同步精练精析鲁科版必修2：212化学键与化学反应中的能量变化

2.1.2 化学键与化学反应中的能量变化
【典例导悟】
【典例1】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
【思路点拨】解答本题要注意以下两点：
（1）理解物质变化的原理和本质。
（2）根据反应实质分析能量转化形式。
【自主解答】选A、B。A项，煤燃烧放出热量，是化学能转化为热能；B项，化石燃料由植物转变而来，植物中的能量均来自太阳能；C项，葡萄糖氧化放出能量，是化学能转化为热能；D项，绿色植物的光合作用是太阳能转化为化学能。
【变式训练】氢气在氧气中燃烧产生淡蓝色火焰，在反应中，破坏1 mol H—H键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol O==O键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol H—O键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是（ ）
A.2Q1+Q2>4Q3 B.2Q1+Q2<4Q3
C.Q1+Q2【解析】选B。本题是“根据键能计算反应热”的变形题，从微观结构上考查对放热反应和吸热反应本质的理
解。氢气在氧气中燃烧O2+2H2=====2H2O，反应放热。在反应中，要破坏2 mol H—H键、1 mol O===O键，形成4 mol H—O键。所以2Q1+Q2<4Q3。
【典例2】（2010·新余高一检测）下列说法正确的是
①需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
②放热的反应在常温下一定很容易发生
③反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
④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
【规范解答】选A。需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铝热反应；放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应；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；由于放热反应在反应过程中放出热量，可以维持反应的继续进行，所以停止加热后反应也可以继续进行。
【变式训练】（2010·三明高一检测）下列有关化学反应与能量的说法，正确的是（ ）
A.酸碱中和是放热反应
B.炭在氧气中燃烧属于吸热反应
C.化学键的形成需吸收能量
D.化学反应过程中，化学能一定转化成热能
【解析】选A。中和反应和燃烧都是放热反应，A项正确，B项错误；化学键的形成放出能量，C错误；化学反应过程中，化学能还有可能转化成光能等。
【学业达标训练】
1.（2010·福州高一检测）下列过程中的能量转化，属于光能转化为化学能的是（ ）
A.石油燃烧 B.植物的光合作用
C.核电站发电 D.太阳能电池供电
【解析】选B。石油燃烧是将化学能转化为热能；植物的光合作用是将太阳能（即光能）转化为化学能；核电站发电是将核能转化为电能；太阳能电池供电是将太阳能转化为电能。
2.“摇摇冰”是一种即用即冷的饮料。吸食时，将饮料罐隔离层中的化学物质和水混合摇动即会制冷。根据你的经验判断，该化学物质是( )
A.氯化钠 B.固体硝酸铵
C.固体氢氧化钠 D.生石灰
【解析】选B。考查化学物质和水混合时的热效应问题。氯化钠溶于水的能量变化不明显；固体硝酸铵溶于水是吸热的过程；固态氢氧化钠、生石灰溶于水是放热的过程。
3.（2010·六安高一检测）化学反应的发生必然伴随有能量的转化，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，新的化学键的生成需要放出能量
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
【解析】选B。化学反应是吸热还是放热取决于反应过程中旧化学键断裂吸收的总能量与新化学键形成放出的总能量的相对多少或生成物具有的总能量与反应物具有的总能量的相对大小。
4.下列反应中既是氧化还原反应，又是吸热反应的是（ ）
A.铝与稀盐酸反应
B.灼热的炭与二氧化碳反应
C.甲烷在空气中燃烧
D.Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应
【解析】选B。A项是放热反应，又是氧化还原反应，故A错；B项是吸热反应又是氧化还原反应，故B对；C项是放热反应，又是氧化还原反应，故C错；D项是吸热反应，但不是氧化还原反应，故D错。
6.下列说法中正确的是( )
A.化学反应中的能量变化，表现形式除热量外还可以是光能和电能等
