1、1第一节 化学能与热能一、化学键与化学反应中能量变化的关系1化学反应中能量变化的原因微观角度(1)化学反应过程(2)化学反应中能量变化的原因2化学反应中能量的决定因素宏观角度图示能量相对大小反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量(1)化学反应的两大基本特征：物质种类发生变化和能量发生变化。(2)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。例 1 H 2Cl 2=2HCl 的反应过程如下图所示：2(1)根据上图填写下表：化学键断裂或形成 1mol 化学键时能量变化反应中能量变化ClCl 吸收 243kJHH 吸收 436kJ共吸收_kJHCl 放出 43
2、1kJ 共放出_kJ(2)该反应_(填“放出”或“吸收”)_kJ 热量。考点 化学键与化学反应中的能量变化的关系题点 由化学键的变化认识反应中的能量变化答案 (1)679 862 (2)放出 183例 2 已知 1g 氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量 121kJ，且氧气中 1molO=O 键完全断裂时需要吸收能量 496kJ，水蒸气中 1molHO 键形成时放出能量 463kJ，则氢气中 1molHH 键断裂时吸收的能量为( )A920kJ B557kJC436kJ D188kJ考点 化学键与化学反应中能量变化的关系题点 利用化学键求算化学反应中的能量变化答案 C解析 由 1gH2完全燃烧生成
3、水蒸气时放出能量 121kJ 可知：2gH 2(即含 1molHH 键)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为 121kJ2242kJ。由化学方程式 H2(g) O2(g)12H2O(g)可设 1molHH 键断裂吸收的能量为 Q，则：= = = = =点 燃 Q 496kJ2463kJ242kJ， Q436kJ。12二、化学能与热能的相互转化1两条基本的自然定律(1)质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，总质量不变。(即反应前后原子个数、元素种3类、原子质量不变)。(2)能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，但是体系包含的总能量不变。2放热反应和吸热反应(1)实验探究实验操作 实
4、验现象 结论看到有气泡产生、用手触摸反应后的试管，手感到热用温度计测得反应后温度升高该反应放出热量闻到刺激性气味，烧杯壁发凉，玻璃片和烧杯黏在一起，混合物呈糊状该反应吸收热量混合后溶液温度比原来的两种溶液的温度高该反应放出热量(2)概念放出热量的化学反应为放热反应。吸收热量的化学反应为吸热反应。(3)常见的吸热反应和放热反应常见的放热反应有：燃烧反应、中和反应、金属与水或酸的反应、大多数化合反应。常见的吸热反应有：大多数分解反应、氢氧化钡晶体与氯化铵的反应、CCO 22CO、CH 2O(g) COH 2等。= = = = =高 温 = = = = =高 温 4放热反应与吸热反应比较类型比较 放
5、热反应 吸热反应定义 放出热量的反应 吸收热量的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的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键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图示例 3 硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的原理是：粗硅冶炼：SiO 22C Si2CO。= = = = =高 温 精炼硅：Si3HCl SiHCl3H 2；= = = = =高 温 SiHCl 3H 2 Si3HCl。= = = = =高 温 化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题：(1)是_反应，是_反应，是_
6、反应(填“吸热”或“放热”)。(2)反应破坏反应物中的化学键所吸收的能量_(填“大于”或“小于”)形成生成物中化学键所放出的能量。考点 化学能与热能的相互转化题点 常见的吸热反应与放热反应答案 (1)吸热 放热 吸热 (2)小于解析 (2)因为反应是放热反应，所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成5物中化学键所放出的能量。例 4 下列说法正确的是( )需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 放热反应在常温下一定很容易发生 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 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 B只有C D考点 化学能与热
