1、第六章 化学反应与能量第一节 化学反应与能量变化第1课时 化学反应与热能1认识吸热反应和放热反应。2了解化学反应体系能量与化学键断裂和形成的关系。3认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。一、吸热反应和放热反应1实验探究实验操作实验现象有气泡产生；用温度计测量，温度升高闻到刺激性气味；烧杯壁发凉；玻璃片和烧杯黏结在一起，混合物呈糊状实验结论该反应产生气体，放出热量该反应产生NH3和H2O，吸收热量化学方程式Mg2HCl=MgCl2H2Ba(OH)28H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O结论：化学反应除了有新物质生成以外，还总会伴随着能量变化，通常主要表现为热能的
2、变化，有的放出热量，有的吸收热量。2放热反应和吸热反应(1)概念放热反应：释放热量的化学反应。吸热反应：吸收热量的化学反应。(2)常见的放热反应和吸热反应放热反应吸热反应所有燃烧反应酸碱中和反应大多数化合反应活泼金属跟水或酸的反应物质的缓慢氧化大多数分解反应铵盐与碱的反应，如Ba(OH)28H2O或Ca(OH)2与NH4Cl反应以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C与H2O(g)反应，C与CO2反应需要持续加热的反应二、化学反应与能量变化的关系1化学反应中能量变化的实质(1)以H2Cl2=2HCl反应为例探究化学反应中能量变化该反应过程中共吸收679 kJ能量，共放出862 kJ能量。该
3、反应放出(填“放出”或“吸收”)183 kJ热量，为放热反应。(2)化学反应中能量变化的本质原因提示：吸收 放出 吸热 放热2化学反应中能量变化的决定因素化学反应中能量变化决定于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。 放热反应吸热反应化学能转化为热能热能转化为化学能被生成物“储存”三、化学能与热能相互转化的应用1现阶段人类获取热能的主要途径物质的燃烧；使用最多的常规能源是：化石燃料(煤、石油和天然气)。2化石燃料获取能量面临的问题(1)储量有限，短期内不可再生。(2)影响环境：煤、石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。3节能减排的措施(1)燃料燃烧阶段提高燃
4、料的燃烧效率。(2)能量利用阶段提高能源的利用率。(3)开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。问题一 放热反应和吸热反应【典例1】除了用手触摸和温度计测量外还可以借助其他方法感知温度的变化，如在探究化学反应过程中有热量变化时，某兴趣小组设计了如下三套装置：(1)该小组选择装置探究Na2O2和H2O反应为放热反应，将水滴入盛有过氧化钠的试管中，现象为_，化学方程式：_。(2)该小组采用装置，探究硝酸铵溶于水的能量变化，当向盛有硝酸铵固体的试管中滴入少量水，发现导管中形成一段水柱，则该变化_(填“是”或“不是”)吸热反应，原因为_ _。(3)该小组在探究镁
5、和盐酸反应热量变化时，选择了装置，发现反应过程中，导管口有气泡冒出该装置_(填“能”或“不能”)证明镁和盐酸反应为放热反应，原因为_ _。答案：(1)U形管右侧液面下降，左侧液面上升2Na2O22H2O=4NaOHO2(2)不是硝酸铵溶于水没有新物质生成，为物理变化(3)不能镁和盐酸反应生成氢气，无论是吸热反应还是放热反应，烧杯中导管口都有气泡冒出【归纳小结】对放热反应和吸热反应的理解(1)放热反应不一定容易发生，如合成氨反应需要在高温、高压和催化剂作用下才能发生；吸热反应不一定难发生，如盐酸与碳酸氢钠的反应在常温下就能发生。(2)需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如硫与铁的反应；吸热反
6、应不一定需要加热，如Ba(OH)28H2O晶体和NH4Cl晶体的反应。(3)放热过程不一定是放热反应，如NaOH固体的溶解和浓硫酸的稀释是放热过程，但不是放热反应；吸热过程不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。【变式练1-1】下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是()A锌粒与稀硫酸的反应B灼热的木炭与CO2的反应C甲烷在氧气中的燃烧反应DBa(OH)28H2O晶体与NH4Cl晶体的反应答案：B解析：锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，A、C项错误；Ba(OH)28H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但反应前后所含元素的化合价均无变化，是非氧
