第一节　化学能与热能

课堂互动讲练
探究整合应用
知能优化训练
第一节
课前自主学案
学习目标
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
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
(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
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
(2)实例
①铝与盐酸反应
现象：铝条表面有_____________产生，反应后温度_______。
结论：反应过程中 ________热量。
②Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
现象：有___________________生成，烧杯壁很凉，烧杯与玻璃片粘到一起。
结论：反应过程中______热量。
无色气体
升高
放出
刺激性气味气体
吸收
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、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
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。
课堂互动讲练
1．吸热反应和放热反应的比较
2.常见的吸热反应和放热反应
(1)吸热反应
①大部分分解反应
②较典型的反应，如：
Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应
(2)放热反应
①大部分化合反应
②金属和水或酸的反应
③可燃物的燃烧反应及缓慢氧化
④酸和碱的中和反应
特别提醒：吸热反应和放热反应均是化学反应。NaOH 固体溶于水、浓 H2SO4溶于水，属于放热过程，不属于放热反应；NH4NO3固体溶于水，升华、蒸发、分子形成原子等属于吸热过程，不属于吸热反应。
(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正确；化学反应中有反应物中旧化学键断裂，也有生成物中新化学键形成，D不正确。
【答案】　D
【规律方法】　化学反应都伴随着能量变化，只有两种情况：一种为吸热反应，一种为放热反应。某个反应是吸热反应还是放热反应与反应条件无必然关系。
变式训练1　研究物质变化时，人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化时所引起的化学键及能量变化。据此判断下列说法错误的是(　　)
A．金属钠与氯气反应生成氯化钠后，其结构的稳定性增强，体系的能量降低
B．物质燃烧可看成是把“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来
C．氮分子内部存在着很强的共价键，故通常状况下氮气的化学性质很活泼
D．需加热才能发生的反应不一定是吸收能量的反应
解析：选C。钠原子最外层只有1个电子，当它失去1个电子后可以形成8电子稳定结构使体系的能量降低，A项正确；物质燃烧放热，化学能转化为热能，B项正确；氮分子内部存在着很强的共价键，很难被破坏，所以在通常状况下氮气的化学性质很稳定，C项错误；任何化学反应都经历了旧键的断裂(吸收能量)和新键的形成(放出能量)的过程，都伴随着能量的变化，但释放能量还是吸收能量，不是由反应条件决定的，如合成氨需要在高温下进行，但它却是释放能量的反应，D项正确。
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。
探究整合应用
如图所示，把试管放入盛有25 ℃饱和澄清石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管滴入5 mL稀盐酸于试管中，试完成下列问题：
(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)由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________镁片和稀盐酸的总能量。(填“大于”、“小于”或“等于”)
镁片与稀盐酸的反应是放热反应，这是由于反应物(Mg和稀盐酸)的总能量高于生成物(MgCl2溶液和H2)的总能量。放出的热通过小试管传递给饱和石灰水溶液，使Ca(OH)2的溶解度下降而析出Ca(OH)2晶体。
【答案】　(1)①镁片上有大量气泡产生；②镁片逐渐溶解；③烧杯中溶液变浑浊
(2)镁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晶体
(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
(4)小于