第二章 化学反应与能量
第一节 化学能与热能
1.知道化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。
2.知道反应物与生成物总能量的相对高低是反应过程中能量变化的决定因素。
3.了解化学能与热能的相互转化。
4.了解能量转化在生产、生活中的应用。
学习目标
化学变化的特征是什么?
化学变化中除有新物质生成外，常伴随着放热、发光、变色、放出气体、生成沉淀等现象发生。
一 、制取新物质；
二 、利用反应中的能量.
化学在推动人类社会不断的进步方面能作出什么贡献？
生活中哪些事实说明了在化学反应中伴随着能量的变化？
煤、石油、天然
气等可燃物质燃烧
时释放热量
烟花燃放、石灰溶于水时释放热量
石灰石分解需要
加热到高温。
从反应物和生成物所含化学能分析，如何理解化学反应中的能量变化？
课前自主学案
一、化学键与化学反应中能量变化的关系
1．化学反应的实质
化学反应的实质是原子(或原子团)的重新组合，即反应物中_____________的断裂和生成物中___________的形成。
旧化学键
新化学键
2．化学反应中能量变化的原因(微观角度)
(1)物质中的原子之间是通过_________结合的。
(2)断开反应物中的化学键要_________能量，形成生成物中的化学键要_________能量。
(3)实例(25 ℃和101 kPa的条件下)
化学键
吸收
放出
吸收
放出
1660
(4)物质在化学反应中发生能量变化的主要原因是___________的断裂和形成。
3．化学反应中能量变化的决定因素(宏观角度)
(1)物质的稳定性与能量的关系
化学键
反应物的总能量高
生成物的总能量低
放出能量
生成物的总能量高
反应物的总能量低
决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
化学反应
化学反应
吸收能量
一个化学反应吸收
能量还是放出能量
放热
吸热
从整体考虑的角度出发
反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量
生成物的总能量=反应物的总能量+吸收的热量
【小结】
(2)化学反应中能量变化的决定因素(用E表示物质能量)
E(反应物)＞E(生成物) _______能量
E(反应物)＜E(生成物) ________能量
思考感悟
1．液态HCl不导电，但HCl溶于水能导电，该过程有化学键断裂吗？属于化学变化吗？
【提示】　当HCl溶于水时，在水分子的作用下，H—Cl化学键被破坏，但无新化学键的形成，故不属于化学变化。
吸收
放出
△E = 183 kJ/mol
－436 kJ/mol (H2)
－243 kJ/mol (Cl2)
2×431 kJ/mol
= 862 kJ/mol
以 H2 + Cl2 == 2HCl 反应为例：
断开1molH-H健或Cl-Cl健所吸收的能量
形成1molH-Cl键所放出的能量
形成1molH-Cl键所放出的能量--断开1molH-H健或Cl-Cl健所吸收的能量
从化学键的观点来分析能量的变化
所以：一个化学反应是否为放热还是吸热取决于什么呢？
取决于所有断键吸收的总能量与所有
形成新键放出的总能量的相对大小
课堂练习：
关于吸热反应的说法正确的是( )
A．凡需加热的反应一定是吸热反应
B．只有分解反应才是吸热反应
C．使用催化剂的反应是吸热反应
D．C02与CaO化合是放热反应，则CaC03分解是吸热反应
D
2.在反应H2 + Cl2 ＝2HCl中，已知H－H
键能为436kJ，Cl－Cl键能为243kJ，
H－Cl键能为431kJ，判断该反应是（ ）
A. 吸热反应 B. 放热反应
C. 吸收183 kJ热量 D.放出183 kJ热量
BD
3、已知反应A＋B＝C＋D为放热反应，对该反 应的下列说法中正确的是（ ）

A. A的能量一定高于C
B. B的能量一定高于D
C. A和B的总能量一定高于C和D的总能量
D. 该反应为放热反应，故不必加热就一定
能发生
C
4、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中，
破坏1molH－H键消耗的能量为Q1kJ，
破坏1molO = O键消耗的能量为Q2kJ，
形成1molH－O键释放的能量为Q3kJ。
下列关系式中正确的是（ ）
A. 2Q1 + Q2 > 4Q3 B. 2Q1 + Q2 < 4Q3

