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第二章
·
化学反应与能量
第一节
化学能与热能
化学键与化学反应中能量变化的关系
吸收
放出
吸收
放出
吸收
放出
断裂和形成
放出
吸收
反应物的总能量与生成物的总能量
化学能与热能的相互转化 能源
总质量
总能量
吸收
放出
能量和动力
气泡
发热
上升
放热
刺激性
发凉
黏结在一起
糊状
吸热
放热
学习目标导航
知识点
知识点(②《化学能与热能》
本节内容属于化学反应原理范畴。在初中已从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在选修模块“化学反应原理”中，还将从科学概念的层面和定量的角度系统深入地再学习。根据课程标准，在此将化学反应中吸收或放出能量的原因归结为反应物的总能量与生成物的总能量的相对高低。如此安排，既有学习的阶段性，又有必修、选修的层次性，在具体内容上前后还有交叉和重叠，学生概念的形成和发展呈现一种螺旋式上升的形态。
关于化学能与热能的相互转化，侧重讨论化学能向热能的转化，主要考虑其应用的广泛性和学习的阶段性。选材上尽量将化学原理与实验、实例相结合，对化学概念或术语采用直接使用或叙述含义而不下定义的方式出现，以降低学习的难度，同时注意与学生经验、社会发展、高新技术、化学史实相联系。
能源与人类的生存和发展息息相关。本节通过对化学能与热能相互转化的探讨，使学生感悟到化学反应在人类利用能源的历史过程中充当的关键角色，初步树立起科学的能源观，形成将化学能与热能相互转化的化学知识应用于生产、生活实践的意识，能够对与化学能有关的社会和生活问题做出合理的判断。
【知识与能力目标】
1、知道化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因；
2、学会利用键能判断吸放热反应；
3、学会利用键能计算吸放热值。
【过程与方法目标】
1、通过先学任务的完成，使学生从微观上进一步认识结构式的知识；
2、通过阅读理解形成对化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的主
要原因的认识；
3、通过问题呈现、小组交流的方式，学会利用键能判断吸放热反应及利用键能计算
吸放热值。
【情感态度价值观目标】
1、通过阅读理解、小组交流、表达呈现培养学生情感控制、语言表达、团队合作等
的意识和能力；
2、通过问题情境的创设，激发学生不断进取、勇于探索的科学精神。
【教学重点】
1、知道化学反应中能量变化的主要原因；
2、了解化学能与热能的相互转化；
3、了解化学能转化为热能在生产、生活中的应用及其对人类文明发展的贡献。
【教学难点】
根据反应前后物质总能量的相对大小判断化学反应是吸热反应还是放热反应。
实验仪器药品、多媒体教学资源等
1课时
【导入】复习提问化学反应的本质是什么 什么是化学键 在化学反应中化学键是怎么变化的
【学生活动】阅读教材讨论化学反应中能量变化的原因
【教师讲解】1．化学反应中能量变化的原因——微观角度
(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：化学键的断裂和形成是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。
2．化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度
E(反应物)＞E(生成物)放出能量
E(反应物)＜E(生成物)吸收能量
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。
【学生活动】探究 利用化学键的数据计算反应中的能量变化
利用化学键的能量变化可粗略计算化学反应过程中的能量变化。以反应H2＋Cl2=2HCl为例：
问题思考：
(1)断裂1
mol
H—H和1
mol
Cl—Cl形成H和Cl，能量有什么变化？数值为多少？
【提示】 吸收能量。数值为(436＋243)kJ。
(2)H与Cl形成2
mol
H—Cl，能量有什么变化？数值为多少？
【提示】 放出能量。数值为2×431
kJ。
(3)1
mol
H2与1
mol
Cl2生成2
mol
HCl气体，能量有什么变化？数值为多少？
【提示】 放出能量。数值为2×431
kJ－436
kJ－243
kJ＝183
kJ。
(4)原子形成1
mol化学键所放出的能量与断开1
mol该化学键所吸收的能量有什么关系？
【提示】 相等。
【认知升华】
【教师讲解】
升华1 化学反应中能量变化的原因
在化学反应中，断开反应物中的化学键(即破坏旧化学键)需要吸收一定能量(E1)克服原子(或离子)间的相互作用；而形成新化学键时，又要释放一定的能量(E2)。
E1>E2，反应吸收能量；
E1升华2 计算公式
利用化学键的能量变化计算化学反应中的能量变化：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)
【教师讲解】题组 化学反应能量变化的原因
1．下列关于化学反应的说法中不正确的是( )
A．化学反应过程中一定有热量释放出来
