1、第二章化学反应与能量第一节 化学能与热能激趣导读 拯救大兵瑞恩里面有一个美军用燃烧弹烧死坑道中敌兵的镜头，这就是燃烧弹在现代坑道战、堑壕战中的作用之一。由于汽油密度较小，发热热量高，所以广泛用做燃料弹原料。加入能与汽油结合成胶状物的黏合剂，就制成了凝固汽油弹。为了攻击水中目标，有的还在汽油弹里添加活泼的碱金属和碱土金属，为了对付装甲坦克，还用铝粉和氧化铁制成了燃烧弹，燃烧弹为什么具有如此威力呢？化学能与热能之间存在着什么关系呢？就让我们在这一节中一起探讨吧！目标 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知道一个化学反应是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总
2、能量。3通过实例和实验，了解化学能与热能的相互转化。4了解化学能转化为热能在生产、生活中的重大意义。课时化学能与热能一、化学键与化学反应中能量变化的关系1化学反应的实质化学反应的实质是原子(或原子团)的重新组合，即反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成。2化学反应中能量变化的原因(微观角度)(1)物质中的原子(或原子团)之间是通过化学键相结合的。(2)当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要吸收能量，而形成生成物中的化学键要放出能量。(3)化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。3化学反应中能量变化的决定因素(宏观角度)(1)反应物的总能量大于生成物的总能量，则化学反应释放能
3、量，如图甲所示；(2)反应物的总能量小于生成物的总能量，则化学反应吸收能量，如图乙所示。二、化学能与热能的相互转化1两条基本的自然定律(两个守恒)：质量守恒定律、能量守恒定律。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)实验探究三、中和热中和热的概念：在稀溶液中酸与碱发生中和反应生成1_mol_H2O时所释放的能量称为中和热。注：中和反应都放出热量。稀溶液中，强酸与强碱的中和热为定值：57.3_kJ/mol。弱酸与弱碱的中和热偏低，因为弱酸或弱碱电离过程会吸热。四、人类利用能源的三个阶段1柴草时期从火的发现至18世纪产业革命时期，均以树枝杂草
4、为主要能源。2化石能源时期18世纪中期至现代，以煤、石油、天然气为主要能源。3多能源结构时期这是将会出现的能源利用的新时期。可再生能源和清洁能源(绿色能源)将成为新能源的主力军。探究点一正确理解吸热反应和放热反应 1放热反应和吸热反应的比较：E：物质的总能量；Q(吸)：反应物分子断键时吸收的总能量；Q(放)：生成物分子成键时放出的总能量。2.常见的放热反应和吸热反应：3吸热反应和放热反应的判断方法(1)根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断决定因素。若反应物的总能量大于生成物的总能量，属于放热反应，否则是吸热反应。(2)根据化学键破坏或形成时的能量变化判断用于计算。若破坏反应物中的化学键所吸
5、收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量，属于放热反应，否则是吸热反应。(3)根据反应物和生成物的相对稳定性判断。由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应，反之为吸热反应。(4)根据反应条件判断。凡是持续加热才能进行的反应一般就是吸热反应。特别注意：化学反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无必然的关系。具体如下：1.需要加热才能进行的反应一定是吸热反应吗？提示：化学反应表现为吸热或放热，与反应开始时是否需要加热无关，而应通过比较反应过程中吸收与放出能量的多少来确定，也可以通过比较反应物与生成物的总键能大小来确定。放热反应虽然会有能量放出，但有的放热反应需要加热才能进行
6、，通过加热，可以引发放热反应，如CO2CO2为放热反应；绝大多数吸热反应需在加热条件下进行，但也有部分吸热反应不加热也能进行，如Ba(OH)28H2O与NH4Cl的反应为吸热反应。2有能量变化的过程不是发生吸热反应就是发生放热反应吗？提示：不能将反应类型(放热反应或吸热反应)与能量变化过程等同起来。化学反应中必然有能量的变化，但发生能量变化的却不一定是化学反应。如NaOH固体溶于水、水蒸气转化为液态水时放出能量，但以上过程是放热的物理变化过程而不是发生放热反应；NH4NO3固体溶于水、碘升华、水蒸发时吸收能量，但以上过程是吸热的物理变化过程而不是发生吸热反应。3做实验时，不管是吸热反应还是放热
7、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？提示：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反应的反应是放热反应。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。例1下列变化中属于吸热反应的是()液态水汽化将胆矾加热变为白色粉末苛性钠固体溶于水氯酸钾分解制氧气生石灰跟水反应生成熟石灰干冰升华A BC D思路分析 解析注意吸热或放热过程与吸热反应或放热反应的区别。水汽化是物理变化，不属于吸热反应。CuSO45H2O受热分解生成CuSO4和H2O，属于吸热反应。KClO3分解是