C. Q1 + Q2 < Q3 D. Q1 + Q2 = Q3
B
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，________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
_________不变。
2．吸热反应和放热反应
(1)定义
吸热反应：_______热量的化学反应。
放热反应：_________热量的化学反应。
总质量
总能量
吸收
放出
放热反应
吸热反应
E(反应物) ＞ E(生成物)
E(反应物) ＜ E(生成物)
放热反应
吸热反应
规律
放热反应
吸热反应
大于
小于
小于
大于
金属与酸或水的反应
金属氧化物与酸或水的反应
可燃物的燃烧或缓慢氧化
酸碱中和，大部分的化合反应
大部分的分解反应
以C、CO、H2为还原剂的氧化还原反应
Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
总结
1．正确理解和公式导出
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。利用化学键的能量变化可粗略计算化学反应过程
中的能量变化。
以H2＋Cl2===2HCl为例：
3．举例

则反应：N2＋3H2===2NH3的能量变化
ΔQ＝Q(吸)－Q(放)＝(942 kJ＋436 kJ×3)－391 kJ×3×2＝－96 kJ
即该过程放出96 kJ热量。
(2011年北京海淀区高一检测)已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时需要吸收能量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出能量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收能量为
(　　)
A．920 kJ　　　　　　　　 B．557 kJ
C．436 kJ D．188 kJ
【思路点拨】　解答此题要注意以下两点：
(1)反应过程的能量变化等于反应物总键能减去生成物总键能。
(2)放热反应的能量变化为负值。
【答案】　C
【规律方法】　与键能有关的计算题，通常就是考查化学键的键能与化学反应中能量变化的关系。计算公式为：
化学反应中的能量变化值＝反应物的总键能－生成物的总键能。
利用这一公式进行计算时，要特别注意：
(1)既可以利用所有化学键的键能计算具体反应中的能量变化，又可以根据化学反应中的能量变化计算某一个具体的化学键的键能。
(2)计算出的数值如果为正值，意味着是吸热反应，计算出的数值如果是负值，意味着是放热反应。
变式训练2　(2010年高考重庆卷改编题)已知H2(g)＋Br2(l)===2HBr(g)，当生成2 mol HBr(g)时反应放出72 kJ 能量，蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ，其他相关数据如下表：
则表中a为(　　)
A．404 B．260
C．230 D．200
解析：选D。化学反应的实质是旧键断裂(吸收能量)和新键形成(放出能量)，故有436＋30＋a－369×2＝－72，a＝200，D项正确。
怎样设计实验来了解反应中的
热量变化情况？
下面我们一起通过实验来认识和感受一下化学能与热能的相互转化！
[实验探究2—1] 铝片与盐酸的反应
在一支试管中加入2-3mL６mol/L的盐酸，再插入用砂纸打磨光的铝条，观察现象，并用温度计测量溶液温度的变化．
实验2－1
铝与盐酸反应，放出大量气泡，
温度升高
该反应是放热
反应
实验2、测量铝跟盐酸反应中的能量变化
1）化学方程式：

