2018_2019学年高中化学期末大串讲专题06化学能与热能（知识讲解）.docx

专题06 化学能与热能知识网络重难突破一、化学反应中能量变化的原因1、化学反应的本质是原子(或原子团)的重新组合，即反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。2、物质中的原子之间是通过化学键结合的。断开反应物中的化学键要吸收能量，形成生成物中的化学键要放出能量。3、在25 和101 kPa的条件下，由原子形成1 mol化学键时所放出的能量，与断开1 mol相同化学键所吸收的能量是相等的。4、利用化学键的能量变化计算化学反应中的能量变化典例1下列关于化学反应的说法中不正确的是() A化学反应过程中一定有热量释放出来B化学反应的特征是有新物质生成C化学反应的过程实际上是一个旧键断裂、新键形成的过程D在一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一定不相等【答案】A【解析】化学反应的本质特征是一定有新物质生成。化学反应是吸热还是放热，取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小，或旧键断裂吸收能量与新键形成放出能量的相对大小。典例2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 HO键形成时放出能量463 kJ，则氢气中1 mol HH键断裂时吸收的能量为()A.920 kJ B.557 kJC.436 kJ D.188 kJ【答案】C【解析】由1 g H2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ可知：2 g H2(即含1 mol HH键)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121 kJ2242 kJ。由化学方程式H2(g)O2(g)H2O(g)可设1 mol HH键断裂吸收的能量为Q，则：Q496 kJ2463 kJ242 kJ，Q436 kJ。二、化学反应过程中能量变化图示1.各种物质都储存有化学能，不同的物质所储存的化学能不同。化学反应中，物质发生了变化，化学能也随之而改变，化学反应过程中吸收或放出能量可用下图形象地表示：2.物质具有的能量越低，断开其中的化学键需要的能量越多，该物质越稳定；物质具有的能量越高，断开其中的化学键需要的能量越少，该物质越不稳定。典例3下列说法正确的是()A.任何化学反应都伴随着能量的变化B.H2O(g)=H2O(l)该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化C.化学反应中能量的变化都表现为热量的变化D.对于如图所示的过程，是吸收能量的过程【答案】A【解析】任何化学反应都有能量的变化，但有能量变化的过程不一定是化学变化，如物质的三态变化，虽然存在能量变化，但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成，故不是化学变化，所以A项正确，B项错误；化学反应中能量变化的形式有多种，除热能外，还有光能、电能等，C项错误；由图像知，该过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该过程中放出了能量，D项错误。典例4下列图示变化为吸热反应的是()【答案】A【解析】A项中生成物的总能量高于反应物的总能量，只能通过吸收能量才能实现；B项则恰好相反；C项中浓硫酸溶于水放出热量，但此过程是物理变化，没有发生化学反应；D项是放热反应。三、放热反应和吸热反应1、化学反应中的能量变化有多种形式，但通常主要表现为热量的变化。因此化学反应分为两类：放热反应和吸热反应。请填写下表：类型比较放热反应吸热反应定义放出热量的化学反应吸收热量的化学反应成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图示与化学键强弱的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量2、常见的放热、吸热反应：常见的放热反应有a 燃烧反应b 酸碱中和反应c活泼金属与水或酸的反应d大多数化合反应 常见的吸热反应有：a 氢氧化钡晶体和氯化铵晶体混合发生反应b CO2+C = 2COc 大多数的分解反应典例5下列说法正确的是()需要加热才能发生的反应一定是吸热反应放热反应在常温下一定很容易发生反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小有的放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应也能继续进行A.只有 B.只有C. D.【答案】A【解析】加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在常温下不一定容易发生，如N2与H2合成NH3；反应是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小；需要加热才能发生的放热反应，如果反应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如FeSFeS。典例6将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。下列说法正确的是()A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应B.该反应中，热能转化为产物内部的能量C.反应物的总能量高于生成物的总能量D.NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量【答案】B【解析】醋酸逐渐凝固，说明NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低，因此该反应为吸热反应，A错误；吸热反应中反应物吸收能量，吸收的能量转化为生成物内部的能量储存在生成物中，B正确；由于NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应，故反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误；NH4HCO3粉末与盐酸的反应是吸热反应，是各反应物的总能量低于各生成物的总能量，而NH4HCO3仅是两种反应物之一、NH4Cl仅是三种生成物之一，故无法得出NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量的结论，D错误。