1、第2课时化学键与化学反应中的能量变化目标导航1.了解化学反应中存在能量变化。2.知道常见的放热反应和吸热反应。3.了解化学反应能量变化的实质。一、化学反应中的能量变化实验操作实验现象有关化学方程式及结论混合液的温度升高化学方程式：NaOHHCl=NaClH2O结论：反应过程释放热量有刺激性气味气体产生，烧杯温度降低化学方程式：Ca(OH)22NH4Cl=CaCl22NH32H2O结论：反应过程吸收热量结论每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的释放能量，有的吸收能量【议一议】1.放热反应一定容易发生，吸热反应一定难以发生吗？答案不一定，放热反应不一定容易发生，有些放热反应需要加热才能进行，如铜与
2、氧气、硫与铁的反应。吸热反应不一定难发生，有些吸热反应常温下能进行，如Ca(OH)2与NH4Cl的反应。2.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗？答案不一定，有些需要加热进行的反应是放热反应，如硫与铁的反应。二、化学反应中能量变化的实质及转化的形式1.化学反应的实质化学反应是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。2.化学反应中能量变化的实质在化学反应过程中，旧化学键的断裂需要吸收一定的能量；新化学键的形成需要释放一定的能量，二者不相等。3.化学反应中放出或吸收能量的原因在化学反应过程中，最终是吸收能量还是释放能量，取决于旧化学键断裂所吸收的总能量与新化学键形成所释放的总能量的相对大小。若形成新化
3、学键所释放的总能量大于破坏旧化学键所吸收的总能量，则该反应放出能量；如果形成新化学键所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，则该反应吸收能量。4.化学反应中能量转化的形式(1)化学反应的能量变化还可以看做是“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来的过程。(2)化学反应的能量变化也可以看做是热能、电能或光能等物质外部的能量转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。【议一议】1.为什么所有化学反应前后都有能量的变化？答案因为化学反应一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成，化学键断裂吸收的能量与新化学键形成释放的能量不等。2.化学反应中能量变化全部表现为热能和光能
4、吗？答案化学反应中能量变化不全部表现为热能和光能。化学反应中的能量还可以表现为电能等其他形式的能量。3.根据以下信息，判断1 mol H2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为多少？已知：1 mol HH键完全断裂时吸收能量为436 kJ，1 mol O=O键完全断裂时吸收能量为498 kJ，1 mol HO键形成时放出能量为465 kJ。答案因为化学反应一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成，断开1 mol HH键和 mol O=O键需要吸收的能量为436 kJ498 kJ685 kJ，生成1 mol H2O(g)放出的能量为2465 kJ930 kJ。1 mol H2(g)完全燃烧生成水蒸气
5、时放出的能量为930 kJ 685 kJ245 kJ。一、化学反应中能量变化的原因1.从化学键的角度分析若E1E2，反应吸收能量；若E1E2，反应释放能量。2.从反应物和生成物所具有能量的角度分析若反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，则反应释放能量(如图1)；若反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，则反应吸收能量(如图2)。【特别提醒】化学反应中能量的转化不一定都表现为化学能与热能的转化。【例1】已知反应XY=MN为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是()A.X的能量一定高于M的，Y的能量一定高于N的B.破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量
