6.1.1 化学反应与热能（第1课时）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（人教版2019必修第二册）

第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 6.1.1 化学反应与热能 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解化学反应中伴随着能量的变化，知道常见的吸热反应和放热反应。 2．能从化学键和反应物和生成物的能量变化的角度分析吸热反应和放热反应。 3．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础及化学在解决能源危机中的重要作用。 重点:化学键与化学反应能量变化的关系、吸热反应和放热反应。 难点:理解化学反应中能量变化的主要原因。 一、化学反应中的能量变化 1.实验探究 【实验6-1】放热反应（必修第二册，P32） 实验装置 实验原理 Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ △H＜0 实验用品 2mol/L 的盐酸、镁条；温度计、试管、砂纸。 实验步骤 在一支试管中加入 2 mL 2mol/L 的盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条。观察现象，并用温度计测量溶液温度的变化。 实验现象 试管中有大量气泡产生，试管壁发烫，溶液的温度升高。 实验结论 镁和盐酸的反应是放热反应。 【实验6-2】吸热反应（必修第二册，P33） 实验装置 实验原理 Ba(OH)2 •8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O △H＞0 实验用品 Ba(OH)2 •8H2O 晶体、NH4Cl 晶体；烧杯、玻璃片（或小木板）、玻璃棒。 实验步骤 将20g Ba(OH)2 •8H2O 晶体研细后与10gNH4Cl 晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸烧壁下部，试着用手拿起烧杯，观察现象。 实验现象 有少许刺激性气味的气体产生；烧杯变凉，木片和烧杯底部粘接在一起。 实验结论 ①Ba(OH)2 •8H2O 晶体和 NH4Cl 晶体的反应是吸热反应。②反应产生了氨气。 【探究结论】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： ①放热反应：释放热量的化学反应。 ②吸热反应：吸收热量的化学反应。 注：有热量放出未必是放热反应，吸收能量也未必是吸热反应，因为放热反应和吸热反应必须是化学变化。 2）吸热反应、放热反应的判定 ①如图， E1＞E2，新化学键的形成所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是吸热反应； 　　E1＜E2，新化学键的形成所释放的能量大于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是放热反应。 　　如 　　　　　　　　　　　　　 　　反应物断键吸收的能量＜生成物成键释放的能量，说明该反应为放热反应。 　　即遵循能量守恒定律，反应物的总能量=生成物总能量+热量（放热反应），反应物总能量=生成物总能量－热量（吸热反应）。 　　注：①物质本身所具有的能量越低，说明其结构越稳定，热稳定性强，断裂其化学键所吸收的能量就越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。 　　②反应的条件与反应的热效应没有必然的联系，每一个反应都有特定的条件，需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。例如燃烧都是放热反应，但是反应要达到着火点。 3）记住常见的放热反应和吸热反应 （1）常见的放热反应： ①所有的燃烧反应； ②大多数的化合反应（注：CO2+C2CO为吸热反应）； ③酸碱中和反应； ④金属与酸或水的反应； ⑤缓慢的氧化反应； ⑥其他，如：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O；CaO+H2O=Ca(OH)2；2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑；2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；2Al+ Fe2O32Fe+Al2O3（铝热反应） （2）常见的吸热反应： ①大多数的分解反应； ②铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O或Ca(OH)2与NH4Cl反应：Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==2NH3↑+BaCl2+10H2O； ③以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如CO2+C2CO；C+H2O(g)CO+H2；3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 ④需要持续加热的反应 【特别解读】①常见的热效应如浓硫酸溶于水、NaOH溶于水、Ca(OH)2溶于水，虽伴随着能量的放出，但并不是放热反应；铵盐溶于水虽需要吸收能量，也不是吸热反应。 ②对于可逆反应，若正反应为放热反应，则逆反应必为吸热反应。 【概念解读】1、凡是物质的化学变化就一定只存在化学能与热能的转化？ 不一定，因为化学变化一定伴随着能量变化，能量变化除表现为热能变化外，还可表现为电能等的变化。 2、将热能转变为化学能的变化一定为吸热反应？ 不一定，从化学键的角度看化学反应包含两个过程：旧的化学键断裂和新的化学键形成。断裂化学键需要吸收能量，就是将热能转化为化学能，形成化学键要释放出能量，就是化学能转化热能或其它形式的能量，因此，不管是吸热反应还是放热反应都有热能转化为化学能。 3、需要加热才能进行的反应一定为吸热反应？ 不一定，不是需要加热的反应都是吸热反应，因为燃烧大多数要"点燃"，即需要加热，但燃烧都是放热反应。 二、化学键与化学反应中能量变化的关系 1、化学反应的实质和特征 （1）实质：化学反应的过程就是反应物分子中的原子重新组合成生成物分子的过程，也就是反应物分子中化学键断裂和生成物分子中化学键形成的过程。 （2）特征：①物质变化：有新物质生成，遵循质量守恒定律；②能量变化：释放或吸收能量，遵循能量守恒定律。 （3）体系与环境中能量变化同时进行。 2、化学反应中能量变化的原因 （1）断开化学键吸收能量 　　例：1molH2中含有1molH—H键，常温常压下断开1molH—H键，需要吸收436kJ的热量。 （2）形成化学键放出能量 　　由2molH原子生成1molH2，有1molH—H键生成，生成过程中向外界释放436kJ的热量。 　　注：形成1molH—H键释放的能量与断开1molH—H键吸收的能量相等。 【解读】任何化学反应都要经历旧化学键断裂和新化学键形成的过程，因此，任何化学反应都伴随着能量的变化。在化学反应中，从反应物分子改变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的新化学键形成了，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用，在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量。因此说化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。 3、决定化学反应中能量变化的因素及反应能量变化的判定 （1）决定因素 ①化学反应在发生过程中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能量的相对大小。如下图所示： 反应物的总能量＜生成物的总能量，反应吸收能量（图1）； 反应物的总能量＞生成物的总能量，反应放出能量（图2）。 ②旧键断裂所吸收的能量与新键的形成所释放的能量的相对大小决定了一个化学反应中能量变化 　　　　 当E1＞E2，反应吸收热量； 当E1＜E2，反应放出热量。 （2）反应能量变化的判定——吸热反应、放热反应的判定，如图， ①E1＞E2，新化学键的形成所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是吸热反应； ②E1＜E2，新化学键的形成所释放的能量大于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是放热反应。 如 　　　　　　　　　　　　　 　　反应物断键吸收的能量＜生成物成键释放的能量，说明该反应为放热反应。即遵循能量守恒定律，反应物的总能量=生成物总能量+热量（放热反应），反应物总能量=生成物总能量－热量（吸热反应）。 【解读】①物质本身所具有的能量越低，说明其结构越稳定，热稳定性强，断裂其化学键所吸收的能量就越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。 ②反应的条件与反应的热效应没有必然的联系，每一个反应都有特定的条件，需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。例如燃烧都是放热反应，但是要达到着火点。 4、理解反应历程与反应热的关系 图示 意义 a表示正反应的活化能；b表示逆反应的活化能。c表示该反应的反应热。 ΔH 图1：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝－c kJ·mol－1，表示放热反应 图2：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝+c kJ·mol－1，表示吸热反应 三、人类对能源的利用 1、人类对化学反应中热能的利用——燃烧 （1）发现：始于炎的发现； （2）早期利用——柴草时期：以树枝和杂草为主要能源； （3）近代利用——化石能源时期：以煤、石油、天然气为主要能源； （4）现代利用——多能源结构时期。 2、能源的分类 凡是能够提供某种形式能量的物质或是物质的运动，统称为能源。它是人类取得能量的来源，包括已开采出来的可供使用的自然资源和经过加工或转移的能量的来源，尚未开采出的能量资源不列入能源的范畴，只能是能源资源。能源的分类方法有多种： （1）一次能源与二次能源 从自然界直接取得的天然能源叫一次能源，如原煤、原油、流过水坝的水等；一次能源经过加工转换后获得的能源称为二次能源，如各种石油制品、蒸气、煤气、电力、氢能等。 （2）常规能源与新能源 在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛使用的能源称为常规能源，如煤、石油、天然气、水能等；随着科技的不断发展，才开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发现的利用先进技术所获得的能源都是新能源，如核能、风能、太阳能、海洋能等。 （3）可再生能源与非再生能源 ①可连续再生、永久利用的一次能源称为可再生能源，如水力、风能等； ②经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称为非再生能源，如石油、煤、天然气等。 3、新能源 （1）概念：是指以新技术为基础，系统开发利用的能源，包括太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能等。 （2）太阳能的利用 植物的光合作用是大自然“利用”太阳能极为成功的范例。在人工利用太阳能方面，例如模拟生物体储存太阳能、利用太阳能电池把太阳能直接转化为电能、利用太阳能直接分解水，使太阳能转化为氢能等方面的研究，都取得了一些可喜的成绩。 （3）氢能的利用 氢能是人类最理想的能源，氢能主要用作高能燃料，广泛应用于飞机、汽车、燃料电池等其他需要热能或其他形式的能量的设备中。 （4）生物质能 新能源中一种无限的可再生性的能源是生物质能。它是自然界中各种绿色植物通过光合作用，将太阳能转换为化学能而固定下来的，储存在植物体内的一种自然资源能。 4、解决能源问题的措施 ①提高能源的利用效率：a.改善开采、运输、加工等各个环节；b.科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。 ②开发新能源：开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。 【思考与讨论p35】参考答案：感到空气污染相对较轻的人，会不反对甚至支持煤、汽油和柴油的使用；感到空气污染严重的人，会反对煤、汽油和柴油的使用。科学地说，无论某时某地空气污染是否严重，人们都要从自身做起，尽量减少煤、汽油和柴油的使用量，同时尽量使用新能源。交通出行的快捷是方便，供暖、制冷调控室温是舒服，青山绿水才是真正的方便、舒服。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）需加热才能进行的反应是吸热反应，不需加热就能进行的反应是放热反应。( ) （2）吸热反应一定需要加热才能发生。( ) （3）氢气燃烧，浓硫酸溶于水，都放出热量，这些变化都为放热反应。( ) （4）镁条在空气中燃烧是放热反应，反应过程中所释放的能量全部转化为热能。( ) （5）物质发生吸热反应后，体系的总能量减少。( ) （6）发生能量变化的过程中一定伴随着化学变化。( ) （7）需要加热才能发生的反应一定是吸热反应。( ) （8）吸热反应需要加热才能进行，放热反应都不需要加热就可以进行。( ) (9)火是物质通过化学变化将化学能主要转化为热能和光能的一种形式。( ) (10)从能量角度看，断开化学键要放热，形成化学键要吸热。一个化学反应是释放能量，还是吸收能量，取决于二者的相对大小。( ) 2．化学反应中伴随着能量变化，根据相关知识回答下列问题： （1）下列变化属于吸热反应的是 (填序号)。 a．生石灰溶于水                         b．浓硫酸稀释 c．硝酸铵溶于水                         d．铜溶于浓硝酸 e．氯化铵固体与氢氧化钡晶体混合搅拌 （2）已知H2和O2反应放热，且断开1molH－H键、1molO=O键、1molO－H键需吸收的能量分别为Q1kJ、Q2kJ、Q3kJ，由此可以推知下列关系正确的是 (填序号)。 ①Q1+Q2>Q3②2Q1+Q2<4Q3 ③Q1+Q2>2Q3④Q1+Q2<2Q3 （3）为了研究化学反应A+B=C+D的能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。当向盛有A的试管中滴加试剂B时，看到U形管中甲处液面下降乙处液面上升。    则该反应为 反应(填“放热”或“吸热”)，A和B的总能量比C和D的总能量 (填“高”或“低”)，反应物化学键断裂吸收的能量 (填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。 ►问题一 如何理解反应过程中的能量变化？ 【典例1】下列说法正确的是 A．化学键的断裂和形成是化学反应能量变化的主要原因 B．伴有能量变化的物质变化都是化学变化 C．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量一定相同 D．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量 【解题必备】 （1）化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，任何化学反应都具有热效应。 （2）不能根据反应条件判断反应是放热还是吸热，需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应，不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。 （3）有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应，如水结成冰放热但不属于放热反应。 （4）物质三态变化时，能量的变化形式为。 【变式1-1】下列说法不正确的是(　　) A．在常温下可以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 【变式1-2】下列关于化学反应中能量变化的说法正确的是 A．形成化学键的过程是放热过程 B．可逆反应进行的过程中没有能量变化 C．在常温下可以发生的反应一定是放热反应 D．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关 ►问题二 如何判断反应是放热反应还是吸热反应？ 【典例2】下列变化中，既属于氧化还原反应又属于吸热反应的是 A．灼热的碳与二氧化碳反应 B．铝和盐酸反应 C．酸碱中和反应 D．氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应 【解题必备】1.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；吸热反应不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O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。 2.放热反应与吸热反应的比较 放热反应 吸热反应 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 3.判断吸热反应和放热反应的两种方法 ①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)。 ②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2-1】“即热快餐”外层分别装了两种互不接触的化学物质，使用时将两种物质混合即可对食物进行加热，这两种物质可能是 A．食盐和铁粉 B．和 C．生石灰和水 D．浓硫酸和水 【变式2-2】以下过程中所涉及的反应与镁条和盐酸反应的能量变化情况相同的是 A．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应 B．氢气和氯气在光照下发生反应 C．碳酸氢钠固体与盐酸的反应 D．灼热的炭与二氧化碳反应 ►问题三 如何分析能量变化图？ 【典例3】某反应由两步反应A→B→C构成，它的反应能量曲线如图所示，下列叙述正确的是 A．两步反应均为反应物的总能量大于生成物的总能量 B．三种化合物中C最稳定 C．A→B反应，反应条件一定需要加热 D．A→C反应为吸热反应 【解题必备】解答能量变化图像题的“4关键” （1）从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即E1； （2）从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即E2； （3）ΔH＝E1－E2； （4）催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不能影响反应的ΔH。 【变式3-1】已知反应A＋B===C＋D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E1－E2 C．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 【变式3-2】物质变化过程中常伴随有能量变化。某化学反应的能量变化曲线如图所示。下列说法正确的是 A．该反应属于放热反应 B．该反应中的能量一定低于的能量 C．断裂和时放出能量 D．该反应生成时，吸收能量 ►问题四 物质的稳定性与反应热及键能是什么关系？ 【典例4】化学反应中的能量变化是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 A．N元素非金属性较强，故通常情况下N2不稳定，易发生化学反应 B．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO C．1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量 D．1molN2(g)和1molO2(g)反应放出的能量为180kJ 【解题必备】1.物质本身所具有的能量越低，说明其结构越稳定，热稳定性强，断裂其化学键所吸收的能量就越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。 2.熟记反应热ΔH的基本计算公式 ΔH＝E(生成物的总能量)－E(反应物的总能量) ΔH＝E(反应物的总键能)－E(生成物的总键能) 3.规避两个易失分点 ①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任一个过程都不是化学变化。 ②常见物质中的化学键数目 物质 CO2 (C===O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2 (Si—O) 石墨 金刚石 S8 (S—S) Si (Si—Si) 键数 2 4 6 4 1.5 2 8 2 【变式4-1】石墨和金刚石都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知12g石墨完全转化为金刚石时，要吸收akJ的能量。下列说法中正确的是 ①石墨不如金刚石稳定 ②金刚石不如石墨稳定 ③等质量的石墨和金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多 ④等质量的石墨和金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 【变式4-2】一定条件下，化学反应的能量变化示意图如下，下列说法正确的是 A．和的总能量为1365kJ B．该反应最终向外界吸收487kJ的能量 C．由、原子形成，共放出1852kJ能量 D．若生成，则释放的能量大于487kJ 1．下列化学反应过程中伴有热量释放的是 A．灼热的碳与二氧化碳的反应 B．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应 C．盐酸与碳酸氢钠的反应 D．金属钠与水的反应 2．氢气可以在氧气中燃烧。在该反应中：断裂1mol键消耗的能量为kJ，断裂1mol键消耗的能量为kJ，形成1mol键释放的能量为kJ。下列关系式中，正确的是 A． B． C． D． 3．某化学反应微观历程示意图如下，已知该反应属于放热反应。下列说法正确的是 A．②→③过程中形成了非极性共价键 B．③→④是吸热过程 C．在该反应中，反应物总能量大于生成物总能量 D．在该反应中，反应物断键吸收的能量大于生成物成键释放的能量 4．研究表明，在一定条件下，气态HCN转化为气态CNH的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．断开1molHCN(g)中所有化学键需要放出127.2kJ的能量 B．CNH(g)比HCN(g)更稳定 C．1molHCN(g)转化为1molCNH(g)需要吸收59.3kJ的能量 D．HCN(g)转化为CNH(g)一定要加热 5．研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与HNC(b)互变反应过程的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．HNC比HCN更稳定 B．HCN的电子式为 C．只有在加热条件下，HCN才能转化为HNC D．1molHCN(g)转化为1molHNC(g)需要吸收59.3kJ的热量 6．下列关于化学反应中物质或能量变化的判断正确的是 A．加热条件下进行的化学反应一定是吸热反应 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．一定条件下进行的化学反应，只能将化学能转化为热能 D．将NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O固体混合并搅拌，反应放出热量 7．氢气在氯气中燃烧时发生反应：H2+Cl22HCl。下列关于该反应的说法中，正确的是 A．属于吸热反应 B．不属于氧化还原反应 C．燃烧生成的HCl气体与空气中的水蒸气结合呈雾状 D．燃烧时火焰为淡蓝色 8．与、均能发生反应，如图为与发生反应生成HF过程中的能量变化示意图、请回答下列问题： （1）完成转化Ⅰ、Ⅱ (填“吸收”或“放出”，下同)能量，完成转化Ⅲ 能量。 （2）和反应的能量变化图可用 (填“A”或“B”)表示。 （3）在中燃烧的过程主要是 能转化为 能的过程。 1．汽车发动机工作会引发的反应，其能量变化如图所示。已知：断开中化学键需吸收能量，断开中化学键需吸收能量。下列说法错误的是 A．该反应为吸热反应 B．比更稳定 C．形成中化学键需要放出能量 D．具有的能量一定高于所具有的能量 2．已知反应的能量变化如图所示，下列说法正确的是 A．图中A→B的过程为放热过程 B．加入催化剂能改变化学反应速率 C．和的总能量小于和的总能量 D．断开和的化学键吸收的能量总和大于生成和时放出的能量总和 3．下列说法正确的是 A．凡需加热的反应一定是吸热反应 B．水汽化需要吸收能量，所以水汽化属于吸热反应 C．