7、能的相互转化题点 多角度认识吸热反应与放热反应答案 A解析 加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在常温下不一定容易发生，如 N2与 H2合成 NH3；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；需要加热才能发生的放热反应，如果反应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如 FeS FeS。= = = = = 特别提示(1)“三个不一定”需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应；放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应；吸热反应也不一定需要加热，如 Ba(OH)28H2O 晶体和 NH4Cl 晶体的反应。(2)吸热反应
8、和放热反应都是化学变化，如 NaOH 固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。三、化学能与热能相互转化的应用1化学能与热能的相互转化在生活、生产中的应用化学物质中的化学能通过化学反应转化成热能，提供了人类生存和发展所需要的能量和动力，如化石燃料的燃烧、炸药开山、发射火箭等；而热能转化为化学能是人们进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径，如高温冶炼金属、分解化合物等。2生物体中的能量转化及利用能源物质在人体中氧化分解生成 CO2和 H2O，产生的能量一部分以热量的形式散失；另一部分作为可转移能量在人体内利用(如合成代谢)。3人类对能源的利用(1)
9、人类利用能源的三个阶段柴草时期、化石能源时期和多能源结构时期。(2)可再生能源和清洁能源是两类重要的新能源，主要有太阳能、氢能、核能、生物质能等。6例 5 “能源分类相关图”如下图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是( )A煤炭、石油、潮汐能 B水能、生物能、天然气C太阳能、风能、沼气 D地热能、海洋能、核能考点 化学能与热能相互转化的应用题点 能源类别答案 C解析 A 项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B 项，天然气不是新能源，也不是可再生能源；D 项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳的能源。1判断正误(正确的打“” ，错误的打“”)(1)
10、化学反应过程中不一定都有能量变化( )(2)镁带燃烧时，化学能全部转化为热能( )(3)有能量放出的变化都是放热反应，吸收能量的变化都是吸热反应( )(4)对于放热反应 2H2O 2 2H2O 来说，断裂 1 个 HH 键和 1 个 O=O 键所吸= = = = =点 燃 收的能量小于形成 1 个 HO 键所放出的能量( )(5)由 OO O 2(放出能量 493kJ)和 NN N 2(放出能量 946kJ)可得在常温下氮气比氧气稳定( )考点 化学能与热能的相互转化7题点 化学反应中能量变化的相关综合答案 (1) (2) (3) (4) (5)2化学反应的发生必然伴随能量的转化，其最根本的原
11、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考点 化学键与化学反应中的能量转化题点 化学反应的基本特征答案 B解析 断裂旧键时，需要吸收一定的能量来克服原子(或离子)间的作用力，形成新键时，又要释放一定的能量，并且吸收和释放的能量不相等，所以化学反应必然伴随能量的变化。3(2017河北承德一中月考)下列关于图示说法正确的是( )A该图表明催化剂可以改变反应的热效应B该图表示某反应能量的变化与生成物状态无关C该图表示某吸热反应分别在有无催化剂的情况下反应过程中的能
12、量变化D该图表明化学反应不仅遵循质量守恒定律，也遵循能量守恒定律考点 化学键与化学反应中的能量转化题点 由图像分析化学反应中的能量转化答案 D解析 A 项，起始能量与最终能量不变，因此催化剂不能改变反应的热效应，故错误；B 项，图中并没有表现出物质的状态，因此不能得出该结论，且反应能量的变化与生成物状态有关，故错误；C 项，生成物的总能量低于反应物的总能量，因此该反应为放热反应，故错误；D项，多余的能量以热量的形式释放，因此遵循能量守恒定律，故正确。4将铁粉和硫粉混合后加热，待反应一发生即停止加热，反应仍可持续进行，直至反应完全生成新物质硫化亚铁。这现象说明了( )A该反应是吸热反应B该反应是