6、C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量D.因为该反应为放热反应，所以不必加热就可发生解析由于该反应为放热反应，所以X和Y的总能量一定高于M和N的总能量，A不正确，C正确；破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量时，该反应则为吸热反应，B不正确；放热反应在通常情况下不一定就能反应，有些放热反应需要在一定的条件(如加热或光照等)下才能发生D不正确。答案C【归纳总结】(1)断裂或形成化学键的能量表示：吸收能量值E吸E放放出能量值E放E吸(2)物质内部能量H表示：放热：H反H产吸热：H产H反变式训练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
7、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 kJD.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 HO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
8、放的能量不一定是245 kJ。【解题感悟】E(化学反应中能量的变化)E(断开反应物化学键所吸收的能量)E(形成生成物化学键所释放的能量)。若E0，则为吸热反应；若E E2，则下列反应符合该示意图的是()A.NaOH溶液与稀盐酸的反应B.锌与稀盐酸的反应C.消石灰与氯化铵固体的反应D.一氧化碳在空气中的燃烧反应答案C解析若E1E2，则表明该反应吸收能量。A项，中和反应放出热量。B项，锌与稀盐酸反应放出热量。C项，消石灰与氯化铵固体反应吸收热量。D项，燃烧反应放出热量。1.下列有关化学反应中的能量变化的说法正确的是()A.化学反应中能量变化的根本原因是化学键的变化B.化学反应中的能量变化均能在实验
9、室中通过实验呈现C.化学反应中的能量变化均能用温度计测量D.化学反应中的能量变化均能用手感知答案A解析化学反应中化学键的变化导致了能量的变化，A项正确。某些化学反应条件苛刻或者能量变化不明显，则在实验室中无法通过实验呈现，B项错误。若化学反应中的能量不是以热量形式释放或吸收的，则无法通过温度计测量，也无法用手感知，C、D项错误。2.已知反应AB=CD的能量变化如图所示，下列说法正确的是()A.该反应是放热反应B.只有在加热条件下才能进行C.反应物的总能量高于生成物的总能量D.反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量答案D解析根据图像可知反应物的总能量低于生成物的总能量，则反应是吸
10、热反应。A.该反应是吸热反应，错误；B.反应条件与反应是放热反应还是吸热反应无关系，错误；C.反应物的总能量低于生成物的总能量，错误；D.反应吸热，则反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量，正确。3.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1 mol共价键(或其可逆过程)时释放(或吸收)的能量。已知HH键的键能为436 kJmol1、ClCl键的键能为243 kJmol1、HCl键的键能为x，若1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g)放出183 kJ的热量，则x为()A.496 kJmol1 B.431 kJm
11、ol1C.862 kJmol1 D.248 kJmol1答案B解析2 molx1 mol436 kJmol11 mol243 kJmol1183 kJ，x431 kJmol1。4.反应AB=C放出热量，该反应分两步进行：ABX(反应吸收热量)；XC(反应放出热量)。下列示意图能正确表示总反应过程中能量变化的是()答案D解析反应吸收热量，则A和B的总能量低于X的能量，故A、C项错误；反应放出热量，则X的能量高于C的能量，B项错误，D项正确。5.下列变化属于吸热反应的是_(填序号)。葡萄糖在人体内被氧化成CO2；天然气的燃烧；煅烧大理石；稀盐酸与稀氨水混合；生石灰与水反应生成熟石灰；干冰的升华；钠
12、与水反应；消石灰与氯化铵晶体的反应。答案解析葡萄糖在人体内的主要作用是通过氧化反应提供人体所需要的能量，为放热反应；燃料的燃烧放出热量，为放热反应；煅烧大理石，即碳酸钙分解为吸热反应；盐酸和稀氨水发生中和反应为放热反应；生石灰与水发生化合反应，属放热反应；干冰升华吸收热量，属于物理变化，不属于化学反应；钠与水的置换反应为放热反应；铵盐与碱的反应属于吸热反应。6.已知H2(g)O2(g)=H2O(g)，如图是1 mol H2燃烧的反应过程中能量变化如图。请回答下列问题：(1)a、b、c分别代表什么意义？a_；b_；c_。(2)该反应是_(填“吸热”或“放热”)反应， a、b、c的关系为_。(3)