任何化学反应都伴随有能量变化 D．已知在100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石要吸收1.895 kJ的热能，据此判断：金刚石比石墨稳定 4．如图为1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl的能量变化图(已知：物质具有的键能越大越稳定)。下列说法正确的是 A．该反应每生成1 mol HCl，放出183 kJ的热量 B．由图知H原子和Cl原子形成1 mol HCl分子会放出431 kJ的能量 C．氯气分子中的化学键比氢气分子中的化学键更稳定 D．该反应生成液态HCl比生成气态HCl释放的能量少 5．下列说法正确的是 A．伴有能量变化的物质变化过程都是化学变化 B．干冰易升华，这与分子中C=O的键能大小有关 C．在燃煤中加入生石灰是实现碳中和的重要途径 D．所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒 6．下列变化过程中，属于放热的有几个 ①液态水汽化；②Fe丝在纯氧中燃烧；③高温下分解；④Mg和HCl反应；⑤稀释浓硫酸；⑥固体溶于水；⑦铝热反应；⑧与固体混合；⑨生石灰溶于水；⑩碳与二氧化碳反应 A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 7．中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。 已知：几种物质中化学键的键能如表所示。 化学键 键 键 键 键 键能/() 463 496 436 138 若反应过程中分解了，则下列说法不正确的是 A．总反应为 B．过程I吸收了能量 C．过程Ⅱ放出了能量 D．过程I属于放热反应 8．某实验小组设计了下图所示的5组实验，探究化学能与热能的转化。 （1）实验①在实验前U型管中液面左右相平，在甲试管中加入适量氧化钙和水后，可观察到U型管中的现象是 。 （2）实验②-⑤中属于吸热反应的是 (填序号)这些反应的能量变化可用下图中的 (填A或B)表示 （3）从微观角度分析实验⑤化学反应中能量变化的原因： ①和②分别为 、 (填“吸收”或“释放”)。上述反应生成1mnol水时，释放 kJ能量。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 6.1.1 化学反应与热能 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1．了解化学反应中伴随着能量的变化，知道常见的吸热反应和放热反应。 2．能从化学键和反应物和生成物的能量变化的角度分析吸热反应和放热反应。 3．了解能源是人类生存和社会发展的重要基础及化学在解决能源危机中的重要作用。 重点:化学键与化学反应能量变化的关系、吸热反应和放热反应。 难点:理解化学反应中能量变化的主要原因。 一、化学反应中的能量变化 1.实验探究 【实验6-1】放热反应（必修第二册，P32） 实验装置 实验原理 Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ △H＜0 实验用品 2mol/L 的盐酸、镁条；温度计、试管、砂纸。 实验步骤 在一支试管中加入 2 mL 2mol/L 的盐酸，并用温度计测量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条。观察现象，并用温度计测量溶液温度的变化。 实验现象 试管中有大量气泡产生，试管壁发烫，溶液的温度升高。 实验结论 镁和盐酸的反应是放热反应。 【实验6-2】吸热反应（必修第二册，P33） 实验装置 实验原理 Ba(OH)2 •8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O △H＞0 实验用品 Ba(OH)2 •8H2O 晶体、NH4Cl 晶体；烧杯、玻璃片（或小木板）、玻璃棒。 实验步骤 将20g Ba(OH)2 •8H2O 晶体研细后与10gNH4Cl 晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸烧壁下部，试着用手拿起烧杯，观察现象。 实验现象 有少许刺激性气味的气体产生；烧杯变凉，木片和烧杯底部粘接在一起。 实验结论 ①Ba(OH)2 •8H2O 晶体和 NH4Cl 晶体的反应是吸热反应。②反应产生了氨气。 【探究结论】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： ①放热反应：释放热量的化学反应。 ②吸热反应：吸收热量的化学反应。 注：有热量放出未必是放热反应，吸收能量也未必是吸热反应，因为放热反应和吸热反应必须是化学变化。 2）吸热反应、放热反应的判定 ①如图， E1＞E2，新化学键的形成所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是吸热反应； 　　E1＜E2，新化学键的形成所释放的能量大于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是放热反应。 　　如 　　　　　　　　　　　　　 　　反应物断键吸收的能量＜生成物成键释放的能量，说明该反应为放热反应。 　　即遵循能量守恒定律，反应物的总能量=生成物总能量+热量（放热反应），反应物总能量=生成物总能量－热量（吸热反应）。 　　注：①物质本身所具有的能量越低，说明其结构越稳定，热稳定性强，断裂其化学键所吸收的能量就越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。 　　②反应的条件与反应的热效应没有必然的联系，每一个反应都有特定的条件，需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。例如燃烧都是放热反应，但是反应要达到着火点。 3）记住常见的放热反应和吸热反应 （1）常见的放热反应： ①所有的燃烧反应； ②大多数的化合反应（注：CO2+C2CO为吸热反应）； ③酸碱中和反应； ④金属与酸或水的反应； ⑤缓慢的氧化反应； ⑥其他，如：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2↑+H2O；CaO+H2O=Ca(OH)2；2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑；2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2；2Al+ Fe2O32Fe+Al2O3（铝热反应） （2）常见的吸热反应： ①大多数的分解反应； ②铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O或Ca(OH)2与NH4Cl反应：Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==2NH3↑+BaCl2+10H2O； ③以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如CO2+C2CO；C+H2O(g)CO+H2；3Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2 ④需要持续加热的反应 【特别解读】①常见的热效应如浓硫酸溶于水、NaOH溶于水、Ca(OH)2溶于水，虽伴随着能量的放出，但并不是放热反应；铵盐溶于水虽需要吸收能量，也不是吸热反应。 ②对于可逆反应，若正反应为放热反应，则逆反应必为吸热反应。 【概念解读】1、凡是物质的化学变化就一定只存在化学能与热能的转化？ 不一定，因为化学变化一定伴随着能量变化，能量变化除表现为热能变化外，还可表现为电能等的变化。 2、将热能转变为化学能的变化一定为吸热反应？ 不一定，从化学键的角度看化学反应包含两个过程：旧的化学键断裂和新的化学键形成。断裂化学键需要吸收能量，就是将热能转化为化学能，形成化学键要释放出能量，就是化学能转化热能或其它形式的能量，因此，不管是吸热反应还是放热反应都有热能转化为化学能。 3、需要加热才能进行的反应一定为吸热反应？ 不一定，不是需要加热的反应都是吸热反应，因为燃烧大多数要"点燃"，即需要加热，但燃烧都是放热反应。 二、化学键与化学反应中能量变化的关系 1、化学反应的实质和特征 （1）实质：化学反应的过程就是反应物分子中的原子重新组合成生成物分子的过程，也就是反应物分子中化学键断裂和生成物分子中化学键形成的过程。 （2）特征：①物质变化：有新物质生成，遵循质量守恒定律；②能量变化：释放或吸收能量，遵循能量守恒定律。 （3）体系与环境中能量变化同时进行。 2、化学反应中能量变化的原因 （1）断开化学键吸收能量 　　例：1molH2中含有1molH—H键，常温常压下断开1molH—H键，需要吸收436kJ的热量。 （2）形成化学键放出能量 　　由2molH原子生成1molH2，有1molH—H键生成，生成过程中向外界释放436kJ的热量。 　　注：形成1molH—H键释放的能量与断开1molH—H键吸收的能量相等。 【解读】任何化学反应都要经历旧化学键断裂和新化学键形成的过程，因此，任何化学反应都伴随着能量的变化。在化学反应中，从反应物分子改变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的新化学键形成了，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用，在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量。因此说化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。 3、决定化学反应中能量变化的因素及反应能量变化的判定 （1）决定因素 ①化学反应在发生过程中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能量的相对大小。如下图所示： 反应物的总能量＜生成物的总能量，反应吸收能量（图1）； 反应物的总能量＞生成物的总能量，反应放出能量（图2）。 ②旧键断裂所吸收的能量与新键的形成所释放的能量的相对大小决定了一个化学反应中能量变化 　　　　 当E1＞E2，反应吸收热量； 当E1＜E2，反应放出热量。 （2）反应能量变化的判定——吸热反应、放热反应的判定，如图， ①E1＞E2，新化学键的形成所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是吸热反应； ②E1＜E2，新化学键的形成所释放的能量大于破坏旧化学键所吸收的能量，该反应就是放热反应。 如 　　　　　　　　　　　　　 　　反应物断键吸收的能量＜生成物成键释放的能量，说明该反应为放热反应。即遵循能量守恒定律，反应物的总能量=生成物总能量+热量（放热反应），反应物总能量=生成物总能量－热量（吸热反应）。 【解读】①物质本身所具有的能量越低，说明其结构越稳定，热稳定性强，断裂其化学键所吸收的能量就越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。 ②反应的条件与反应的热效应没有必然的联系，每一个反应都有特定的条件，需要点燃或加热的反应不一定是吸热反应。例如燃烧都是放热反应，但是要达到着火点。 4、理解反应历程与反应热的关系 图示 意义 a表示正反应的活化能；b表示逆反应的活化能。c表示该反应的反应热。 ΔH 图1：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝－c kJ·mol－1，表示放热反应 图2：ΔH＝(a－b) kJ·mol－1＝+c kJ·mol－1，表示吸热反应 三、人类对能源的利用 1、人类对化学反应中热能的利用——燃烧 （1）发现：始于炎的发现； （2）早期利用——柴草时期：以树枝和杂草为主要能源； （3）近代利用——化石能源时期：以煤、石油、天然气为主要能源； （4）现代利用——多能源结构时期。 2、能源的分类 凡是能够提供某种形式能量的物质或是物质的运动，统称为能源。它是人类取得能量的来源，包括已开采出来的可供使用的自然资源和经过加工或转移的能量的来源，尚未开采出的能量资源不列入能源的范畴，只能是能源资源。能源的分类方法有多种： （1）一次能源与二次能源 从自然界直接取得的天然能源叫一次能源，如原煤、原油、流过水坝的水等；一次能源经过加工转换后获得的能源称为二次能源，如各种石油制品、蒸气、煤气、电力、氢能等。 （2）常规能源与新能源 在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛使用的能源称为常规能源，如煤、石油、天然气、水能等；随着科技的不断发展，才开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发现的利用先进技术所获得的能源都是新能源，如核能、风能、太阳能、海洋能等。 （3）可再生能源与非再生能源 ①可连续再生、永久利用的一次能源称为可再生能源，如水力、风能等； ②经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称为非再生能源，如石油、煤、天然气等。 3、新能源 （1）概念：是指以新技术为基础，系统开发利用的能源，包括太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能等。 （2）太阳能的利用 植物的光合作用是大自然“利用”太阳能极为成功的范例。在人工利用太阳能方面，例如模拟生物体储存太阳能、利用太阳能电池把太阳能直接转化为电能、利用太阳能直接分解水，使太阳能转化为氢能等方面的研究，都取得了一些可喜的成绩。 （3）氢能的利用 氢能是人类最理想的能源，氢能主要用作高能燃料，广泛应用于飞机、汽车、燃料电池等其他需要热能或其他形式的能量的设备中。 （4）生物质能 新能源中一种无限的可再生性的能源是生物质能。它是自然界中各种绿色植物通过光合作用，将太阳能转换为化学能而固定下来的，储存在植物体内的一种自然资源能。 4、解决能源问题的措施 ①提高能源的利用效率：a.改善开采、运输、加工等各个环节；b.科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。 ②开发新能源：开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。 【思考与讨论p35】参考答案：感到空气污染相对较轻的人，会不反对甚至支持煤、汽油和柴油的使用；感到空气污染严重的人，会反对煤、汽油和柴油的使用。科学地说，无论某时某地空气污染是否严重，人们都要从自身做起，尽量减少煤、汽油和柴油的使用量，同时尽量使用新能源。交通出行的快捷是方便，供暖、制冷调控室温是舒服，青山绿水才是真正的方便、舒服。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）需加热才能进行的反应是吸热反应，不需加热就能进行的反应是放热反应。( ) （2）吸热反应一定需要加热才能发生。( ) （3）氢气燃烧，浓硫酸溶于水，都放出热量，这些变化都为放热反应。( ) （4）镁条在空气中燃烧是放热反应，反应过程中所释放的能量全部转化为热能。( ) （5）物质发生吸热反应后，体系的总能量减少。( ) （6）发生能量变化的过程中一定伴随着化学变化。( ) （7）需要加热才能发生的反应一定是吸热反应。( ) （8）吸热反应需要加热才能进行，放热反应都不需要加热就可以进行。( ) (9)火是物质通过化学变化将化学能主要转化为热能和光能的一种形式。( ) (10)从能量角度看，断开化学键要放热，形成化学键要吸热。一个化学反应是释放能量，还是吸收能量，取决于二者的相对大小。( ) 【答案】（1）×（2）×（3）×（4）×（5）×（6）×（7）×（8）×(9)√(10)× 2．化学反应中伴随着能量变化，根据相关知识回答下列问题： （1）下列变化属于吸热反应的是 (填序号)。 a．生石灰溶于水                         b．浓硫酸稀释 c．硝酸铵溶于水                         d．铜溶于浓硝酸 e．氯化铵固体与氢氧化钡晶体混合搅拌 （2）已知H2和O2反应放热，且断开1molH－H键、1molO=O键、1molO－H键需吸收的能量分别为Q1kJ、Q2kJ、Q3kJ，由此可以推知下列关系正确的是 (填序号)。 ①Q1+Q2>Q3②2Q1+Q2<4Q3 ③Q1+Q2>2Q3④Q1+Q2<2Q3 （3）为了研究化学反应A+B=C+D的能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。当向盛有A的试管中滴加试剂B时，看到U形管中甲处液面下降乙处液面上升。    则该反应为 反应(填“放热”或“吸热”)，A和B的总能量比C和D的总能量 (填“高”或“低”)，反应物化学键断裂吸收的能量 (填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。 