13、放热反应C铁粉和硫粉在常温下可以发生反应D硫化亚铁的总能量高于铁粉和硫粉的总能量8考点 化学能与热能的转化题点 吸热或放热反应的实验或探究答案 B解析 反应发生后停止加热，反应仍可持续进行说明反应为放热反应，A 错误，B 正确；反应需要加热才能发生，常温下不能进行，C 错误；反应是放热反应，所以反应物的总能量高于生成物的总能量，D 错误。5为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是( )AH 2O 的分解反应是放热反应B氢能源已被普遍使用C氢气不易贮存和运输，无开发利用价值D2molH 2O 具有的总能量低于 2molH2和
14、1molO2具有的总能量考点 化学能与热能的转化题点 化学能与热能相互转化的应用答案 D解析 水的分解是吸热反应，A 错误；氢能源由于受贮存和运输等因素的限制，还未普遍使用，但有巨大的开发利用价值，B、C 错误；2molH 2在 1molO2中完全燃烧生成 2molH2O，并放出大量的热，D 正确。6下表中的数据是破坏 1mol 物质中的化学键所消耗的能量：物质 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2能量/kJ 243 193 151 432 366 298 436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)。AH 2BCl 2CBr 2DI 2(2)下
15、列氢化物中最稳定的是_(填字母)。AHClBHBrCHI(3)X2H 2=2HX(X 代表 Cl、Br、I)的反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。(4)相同条件下，X 2(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_。考点 化学键与化学反应中能量变化9题点 化学反应中能量变化与物质的稳定性答案 (1)A (2)A (3)放热 (4)Cl 2解析 (1)、(2)破坏 1mol 物质中的化学键所消耗的能量越高，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 1molClCl 键和 1molHH 键需吸收能量：243kJ436k
16、J679kJ，而形成 2molHCl 键放出的能量为 2432kJ864kJ，所以在Cl2H 2=2HCl 反应中放出 864kJ679kJ185kJ 的热量，同理可计算在Br2H 2=2HBr、I 2H 2=2HI 反应中分别放出 103kJ、9kJ 的热量。对点训练题组一 化学键与化学反应中的能量变化1下列对化学反应的认识错误的是( )A会引起化学键的变化B会产生新的物质C必然引起物质状态的变化D必然伴随着能量的变化考点 化学键与化学反应中的能量变化题点 化学反应的基本特征答案 C解析 化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，并伴随着能量的变化，而化学变化中的反应物和生成物
17、的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故 C 项符合题意。2氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏 1mol 氢气中的化学键消耗的能量为 Q1kJ，破坏 1mol 氯气中的化学键消耗的能量为 Q2kJ，形成 1mol 氯化氢中的化学键释放的能量为 Q3kJ。下列关系式中正确的是( )A Q1 Q2Q3C Q1 Q22Q3考点 化学键与化学反应中的能量变化题点 从化学键的变化认识反应中的能量变化答案 A解析 由于 Cl2和 H2反应生成 HCl 要放出热量，所以 Q1 Q22Q3。3已知断开 1molHH 键吸收的能量为 436kJ，形成 1molHN 键放出的能量为 391kJ，
18、根据化学方程式 N23H 2 2NH3，反应完 1molN2放出的能量为 92.4kJ，则断开 高 温 、 高 压 催 化 剂101molNN 键需吸收的能量是( )A431kJB945.6kJC649kJD869kJ考点 化学键与化学反应中能量变化的关系题点 由化学键的变化计算反应中的能量变化答案 B解析 设断开 1molNN 键需吸收的能量为 x，根据反应放出的能量形成新键放出的能量断开旧键吸收的能量，代入数据：92.4kJ6391kJ3436kJ x， x945.6kJ。4已知反应 AB= =CD 的能量变化如图所示，下列叙述正确的是( )A该反应为放热反应B该反应为吸热反应C反应物的总
