第二章 第2节 第1课时 化学反应中能量变化的本质及转化形式-【创新教程】2025-2026学年高中化学必修第二册五维课堂教师用书word（鲁科版）

第2节　化学反应与能量转化 第1课时　化学反应中能量变化的本质及转化形式 课程标准 核心素养 1.认识物质具有能量，认识吸热反应与放热反应 2．了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关 3．知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化 4．能基于化学键解释某些化学反应的热效应 ①宏观辨识与 微观探析 能运用能量的变化描述常见简单物质及其变化 ②变化观念与 平衡思想 能认识化学变化伴随着能量变化 ③科学态度与 社会责任 具有“绿色化学”观念，能从能量综合利用的角度分析反应的利弊 [知识梳理] 一、实验探究化学变化中的能量变化 1．活动探究 实验操作 实验现象 有关化学方程 式或结论 镁粉逐渐　溶解　，生成　气泡　，反应后溶液温度　升高　 　Mg＋2HCl===　　MgCl2＋H2↑　； 反应是　放热　反应 反应生成　气泡　，反应后溶液温度　降低　 反应是　吸热　反应 2.结论：每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的反应　释放　能量(放热反应)，有的反应　吸收　能量(吸热反应)。 二、化学反应中能量变化的实质和原因分析 1．化学反应的实质 2．化学反应中能量变化的原因 (1)能量变化的原因：旧化学键破坏时要　吸收　能量(E1)，新化学键形成时要　释放　能量(E2)。 (2)反应吸收能量和放出能量的原因： ①从化学键角度分析：若E1＞E2，则反应　吸收　能量；若E1＜E2，则反应　释放　能量。 ②从物质能量角度分析：若E反应物总能量＞E生成物总能量，则反应　放出　能量；若E反应物总能量＜E生成物总能量，则反应　吸收　能量。 3．能量转化的形式 化学能　热能　、　电能　或　光能　等。 4．计算 根据下列信息分析氢气燃烧生成水蒸气时能量的变化情况 (1)断裂1 mol H2和 mol O2中的化学键吸收的总能量：　436 kJ＋249 kJ＝685 kJ　。 (2)形成1 mol H2O时释放的总能量：　930 kJ　。 (3)燃烧1 mol H2生成水蒸气时　放出　能量　245　 kJ。 　　 化学反应中能量变化原因及计算 1．化学反应的能量变化分析 (1)从化学键的角度 ①E1＞E2：反应吸收能量(吸热反应)。 ②E1＜E2：反应放出能量(放热反应)。 可以总结为新大于旧，反应放热；旧大于新，反应吸热。 (2)从物质内部能量变化的角度——“两个过程” ①可以看作是热能、电能或光能等物质外部的能量被“储存”起来的过程。 ②可以看作是“储存”在物质内部的能量(化学能)转化成热能、光能或电能等释放出来的过程。 2．化学反应中能量计算的步骤 (1)根据化学方程式确定断键、成键的物质的量。 (2)确定断键吸收的总能量和成键释放的总能量。 (3)计算反应的能量变化： ①若反应释放能量。 E＝成键时释放能量之和－断键时吸收能量之和 ②若反应吸收能量。 E＝断键时吸收能量之和－成键时释放能量之和 [易错提醒] 分析化学反应中的能量变化时，应注意以下两点 (1)物质所含能量越低越稳定。化学反应中的能量变化与化学键的断裂和形成有关，断裂化学键吸收的能量等于形成该化学键时释放的能量，能量值越大，化学键越牢固，物质本身越稳定，物质的能量越低。 (2)由于任何化学反应中都存在化学键的断裂与生成，因此，任何化学反应在发生物质变化的同时必然发生能量的变化。也就是说任何化学反应中反应物具有的总能量与反应产物具有的总能量一定不相等。 [典例示范] [典例1] 化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．该反应是吸热反应 B．断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键放出x kJ的能量 C．断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量 D．2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量 解析：C　[从题图可以看出，反应物的总能量高于反应产物的总能量，该反应是放热反应，A、D项错误；断键时需要吸收能量，B项错误，C项正确。] [规律总结]　解答此类题目时，要特别注意分子中共价键数目计算。如1 mol NH3中含有3 mol N—H键，1 mol H2O中含有2 mol O—H键。 [学以致用] 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 kJ D．2 mol H2(g)跟1 mol O2(g)反应生成2 mol H2O(g)吸收能量490 kJ 解析：A　[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；1 mol H2(g)与 mol O2(g)形成1 mol H2O(g)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项中缺少物质的聚集状态，所以释放的能量不一定是245 kJ。] 放热反应和吸热反应的比较 　　类型 比较　　 放热反应 吸热反应 定义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应 形成 原因 反应物具有的总能量大于反应产物具有的总能量 反应物具有的总能量小于反应产物具有的总能量 图示 常见 类型 (1)大多数化合反应； (2)酸碱中和反应； (3)燃烧反应，如木炭、CH4、H2、CO等在空气中的燃烧，H2在Cl2中的燃烧等； (4)金属与酸或水的反应； (5)铝热反应； (6)活泼金属氧化物与水反应 (1)大多数分解反应，如CaCO3CaO＋CO2↑等； (2)Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl固体反应； (3)C与水蒸气反应、C与CO2反应等 [典例示范] [典例2] 生活中每时每刻都发生着各种化学反应，下列反应不一定属于放热反应的是(　　) A．H2SO4与Ba(OH)2溶液的反应 B．燃烧反应 C．复分解反应 D．中和反应 解析：C　[H2SO4与Ba(OH)2溶液混合，酸与碱发生中和反应，是放热反应；燃烧是指剧烈的发光、发热的反应，因而都是放热反应；复分解反应，有的是放热反应，如酸碱中和反应，有的是吸热反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应。] [规律总结]　金属跟酸的置换反应、酸碱中和反应、燃烧反应都是放热反应。复分解反应，有的是放热反应，有的是吸热反应。吸热反应除了Ba(OH)2与NH4Cl的反应以外，还有一些需要持续加热或在高温下进行的反应，如碳酸钙的分解、焦炭与水蒸气的反应等。 [学以致用] 2．下列属于吸热反应的是(　　) A．金属钠与水的反应 B．氢气燃烧 C．浓硫酸的稀释 D．Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl(固体)混合 解析：D　[金属钠与水的反应和氢气燃烧都是放热反应，浓硫酸的稀释只是放热现象，不是放热反应。] 1．物质发生化学反应时总是伴随能量的变化。下列化学反应中，反应物的总能量低于生成物的总能量的是(　　) ①石灰石高温分解　②铁粉加入到稀盐酸中 ③水蒸气通过灼热的焦炭　④铝粉和氧化铁混合粉末引燃　⑤二氧化碳与碳混合加热 ⑥Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl固体混合 A．①②③④　　　　　　　　　 B．①② C．①③⑤⑥ D．①③④ 解析：C　[石灰石高温分解、水蒸气与焦炭的反应、二氧化碳与碳的反应以及Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl固体混合反应都是吸热反应，反应物的总能量低于反应产物的总能量，选项C符合题意。] 2．下列关于能量转化的认识不正确的是(　　) A．绿色植物的光合作用是将光能转变为化学能 B．煤燃烧时化学能转变为热能和光能 C．原电池工作时，化学能转变为电能 D．白炽灯工作时，电能全部转变成光能 解析：D　[白炽灯工作时，还有热能放出。] 3．下列过程需要吸热的是(　　) A．O2―→O＋O B．H＋Cl―→HCl C．CaO＋H2O===Ca(OH)2 D．浓硫酸稀释 解析：A　[化学键的断裂是吸热过程，化学键的形成是放热过程，故O2―→O＋O需要吸热，H＋Cl―→HCl需要放热；CaO溶于水、浓硫酸稀释均为放热过程，故A正确。] 4．下列反应过程中的能量变化符合如图所示的是(　　) A．CH4的燃烧 B．CaCO3的分解 C．Mg和稀硫酸的反应 D．酸和碱的中和反应 解析：B　[由题图可知，反应物能量小于生成物能量，是吸热反应，碳酸钙分解是吸热反应。] 5．如图所示，把试管放入盛有25 ℃的饱和澄清石灰水的烧杯中，先放入试管中几小块镁条，再用滴管滴入 5 mL 稀盐酸于试管中，试回答下列问题： (1)实验中观察到的现象是　_________________　。 (2)产生上述现象的原因是　_________________　。 (3)写出有关反应的离子方程式　______________　。 (4)由实验知，反应中MgCl2溶液和H2的总能量　________　(填“大于”“小于”或“等于”)镁条和盐酸的总能量。 解析：镁条与稀盐酸反应的过程中镁条逐渐溶解，有大量气泡放出，且由于金属与酸的反应是放热的，放出的热量通过试管传递给饱和石灰水，饱和石灰水温度升高溶解度下降而析出Ca(OH)2固体。该反应过程中的离子方程式是Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑。由于该反应是放热反应，可以推知反应物的总能量大于反应产物的总能量，所以MgCl2溶液和H2的总能量小于镁条和盐酸的总能量。 答案：(1)镁条上有大量气泡产生；镁条逐渐溶解；烧杯中析出固体(或烧杯中溶液变浑浊)　(2)镁条与稀盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，Ca(OH)2在水中的溶解度随温度升高而减小，故析出Ca(OH)2固体 (3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑　(4)小于 1．H2能在Cl2中燃烧生成HCl，HCl也能在一定条件下分解为H2和Cl2。如图为H2、Cl2和HCl三者相互转化过程的微观示意图，下列说法正确的是(　　) A．过程1放热　　　　　 B．过程2吸热 C．过程3放热 D．过程4放热 解析：C　[过程1是H2和Cl2的化学键断裂，是吸热过程，A错误；过程2是形成H—Cl化学键，是放热过程，B错误；过程3是Cl2在H2中燃烧，放出热量，C正确；过程4与过程3相反，是吸热过程，D错误。] 2．氢气在氧气中燃烧产生淡蓝色火焰，在反应中，破坏1 mol H—H键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol O===O键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol H—O键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是(　　) A．2Q1＋Q2<4Q3 B．2Q1＋Q2>4Q3 C．2Q1＋Q2<2Q3 D．2Q1＋Q2>2Q3 解析：A　[破坏1 mol H—H键消耗的能量为Q1 kJ，则H—H键能为Q1 kJ·mol－1，破坏1 mol O＝O键消耗的能量为Q2 kJ，则O＝O键能为Q2 kJ·mol－1，形成1 mol H—O键释放的能量为Q3 kJ，则H—O键的键能为Q3 kJ·mol－1，反应2H2(g)＋O2(g)2H2O为放热反应，即反应物的总键能－反应产物的总键能<0，即2Q1＋Q2－4Q3<0，所以2Q1＋Q2<4Q3。] 3．德国化学家Haber利用N2和H2在催化剂表面合成氨气而获得诺贝尔奖，该反应的微观历程及能量变化的示意图如下，用分别表示N2、H2、NH3，下列说法正确的是(　　) A．合成氨反应中，反应物断键吸收的能量大于生成物形成新键释放的能量 B．催化剂在吸附N2、H2时，催化剂与气体之间的作用力为化学键 C．在该过程中，N2、H2断键形成氮原子和氢原子 D．使用催化剂，合成氨反应放出的热量减少 解析：C　[根据能量变化的示意图，合成氨的反应是放热反应，反应物断键吸收的能量小于生成物形成新键释放的能量，故A错误；催化剂吸附N2、H2，没有形成化学键，催化剂与气体之间的作用力不属于化学键，故B错误；由图可知，每3个氢分子和1个氮气分子断键得到原子，然后生成2个氨分子，生成氨分子之前是氢原子和氮原子，故C正确；催化剂对反应中的能量变化无影响，合成氨反应放出的热量不变，故D错误。] 4．下列图示变化为吸收能量的反应的是(　　) 解析：A　[A项中反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，该反应吸热；B项，反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，反应放热；C项释放能量，不是化学反应；D项为释放能量的反应。] 规律方法：任何化学反应除遵循质量守恒定律外，同样也遵循能量守恒定律，不同形式的能量之间可以转化，但总能量保持不变。反应物与生成物的能量差若以热能形式表现出来，即为放热反应或吸热反应。 5．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 解析：A　[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。] 6．