【答案】（1）e （2）② （3）放热 高 低 【解析】（1）吸收热量的化学反应是吸热反应，生石灰溶于水是放热反应，浓硫酸稀释是放热过程，不是化学反应，硝酸铵溶于水是吸热过程，不是化学反应，铜与浓硝酸反应是放热反应，氯化铵固体和氢氧化钡晶体混合搅拌生成氨气是吸热反应，e正确； （2）2mol氢气和1mol氧气反应生成2mol水，断开2mol的H-H键和1mol的O=O键，形成了4mol的H-O键，断键吸热，成键放热，氢气和氧气反应生成水的反应是放热的，因此断键吸收的总能量小于成键放出的总能量，即2Q1+Q2<4Q3，②正确； （3）乙处液面上升说明瓶内压强增大，由于放热反应使温度升高造成压强增大，因此该反应是放热反应；放热反应是反应物的总能量高于生成物总能量，因此A和B的总能量比C和D的总能量高，断键吸收的能量低于成键放出的能量。 ►问题一 如何理解反应过程中的能量变化？ 【典例1】下列说法正确的是 A．化学键的断裂和形成是化学反应能量变化的主要原因 B．伴有能量变化的物质变化都是化学变化 C．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量一定相同 D．在一个确定的化学反应中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量 【答案】A 【解析】A．化学反应过程中，旧键断裂吸热，新键形成放热，所以化学键的断裂和形成是化学反应能量变化的主要原因，A正确；B．伴有能量变化的物质变化不都是化学变化，如水吸热形成水蒸气的过程等，则属于物理变化，B错误；C．在一个确定的化学反应关系中，反应必定伴随着能量的变化，即反应物的总能量与生成物的总能量不可能相同，C错误；D．在一个确定的化学反应关系中，放热反应的反应物总能量高于生成物总能量，吸热反应的反应物总能量低于生成物总能量，D错误；故选A。 【解题必备】 （1）化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，任何化学反应都具有热效应。 （2）不能根据反应条件判断反应是放热还是吸热，需要加热才能进行的反应不一定是吸热反应，不需要加热就能进行的反应也不一定是放热反应。 （3）有能量变化的过程不一定是放热反应或吸热反应，如水结成冰放热但不属于放热反应。 （4）物质三态变化时，能量的变化形式为。 【变式1-1】下列说法不正确的是(　　) A．在常温下可以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】A．反应放热还是吸热与是否加热无关，则吸热反应不一定加热才能发生，A正确；B.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；C.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;D．参与化学反应的物质越多，反应中能量变化越大，则化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少有关，D正确；故选C。 【变式1-2】下列关于化学反应中能量变化的说法正确的是 A．形成化学键的过程是放热过程 B．可逆反应进行的过程中没有能量变化 C．在常温下可以发生的反应一定是放热反应 D．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关 【答案】A 【解析】A．发生化学反应时，成键放热，断键吸热，故A正确；B．任何化学反应都存在能量的变化，故B错误；C．常温下可以发生的反应可能是吸热反应，如铵盐与碱的反应，故C错误；D．化学反应中的能量变化大小与参与反应的物质的物质的量有关，与质量相关，故D错误；故选A。 ►问题二 如何判断反应是放热反应还是吸热反应？ 【典例2】下列变化中，既属于氧化还原反应又属于吸热反应的是 A．灼热的碳与二氧化碳反应 B．铝和盐酸反应 C．酸碱中和反应 D．氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应 【答案】A 【解析】A．灼热的碳与二氧化碳反应是氧化还原反应，也是吸热反应，A项正确；B．铝和盐酸反应是氧化还原反应，是放热反应，B项错误；C．酸碱中和反应是复分解反应，不是氧化还原反应，是放热反应，C项错误；D．氢氧化钡晶体和氯化铵晶体反应是复分解反应，不是氧化还原反应，是吸热反应，D项错误；故答案选A。 【解题必备】1.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；吸热反应不一定需要加热，如Ba(OH)2·8H2O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。 2.放热反应与吸热反应的比较 放热反应 吸热反应 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 3.判断吸热反应和放热反应的两种方法 ①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)。 ②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2-1】“即热快餐”外层分别装了两种互不接触的化学物质，使用时将两种物质混合即可对食物进行加热，这两种物质可能是 A．食盐和铁粉 B．和 C．生石灰和水 D．浓硫酸和水 【答案】C 【解析】依题意，该两包化学物质反应便可对食物进行加热，该反应是放热反应。 A．食盐与铁粉是暖宝宝的主要成分，反应比较缓慢，放热量比较小，故A不符合题意；B．和反应为吸热反应，故B不符合题意；C．生石灰与水反应放出大量的热，产物是氢氧化钙，对环境友好，也较为安全，故C符合题意；D．浓硫酸具有强腐蚀性，属于危险品，不适用于对食品加热，故D不符合题意；故选：C。 【变式2-2】以下过程中所涉及的反应与镁条和盐酸反应的能量变化情况相同的是 A．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应 B．氢气和氯气在光照下发生反应 C．碳酸氢钠固体与盐酸的反应 D．灼热的炭与二氧化碳反应 【答案】B 【分析】镁条和盐酸反应是放热反应。 【解析】A．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应是吸热反应，故不选A；B．氢气和氯气在光照下发生反应是放热反应，故选B；C．碳酸氢钠固体与盐酸的反应是吸热反应，故选C；D．灼热的炭与二氧化碳反应是吸热反应，故不选D；选B。 ►问题三 如何分析能量变化图？ 【典例3】某反应由两步反应A→B→C构成，它的反应能量曲线如图所示，下列叙述正确的是 A．两步反应均为反应物的总能量大于生成物的总能量 B．三种化合物中C最稳定 C．A→B反应，反应条件一定需要加热 D．A→C反应为吸热反应 【答案】B 【解析】A．第一步反应物的总能量小于生成物的总能量，第二步反应为反应物的总能量大于生成物的总能量，A项错误；B．三种化合物中C的能量最低，故最稳定，B项正确；C．A到B为吸热反应，但不一定需要加热条件，C项错误；D．A到C为放热反应，D项错误。故选B。 【解题必备】解答能量变化图像题的“4关键” （1）从反应物至最高点的能量数值表示正反应的活化能，即E1； （2）从最高点至生成物的能量数值表示逆反应的活化能，即E2； （3）ΔH＝E1－E2； （4）催化剂只能影响正、逆反应的活化能，而不能影响反应的ΔH。 【变式3-1】已知反应A＋B===C＋D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E1－E2 C．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；故选C。 【变式3-2】物质变化过程中常伴随有能量变化。某化学反应的能量变化曲线如图所示。下列说法正确的是 A．该反应属于放热反应 B．该反应中的能量一定低于的能量 C．断裂和时放出能量 D．该反应生成时，吸收能量 【答案】D 【解析】A．由图可知，该反应中反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应属于吸热反应，A错误；B．由图可知，该反应中的能量一定低于的能量，B错误；C．断裂化学键需要吸收能量，C错误；D．依据图像分析判断和反应生成，每生成吸收热量，D正确；故选D。 ►问题四 物质的稳定性与反应热及键能是什么关系？ 