19、能量高于生成物的总能量D该反应只有在加热条件下才能进行考点 化学键与化学反应中能量变化的关系题点 由图像分析化学反应中的能量变化答案 B5已知化学反应 2C(s)O 2(g) 2CO(g)、2CO(g)O 2(g)= = = = =点 燃 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)( = = = = =点 燃 )A12gC 所具有的能量一定高于 28gCO 所具有的能量B56gCO 和 32gO2所具有的总能量大于 88gCO2所具有的总能量C12gC 和 32gO2所具有的总能量大于 44gCO2所具有的总能量D将一定质量的 C 燃烧，生成 CO2比生成 CO
20、时放出的热量多考点 化学键与化学反应中的能量变化关系题点 由物质的能量认识化学反应中的能量变化答案 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 CO 2 CO2必然是放热反应，因此，B、C 两项的说法= = = = =点 燃 正确；12gC 并不代表反应物的全部，O 2也是反应物，所以 A 项不正确；由于 C CO 放 O2 11热、CO CO2放热，所以 C CO2比 C CO 放出的热量要多，即 D 项说法正确。 O2 O2 O2 6(2017汕头高一检测)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
21、形成时放出的能量不同引起的。如图表示 N2 (g)和 O2(g)反应生成 NO (g)过程中的能量变化，下列说法中正确的是( )A1molN 2(g)和 1molO2(g)反应放出的能量为 180kJB1molN 2(g)和 1molO2(g)具有的总能量小于 2molNO(g)具有的总能量C通常情况下，N 2 (g)和 O2(g)混合能直接生成 NODNO 是一种酸性氧化物，能与 NaOH 溶液反应生成盐和水考点 化学键与化学变化中的能量变化关系题点 多角度认识化学变化中的能量变化答案 B解析 反应热就是断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键所放出的能量的差值，所以该反应的反应热是 946kJ
22、mol1 498kJmol 1 2632kJmol 1 180kJmol 1 ，所以该反应是吸热反应，所以选项 A 不正确，选项 B 正确；氮气和氧气反应需要在高温或放电条件下，选项 C 不正确；NO 不是酸性氧化物，和氢氧化钠溶液不反应，选项 D 不正确。7(2017石家庄高一检测)金刚石与石墨是碳元素的两种结构不同的单质，彼此互称同素异形体。在 100kPa 时，1mol 石墨转化为金刚石要吸收 1.895kJ 的热能。据此判断在 100kPa压强下，下列说法正确的是( )A金刚石比石墨更稳定B石墨比金刚石更稳定C1mol 金刚石比 1mol 石墨的总能量低D1mol 金刚石转变为石墨需要
23、吸收 1.895kJ 能量考点 化学键与化学反应中能量变化的关系题点 化学反应中能量变化与物质的稳定性答案 B解析 1 mol 石墨转化为金刚石吸收 1.895 kJ 的热能，说明金刚石的能量高于石墨，石墨更稳定，A 项不正确，B 项正确，C 项不正确；1 mol 金刚石转变为石墨时要放出 1.895 kJ的能量，D 项不正确。题组二 化学能与热能的相互转化8下列反应一定属于放热反应的是( )12H 2SO4与 Ba(OH)2溶液的反应 Mg 与 CH3COOH 溶液的反应 燃烧反应 中和反应 复分解反应A仅 B仅C仅 D仅考点 化学能与热能的相互转化题点 常见的放热反应和吸热反应答案 C解析
24、 金属与酸反应、中和反应、所有燃烧反应都是放热反应，复分解反应则不一定是放热反应。9下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中错误的是( )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，为人类所利用D吸热反应没有利用价值考点 化学能与热能的相互转化题点 化学能与热能相互转化的应用答案 D解析 任何反应都有有利和不利的一面，如 CCO 2高温,2CO 是吸热反应，在钢铁冶炼中可以利用该反应获得更多的还原剂 CO，故 D 项错误。10如图表示化学反应过程中的能量变化，据图判断下列说法中合理的是( )A500
25、mL2.0molL 1 HCl 溶液和 500mL2.0molL1 NaOH 溶液的反应符合图(a)，且放出热量为 E1B500mL2.0molL 1 H2SO4溶液和 500mL2.0molL1 Ba(OH)2溶液的反应符合图(b)，且吸收热量为 E2C发生图(a)能量变化的任何反应，一定不需要加热即可发生DCaO、浓硫酸分别溶于水时的能量变化均符合图(a)考点 化学能与热能的相互转化题点 多角度认识吸热反应与放热反应答案 A13解析 图(a)表示放热反应，选项 A 是放热反应，A 项正确；图(b)表示吸热反应，选项 B 是放热反应，B 项错误；一些放热反应需加热才能发生，C 项错误；浓硫酸