7、化还原反应，D项错误。【变式练1-2】把下列物质分别加入装有水的锥形瓶中，立即塞紧带U形管的塞子，已知U形管内预先装有少量水(为便于观察，预先将水染成红色)，如图所示，结果U形管左边液面升高，则加入的物质可能是()ANaOH固体 B浓H2SO4CNH4NO3晶体 DNa2O2固体答案：C解析：U形管左边液面升高，原因只能是锥形瓶内气体压强减小，造成压强减小的原因可能是温度降低。NaOH固体溶于水、浓H2SO4稀释溶液温度均升高，NH4NO3晶体溶于水温度降低，Na2O2和水反应放热且有气体生成。问题二 化学反应与能量变化的关系【典例2】已知N2(g)和O2(g)反应生成2 mol NO(g)吸
8、收180 kJ能量，反应过程中能量变化如下图所示。根据图示回答下列问题：(1)该反应中反应物所具有的总能量_(填“高于”或“低于”)生成物的总能量。(2)1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时要吸收_ kJ能量。(3)断裂1 mol NN吸收的能量x值为_。答案：(1)低于(2)632(3)946解析：根据图示，断裂旧化学键所吸收能量为(x498)kJ，形成新化学键所释放能量为2632 kJ1 264 kJ，每生成2 mol NO(g)所吸收能量为180 kJ，因此有180 kJ(x498)kJ1 264 kJ，故x为946。【归纳小结】(1)放热反应与吸热反应的比较放热反应吸热反应形成原
9、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成键时释放的总能量大于反应物断键时吸收的总能量生成物成键时释放的总能量小于反应物断键时吸收的总能量反应过程示意图(2)判断吸热反应和放热反应的两种方法根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断反应物的总能量高于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应(宏观角度)。根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断断裂反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量的反应为吸热反应，反之为放热反应(微观角度)。【变式练2-1】已知某化学反应A2(g)2B2(g)=2AB2(g)(A2、B
10、2、AB2的结构式分别为A=A、BB、BAB)，反应过程中的能量变化如图所示，下列有关叙述正确的是()A该反应的进行一定需要加热或点燃B该反应若生成2 mol AB2(g)，则放出的热量为(E1E2) kJC该反应断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量D生成2 mol BA放出E2 kJ能量答案：C解析：根据图示可知，该反应断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量，为吸热反应；若生成2 mol AB2(g)，则吸收的热量为(E1E2) kJ，C项正确、B项错误；该反应的进行不一定需要加热或点燃，A项错误；生成4 mol BA放出E2 kJ能量，
11、D项错误。【变式练2-2】磷元素有多种性质不同的单质，红磷(结构复杂用“P”表示)和白磷(P4)是磷的两种同素异形体，充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷。在25 、101 kPa下，31 g白磷完全转化为红磷，放出11 kJ的热量，根据以上事实回答下列问题：(1)红磷转化为白磷属于_反应(填“放热”或“吸热”)。(2)等质量的红磷和白磷分别完全燃烧，放出热量较多的是_(填“白磷”或“红磷”，下同)。(3)31 g白磷与31 g红磷的能量较高的是_，二者更稳定的是_。答案：(1)吸热(2)白磷(3)白磷红磷问题三 化学能与热能相互转化的应用【典例3】日常生产、生活中常常采用下列能源：煤；石油；天然
12、气；太阳能；水能；氢能；核能；风能；地热能属于清洁能源的有_。答案：解析：清洁能源，即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括核能和“可再生能源”。可再生能源，是指原材料可以再生的能源，如水力发电、风力发电、太阳能、生物能(沼气)、地热能(包括地源和水源)、海潮能这些能源。【变式练3-1】下列有关新能源的说法不正确的是()A绿色植物通过光合作用，将光能转化为化学能B风能、太阳能是清洁能源C氢能还未进入实用阶段的主要原因是其燃烧所释放热量低于相同质量的矿物燃料D共享单车利用太阳能发电完成卫星定位，有利于节能环保答案：C【变式练3-2】液态储氢技术就是在常温常压下将氢气融入到