B.化学反应中的能量变化不一定服从能量守恒定律
C.在一个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可能相同
D.在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量
【解析】选A。该题主要考查对化学反应中的能量变化的理解与应用。物质发生化学反应都伴随着能量的变化，所以反应物的总能量与生成物的总能量一定不同。化学反应中的能量变化遵循能量守恒定律。在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量（设为x）与生成物的总能量（设为y）之间的关系为：①x>y，化学反应为放热反应；②x7.等质量的固态硫和硫蒸气分别在相同条件下完全燃烧，放出的热量( )
A.前者多 B.后者多
C.二者相等 D.无法比较
【解析】选B。等质量的硫蒸气本身具有的能量高于等质量的固态硫，故选B。
8.H2与Cl2在点燃或光照条件下都能发生反应。
（1）H2在Cl2中燃烧时的现象为 _______ ，
该反应的化学方程式为 ________ ，
该反应为_______反应（填“放热”或“吸热”）。
（2）已知断开1 mol H2中的化学键需吸收436 kJ的热量，断开1 mol Cl2中的化学键需吸收243 kJ的热量，而形成
1 mol HCl分子中的化学键释放431 kJ的热量，试求
1 mol H2和1 mol Cl2反应的能量变化为 ________ kJ。
9.如图所示，把试管放入盛有25 ℃时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盐酸，试回答下列问题。
（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。
【解析】镁片和盐酸的反应是放热的，是由于反应物（Mg和盐酸）的总能量高于生成物（MgCl2和H2）的总能量，放出的热通过小试管传递给饱和石灰水溶液，使饱和石灰水的溶解度变小而析出Ca（OH）2晶体。
答案：（1）①镁片上有大量气泡产生；②镁片逐渐溶解；③烧杯中溶液变浑浊
（2）镁与盐酸反应产生H2，该反应为放热反应，Ca（OH）2在水中溶解度随温度升高而减小，故析出Ca（OH）2固体
（3）Mg+2H+ ==== Mg2++H2↑
（4）小于
【素能综合检测】
一、选择题（本题包括5小题，每小题4分，共20分）
1.（2010·西安高一检测）下列说法正确的是( )
A.化学键的断裂过程中放出热量
B.化学键形成的过程需要吸收热量
C.伴有能量变化的物质变化都是化学变化
D.化学反应除了生成新的物质外，还伴随着能量的变化
【解析】选D。化学键的断裂需吸收热量，化学键的形成需放出热量；伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如浓H2SO4的稀释，但化学变化都伴随能量的变化。
2.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
【解析】选D。该题应用排除法。①、③都不是化学反应；⑤是放热反应。
3.（2010·宣城高一检测）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.因为该反应是吸热的反应，故一定要加热，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化学键所放出的能量
D.X和Y的总能量一定低于M和N的总能量
【解析】选D。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的总能量一定低于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与NH4Cl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，D正确。
4.已知25 ℃、101 kPa下，1 mol石墨完全燃烧生成CO2放出393.51 kJ热量、1 mol金刚石完全燃烧生成CO2放出395.41 kJ热量。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
【解析】选A。25 ℃、101 kPa下，1 mol石墨完全燃烧生成CO2放出的热量比1 mol金刚石完全燃烧生成CO2放出的热量少395.41 kJ-393.51 kJ=1.9 kJ。也就是说，石墨的能量比金刚石的低，由石墨制备金刚石必须从外界吸收能量，是吸热反应。
5.将V1 mL 1.0 mol/L 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，实验结果如图所示（实验中始终保持V1+V2=50）。
下列叙述正确的是( )
A.做该实验时环境温度为22 ℃