8、吸热反应。是放热反应，均为物理变化。答案B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)写出上述反应的化学方程式：CuSO45H2O=CuSO45H2O。该反应是放热(填“吸热”或“放热”)反应。反应中的无水硫酸铜和水具有的总能量大于(填“大于”或“小于”)五水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
9、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U形管右侧液面上升，左侧液面下降。解析：(1)滴入水后，CuSO45H2O=CuSO45H2O，现象是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CuSO45H2O的总能量。(2)Ba(OH)28H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O，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。探究点二利用化学键计算化学反应中的能量变化 1化学键与能量变化的关系：2计算公式的推导分析：以H2Cl2=2HCl
10、为例：(1)图示分析：(2)计算分析：3.计算公式：用Q(吸)表示反应物分子断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子成键时放出的总能量。公式：QQ(吸)Q(放)利用化学键的能量变化计算化学反应中的能量变化：QQ(吸)Q(放)1.对于放热反应：2H2O22H2O来说，“断裂1个HH键和1个O=O键所吸收的能量小于形成1个HO键所放出的能量”这种说法是否正确？提示：不正确。在反应2H2O22H2O中，每断裂1个OO键，同时断裂2个HH键，形成4个HO键；正确的说法是：断裂2个HH键和1个OO键所吸收的能量小于形成4个HO键所放出的能量。2下图是1 mol氢气燃烧的能量变化图，试分析a、b表示的含
11、义。提示：化学反应发生时首先断裂反应物中的化学键，再形成生成物中的化学键，故a表示破坏1 mol HH键、0.5 mol O=O键所吸收的能量，b表示形成2 mol HO键所放出的能量与断裂1 mol HH键、0.5 mol O=O键所吸收的总能量的差。例2根据下面的信息，判断下列叙述中正确的是()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C1 mol H2跟1/2 mol O2反应生成1 mol H2O一定释放能量245 kJD2 mol H2(g)跟1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(l)释放能量490 kJ思路分析化学键的键能与化学反应中能量变
12、化的计算公式：化学反应中的能量变化反应物断裂化学键吸收的总能量生成物形成化学键释放的总能量。若计算出的结果为正值，则该反应为吸热反应；若计算出的结果为负值，则该反应为放热反应。解析由图中信息可知，1 mol H2(g)的共价键断裂吸收能量436 kJ,1/2 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)的共价键释放能量930 kJ。在1 mol H2(g)1/2 mol O2(g)1 mol H2O(g)的过程中，放出的能量比吸收的能量多245 kJ。C项所陈述的内容中缺少物质的状态，所以
13、释放的能量不一定是245 kJ。答案A化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如下图为N2(g)和O2(g)反应生成NO(g)过程中的能量变化：下列说法正确的是(C)A通常情况下，NO比N2稳定B通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NOC1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量D1 mol N2(g)和1 mol O2(g)反应放出的能量为180 kJ解析：通常情况下，N2比NO稳定，A错误；放电条件下，N2(g)和O2(g)才能反应生成NO，B错误；由图知1 mol N
14、2(g)和1 mol O2(g)反应吸收的热量为946 kJ498 kJ2632 kJ180 kJ，则1 mol N2(g)和1 mol O2(g)具有的总能量小于2 mol NO(g)具有的总能量，C正确，D错误。1下列说法正确的是(A)A任何化学反应都伴随着能量的变化BH2O(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对于如下图所示的过程，是吸收能量的过程解析：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，所以A项正确，B项错
