第二章
化学反应与能量
能源与人类
能源是人类赖以生存和发展的重要资源。在当今社会中，人类所使用的能量绝大部分是由化学反应提供的，特别是煤、石油、天然气以及它们的制品燃烧所产生。随着社会的发展，人类活动消耗的能量逐渐增加。尽管一些新能源被不断开发和利用，但是，由于人类大量开发和浪费资源，造成了资源的不合理利用从而引发了不可回避的能源危机。
第二章 化学反应与能量
第一节 化学能与热能(第1课时)
实验探究
[2—1]铝片与盐酸的反应
现象：有气体放出，试管壁发烫。
结论：该反应放出热量
2Al+ 6HCI==2AICl3+3H2↑
[2—2]Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
现象： 1、有少许刺激性气味气体产生、混合物成糊状。 2、烧杯变冷，玻璃片与小烧杯粘在一起。
结论：该反应吸收热量
通过以上几个实验，你能得出什么结论？
思考与交流
化学反应在发生物质变化的同时，还伴随有能量的变化；而能量的变化通常又主要表现为热量的变化。
化学反应的两大基本特点：
①物质变化（定量）；②能量变化。
一、化学能与热能的相互转化
1、放热反应和吸热反应
2、常见的放热反应和吸热反应
放出热量的反应叫做放热反应；（化学能→热能）
吸收热量的反应叫做吸热反应；（热能→化学能）
燃料的燃烧(与O2的反应）
中和反应
活泼金属与水或酸的反应
大部分化合反应（生石灰和水）
物质的缓慢氧化等。
大部分分解反应
C+CO2=2CO；
C+H2O=CO+H2；
H2+CuO=Cu+H2O
Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl=
1、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
随堂练习
化学反应中为何会伴有能量的变化？一个反应究竟是放出能量还是吸收能量由什么因素决定？

从化学键的角度分析，化学反应的本质是什么？
思考与交流
微观：化学键的断裂和形成
化学反应的本质:
吸收能量
放出能量
旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
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
化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
化学键变化与能量变化关系图
能量\KJ
1mol H2 (1mol H-H)
2mol H
436KJ
436KJ
断键吸收能量
成键放出能量
1mol CH4 (4mol C-H)
能量\KJ
1mol C ＋4mol H
断键吸收能量
4×415KJ
成键放出能量
4×415KJ
化学反应能量变化来源于旧化学键断裂
和新化学键形成时的能量变化
能量
反应进程
在25℃、101kPa条件下 H2 + Cl2 ═ 2HCl 反应为例
断开1molH-H键和1molCl-Cl键吸收的总能量为(436+243)kJ =679kJ
形成2mol H-Cl化学键放出的总能量为862kJ
1mol H2和1molCl2反应放出能量(862-679)kJ=183kJ
放出能量183kJ
点燃
1.微观：——化学键的断裂和形成
①断开化学键吸收的总能量 形成化学键释放出的总能量，反应放出能量。
小于
H
Cl
Cl
H
②断开化学键吸收的总能量 形成化学键释放出的总能量，反应吸收能量。
能量
反应进程
大于
石灰石(主要成分是CaCO3)要经过高温煅烧才能变成生石灰(CaO)，高温条件提供的热能在石灰石的分解反应中起什么作用？
在25℃和101kPa的条件下：
即：由1mol的H2和1mol的F2，生成2molHF会释放出 2 × 565kJ-436kJ-155kJ=539kJ
F - F F + F 吸收155kJ/mol
H-H H + H 吸收436kJ/mol
放出539KJ
H + F H-F 放出565kJ/mol
试 一 试
那么，H2和F2反应生成HF是放热还是吸热？能量变化为多少？
试 一 试
水由高处向低处流要释放能量（势能转换为动能）
将水由低处抽向高处需提供能量（电能转换为机械能，再转换为势能）
思考与交流
看下面的两幅图，你有何感想？
能量守恒定律
能量不会无缘无故地产生，也不会无缘无故的消失；它只能由一种形式转化为另一种形式，但体系的总能量是不变的。

启发：每种物质都储存有一定的化学能，不同物质储存的化学能是不同的；化学能与其它形式的能量相互转化时，同样遵守能量守恒定律。
①反应物的总能量 生成物的总能量，反应放出能量。
2.宏观： ——反应物和生成物的总能量相对大小
大于
瀑布
讨论：水往低处流的过程中，能量发生了什么变化？化学反应中，由总能量高的反应物生成总能量低的生成物时，能量发生了什么变化？
能量
反应进程
②反应物总能量 生成物总能量，反应吸收能量。
小于
化学反应中能量的变化
------总能量守恒(能量守恒定律)
一个反应是放出能量还是吸收能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。
化学反应的过程,可以看成是能量的“贮存”或“释放”的过程
Ｅ(反应物)＞Ｅ(生成物)　　
化学能释放
Ｅ(反应物)<Ｅ(生成物)　　
化学能储存
（1）宏观：取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。
（2）微观：取决于旧键断裂吸收能量和新键形成放出能量的多少。
小结
断键吸收总能量 <成键放出总能量
断键吸收总能量 > 成键放出总能量
Ｅ(反应物)＞Ｅ(生成物)
Ｅ(反应物)<Ｅ(生成物)
2、化学反应中能量变化遵循能量守恒定律
1、化学反应中能量变化原因
课堂练习
1、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 。
反应物总能量与生成物总能量的相对大小
2、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，故不必加热就一定发生
C
吸收能量
放出能量
随堂练习
3、判断下列说法是否正确：