26、溶于水虽然会放出热量，但不属于化学反应，D 项错误。11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。下列说法正确的是( )ANH 4HCO3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DNH 4HCO3的能量一定低于 NH4Cl 的能量考点 化学能与热能的相互转化题点 吸热或放热反应实验与探究答案 B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，A 错误；吸热反应中反应物吸收能量，吸收的能量转化为生成物内部的能量储存在生成物中，B 正确；
27、由于 NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应，故反应物的总能量低于生成物的总能量，C 错误；NH 4HCO3粉末与盐酸的反应是吸热反应，各反应物的总能量低于各生成物的总能量，而 NH4HCO3仅是两种反应物之一、NH 4Cl 仅是三种生成物之一，故无法得出 NH4HCO3的能量一定低于 NH4Cl 的能量的结论，D 错误。12下列说法中正确的是( )A化学反应中的能量变化，其表现形式除热能外还可能是光能和电能等B化学反应中的能量变化不一定遵循能量守恒定律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考点 化学
28、能与热能的相互转化题点 化学反应中能量变化的相关综合答案 A解析 化学反应中的能量变化一定遵循能量守恒定律；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；在一个确定的化学反应中，反应物的总能量( E1)与生成物的总能量( E2)之间的关系： E1 E2，化学反应为放热反应， E1 E2，化学反应为吸热反应。综合强化13化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1mol 化学键时释放(或吸收)的能量。已知白磷和 P4O6分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能：PP：198kJmol 1 、PO：360kJmol 1 、O= =O：49
29、8kJmol 1 ，则 P4(白磷)143O 2=P4O6的反应是_(填“吸热”或“放热”)反应，生成 1molP4O6_的热量为_。考点 化学键与化学变化中能量变化的关系题点 由化学键的变化计算能量变化答案 放热 放出 1638kJ解析 断开旧键吸收的能量为 1986 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。14下图是某同学设计的放热反应的观察装置，其实验操作如下：按图示将实验装置连接好；在 U 形管内加入少量红墨水(或品红溶液)，打
30、开 T 形管的全部弹簧夹，使 U 形管内两边的液面处于同一水平面，再关闭弹簧夹 c；在盛有 1g 氧化钙的小试管里滴入 2mL 左右的水，观察现象。试回答：(1)实验前必须进行的一步实验操作是_。(2)实验中观察到的现象是_。(3)该实验的原理是_。(4)写出实验中发生反应的化学方程式：_。(5)说明 CaO、H 2O 的能量与 Ca(OH)2的能量之间的关系：_。(6)若实验中 CaO 换成 NaCl，实验还能否观察到相同的现象？_(填“能”或“否”15)。考点 化学键与热能的相互转化题点 吸热或放热反应的实验与探究答案 (1)检查装置气密性(2)U 形管内的液体左边下降，右边上升(3)Ca
31、O 和 H2O 反应放出热量，使大试管中的空气受热膨胀，引起红墨水(或品红溶液)在 U形管中的位置左低右高(4)CaOH 2O=Ca(OH)2(5)1molCaO 与 1molH2O 的能量和大于 1molCa(OH)2的能量(6)否15(2017榆林高一检测)工业上用 CO 生产燃料甲醇，一定条件下发生反应：CO(g)2H 2(g)CH 3OH(g)，反应过程中的能量变化情况如图所示。(1)曲线和曲线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 1.5molCH3OH(g)时，能量变化是_kJ。(2)选择适宜的催化剂_(填“能”或“不能”
32、)改变该反应的反应热。(3)推测反应 CH3OH(g)CO(g) 2H 2(g)是_(填“吸热”或“放热”)反应。考点 化学能与热能的相互转化题点 化学反应中能量变化的综合答案 (1)放热 136.5 (2)不能 (3)吸热解析 (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 kJmol 1 419 kJmol 1 91 kJmol 1， 则 反 应 生 成 1.5 mol CH3OH(g)时 ，能 量 变 化 是 1.5 mol91 kJmol1 136.5 kJ。(2)从图中可知，曲线和曲线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。16