化学家格哈德·埃特尔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中不正确的是(　　) 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②需吸收能量，过程③则释放能量 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 解析：D　[由题图可知，每3个氢气分子和1个氮气分子断键得到原子，然后原子重新结合生成2个氨分子，A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，意味着反应物化学键的断裂和生成物化学键的形成变得更容易，B正确；化学键的断裂需要吸收能量，而化学键的形成释放能量，从题图可看出②为化学键断裂过程，③为化学键形成过程，C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错误。] 7．已知在相同状况下，同一化学键断裂需要吸收的能量等于形成该化学键放出的能量。下列说法正确的是(　　) A．电解熔融的Al2O3可以制得金属铝和氧气，该反应是一个放出能量的反应 B．水分解产生氢气和氧气时放出能量 C．相同状况下，反应2SO2＋O22SO3是一个放热反应，则反应2SO32SO2＋O2是一个吸热反应 D．氯化氢分解成氢气和氯气时放出能量 解析：C　[由题意可以推测，如果一个反应过程放出能量，那么使该反应向反方向进行则需要吸收能量，故C正确；另外氢气和氧气反应、氢气和氯气反应、铝和氧气反应都是放出能量的反应，则与它们相反的反应：水、氯化氢和Al2O3的分解都应该是吸收能量的反应，故A、B、D错误。] 8．由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．反应生成1 mol N2时转移4 mol e－ B．反应物能量之和大于生成物能量之和 C．N2O＋NO===N2＋NO2反应放出139 kJ的热量 D．断键吸收能量之和小于成键释放能量之和 解析：A　[N2O和NO反应生成N2和NO2的化学方程式为N2O＋NO===N2＋NO2，反应生成1 mol N2时转移2 mol e－，A不正确；根据图示，反应物能量之和大于反应产物能量之和，B正确；由题图知该反应放出的热量为139 kJ，C正确；由于该反应放热，所以断键吸收能量之和小于成键释放能量之和，D正确。] 9．根据如图所示的反应判断下列说法中错误的是(　　) A．CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量 B．该反应的焓变大于零 C．该反应中有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量 D．由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应 解析：D　[因为碳酸钙受热分解是吸热反应，CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量，焓变大于零，A、B项正确；C项，在CaCO3中，Ca2＋和CO之间存在离子键，CO中，C与O之间存在共价键，故反应中有离子键断裂也有共价键断裂，断键吸收能量，成键放出能量，C项正确；需要加热才发生的反应不一定为吸热反应，如碳的燃烧反应就是放热反应，D项错误。] 10．(双选)研究表明，化学反应中能量变化的本质是化学键的形成和断裂过程中释放和吸收能量。如图表示反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的能量变化，下列有关说法中错误的是(　　) A．图中的①是指放出能量，②是指吸收能量 B．图示说明反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)是一个吸热反应 C．图示说明化学键的形成与断裂是化学反应中发生能量变化的根本原因 D．③中a为484 解析：AB　[A项，断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，错误；B项，由图可知反应物的总能量高于反应产物的总能量，应为放热反应，错误；D项，a＝1 852－1 368＝484，正确。] 11．下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)： 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　________　。 A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2 (2)下列氢化物中，最稳定的是　________　。 A．HCl B．