13、氢气在氧气中燃烧，破坏1 mol HH键吸收Q1 kJ的能量，破坏1 mol O=O键吸收Q2 kJ的能量，形成1 mol HO键释放Q3 kJ的能量，则下列关系式正确的是_(填字母，下同)。A.2Q1Q24Q3 B.2Q1Q24Q3C.Q1Q2Q3 D.2Q1Q24Q3(4)已知1 g H2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出能量122.5 kJ，且O2(g)中1 mol O=O 键完全断裂时吸收能量 498 kJ，H2O(g)中1 mol HO 键形成时放出能量465 kJ，则H2(g)中1 mol HH 键断裂时吸收能量为_ kJ。A.920 B.557 C.436 D.188 答案(1)表示
14、断裂1 mol HH键和0.5 mol O=O 键所吸收的总能量表示形成2 mol HO 键所放出的总能量表示1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)完全反应生成1 mol H2O(g)放出的能量(2)放热bac(3)B(4)C解析(1)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，H2(g)和O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是H22H(g)和O2(g)O(g)过程中断开1 mol HH 键和0.5 mol O=O键需吸收的能量。故a表示断裂1 mol HH 键和0.5 mol O=O 键所吸收的总能量。同理，b表示形成2 mol HO 键所放出的总能
15、量，c表示 1 mol H2(g)和0.5 mol O2(g)完全反应生成 1 mol H2O(g)放出的能量。(2)由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应为放热反应。旧化学键断裂吸收的能量小于新化学键生成放出的能量。所以a代表旧键断裂吸收的能量，b代表2H(g)O(g)结合成HO键所放出的能量，c则代表成键所释放的能量断键所吸收的能量，即bac。(3)氢气在氧气中燃烧的反应为2H2(g)O2(g)=2H2O(g)，反应释放能量。在该反应中破坏2 mol HH键、1 mol O=O 键，形成4 mol HO 键，所以2Q1Q24Q3。(4)因为1 g H2 (g)完全燃烧生成
16、H2O(g)时放出热量122.5 kJ，所以1 mol H2(g)与 mol O2(g)完全燃烧生成 1 mol H2O(g)时放出热量245 kJ。反应过程中断裂1 mol HH 键和 mol O=O 键需要吸收的能量为498 kJEHH，形成2 mol OH键释放的能量为2465 kJ930 kJ，所以930 kJ(498 kJEHH)245 kJ，解得EHH436 kJ。分层训练 基础过关1.下列变化过程中，放出能量的是()A.硝酸铵溶于水 B.HClHClC.2H2O2H2O2 D.S(s)S(g)答案B解析A项硝酸铵溶于水吸收能量；B项表示形成化学键，放出能量；C项表示水的分解，吸收
17、能量；D项表示硫黄升华，吸收能量。2.对于反应中能量变化的表述正确的是()A.放热反应中，反应物的总能量大于生成物的总能量B.断开化学键的过程会放出能量C.加热才能发生的反应一定是吸热反应D.氧化还原反应均为吸热反应答案A解析断开化学键要吸收能量；有些放热反应也需要加热，如木炭燃烧；氧化还原反应既可以是吸热反应，也可以是放热反应，如Mg与HCl反应生成H2和MgCl2，该反应是放热反应。3.化学反应中的能量变化常表现为热量变化，如有的反应为放热反应，有的为吸热反应，请从下列选项中选出对此解释合理的为()A.旧化学键断裂时吸收的能量高于新化学键形成时所释放的总能量为吸热反应B.旧化学键断裂时吸收
18、的能量低于新化学键形成时所释放的总能量为吸热反应C.在化学反应中需要加热的反应就是吸热反应D.在化学反应中需要降温的反应为放热反应答案A解析在化学反应中，如果形成新化学键所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就需要不断吸收能量，即为吸热反应，故A正确，B不正确；有的放热反应开始需要加热，只是断裂旧的化学键需要能量而已，如合成氨的反应，铁与硫的反应等，故C、D不正确。4.下列反应中反应物总能量小于生成物总能量的是()A.Fe粉与硫粉混合加热B.常温下将氢氧化钡晶体与氯化铵粉末混合反应C.将铁片投入到稀硝酸溶液中D.Al粉与NaOH溶液反应答案B解析反应物的总能量小于生成物总能量的反应是