B．化学反应的特征是有新物质生成
C．化学反应的过程实际上是一个旧键断裂、新键形成的过程
D．在一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相等
【解析】 化学反应的本质特征是一定有新物质生成。化学反应是吸热还是放热，取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小，或旧键断裂吸收能量与新键形成放出能量的相对大小。
【答案】 A
2．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
【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；2
mol
H(g)与1
mol
O(g)形成1
mol
H2O(g)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。
【答案】 A
【学生活动】回忆质量守恒定律和能量守恒定律的内容
【教师讲解】1．两个基本的自然规律——“质量守恒”和“能量守恒”
质量守恒定律：自然界中的物质发生转化时，总质量不变；
能量守恒定律：不同形式的能量发生转换时，总能量不变。
2．吸热反应和放热反应
3．化学能与热能相互转化的意义
过程(1)：提供了人类生存和发展所需要的能量和动力。
过程(2)：人类进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径。
【特别提醒】
【教师讲解】能源利用的三阶段
【实验探究】探究 常见的吸热与放热反应实验探究
(1)
(2)
(3)
【教师讲解】升华 放热反应与吸热反应的比较
类型比较
放热反应
吸热反应
形成原因
反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量
反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量
与化学键强弱的关系
生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂时吸收的总能量
生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量
反应过程图示
注意：有的放热反应需要加热才能发生，例如煤的燃烧就是放热反应，但需要加热或点燃引发反应；有的放热反应不需要加热，如磷的自燃。吸热反应大都需要加热，也有不需加热就能反应的，例如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应。
【课堂练习】题组1 放热反应与吸热反应的判断与理解
1．已知反应X＋Y=M＋N为吸热反应，下列说法正确的是( )
A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的
B．该反应一定要加热，反应才能进行
C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中的化学键所放出的能量
D．X和Y的总能量低于M和N的总能量
【解析】 由该反应为吸热反应可知，反应物的总能量小于生成物的总能量，即X和Y的总能量低于M和N的总能量。吸热反应不一定需要加热反应才能进行，如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应，常温下就可以发生。破坏化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量时，为放热反应。故A、B、C错误，D正确。
【答案】 D
2．下列图示变化为吸热反应的是( )
【解析】 A项中生成物的总能量高于反应物的总能量，只能通过吸收能量才能实现；B项则恰好相反；C项中浓硫酸溶于水放出热量，但此过程是物理变化，没有发生化学反应；D项是放热反应。
【答案】 A
题组2 反应能量变化的实验探究
3.某学生用如图所示的装置进行化学反应X＋2Y→2Z能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂Y时，看到试管中甲处液面下降，乙处液面上升。关于该反应的下列叙述正确的是( )
①该反应为放热反应
②反应物的总能量比生成物的总能量高
③该反应过程可以看成是“贮存”于X、Y内部的能量转化为热量而释放出来
A．①②③
B．①③
C．②③
D．③
【解析】 根据液面变化可知广口瓶中气体压强增大，证明该反应为放热反应，即反应物的总能量大于生成物的总能量，也可认为“贮存”于X、Y内部的能量转化为热量而释放出来，A正确。
【答案】 A
【作业布置】
略。
教材分析
教学目标
教学重难点
课前准备
课时安排
教学过程
教学反思《元素周期表》同步练习
1、化学反应的发生必然伴有能量的转化，其最根本原因是( )
A．化学反应中一定有新物质生成
B．化学反应中旧的化学键的断裂需要吸收能量，新的化学键的形成需要放出能量
C．化学反应通常需要加热等条件才能发生
D．能量变化是化学反应的基本特征之一