（1）加热的反应一定是吸热反应；
（2）一个反应是吸热或放热与反应条件没有直接联系，与反应物和生成物的总能量的相对大小有关；
（3）化学反应中的能量变化都表现为热能变化；
4、下列说法中正确的是（ ）
A、物质发生化学反应都伴随着能量变化
B、所有物质的内部都“储存”有能量，而且
这些能量都是相等的
C、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
D、化学反应的过程实质是断开旧化学键形成
新化学键的过程
AD
随堂练习
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
（每生成1mol水放出57.3KJ的热量)
练习、已知中和热的数值是57.3KJ/mol，下列物质反应时产生57.3KJ热量的是（ ）
A、稀盐酸和稀NaOH溶液
B、1.0mol/LHCl溶液和1.0mol/LNaOH溶液
C、500mL2.0mol/LHCl溶液和500mL2.0mol/L
NaOH溶液
D、500mL2.0mol/LH2SO4溶液和500mL2.0mol/L
Ba(OH)2溶液
酸与碱发生中和反应生成 1 mol H2O 时所释放的热量称为中和热。
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？请与同学讨论、交流。
[思考与交流]
要精确地测定反应中的能量变化，
一是要注重“量的问题”，
二是要最大限度地减小实验误差。
一是注重“量”的问题
二是尽量减小实验误差
用稀溶液进行中和反应（减小溶解热的干扰）。
用强酸和强碱溶液反应（减少电离热效应的干扰）；
每次取等量的酸碱进行反应。
做平行实验取平均值
增强保温隔热措施，减少实验中热量的损失
不断搅拌，使热量分散均匀。
温度计的精确度要高。
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。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。
例、 如右图所示，把试管放入盛有25℃时饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管滴入5mL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)由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量 (填“大于”、“小于”、“等于”)镁片和盐酸的总能量.
(1)①镁片上有大量气泡产生；②镁片逐渐溶解；③烧杯中析出晶体.
(2)镁与盐酸反应产生氢气，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
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：
[科学视野 1] 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。
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
巩固练习：
2. 下列反应属于放热反应的是:
A. NaOH与HCl反应 B. C和CO2共热
C. 碳酸钙的分解 D. 制备水煤气的反应
3、1molBa(OH)2 和1mol H2SO4反应放出的热量为Q，则Q为它们的中和热
错
其中和热为1/2 Q
4. 目前，一种人称“摇摇冰”的即冰用饮料开始上市，所谓“摇摇冰”是指将饮料罐隔离层中的制冷物质和水混合起来，吸食前摇动使罐中的饮料冷却。若该制冷物质可从下列固体物质中选择，则它可以是（   ）      
A、氯化钠    B、固体硝酸铵      
C、生石灰    D、固体氢氧化钠
5. 一种“即食即热快餐”适合外出旅游时使用，其内层是用铝箔包裹的并已加工好的真空包装食品，外层则是分别包装的两包化学物质，使用时拉动预留在外的拉线，使这两包化学物质反应，此时便可对食物进行加热，这两包化学物质最适合选择的是（    ）
A、浓H2SO4与水 B、生石灰与水 
C、熟石灰与水  D、氯化钠与水
B
B
例题：在同温、同压下，比较下列反应热量Q1、Q2的大小
A：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)+Q2
B：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1
2H2O(g) =2 H2(g)+O2(g) +Q2
C：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2
D: S(g)+O2(g)=SO2(g)+Q1
S(S)+O2(g)=SO2(g)+Q2
例题：在同温、同压下，比较下列反应热量Q1、Q2的大小
A：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1
H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)+Q2
∴Q2=1/2Q1
B：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1
2H2O(g) =2 H2(g)+O2(g) +Q2
∴Q2= - Q1
例题：在同温、同压下，比较下列反应放出热量Q1、Q2的大小
C：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1
2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2
分析：反应物的状态，数量和生成物的数量都相同，但由于气态水转化为液态要放出一定数量的热量
∴Q2＞Q1
D: S(g)+O2(g)=SO2(g)+Q1
S(S)+O2(g)=SO2(g)+Q2
例题：在同温、同压下，比较下列反应放出热量Q1、Q2的大小
两式数量相同，S由固态吸收热量转化为气态，在氧化燃烧生成SO2。其放出热量的总和小于由气态S直接燃烧所放出的热量
∴Q2