四、化学能与热能相互转化的应用1.化学能与热能的相互转化在生活、生产中的应用化学物质中的化学能通过化学反应转化成热能，提供了人类生存和发展所需要的能量和动力，如化石燃料的燃烧、炸药开山、发射火箭等；而热能转化为化学能是人们进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径，如高温冶炼金属、分解化合物等。2.生物体中的能量转化及利用能源物质在人体中氧化分解生成CO2和H2O，产生的能量一部分以热量的形式散失；另一部分作为可转移能量在人体内利用(如合成代谢)。3.人类利用能源的三个阶段：柴草时期、化石能源时期和多能源结构时期。可再生能源和清洁能源是两类重要的新能源，主要有太阳能、氢能、核能、生物质能等。典例7有专家指出，如果利用太阳能使燃烧产物如CO2、H2O、N2等重新组合，那么，不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。观察下面图示，判断在此构想的物质循环中，太阳能最终转化为()A.化学能 B.热能 C.生物质能 D.电能【答案】B【解析】理解图示的转化关系便可顺利解题。关键信息是利用太阳能使CO2、H2O、N2等重新组合，根据图示可知燃料燃烧后转化为燃烧产物并放出热量，燃烧产物又结合太阳能转化为燃料，如此循环可知太阳能最终转化为热能。故选B。典例8能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化，从而开辟新能源和提高能源的利用率。(1)氢气在燃烧时，放出大量热量，说明该反应是 热反应，这是由于反应物的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”，下同)生成物的总能量；从化学反应的本质角度来看，是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量 形成生成物中的化学键放出的总能量。(2)氢气被公认为是21世纪代替矿物燃料的理想能源，2 g 氢气燃烧时放出286 kJ热量，而每千克汽油燃烧放出的热量为46 000 kJ。试据此分析氢气作为能源代替汽油的优势： 。【答案】(1)放大于小于(2)清洁能源，燃烧后无污染环境的物质生成；单位质量放出的热量多【解析】(1)燃烧反应都是放热反应，所以氢气的燃烧反应是放热反应，根据能量守恒定律，放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量；化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成生成物中的化学键放出的总能量。(2)2 g氢气燃烧时放出286 kJ热量，所以1 000 g氢气燃烧放出143 000 kJ的热量，约是每千克汽油燃烧放出热量的3倍，且氢气燃烧的产物是水，对环境无污染。课后练习：1、已知反应XY=MN为吸热反应，下列说法正确的是()AX的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的B该反应一定要加热，反应才能进行C破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中的化学键所放出的能量DX和Y的总能量低于M和N的总能量【答案】D【解析】由该反应为吸热反应可知，反应物的总能量小于生成物的总能量，即X和Y的总能量低于M和N的总能量。吸热反应不一定需要加热反应才能进行，如Ba(OH)28H2O晶体与NH4Cl晶体的反应，常温下就可以发生。破坏化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量时，为放热反应。故A、B、C错误，D正确。2、下列说法正确的是()A.物质发生化学反应时都伴随着能量变化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体系中，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体系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量【答案】A【解析】物质发生化学反应时都伴随着能量变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如物质发生核变(如原子弹的爆炸)时也伴有能量变化。在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量(设为x)与生成物的总能量(设为y)之间的关系：xy，化学反应为放热反应；xy，化学反应为吸热反应。3、已知反应A2B2=2AB，破坏1 mol A2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol B2中的化学键消耗的能量为 Q2 kJ，形成1 mol AB中的化学键释放的能量为Q3 kJ，则下列说法正确的是()A.若A2和B2的总能量之和大于生成的AB的总能量，则反应放热B.若A2和B2的总能量之和小于生成的AB的总能量，则反应放热C.若该反应放出能量，则Q1Q2Q3D.若该反应吸收能量，则Q1Q2Q3【答案】A【解析】若反应物总能量之和大于生成物总能量之和，则反应放热，反之，反应吸热。若破坏反应物化学键消耗的能量小于形成生成物化学键释放的能量，则反应放热，反之，反应吸热。4、已知化学反应2C(s)O2(g)2CO(g)、2CO(g)O2(g)2CO2(g)都是放热反应。据此判断，下列说法不正确的是(其他条件相同)()A.12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量B.56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量C.12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量D.将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多【答案】A【解析】放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。C和CO的燃烧反应都是放热反应，所以CO2CO2必然是放热反应，因此，B、C两项的说法正确；12 g C并不代表反应物的全部，O2也是反应物，所以A项不正确；由于CCO放热、COCO2放热，所以CCO2比CCO放出的热量要多，即D