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
3、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
4、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
5、已知反应A2＋B2===2AB，破坏1
mol
A2中的化学键消耗的能量为Q1
kJ，破坏1
mol
B2中的化学键消耗的能量为Q2
kJ，形成1
mol
AB中的化学键释放的能量为Q3
kJ，则下列说法正确的是( )
A．若A2和B2的总能量之和大于生成的AB的总能量，则反应放热
B．若A2和B2的总能量之和小于生成的AB的总能量，则反应放热
C．若该反应放出能量，则Q1＋Q2＞Q3
D．若该反应吸收能量，则Q1＋Q2＜Q3
6、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
7、已知2SO2＋O2
2SO3为放热反应，对该反应的下列说法正确的是( )
A．O2的能量一定高于SO2的能量
B．2
mol
SO2和1
mol
O2的总能量一定高于2
mol
SO3的总能量
C．SO2的能量一定高于SO3的能量
D．因该反应为放热反应，故不必加热就可发生
8、下列变化中属于吸热反应的是( )
①液态水汽化 ②将胆矾加热变为白色粉末 ③苛性钠固体溶于水 ④氯酸钾分解制氧气 ⑤生石灰跟水反应生成熟石灰 ⑥干冰升华
A．①④
B．②④ C．③⑤ D．④⑥
9、某反应由两步反应A
B
C构成，它的反应能量曲线如图，下列叙述正确的是( )
A．两步反应均为吸热反应
B．三种化合物中C最稳定
C．A与C的能量差为E4
D．A
B反应，反应条件一定要加热
10、如图所示，在小试管里加入2
g新制备的无水硫酸铜，把小试管套在具支试管内。在U形管内加入少量红墨水。打开T形管螺旋夹，使U形管内两边的液面处于同一水平面。再夹紧螺旋夹，把水滴入小试管内，白色的无水硫酸铜完全变成蓝色的五水硫酸铜晶体，可观察到U形管右侧的液面立即下降，左侧的液面上升。
(1)①写出上述反应的化学方程式：
_______________________________________________________________。
②该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。
③反应中的硫酸铜和水具有的总能量________(填“大于”或“小于”)硫酸铜晶体的总能量。
(2)如果U形管内两边的液面处于同一水平面后，在小试管内先加入Ba(OH)2·8H2O晶体，再加入NH4Cl固体，用玻璃棒不断搅拌，则可观察到U形管中的现象为_______________________________________________。
②放热 ③大于
(2)U形管右侧液面上升，左侧液面下降
11、工业上用CO生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g)，反应过程中的能量变化情况如图所示。
(1)曲线
Ⅰ
和曲线
Ⅱ
分别表示不使用催化剂和使用催化剂的两种情况。该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。计算当反应生成1.5
mol
CH3OH(g)时，能量变化值是________kJ。
(2)选择适宜的催化剂________(填“能”或“不能”)改变该反应的反应热。
(3)推测反应CH3OH(g)→CO(g)＋2H2(g)是________(填“吸热”或“放热”)反应。
12、氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1
mol氢气中的化学键消耗的能量为
Q1
kJ，破坏1
mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2
kJ，形成1
mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3
kJ。下列关系式中正确的是( )
A．Q1＋Q2＜2Q3
B．Q1＋Q2＞Q3
C．Q1＋Q2＜Q3
D．Q1＋Q2＞2Q3
13、已知25
℃、101
kPa下，含1
mol碳原子的石墨完全燃烧生成CO2放出热量393.51
kJ；含1
mol碳原子的金刚石完全燃烧生成CO2放出热量395.41
kJ。据此判断，下列说法正确的是( )
A．由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低
B．由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高
C．由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低
D．由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高
14、将V1
mL
1.0
mol·L－1
HCl溶液和V2
mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如下图所示(实验中始终保持V1＋V2＝50
mL)。请按要求填空：
(1)该实验表明此反应________(填“吸收”或“释放”)能量，即：________能可以转化为________能，通过图示分析可以得出：做该实验时，环境温度________(填“高于”、“低于”或“等于”)22
℃。
(2)根据图示计算该NaOH溶液的浓度约是________mol·L－1。
(3)如图所示，在锥形瓶放置有装有水的小试管，往小试管中分别加入下列物质时：①烧碱固体 ②浓硫酸 ③硝酸铵固体 ④NaCl固体，其中能使a端液面高于b端液面的是________(填序号)。
参考答案
基础达标：
1、【答案】 B
2、【答案】 A
3、【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，B项错误；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项错误；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项错误。
【答案】 A
4、【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，反应物中化学键断裂吸收的热量多于生成物中化学键形成放出的热量，A、D错误。吸热反应中反应物吸收能量，得到的生成物内能增加，B正确；反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误。
【答案】 B
5、【解析】 若反应物总能量之和大于生成物总能量之和，则反应放热，反之，反应吸热。若破坏反应物化学键消耗的能量小于形成生成物化学键释放的能量，则反应放热，反之，反应吸热。
【答案】 A
指示巩固：
6、【解析】 由图示知反应物总能量高于生成物总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时吸收能量，B项错误。
【答案】 C
7、【解析】 判断一个反应是放热反应还是吸热反应，关键看反应物的总能量与生成物的总能量的差值。如果反应物的总能量高于生成物的总能量，反应放热，B项正确；A项和C项错误，都没有考查总能量差；放热反应只表明反应物总能量比生成物总能量高，而加热是反应的条件，两者无必然联系，许多放热反应也必须加热才能开始进行，D项错误。
【答案】 B
8、【解析】 注意吸热或放热过程与吸热反应或放热反应的区别。①水汽化是物理变化，不属于吸热反应。②CuSO4·5H2O受热分解生成CuSO4和H2O，属于吸热反应。④KClO3分解是吸热反应。⑤是放热反应，③⑥均为物理变化。
【答案】 B
9、【解析】 根据反应能量曲线图可知，能量大小为B>A>C，故两步反应分别为吸热反应、放热反应，其中A、C的能量差为ΔH，C的能量最低，C最稳定，A、C错误，B正确；吸热反应不一定需要加热，D错误。
【答案】 B
10、【解析】 (1)滴入水后，CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O，由现象U形管右侧液面下降，左侧液面上升，可知是具支试管内气体受热膨胀，压强增大所致，所以此反应是放热反应，CuSO4和H2O的总能量大于CuSO4·5H2O的总能量。(2)Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O，反应吸热，导致具支试管内气体压强减小，U形管中右侧液面上升，左侧液面下降。
【答案】 (1)①CuSO4＋5H2O===CuSO4·5H2O
②放热 ③大于
(2)U形管右侧液面上升，左侧液面下降
能力提升：
11、【解析】 (1)由题图知反应物的总能量大于生成物的总能量，故该反应为放热反应，能量差值为510
kJ·mol－1－419
kJ·mol－1＝91
kJ·mol－1，则反应生成1.5
mol
CH3OH(g)时，能量变化值是1.5
mol×91
kJ·mol－1＝136.5
kJ。(2)从图中可知，曲线Ⅰ和曲线Ⅱ中反应物总能量与生成物总能量的差值不变，即催化剂只能改变化学反应速率，不能改变反应热。(3)可逆反应的正反应是放热反应，则其逆反应为吸热反应。
【答案】 (1)放热 136.5 (2)不能 (3)吸热
12、【解析】 H2在Cl2中燃烧的反应为放热反应；可推知2Q3＞Q1＋Q2
【答案】 A
13、【解析】 等量的石墨和金刚石完全燃烧的产物均为CO2，说明产物的总能量相等，而等质量的金刚石燃烧放出能量多，说明等量的金刚石的能量高于石墨的能量，因此由石墨转化为金刚石为吸热反应。
【答案】 A
14、【解析】 (1)当5
mL
HCl和45
mL
NaOH反应时，此时最终溶液的温度为22
℃，所以做该实验时，环境温度应低于22
℃。(2)30
mL
HCl和20
mL
NaOH恰好完全反应，c(NaOH)＝＝1.5
mol·L－1。(3)当a端高于b端时，则c处压强减小，温度降低，所以只有硝酸铵固体合适。
【答案】 (1)释放 化学 热 低于 (2)1.5 (3)③
基础达标
知识巩固
能力提升