13、一种化合物“储油”中，形成“氢油”，便于储存和运输。下列有关说法错误的是()A“氢油”不稳定B氢能源属于可再生能源C该技术实现了常温常压下储氢技术的新突破D液态储氢项目有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级答案：A解析：“氢油”便于储存和运输，说明它比较稳定，故A错误；氢气燃烧生成水，水分解又生成氢气，故氢能源属于可再生能源，故B正确；常温常压下可以将氢气融入到一种化合物“储油”中，故该技术实现了常温常压下储氢技术的新突破，故C正确；液态储氢解决了氢能储存难、运输难的问题，能实现氢能的广泛应用，故有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级，故D正确。【基础强化】1下列对于化学反
14、应过程的理解，错误的是()A化学反应过程中同时存在物质和能量的变化B凡是能量变化一定发生在化学变化中C化学反应中同时存在质量守恒和能量守恒D能量的释放和吸收以发生变化的物质为基础答案：B解析：化学反应过程中都会伴随着物质变化和能量变化，A正确；化学变化过程中往往伴随着能量的变化，而有能量变化时不一定发生化学变化，如灯泡通电发光放热，B错误；化学反应的实质是原子的重新组合，符合质量守恒定律；化学反应过程中往往伴随着能量的变化，符合能量守恒定律，C正确；化学反应过程中同时存在物质和能量的变化，且能量的释放和吸收是以发生变化的物质为基础的，二者密不可分，D正确。2下列说法不正确的是()A在常温下可以
15、发生的反应不一定是放热反应B化学反应必然伴随能量变化，原因是化学反应中旧键断裂所吸收的能量与新键形成所释放的能量不相等C一定条件下，石墨转化为金刚石要吸收能量，说明石墨比金刚石稳定，等质量的金刚石和石墨完全燃烧石墨释放的能量更多D化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少有关答案：C解析：化学反应中旧键断裂所吸收的能量与新键形成所释放的能量不相等，使得化学反应的过程中伴随着能量的变化，B正确；一定条件下，石墨转化为金刚石要吸收能量，说明等质量的情况下，石墨所含能量更低，则石墨比金刚石稳定，且等质量的金刚石和石墨完全燃烧，金刚石释放的能量更多，C错误。3下列反应或过程中能量的变化符合图像的是()
16、AHHHHB2NH4ClBa(OH)28H2O=BaCl22NH310H2OCMg2HCl=MgCl2H2DH2SO42KOH=K2SO42H2O答案：B解析：根据图像，生成物的总能量大于反应物的总能量，说明反应是吸热反应或过程。A项，形成化学键的过程中会放出能量，错误；C项，属于金属与酸的反应，是放热反应，错误；D项，属于酸碱中和反应，是放热反应，错误。4下列各组变化中，前者属于吸热反应，后者属于放热反应的是()A生石灰与水反应；醋酸与氢氧化钠反应B煅烧石灰石；碳酸氢钠与盐酸反应CBa(OH)28H2O与NH4Cl反应；钠与水反应D甲烷的燃烧；过氧化氢的分解答案：C解析：生石灰与水反应为放热
17、反应，醋酸与氢氧化钠反应即酸碱中和反应为放热反应，故A错误；煅烧石灰石属于吸热反应，碳酸氢钠与盐酸的反应属于吸热反应，故B错误；Ba(OH)28H2O与NH4Cl的反应属于吸热反应，钠与水反应是放热反应，故C正确；甲烷的燃烧属于放热反应，过氧化氢的分解反应属于放热反应，故D错误。5如图是某化学反应过程中能量变化的曲线图。下列叙述正确的是()A该反应为吸热反应B该图可以表示Zn与盐酸反应的能量变化C该反应先发生物质变化后发生能量变化D断开反应物中化学键吸收的能量大于形成生成物中化学键放出的能量答案：B解析：A错，由图可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，则该反应是放热反应；B对，Zn和盐酸反应
18、生成ZnCl2和H2，并放出热量，符合图示能量变化；C错，化学反应过程中，物质变化和能量变化同时发生；D错，该反应是放热反应，断开反应物中化学键吸收的能量小于形成生成物中化学键放出的能量。6已知反应AB=CD的能量变化如图所示，下列说法不正确的是()A该反应为吸热反应B该反应吸收的能量为E1E2C该图可表示为酸和碱的反应图像D该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量答案：C解析：由图可知，该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，为吸热反应，A、D正确；酸碱中和反应为放热反应，图为吸热反应，C错误。7人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太