19、吸热反应。5.在研究物质变化时，人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化所引起的化学键及能量的变化，下列叙述错误的是()A.化学反应中物质变化的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成B.燃烧可看成“储存”在物质内部的能量转化为热能、光能等释放出来C.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应D.破坏化学键吸收的能量大于形成化学键释放的能量的反应是吸收能量的反应答案C解析旧化学键断裂后，则反应物不复存在，新化学键形成，则有新物质生成，A项正确。燃烧是放出能量的反应，B项正确。有些放热反应也需要加热，C项错误。破坏旧化学键吸收的能量大于形成新化学键释放的能量，则该反应吸收能量，D项正确。6.金刚石和
20、石墨是碳元素的两种结构不同的单质(同素异形体)。在100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石，要吸收1.895 kJ的热量。据此，试判断在100 kPa时，下列结论正确的是()A.此变化过程属于物理变化B.石墨比金刚石稳定C.金刚石转化为石墨时吸收热量D.1 mol金刚石比1 mol石墨的能量低答案B解析该变化过程有新物质生成，属于化学变化，A错。石墨转化为金刚石时吸收能量，则石墨的能量比金刚石的能量低，石墨比金刚石稳定，B对，D错。金刚石转化为石墨时放出热量，C错。7.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
21、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CO2CO2必然是放热反应，因此B、C两项的说法正确；12 g C并不代表反应物的全部，O2也是反应物，所以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，即
22、D项说法正确。8.氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。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.Q1Q2Q3 B.Q1Q22Q3C.Q1Q2Q3 D.Q1Q22Q3答案D解析氢气在氯气中燃烧为放热反应(H2Cl22HCl)，故形成新化学键时放出的能量大于断裂旧化学键时吸收的能量。9.下列关于反应能量的说法中正确的是()A.化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化B.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因C.已知反应：Zn(s)Cu
23、SO4(aq)=ZnSO4(aq)Cu(s)为放热反应，则反应物总能量E2，故D不正确。10.如图是氢气与氧气反应生成水蒸气的能量变化示意图。下列有关说法不正确的是 ()A.反应中断裂和形成的化学键均为共价键B.该反应过程释放能量C.断裂1 mol液态水中的化学键需吸收930 kJ能量D.2 mol O(g)形成1 mol O2(g)释放498 kJ能量答案C解析O2、H2、H2O中的化学键均为共价键，A项正确。由图示可知该反应过程中形成化学键释放的能量大于断裂化学键吸收的能量，故该反应过程释放能量，B项正确。断裂1 mol水蒸气中的化学键需吸收930 kJ能量，C项错误。断裂 mol O2(
24、g)中的化学键吸收249 kJ能量，则2 mol O(g)形成1 mol O2(g)释放498 kJ能量，D项正确。能力提升11.能源是人类生活和社会发展的基础，研究化学应用中的能量变化，有助于更好地利用化学反应为生产和生活服务。(1)化学键断裂和形成是化学反应的本质和化学反应能量产生的原因。从能量的角度看，断开旧化学键需要_(填“吸收”或“放出”，下同)能量，形成新化学键需要_能量。(2)已知化学反应N23H22NH3的能量变化如图所示：1 mol N和3 mol H生成1 mol NH3(g)是_(填“吸收”或“释放”)能量的过程。由 mol N2(g)和 mol H2(g)生成1 mol
25、 NH3(g)过程_(填“吸收”或“释放”)_ kJ能量。已知断开1 mol HH键、1 mol NH键、1 mol 键分别需要吸收的能量为436 kJ、391 kJ、946 kJ。一定条件下由氢气和氮气反应生成1 mol NH3需要_(填“放出”或“吸收”)_ kJ的能量。答案(1)吸收放出(2)释放释放ba放出46解析(2)如果反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量，整个反应就放出能量，反之就吸收能量。由图像可知1 mol N和3 mol H具有的总能量比1 mol NH3(g)高b kJ，所以1 mol N和3 mol H生成1 mol NH3(g)是释放能量的过程。由图像可知 mol
