________________________________________________________________________。‎ 答案　放热　放出　1 638 kJ 解析　断开旧键吸收的能量为198×6 kJ＋3×498 kJ＝2 682 kJ，形成新键放出的能量为12×360 kJ＝4 320 kJ，故该反应为放热反应，生成1 mol P4O6放出的热量为4 320 kJ－2 682 kJ＝1 638 kJ。‎ ‎11．2012年发射的“神舟九号”宇宙飞船有两个重大使命，一是航天员在太空首次进行手动交会对接，二是实现航天员在“天宫一号”内进行实验操作。“神舟”系列火箭用偏二甲肼(C2H8N2)作燃料，四氧化二氮作氧化剂，生成氮气和二氧化碳气体。‎ ‎(1)写出反应的化学方程式：___________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)该反应是__________(填“放热”或“吸热”)反应，反应物的总能量__________(填“大于”、“小于”或“等于”)生成物的总能量，断开化学键________的总能量_________‎ 键________的总能量。‎ 答案　(1)C2H8N2＋2N2O42CO2↑＋3N2↑＋4H2O　(2)放热　大于　吸收　小于　放出 拓展探究]‎ ‎12．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滴水的玻璃片上，然后向烧杯内加入约10 g氯化铵晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌。试回答下列问题：‎ ‎(1)写出反应的化学方程式：__________________________________________________。‎ ‎(2)实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是_________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)如果实验中没有看到“结冰”现象，可能的原因是(答出三个或三个以上原因)________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)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？________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________(答出两种方案)。‎ ‎(5)“结冰”现象说明该反应是一个________(填“放出”或“吸收”)能量的反应。即断开旧化学键________(填“吸收”或“放出”)的能量________(填“>”或“<”)形成新化学键________(填“吸收”或“放出”)的能量。‎ ‎(6)该反应在常温下就可进行，说明________________________________________。‎ 答案　(1)Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋10H2O＋2NH3↑‎ ‎(2)使反应物充分混合，迅速发生反应，使体系的温度降低 ‎(3)①反应物未进行快速搅拌；②玻璃片上滴加的水太多；③氢氧化钡晶体已部分失水；④环境温度太高；⑤试剂用量太少；⑥氢氧化钡晶体未研成粉末(答案合理即可)‎ ‎(4)第一种方案：在烧杯中的反应物中插入温度计，通过测量，发现反应后温度计的示数下降，说明反应是吸热反应；第二种方案：用皮肤感受，感觉烧杯外壁很凉，说明此反应为吸热反应 ‎(5)吸收　吸收　>　放出 ‎(6)有的吸热反应不需要加热也可发生 解析　本题考查了化学反应中的能量变化以及吸热反应、放热反应与反应条件的关系。以Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl固体的反应为背景考查了分析问题、解决问题的能力和实验设计能力。反应放出或吸收的热量可以通过触觉感知，也可以通过温度计测量。 ‎