2）现象：

3）了解反应中能量变化的方法：

4）结论：
2 Al + 6 HCl = 2 AlCl3 + 3 H2↑
反应比较迅速，产生无色无味气体，溶液温度升高。
用手触摸试管外壁；用温度计测量
铝与盐酸反应放热
[实验2—2探究] ：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
整个实验的现象、反应化学方程式和结论？
化学能与热能视频实验
实验2－2
现象：1、玻璃片（小木板）会与小烧杯粘结在一起
2、有少许刺激性气味气体产生
3、有水生成
玻璃棒的作用：
搅拌，使混合物充分接触
反应物成糊状的原因：
结冰粘结
结论：该反应是吸热反应
实验1、测量Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应中的能量变化
有刺激性气味的气体产生，该气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝
有NH3生成
烧杯变冷
反应吸热
烧杯下带有水滴的玻璃片粘到烧杯底部
反应吸收热量使体系温度降低，使水结成冰
混合物成糊状
有水生成
Ba(OH)2 ·8 H2O + 2 NH4Cl
= BaCl2+2 NH3↑+10 H2O
实验探究２－３
盐酸与氢氧化钠溶液反应，观察反应中溶液温度的变化。
化学能与热能视频实验
实验2－3
结论：中和反应是放热反应。
实质：H+ + OH－ ＝ H2O
反应后温度升高
室温
室温
中和热：酸与碱发生中和反应生成1molH2O时
所释放的热量称为中和热
【实验2-3】改为下列两组对比实验。
思考：为什么强酸与强碱发生反应时都会放出热量？
反应物及用量
HNO3 2 mL 1 mol/L
NaOH 2 mL 1 mol/L
HCl 2 mL 1 mol/L
NaOH 2 mL 1 mol/L
混合前温度
室温
室温20。c
混合后温度
t1
t2
结  论
HNO3与NaOH发生
中和反应时放热
HCl与NaOH发生
中和反应时放热
对实验进行归纳和概括
强酸与强碱发生中和反应时放出热量
酸
碱
中和热：
（1）定义：稀强酸与稀强碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量。
（2）中和热测定：
如果要通过实验来测定盐酸与氢氧化钠反应的中和热，你认为在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？
你准备如何设计并进行实验？
讨论、交流：
中和热的测定 装置
在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条），
使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。
然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条），大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，
以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，
如上图所示。该实验也可在保温杯中进行。
思考与交流：
在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？
（1）用隔热装置，尽量减少热量散失；
（2）酸碱的量要准确：n＝C×V
a.浓度要越精确越好
b.量体积的容器越精确
越好，最好用移液管
（3）温度计越精确越好
（4）注意控制反应时间
（5）多做几次，取平均值
中和热：酸与碱发生中和反应生成1molH2O时
所释放的热量称为中和热
环形玻璃搅拌棒
思考与交流
在设计实验装置和操作应从两个方面考虑，
一是注重“量”的问题:
如① 反应物的浓度和体积取定值；
② 测量反应前后的温度值；
③ 做平行实验取平均值。
二是尽量减小实验误差:
如① 搅拌使反应充分进行；
②及时散热，使混合液温度均衡；
③温度计的精确度高，最好使用精度为0.1 ℃；
④使用绝缘装置，避免热量散发；
思考与交流
测量中和反应热应该注意哪些问题？
1、保温隔热的效果一定要好。
2、酸碱浓度要准确。
3、温度计要读准，水银球要全浸在
4、实验操作时动作要快，以尽量
溶液中，且要稳定一段时间再读。
减少热量的散失。
讨论4：总结：
放热反应
物质与氧气的反应
燃料的燃烧
中和反应
活泼金属与酸、水反应
生石灰和水反应
大部分化合反应
吸热反应
C+CO2、H2O
H2+CuO
Fe+H2O（g）
Ba(OH)2·8H2O+NH4Cl
大部分分解反应
常见的和放热反应吸热反应：
注意：有些放热反应开始时需要加热启动，但不需持续加热；而有些吸热反应可以自发进行，但大多数需持续加热。
常见的放热反应和吸热反应
放热反应
所有燃烧
中和反应
溶液里的置换
一般的化合反应
特殊的分解
吸热反应
电离

强碱与铵盐

一般的分解

特殊的化合
随堂练习
1. 下列说法正确的是 ( )
A. 大多数的化合反应是释放能量的反应
B. 大多数分解反应是吸收能量的反应
C. 释放能量的反应都不需要加热
D. 吸收能量的反应都需要加热
AB
2. 下列反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是 ( )
A.铝片与稀盐酸的反应
B.Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应
C.灼热的炭与CO2的反应
D.甲烷在氧气中的燃烧反应
C
3、当物质发生化学反应时，断开反应物中
的化学键要 ；而形成生成物中
的化学键要 。一个化学反应是
释放能量还是吸收能量取决于