HBr C．HI (3)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？　 _________________________　。 (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，　________　(填“放出”或“吸收”)的热量最多的是　______________　。 (5)若无上表中的数据，你能正确回答出问题(4)吗？　________　(填“能”或“不能”)，你的根据是　_________________　。 解析：破坏1 mol物质的化学键时所消耗的能量与相同条件下形成1 mol该物质的化学键时放出的能量相等，放出的能量越多，物质本身具有的能量越低，分子越稳定。形成1 mol H—H键时放出的能量最多，为436 kJ；在氢化物中，形成1 mol H—Cl键时放出的能量最多，为432 kJ；假设消耗1 mol H2，分别计算出生成HCl、HBr、HI的三个反应放出的热量依次为185 kJ、103 kJ和9 kJ。 答案：(1)A　(2)A　(3)放热反应　(4)放出　Cl2　(5)能　元素的非金属性越强，生成的氢化物越稳定，反应放出的能量就越多 12．化学键的键能是原子间形成1 mol化学键(或其逆过程)时释放(或吸收)的能量。以下是部分共价键键能的数据：H—S：364 kJ·mol－1，S—S：266 kJ·mol－1，S＝O：522 kJ·mol－1，H—O：465 kJ·mol－1。 (1)试根据这些数据计算下面这个反应的反应热： 2H2S(g)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－Q kJ·mol－1，反应产物中的S实为S8，实际分子是一个8元环状分子(即)，则Q＝　________　。 (2)标准状况下，将a L H2S与b L SO2混合进行上述反应，当a>2b时，反应放热　________　kJ；当a<2b时，反应放热　________　kJ。(用a、b表示) 解析：(1)2H2S(g)＋SO2(g)===3S(s)＋2H2O(l)，2 mol H2S中有4 mol H—S键，1 mol SO2中有2 mol S＝O键，3 mol S 中有 mol S8，即3 mol S—S键，2 mol H2O中有4 mol H—O键。破坏反应物的化学键吸热，形成反应产物的化学键放热，故ΔH＝(4×364＋2×522－3×266－4×465) kJ·mol－1＝－158 kJ·mol－1，Q＝158。 (2)a>2b时，H2S过量，SO2不足，以SO2的量计算，SO2有 mol，放热 ×158 kJ＝7.054 b kJ；a<2b时，H2S 不足，SO2过量，以H2S的量计算，H2S有 mol，放热××158 kJ≈3.53a kJ(注意化学方程式中H2S的系数是2，所以除以2)。 答案：(1)158　(2)(或7.054 b)　(或3.53a) 13．Ⅰ.我国航天航空事业蒸蒸日上，航天航空的关键技术是火箭，火箭燃料有液氢、乙炔(C2H2)、甲烷、煤油、肼(N2H4)等。请回答下列问题： (1)已知肼的结构简式可表示为H2N—NH2。 ①肼分子中的化学键类型为　__________　。 ②肼在氧气中燃烧生成无毒的物质，则反应中肼断裂的化学键有N—H键、　__________　，新形成的化学键有　__________________　。 ③根据肼燃烧过程中的能量变化，说明反应物能量之和　________　(填“大于”“等于”或“小于”)生成物能量之和。 (2)氢燃料汽车中氢的燃烧与火箭中氢的燃烧最大的不同在于前者使用的是空气作氧化剂，而后者使用的是液氧。火箭中不能使用液化空气，原因是____________________。 (3)火箭发射前，当液氢、液氧加到一定量后，技术人员还要不停地补加，请你说出这种做法的原因： ________________________________________________________________________。 解析：(1)肼分子中含有N—H共价键和N—N共价键。因为燃烧反应为放热反应，故反应物的能量之和比生成物的能量之和大。 (2)氢气在空气中和在纯氧中燃烧相同，释放的能量也相同，不同之处在于液态空气中的液氮不能参加反应，且在液氢燃烧时还会挥发带走氢气燃烧所放出的部分热量。 (3)液氢、液氧的沸点低，在常温下易挥发，若要保持一定的量，需要不停地补加。 答案：(1)①共价键　②N—N键　N≡N键、H—O键　③大于 (2)液态空气中的液氮不能参与反应，液氢燃烧时，液氮挥发带走大量的热量，导致能量损失 (3)液氢、液氧的沸点低，容易挥发 学科网（北京）股份有限公司 $