19、阳能的转换形态)，人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是()A研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”B发展太阳能经济有助于减缓温室效应C太阳能电池可将太阳能直接转化为电能D石油和天然气都属于碳素燃料答案：A解析：菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”，A错误；发展太阳能经济有助于减缓温室效应，B正确；太阳能电池可将太阳能直接转化为电能，C正确；石油和天然气都属于碳素燃料，D正确。8下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述错误的是()A化石能源物质内部蕴含着大量的能量B绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来C物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能，为人类
20、所利用D吸热反应没有利用价值答案：D解析：光合作用、水煤气的制取都是吸热反应，都具有很高的利用价值。9化学反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)的能量变化如图所示，请回答下列问题：(1)图中A、C分别表示_、_，反应_(填“吸收”或“释放”)能量。(2)反应过程中断裂的化学键为_，_(填“吸收”或“释放”)的能量为_；形成的化学键为_，_(填“吸收”或“释放”)的能量为_。(3)E2_或_(用A、C或E1、E3表示)。答案：(1)1 mol N2(g)和3 mol H2(g)的总能量2 mol NH3(g)的总能量释放(2)1 mol NN和3 mol HH吸收E16 mol NH释放E3(
21、3)ACE3E1解析：(1)A、C分别表示1 mol N2(g)和3 mol H2(g)(反应物)的总能量、2 mol NH3(g)(生成物)的总能量，由于反应物总能量高于生成物总能量，因此反应放出能量。(2)反应过程中断裂的化学键为1 mol NN和3 mol HH，吸收的能量为E1；形成的化学键为6 mol NH，释放的能量为E3。10请根据化学反应与热能的有关知识，填写下列空白：(1)在一个小烧杯里，加入20 g Ba(OH)28H2O粉末，将小烧杯放在事先已滴有45滴水的玻璃片上。然后加入10 g NH4Cl晶体，并用玻璃棒迅速搅拌。实验中玻璃棒的作用是_。写出有关的反应方程式：_。实
22、验中观察到的现象有_和反应混合物呈糊状。(2)下列过程中不一定释放能量的是_(填编号)。形成化学键燃料燃烧化合反应 葡萄糖在体内的氧化反应酸碱中和炸药爆炸(3)等质量的下列物质分别完全燃烧，放出热量较多的是_(填编号)。固体硫硫蒸气(4)已知：通常条件下，酸碱稀溶液中和生成1 mol水放出的热量为中和热。稀溶液中1 mol H2SO4和NaOH恰好反应时放出Q kJ热量，则其中和热为_ kJ mol1。答案：(1)搅拌使混合物充分接触并反应Ba(OH)28H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O玻璃片与烧杯之间结冰黏在一起，有少许刺激性气味的气体(2)(3)(4)解析：(1)用玻璃棒迅
23、速搅拌，可以知道玻璃棒的作用是搅拌使混合物充分接触并反应；氯化铵属于铵盐，能和强碱氢氧化钡反应生成氨气、水以及氯化钡，化学方程式为Ba(OH)28H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O。氯化铵和Ba(OH)28H2O的反应是吸热反应，温度降低能让水结冰，导致烧杯和玻璃片黏在一起，同时生成的氨气具有刺激性气味。(2)一般的化合反应放热，但有的化合反应吸热，如二氧化碳和碳反应生成一氧化碳。(3)固态变为气态需要吸收能量，所以硫蒸气的能量大于固体硫，等质量的固体硫、硫蒸气分别完全燃烧，放出热量较多的是硫蒸气。(4)稀溶液中1 mol H2SO4和NaOH恰好反应时生成2 mol水，放出Q
24、kJ热量，所以中和热为 kJ mol1。【能力提升】1化学家证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：下列关于合成氨反应的叙述不正确的是()A该过程表明，在化学反应中存在化学键的断裂与形成B在催化剂的作用下，反应物的化学键变得容易断裂C过程需吸收能量，过程则放出能量D常温下该反应难以进行，是因为常温下生成物的化学键难以形成答案：D解析：由图可知，每3个氢气分子和1个氮气分子断键得到原子，然后氢原子和氮原子生成2个氨分子，A项正确；催化剂能改变化学反应的速率，合成氨的反应在催化剂作用下，反应速率加快，意味着反应物中化学键的断裂和生成物中化学键的形成变得更容易，B项正确；化学键
25、的断裂需要吸收能量，而化学键的形成则放出能量，从图中可看出为化学键断裂过程，为新化学键形成过程，C项正确；化学键的断裂需要吸收能量，所以该反应在常温下难以进行，D项错误。2某反应由两步反应ABC构成，反应过程中的能量变化曲线如图，下列叙述正确的是()AA与C的能量差为E1B两步反应均为吸热反应C三种化合物中C最稳定D反应AB，反应条件一定要加热答案：C解析：由图像可知，A和C的能量差为E4E2E1E3，A项错误；A到B为吸热反应，B到C为放热反应，B项错误；物质的能量越低越稳定，从图中可知C能量最低，故C最稳定，C项正确；反应吸、放热由反应物和生成物的总能量决定，与反应条件无关，故吸热反应不一