。
吸收能量
放出能量
反应物总能量与生成物总能量的相对大小
4、若反应物的总能量>生成物的总能量，
化学反应 能量。

若反应物的总能量<生成物的总能量，
化学反应 能量。
放出
吸收
5、下列说法正确的是（ ）

A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B.任何放热反应在常温条件下一定能发生反应
C.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应
结果是放热还是吸热
D.吸热反应在一定条件下也能发生反应
CD
6、甲烷燃烧要放出热量，水的分解要吸收能量，
试从化学键变化的角度分析其原因？
解析： 形成4molH－O键和2molC＝O键释放的能量
比断裂4molC－H键和2molO＝O键所吸
收的能量高，因此放出热量。
断裂4molH－O键所吸收的能量比形成2mol
H－H键和1molO＝O键放出的能量高，因此
要吸收能量。
7、不同的物质不仅组成______、结构______，所包含的化学能也_______。
8、一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，决定于______________________________________。____________ 时，有部分能量释放出来；_______________________时，反应物要吸收能量，才能转化为生成物。
9、 是化学反应中能量变化的主要原因。
不同
不同
不同
反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
若E反> E生
若E反< E生
化学键的断裂和形成
10.下列物质加入水中显著放热的是( )
A．生石灰 B．固体NaCl
C．无水乙醇 D．固体NH4N03
11.对于放热反应，下列说法正确的是( )
A．产物H20所具有的总能量高于反应物H2和O2所具有的总能量
B．反应物H2和O2所具有的总能量高于产物H2O所具有的总能量
C．反应物H2和O2所具有的总能量等于产物H、O所具有的总能量
D．反应物H2和02具有的能量相等
A
B
化学反应
热能
煤、石油、天然气的燃烧（产生）
CaCO3经过高温煅烧分解成CaO（动力）
热能对化学反应的支持作用，利用热能来完成常温下很难发生的化学反应。
获取能量
3．化学能与热能相互转化的应用
(1)化学物质中的__________通过反应转化成
_______，是人类生存和发展的动力之源。
(2)热能转化成化学能是人们进行化学科学研究，研制新物质不可缺少的条件和途径。
思考感悟
2．水蒸气液化时向环境释放热量，该变化是放热反应吗？
【提示】　吸热反应和放热反应是针对化学反应而言的，水蒸气液化是放热过程，但无化学变化，故不是放热反应。
化学能
热能
三、化学能的应用
利用热量进行生活、生产和科研。
利用热能使很多化学反应得以发生。
如：
柴草时期
化石能源时期
多能源结构时期
四、社会的发展与能源的利用：
1、人对科学知识的掌握越多，对能源的利用（人均耗能）越多；
2、人类利用能源的三个时期：
3、能源的分类：一次能源、二次能源
科学视野 生物体中的能量转化
人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧本质相同，都是放热反应。只是二者条件不同，且前者更加合理有效。
1、社会发展与能源利用
科学视野
2、人类利用能源的三个阶段
柴草时期
中国古代制陶图
化石能源时期
多能源结构时期
16.6%
2.1%
5.1%
76.2%
我国化石燃料和水电能源消耗构成图
三、人类利用能源的三个阶段
1．柴草时期
该时期从火的发现至18世纪产业革命，以树枝杂草为主要能源。
2．化石能源时期
从18世纪中期到现代，以___________________为主要能源。
3．多能源结构时期
以________能源和清洁能源(______能源)为主要能源，主要包括
________________________________等。
煤、石油、天然气
可再生
太阳能、氢能、核能、生物质能
绿色
练习：1、指出下列说法的正误
Ａ、生物体内进行的缓慢氧化反应是放热反应。
Ｂ、化学键断裂吸收的能量越多，化学键越牢固。
Ｃ、植物光合作用吸收太阳能，与化学能无关。
Ｄ、柴草的燃烧与化学能无关。
Ｅ、人类的文明程度与人均耗能无关。
对
对
不对
不对
不对
2.有关下列能量转化的认识不正确的是( )