26、 N2(g)和 mol H2(g)总能量比1 mol N和3 mol H具有的总能量低 a kJ，而1 mol NH3(g)具有的总能量比1 mol N 和3 mol H具有的总能量低b kJ，ba，所以由 mol N2(g)和 mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程释放出(ba) kJ能量。根据化学方程式N23H22NH3，生成1 mol NH3时需要消耗0.5 mol 的N2和1.5 mol 的H2。因此在上述的反应过程中断裂0.5 mol 键和1.5 mol HH键，共吸收能量0.5946 kJ1.5436 kJ1 127 kJ；形成1 mol NH3中的3 mol NH键
27、，共放出能量3391 kJ1 173 kJ。因为1 173 kJ1 127 kJ，因此反应放热，共放出1 173 kJ1 127 kJ46 kJ的能量。12.为了研究反应AB=CD的能量变化情况，某同学设计了如图所示实验装置。当向盛有固体A(A不与水反应)的试管中滴加B溶液时，发现U形管中甲处液面下降，乙处液面上升。试回答下列问题。(1)所发生的反应_(填“放出”或“吸收”)热量。(2)A和B的总能量_(填“高于”或“低于”)C和D的总能量。(3)该反应中物质的化学能通过化学反应转化成_释放出来。(4)该反应中反应物的化学键断裂吸收的能量_(填“高”或“低”)于生成物的化学键形成放出的能量。(
28、5)写出一个符合题中条件的化学方程式：_。答案(1)放出(2)高于(3)热能(4)低(5)2Al6HCl=2AlCl33H2(其他合理答案也可)解析(1)“U形管中甲处液面下降，乙处液面上升”说明广口瓶内压强增大，即试管中的反应放出热量。(2)该反应放出热量，则反应物的总能量高于生成物的总能量。(3)通过实验现象可知，该反应中化学能转化为热能。(4)该反应放出热量，则反应物的化学键断裂吸收的能量低于生成物的化学键形成放出的能量。(5)写出一个放出热量的固液反应即可。13.(1)在25 、101 kPa的条件下，请回答下列有关问题：由HHH2，当生成1 mol H2时，要_(填“吸收”或“放出”
29、，下同)436 kJ的能量；由Cl2ClCl，当断裂1 mol Cl2中的共价键时，要_243 kJ的能量。对于反应H2(g)Cl2(g)=2HCl(g)，测得生成2 mol HCl(g)时，反应过程中放出183 kJ的热量，则断开 1 mol HCl 键所需的能量是_kJ。有两个反应：a.H2(g)Cl2(g)2HCl(g)，b.H2(g)Cl2(g)2HCl(g)。这两个反应的能量转化方式主要是_能转化为_能，相同物质的量的H2(g)、Cl2(g)反应生成相同质量的HCl(g)时，放出的能量_(填“相等”或“不相等)。(2)根据图示的能量转化关系判断，生成16 g CH3OH(l)_(填“
30、吸收”或“放出”)_kJ能量。答案(1)放出吸收431化学热相等(2)放出45.5解析(1)断裂化学键需要吸收能量，形成化学键需要释放能量。断裂1 mol HH键与1 mol ClCl键吸收的能量之和，即436 kJ243 kJ679 kJ。设断开1 mol HCl所吸收的总能量为E(HCl)，则生成2 mol HCl所释放的总能量为2E(HCl)，则有2E(HCl)(436 kJ243 kJ)183 kJ，所以E(HCl)431 kJ。两个反应的能量转化形式主要是化学能转化为热能，一个具体反应释放能量的多少与反应条件无关，而与断开旧化学键和形成新化学键的能量变化有关，所以生成等量的产物所释放
31、的能量相等。(2)根据图示变化可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应属于释放能量的反应，生成1 mol CH3OH(l)放出的能量为510 kJ419 kJ 91 kJ，16 g CH3OH的物质的量为0.5 mol，故生成16 g CH3OH(l)放出的能量为45.5 kJ。拓展探究14.如图是某同学设计的放热反应的观察装置。其实验操作是按图所示将实验装置连接好；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；在中间的试管里盛1 g氧化钙，当滴入2 mL左右的蒸馏水后，即可观察。试回答：(1)预计实验中能观察到的现象是_。(2)该实验中操作之间必须进行的一步实验操作是_。(3)实验中发生反应的化学方程式为_。(4)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2能量之间的关系：_。答案(1)U形管里的红墨水会沿开口端上升(其他答案合理均可)(2)检查装置气密性(3)CaOH2O=Ca(OH)2(4)CaO和H2O的总能量大于Ca(OH)2的能量