15、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；由图象知，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。2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)A12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量B56 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C12 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将一定量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多解析：放出热量的化
16、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，因此，B、C两项的说法正确；12 g C并不是全部的反应物，所以A项的说法不正确；由于CCO放热、COCO2放热，根据能量守恒定律得CCO2比CCO放热多，即D项说法正确。3有专家指出，如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合，那么，不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。如下图所示：在此构想的物质循环中太阳能最终转化为(B)A化学能 B热能C生物质能 D电能解析：图中关键信息是利用太阳能使H2O、CO2、N2等重新组合，组合成可燃物，而可燃物燃烧后转化为燃烧产物并放出热量，产物
17、又结合太阳能转化为燃料，如此循环，可知太阳能最终转化为燃料燃烧所释放出的热能。4已知1 g H2完全燃烧生成水蒸气时放出热量121 kJ，且氧气中1 mol O=O键完全断裂时吸收热量496 kJ，水蒸气中1 mol HO键形成时放出热量463 kJ，则氢气中1 mol HH断裂时吸收热量为(C)A920 kJ B557 kJC436 kJ D188 kJ解析：1 mol H2完全燃烧生成水蒸气时放出热量242 kJ，由热化学方程式可知：H2(g)O2(g)=H2O(g)，0.5 mol O2中O=O键完全断裂时吸收热量248 kJ，生成水1 mol形成2 mol HO键放出热量926 kJ，
18、根据能量关系氢气中HH断裂吸收热量为926 kJ248 kJ242kJ436 kJ。5下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是(A)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氧化钙溶于水解析：乙醇燃烧、铝粉与氧化铁的铝热反应、氧化钙溶于水与水化合的过程都是放热的，因此根据能量守恒的原则，这三个过程的生成物能量都低于反应物，而碳酸钙分解需吸收能量，故选A。6某反应由两步反应ABC构成，它的反应能量曲线如图，下列叙述正确的是(B)A两步反应均为吸热反应B三种化合物中C最稳定CA与C的能量差为E4DAB反应，反应条件一定要加热解析：根据反应能量曲线图可知，能量大小为BAC，故两步反应分别为
19、吸热反应、放热反应，其中A、C的能量差为H，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。7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(B)解析：旧化学键的断裂要吸收能量，能量升高，而形成新的化学键要放出能量，能量降低，且氢气与氯气反应为放热反应，则氢气与氯气的总能量大于氯化氢的总能量。8氢气是一种理想汽车新能源，发展氢能汽车的关键是氢气的制备及储存技术。制备氢气通常有下列方法：电解水制氢：2H2O2H2O2；高温使水分解制氢：2H2O2H2O2；太阳光催化分解水制氢：2H2O2H2O2；天然气制氢：CH4H2OCO3H2。(1)你认为最为节能
20、的方法是(填序号)。(2)从化学键断裂与形成的角度分析方法中产生等物质的量的H2，消耗的能量是否相同相同(填“相同”或“不同”)，理由是反应中反应物的总能量相等，生成物的总能量也相等，则反应消耗的能量相同。(3)破坏1 mol氢气中的化学键需要吸收436 kJ能量；破坏 mol氧气中的化学键需要吸收249 kJ的能量；形成水分子中1 mol HO键能够释放463 kJ能量。下图表示氢气和氧气反应过程中能量的变化。a请将图中的能量变化的数值，填在下边的横线上。1_370 kJ，1_852 kJ，482 kJ。b生成27 g水蒸气放出的热量为361.5 kJ。解析：(1)观察几种方法，不难发现反应
21、是消耗电能或热能，而反应是在催化剂作用下，利用取之不尽的太阳能，故反应是最为节能的方法。(2)方法都是通过分解H2O获得H2，产生等物质的量的H2时消耗的H2O的量也相等，破坏化学键和形成化学键的量也分别相同，故消耗的能量也相同。(3)a.中2 mol H2、1 mol O2生成H、O原子吸收能量2436 kJ2249 kJ1 370 kJ，中H、O原子生成2 mol H2O(g)释放出的能量4463 kJ1 852 kJ，表示2 mol H2与1 mol O2完全反应生成2 mol H2O(g)释放的能量1 852 kJ1 370 kJ482 kJ。b.生成27 g(1.5 mol)水蒸气释放的热量482 kJ361.5 kJ。