A．植物的光合作用使得太阳能转化为了化学能
B．人类使用照明设备是将电能转化为了光能
C．生物体内的化学变化过程在能量转化上比在体外发生的一些能量转化更为合理、有效
D．燃料燃烧时只是将化学能转化为了热能
D
3.下列反应中，属于放热反应的是 ，C属于吸热反应的是 。①煅烧石灰石(主要成分是CaC03)制生石灰(CaO) ②燃烧木炭取暖 ③炸药爆炸 ④酸与碱的中和反应 ⑤生石灰与水作用制熟石灰 ⑥食物因氧化而腐败
4.航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4C104)的混合物为固体燃料，点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应。其方程式可表示为：
下列对此反应的叙述中错误的是( )
A．上述反应属于分解反应
B．上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行
C．反应从能量变化上说，主要是化学能转变为热能和动能
D．在反应中高氯酸铵起氧化剂作用
②③④⑤⑥
①
D
5.绿色能源是指使用过程中不排放或排放极少污染物的能源，如一级能源中的水能、地热、天然气等；二级能源中电能、氢能等。下列能源属于绿色能源的是（ ）
① 太阳能 ② 风能 ③ 石油 ④ 煤 ⑤ 潮汐能 ⑥ 木材
A.①②③ B.③④⑤
C.④⑤⑥ D.①②⑤
D
6.已知反应物的总能量高于产物的总能量，则反应是（ ）
A.放热反应 B.吸热反应
C.有催化剂作用 D.无法判断
7.下列反应中，属于吸热反应的是（ ）
A.活泼金属跟酸反应 B.制造水煤气
C.酸碱中和反应 D.镁条燃烧
A
B
1、物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化,而这种能量变化又通常表现为热能变化。
2、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、一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
4、化学反应中能量转化遵循能量守衡原则。
【本节小结】
小结
1．下列说法正确的是(　　)
A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B．化学反应中的能量变化都表现为热量变化
C．任何放热反应在常温下一定能发生
D．反应物和生成物所具有的总能量的相对大小决定了反应是放热还是吸热
解析：选D。化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，有的还以光能、电能等形式表现；反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物的总能量的相对大小；放热反应和吸热反应在一定条件下都能发生，反应开始时需加热的反应可能是吸热反应也可能是放热反应，放热反应常温下不一定能发生，如合成氨反应。
2．(2011年长春高一检测)图中所示是两个反应前后反应物总能量和生成物总能量的比较，对于A、B两个反应的说法正确的是(　　)
A．A反应是放热反应，B反应也是放热反应
B．A反应是放热反应，B反应是吸热反应
C．A反应是吸热反应，B反应也是吸热反应
D．A反应不需要加热，B反应必须加热
解析：选B。若反应物总能量高于生成物总能量，则反应为放热反应，反之，为吸热反应；但是无论是吸热反应，还是放热反应都与反应是否加热无关。
3．下列变化中属于吸热反应的是(　　)
①液态水汽化　②将胆矾加热变为白色粉末　③苛性钠固体溶于水　④氯酸钾分解制氧气　⑤生石灰跟水反应生成熟石灰　⑥干冰升华
A．①④　　　　　　　　　　B．②④
C．③⑤ D．④⑥
解析：选B。注意吸热或放热过程与吸热反应或放热反应的区别。①水汽化是物理变化，不属于吸热反应。②CuSO4·5H2O受热分解生成CuSO4和H2O，属于吸热反应。④KClO3分解是吸热反应。⑤是放热反应。③⑥均为物理变化。
(2011年天津高一检测)下列说法中不正确的是(　　)
A．任何化学反应都伴随着热量的变化
B．化学反应的特征是有新物质生成
C．经过加热而发生的化学反应不一定都是吸热反应
D．只要有化学键的断裂，一定发生化学反应
【解析】　任何化学反应都伴随着能量的变化，A正确；有新物质生成的反应为化学反应，B正确；很多放热反应需要加热或点燃才能发生，C正