26、定需要加热，D项错误。3NF3是一种温室气体，其储存能量的能力是CO2的12 00020 000倍。已知：断开1 mol NN吸收的能量为946 kJ，断开1 mol FF吸收的能量为154.8 kJ，断开1 mol NF吸收的能量为283 kJ。下列说法正确的是()AN2(g)2N(g)的过程会放出能量BN(g)3F(g)NF3(g)的过程会放出能量CN2(g)3F2(g)=2NF3(g)的反应为吸热反应D如果NF3吸收能量后没有化学键的断裂与形成，仍可能会发生化学反应答案：B解析：N2(g)2N(g)的过程是化学键断裂的过程，需要吸收能量，A项错误；N(g)3F(g)NF3(g)的过程为形
27、成化学键的过程，会放出能量，B项正确；在反应N2(g)3F2(g)=2NF3(g)中，形成2 mol NF3中的化学键释放的能量为6283 kJ1 698 kJ，断裂1 mol N2和3 mol F2中的化学键需吸收的能量为1946 kJ3154.8 kJ1 410.4 kJ，放出的能量吸收的能量，该反应为放热反应，C项错误；化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，如果NF3吸收能量后没有化学键的断裂与生成，则不可能发生化学反应，D项错误。4为探究Na2CO3、NaHCO3与盐酸的反应是吸热反应还是放热反应，某同学进行了下列实验(盐酸浓度相同，每项实验各做3次，取平均值)。实验序号试剂
28、固体混合前温度/混合后温度/a35 mL水2.5 g NaHCO320.018.5b35 mL水3.2 g Na2CO320.024.3c35 mL盐酸2.5 g NaHCO320.016.2d35 mL盐酸3.2 g Na2CO320.025.1(1)设计a、b组实验的目的是_。(2)通过上述实验可得出结论：Na2CO3溶液和盐酸的反应是_(填“吸热”或“放热”，下同)反应；NaHCO3溶液和盐酸的反应是_反应，NaHCO3溶液和盐酸反应的能量变化对应的图像是_(填字母)。答案：(1)作为对照实验，排除物质溶解而造成的热量变化(2)放热吸热A解析：(2)由实验b、d可知，当Na2CO3与盐酸
29、反应后，混合溶液的温度比Na2CO3在相同量水中溶解后的温度高，说明Na2CO3与盐酸的反应为放热反应；由实验a、c可知，当NaHCO3与盐酸反应后，混合溶液的温度比NaHCO3在相同量水中溶解后的温度低，说明碳酸氢钠与盐酸的反应为吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，A项图示能量变化符合题意。5.下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所吸收的能量：物质Cl2Br2I2HClHBrHIH2能量/kJ243193151432366298436根据上述数据，回答下列问题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是_(填字母，下同)。AH2 BCl2 CBr2 DI2(2)下列氢化物中最稳定的是
30、_。AHCl BHBr CHI(3)X2(g)H2(g)=2HX(g)(X代表Cl、Br、I)的反应是_(填“吸热反应”或“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_。.已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能通常把拆开(或形成)1 mol化学键吸收(或放出)的能量称为键能：PP为198 kJmol1、PO为360 kJmol1、O=O为498 kJmol1。则P4(白磷，s)3O2(g)=P4O6(s)的反应是_(填“吸热”或“放热”)反应，生成1 mol P4O6放出的热量为_。答案：
31、.(1)A(2)A(3)放热反应(4)Cl2.放热1 638 kJ解析：.(1)、(2)破坏1 mol 物质中的化学键所吸收的能量越大，则物质越稳定，所具有的能量越低。(3)、(4)以氯元素为例计算断开1 mol ClCl和HH需吸收能量：243 kJ436 kJ679 kJ，而形成2 mol HCl放出的能量为2432 kJ864 kJ，所以在Cl2(g)H2(g)=2HCl(g)反应中放出864 kJ679 kJ185 kJ的热量，同理可计算在Br2(g)H2(g)=2HBr(g)、I2(g)H2(g)2HI(g)反应中，分别放出103 kJ、9 kJ的热量。.断开旧键吸收的能量为6198 kJ3498 kJ2 682 kJ，形成新键放出的能量为12360 kJ4 320 kJ，故该反应为放热反应，生成1 mol P4O6放出的热量为4 320 kJ2 682 kJ1 638 kJ。