【典例4】化学反应中的能量变化是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 A．N元素非金属性较强，故通常情况下N2不稳定，易发生化学反应 B．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合能直接生成NO C．1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量 D．1molN2(g)和1molO2(g)反应放出的能量为180kJ 【答案】C 【解析】A．N元素非金属性较强，但是氮氮三键的键能很大，故通常情况下N2很稳定，不易发生化学反应，A错误；B．通常情况下，N2(g)和O2(g)混合不能能直接生成NO，需要放电或高温，B错误；C．根据示意图可知断键吸收的总能量是946kJ+498kJ＝1444kJ，形成化学键放出的总能量是632kJ×2＝1264kJ，反应吸热，所以1molN2(g)和1molO2(g)具有的总能量小于2molNO(g)具有的总能量，C正确；D．1molN2(g)和1molO2(g)反应吸收的能量为1444kJ－1264kJ＝180kJ，D错误；答案选C。 【解题必备】1.物质本身所具有的能量越低，说明其结构越稳定，热稳定性强，断裂其化学键所吸收的能量就越高，而形成其化学键所释放的能量也越多。 2.熟记反应热ΔH的基本计算公式 ΔH＝E(生成物的总能量)－E(反应物的总能量) ΔH＝E(反应物的总键能)－E(生成物的总键能) 3.规避两个易失分点 ①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任一个过程都不是化学变化。 ②常见物质中的化学键数目 物质 CO2 (C===O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2 (Si—O) 石墨 金刚石 S8 (S—S) Si (Si—Si) 键数 2 4 6 4 1.5 2 8 2 【变式4-1】石墨和金刚石都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知12g石墨完全转化为金刚石时，要吸收akJ的能量。下列说法中正确的是 ①石墨不如金刚石稳定 ②金刚石不如石墨稳定 ③等质量的石墨和金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多 ④等质量的石墨和金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多 A．①② B．②③ C．①④ D．③④ 【答案】B 【解析】①石墨转化为金刚石要吸收能量，说明石墨的能量低，石墨比金刚石稳定，故错误；②石墨转化为金刚石要吸收能量，说明石墨的能量低，石墨比金刚石稳定，故正确；③金刚石的能量高，等质量的石墨和金刚石完全燃烧时释放的能量金刚石比石墨多，故正确；④金刚石的能量高，等质量的石墨和金刚石完全燃烧时释放的能量金刚石比石墨多，故错误。所以正确的是②③。故选B。 【变式4-2】一定条件下，化学反应的能量变化示意图如下，下列说法正确的是 A．和的总能量为1365kJ B．该反应最终向外界吸收487kJ的能量 C．由、原子形成，共放出1852kJ能量 D．若生成，则释放的能量大于487kJ 【答案】D 【解析】A．2mol H2(g)和1 mol O2(g)转化为中间态需要的能量为1365kJ，并不是反应物的总能量，A项错误；B．如图数据为反应物和生成物的键能分别为1365kJ、1852kJ，反应为放出热量为1852-1365=487kJ，B项错误；C．从图看形成2molH2O（g）放出热量为1852kJ，C项错误；D．由B项分析生成2mol H2O(g)，则释放的能量为484kJ,同时H2O(g)变为H2O（l）还要释放出热量，D项正确；故选D。 1．下列化学反应过程中伴有热量释放的是 A．灼热的碳与二氧化碳的反应 B．氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应 C．盐酸与碳酸氢钠的反应 D．金属钠与水的反应 【答案】D 【解析】A．碳与二氧化碳反应是吸热反应，A不符合题意；B．氢氧化钡晶体与氯化铵反应是吸热反应，B不符合题意；C．盐酸与碳酸氢钠反应是吸热反应，C不符合题意；D．金属与酸或水的反应过程中，钠融成闪亮的小球、发出嘶嘶的响声，都证明是放热反应，D符合题意；故答案选D。 2．氢气可以在氧气中燃烧。在该反应中：断裂1mol键消耗的能量为kJ，断裂1mol键消耗的能量为kJ，形成1mol键释放的能量为kJ。下列关系式中，正确的是 A． B． C． D． 【答案】B 【解析】反应热=反应物总键能-生成物总键能，根据题意，氢气与氧气燃烧的热化学方程式为：2H2(g)+ O2(g)= 2H2O(g)的反应热为：，故，选B。 3．某化学反应微观历程示意图如下，已知该反应属于放热反应。下列说法正确的是 A．②→③过程中形成了非极性共价键 B．③→④是吸热过程 C．在该反应中，反应物总能量大于生成物总能量 D．在该反应中，反应物断键吸收的能量大于生成物成键释放的能量 【答案】C 【解析】A．根据示意图可判断②→③过程是化学键断裂的过程，A错误；B．③→④过程，形成了化学键，为放热过程，B错误；C．该反应是放热反应，说明反应物总能量大于生成物总能量，C正确；D．该反应是放热反应，则反应物断键吸收的能量小于生成物形成新键释放的能量，D错误；答案选C。 4．研究表明，在一定条件下，气态HCN转化为气态CNH的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．断开1molHCN(g)中所有化学键需要放出127.2kJ的能量 B．CNH(g)比HCN(g)更稳定 C．1molHCN(g)转化为1molCNH(g)需要吸收59.3kJ的能量 D．HCN(g)转化为CNH(g)一定要加热 【答案】C 【解析】A．根据图示可知1 mol HCN(g)转化为中间状态的物质时需吸收186.5 kJ的热量，但由于该中间物质中仍然存在化学键，断裂化学键需吸收能量，因此1 mol HCN(g)中的所有化学键全部断开需要吸收的热量大于186.5 kJ，故A错误；B．由图可知，HCN具有的能量较低，能量越低物质越稳定，则HCN比HNC更稳定，故B错误；C．根据图示可知1 mol HCN(g)转化为1 molCNH(g)需要吸收的能量为186.5 kJ-127.2 kJ=59.3 kJ，故C正确；D．由图可知，反应物总能量小于生成物总能量，则该反应为吸热反应，但吸热反应不一定需要加热才能发生，所以HCN(g)转化为CNH(g)不一定要加热，故D错误；故选：C。 5．研究表明，在一定条件下，气态HCN(a)与HNC(b)互变反应过程的能量变化如图所示。下列说法正确的是 A．HNC比HCN更稳定 B．HCN的电子式为 C．只有在加热条件下，HCN才能转化为HNC D．1molHCN(g)转化为1molHNC(g)需要吸收59.3kJ的热量 【答案】D 【解析】A．能量越低越稳定，HCN的能量低于HNC，所以HCN比HNC更稳定，故A错误；B．HCN是共价化合物，电子式为，故B错误；C．反应吸放热与反应条件无关，HCN转化为HNC是吸热反应，不一定在加热条件下才能进行，故C错误；D．根据图示，1molHCN(g)转化为1molHNC(g)需要吸收的热量为186.5-127.2=59.3kJ，故D正确；选D。 6．下列关于化学反应中物质或能量变化的判断正确的是 A．加热条件下进行的化学反应一定是吸热反应 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．一定条件下进行的化学反应，只能将化学能转化为热能 D．将NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O固体混合并搅拌，反应放出热量 【答案】B 【解析】A．放热反应有的也需要加热才能发生，如煤炭的燃烧，即加热条件下进行的化学反应不一定是吸热反应，A错误；B．化学变化中一定有新物质生成，则一定有化学键的断裂和生成，断裂化学键吸收能量、成键释放能量，则化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，B正确；C．一定条件下进行的化学反应，可以将化学能转化成光能、热能或电能等，还可能是热能转化为化学能，C错误；D．将NH4Cl固体与Ba(OH)2·8H2O固体混合并搅拌，反应吸收热量，D错误；答案选B。 7．氢气在氯气中燃烧时发生反应：H2+Cl22HCl。下列关于该反应的说法中，正确的是 A．