B.该实验表明化学能可以转化为热能
C.NaOH溶液的浓度约是1.00 mol/L
D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应
【解析】选B。由图可知，5 mL 1.0 mol·L-1 HCl溶液与NaOH溶液混合后温度为22 ℃，因此，做该实验时环境温度低于22 ℃，A项错误；既然反应后温度升高，则B项正确；两者恰好完全反应时，放出热量最多，温度最高，从图上看出，30 mL 1.0 mol·L-1 HCl溶液和20 mL NaOH溶液恰好完全反应。因此，该NaOH溶液的浓度为
1.0 mol·L-1×30 mL÷20 mL=1.5 mol·L-1,C项错误；有水生成的反应并不都是放热反应，如某些氢氧化物的分解，D项错误。
二、非选择题（本题包括2小题，共30分）
6.（12分）（思维拓展题）下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量（单位：kJ）:
根据表中数据回答（1）～（4）题。
（1）下列物质本身具有的能量最低的是______。
A.H2 B.Cl2 C.Br2 D.I2
(2)下列氢化物中最稳定的是。
A.HCl B.HBr C.HI21世纪教育网
(3)X2+H2 ===== 2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？__________ 。
（4）相同条件下，X2（X代表Cl、Br、I）分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收的热量最多的是 ________ 。
【解析】（1）、（2）可根据破坏1 mol化学键所消耗的能量，消耗能量越大，键越牢固，分子越稳定，本身具有的能量越低，因此H2最稳定，HCl在HCl、HBr、HI中最稳定。
（3）在该反应中，由于反应物所有物质的键能之和小于生成物分子的键能之和，因而该反应是放热反应。
（4）因为反应放出的热量为
2E（H—X）-E（X-X）—E（H—H）=2E（H—X）—E（X—X）-436 kJ
可代入数值计算：
H2+Cl2====2HCl
E=2×432 kJ-243 kJ-436 kJ=185 kJ
H2+Br2====2HBr
E=2×366 kJ-193 kJ-436 kJ=103 kJ
H2+I2====2HI
E=2×298 kJ-151 kJ-436 kJ=9 kJ
所以，Cl2与H2反应放出热量最多。
答案：（1）A （2）A （3）放热反应 （4）氯气
［实验·探究］
7.（18分）（1）高中老教材中有这样一个实验：在两支试管中分别加入3 mL稀盐酸（均足量），将两个各装有0.3 g NaHCO3或Na2CO3粉末的小气球分别套在两支试管口（如图）。
将气球内的NaHCO3或Na2CO3同时倒入试管中：
①Ⅰ试管和Ⅱ试管中分别发生的离子方程式：_______________________________________；
_______________________________________；
②两支试管中的现象___________________；
③两试管中气球大小（不包含试管）体积之比约为（填最简整数比）Ⅰ∶Ⅱ= ____________________；
④甲同学用手触摸试管，发现盛NaHCO3粉末的试管变冷，而盛Na2CO3的试管温度有升高。由此他得出：不管其状态如何，NaHCO3和HCl反应为吸热反应，而Na2CO3和HCl反应为放热反应。甲下结论的方法是否正确？_____________（填“正确”或“不正确”）。
（2）为研究是吸热还是放热反应，继续进行了下列实验（每次实验各做3次平行实验，取平均值）：
请你帮助填写相关内容：
该实验中所用的仪器除试管、药匙（或V型纸槽）、气球、环形玻璃搅拌棒、胶头滴管、烧杯、量筒、保温瓶外，还需要的仪器名称为 _______和 _______；通过上述实验可得出三条结论：21世纪教育网21世纪教育网
a.NaHCO3的溶解是 ________ （填“吸热”或“放热”）过程；
b.Na2CO3的饱和溶液和盐酸的反应是 ________ （填“吸热”或“放热”）反应；
c.NaHCO3的饱和溶液和盐酸的反应是 ________ （填“吸热”或“放热”）反应。
【解析】与同浓度盐酸反应时，NaHCO3比Na2CO3剧烈，产生气泡的速率快；因为盐酸足量，所以Ⅰ与Ⅱ中产生CO2的体积之比即等于n(Na2CO3)∶n(NaHCO3)= ∶ =42∶53；甲下结论的方法不正确，因为两粉末与盐酸的反应包括两个过程：一是粉末的溶解过程，二是与盐酸的反应过程。由表中数据①、②对比可知，NaHCO3固体的溶解是吸热的，Na2CO3固体的溶解是放热的。分析③、④两组数据可知NaHCO3饱和溶液与盐酸反应是吸热的，Na2CO3饱和溶液与盐酸反应是放热的。实验中的固体需用托盘天平称量，温度测量需用到温度计。