属于吸热反应 B．不属于氧化还原反应 C．燃烧生成的HCl气体与空气中的水蒸气结合呈雾状 D．燃烧时火焰为淡蓝色 【答案】C 【解析】A．H2+Cl22HCl是放热反应，A错误；B．H2+Cl22HCl中有元素的化合价变化，属于氧化还原反应，B错误；C．H2在Cl2安静地燃烧，发出苍白色火焰，燃烧生成的HCl气体与空气中的水蒸气结合呈雾状，C正确；D．H2在Cl2安静地燃烧，发出苍白色火焰，D错误；故答案为：C。 8．与、均能发生反应，如图为与发生反应生成HF过程中的能量变化示意图、请回答下列问题： （1）完成转化Ⅰ、Ⅱ (填“吸收”或“放出”，下同)能量，完成转化Ⅲ 能量。 （2）和反应的能量变化图可用 (填“A”或“B”)表示。 （3）在中燃烧的过程主要是 能转化为 能的过程。 【答案】（1）吸收 放出 （2）A （3）化学能 热能 【解析】（1）转化Ⅰ、Ⅱ化学键断裂，要吸收能量，转化Ⅲ是化学键生成，要放出能量； （2）如图可知，H2和F2生成HF的反应，能量变化为，是放热反应，则反应物的总能量大于生成物的总能量，故选A； （3）H2在O2中燃烧是放热反应，主要是化学能转化为热能的过程。 1．汽车发动机工作会引发的反应，其能量变化如图所示。已知：断开中化学键需吸收能量，断开中化学键需吸收能量。下列说法错误的是 A．该反应为吸热反应 B．比更稳定 C．形成中化学键需要放出能量 D．具有的能量一定高于所具有的能量 【答案】D 【解析】A．由图可知，N2和O2的总能量低于NO的总能量，该反应为吸热反应，A正确；B．已知：断开中化学键需吸收能量，断开中化学键需吸收能量，断开N2的化学键需要更多的能量，N2比O2更稳定，B正确；C．形成1molNO(g)中的化学键释放的能量为，C正确；D．由图知，具有的能量一定高于和所具有的能量，和所具有的能量无法比较，D错误；故选D。 2．已知反应的能量变化如图所示，下列说法正确的是 A．图中A→B的过程为放热过程 B．加入催化剂能改变化学反应速率 C．和的总能量小于和的总能量 D．断开和的化学键吸收的能量总和大于生成和时放出的能量总和 【答案】B 【解析】A．从图中可以看出，A物质的能量低于B物质，则图中A→B的过程为吸热过程，A不正确；B．加入催化剂能改变反应的路径，从而改变反应的活化能，最终改变化学反应速率，B正确；C．从图中可以看出，和的总能量高于和的总能量，C不正确；D．物质的总能量越高，则总键能越小，和的总能量高于和的总能量，则断开和的化学键吸收的能量总和小于生成和时放出的能量总和，D不正确；故选B。 3．下列说法正确的是 A．凡需加热的反应一定是吸热反应 B．水汽化需要吸收能量，所以水汽化属于吸热反应 C．任何化学反应都伴随有能量变化 D．已知在100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石要吸收1.895 kJ的热能，据此判断：金刚石比石墨稳定 【答案】C 【解析】A．铝热反应为放热反应，但需要在高温条件下进行，A错误；B．水汽化时并未发生化学变化，不属于吸热反应，B错误；C．化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，任何化学反应都伴随有能量变化，C正确；D．物质具有的能量越低越稳定，根据题意，石墨具有的能量低，故石墨更稳定，D错误；故选C。 4．如图为1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl的能量变化图(已知：物质具有的键能越大越稳定)。下列说法正确的是 A．该反应每生成1 mol HCl，放出183 kJ的热量 B．由图知H原子和Cl原子形成1 mol HCl分子会放出431 kJ的能量 C．氯气分子中的化学键比氢气分子中的化学键更稳定 D．该反应生成液态HCl比生成气态HCl释放的能量少 【答案】B 【分析】物质内含有的化学键的键能越大，该物质的稳定性就越强。根据产生的热量等于反应物化学键的键能总和与生成物化学键的键能总和的差计算。 【解析】A．根据图示可知：断裂1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl时放出的热量Q=436 kJ+243 kJ-2×431 kJ=183 kJ，所以该反应每生成1 mol HCl，放出91.5 kJ的热量，A错误；B．由图可知:1 molH原子和1 molCl原子反应形成1 mol分子会放出431 kJ的能量，B正确；C．物质具有的键能越大，断裂该化学键稀吸收能量就越多，化学键就越难断裂，含有该化学键的物质就越稳定，因此根据图示可知氢气分子中的化学键比氯气分子中的化学键的键能更大，因此H2比Cl2更稳定，C错误；D．气态物质变为液态会放出能量，因此该反应生成液态HCl比生成气态HCl释放的能量更多，D错误；故合理选项是B。 5．下列说法正确的是 A．伴有能量变化的物质变化过程都是化学变化 B．干冰易升华，这与分子中C=O的键能大小有关 C．在燃煤中加入生石灰是实现碳中和的重要途径 D．所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒 【答案】D 【解析】A．化学变化一定伴随能量变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如核变，故A错误；B．干冰易升华，这与分子间作用力有关，与C=O的键能大小无关，故B错误；C．在燃煤中加入生石灰的目的是减少二氧化硫的排放，故C错误；D．所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒，故D正确；选D。 6．下列变化过程中，属于放热的有几个 ①液态水汽化；②Fe丝在纯氧中燃烧；③高温下分解；④Mg和HCl反应；⑤稀释浓硫酸；⑥固体溶于水；⑦铝热反应；⑧与固体混合；⑨生石灰溶于水；⑩碳与二氧化碳反应 A．2个 B．3个 C．4个 D．5个 【答案】D 【解析】①液态水汽化是吸热过程；②Fe丝在纯氧中燃烧生成四氧化三铁，属于放热反应；③高温下分解是吸热反应；④Mg和HCl反应生成氯化镁和氢气，属于放热反应；⑤稀释浓硫酸是放热过程；⑥固体溶于水是吸热过程；⑦铝热反应是放热反应；⑧与固体混合反吸热反应；⑨生石灰溶于水生成氢氧化钙，属于放热反应；⑩碳与二氧化碳反应生成一氧化碳，属于吸热反应。属于放热的有②④⑤⑦⑨，共5个，选D。 7．中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，其主要过程如图所示。 已知：几种物质中化学键的键能如表所示。 化学键 键 键 键 键 键能/() 463 496 436 138 若反应过程中分解了，则下列说法不正确的是 A．总反应为 B．过程I吸收了能量 C．过程Ⅱ放出了能量 D．过程I属于放热反应 【答案】D 【解析】A．用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，则总反应为，A正确；B．断裂化学键吸收能量，结合表中数据可知，过程Ⅰ吸收了463kJ×2=926kJ能量，B正确；C．形成化学键释放能量，则过程Ⅱ放出了436kJ+138kJ=574kJ能量，C正确；D．过程I为断裂化学键吸收能量，属于吸热反应，D错误；故选D。 8．某实验小组设计了下图所示的5组实验，探究化学能与热能的转化。 （1）实验①在实验前U型管中液面左右相平，在甲试管中加入适量氧化钙和水后，可观察到U型管中的现象是 。 （2）实验②-⑤中属于吸热反应的是 (填序号)这些反应的能量变化可用下图中的 (填A或B)表示 （3）从微观角度分析实验⑤化学反应中能量变化的原因： ①和②分别为 、 (填“吸收”或“释放”)。上述反应生成1mnol水时，释放 kJ能量。 【答案】（1）液面左低右高 （2）②和④ B （3）吸收 释放 245 【解析】（1）在甲试管中加入适量氧化钙和水后，试管里发生的是放热反应，锥形瓶内空气压强增大，可观察到U型管中的现象是液面左低右高； （2）②中氢氧化钡晶体与氯化铵的反应是吸热反应；③中稀硫酸与锌的反应是放热反应；④中柠檬酸与碳酸氢钠的反应是吸热反应；⑤中燃烧反应是放热反应；吸热反应为②和④；可以用B图表示； （3）①表示共价键断裂，要吸收热量，②表示共价键形成，要释放热量；断裂1molH2和0.5molO2中的化学键吸收的总能量为(436+249)kJ=685kJ，形成1molH2O中的化学键释放的能量为930kJ，因此生成1molH2O时放出热量为930kJ-685kJ=245kJ。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$