【知识解析】化学键与化学反应中能量变化的关系

化学键与化学反应中能量变化的关系(2)化学反应是放出能量还是吸收能量取决于反应物中化学键断裂所吸收的能量和生成物中化学键形成所放出的能量的相对大小。化学反应中能量变化的关系如图所示：化学键与化学反应中能量变化的关系以H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)为例，1molH2与1molCl2在25℃和101kPa条件下完全反应生成2molHCl时，能量变化如图所示：化学键与化学反应中能量变化的关系

断裂化学键吸收的能量形成化学键放出的能量H2Cl2HCl1mol化学键436kJ243kJ431kJH2(g)+Cl2(g)=HCl(g)436kJ+243kJ=679kJ862kJ吸收的总能量小于放出的总能量，故为放热反应，862kJ-679kJ=183kJ，即反应放出183kJ热量化学键与化学反应中能量变化的关系名师提醒物质的稳定性与其所具有的能量的高低密切相关。物质具有的能量越低越稳定，参加反应时，化学键断裂吸收的能量就越多，而形成该物质的化学键时放出的能量也越多。反之，物质具有的能量越高越不稳定，参加反应时，化学键断裂吸收的能量就越少，而形成该物质的化学键时放出的能量也越少。化学键与化学反应中能量变化的关系【例1】(2019福建厦门期末)氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示。下列说法正确的是()A.燃烧时化学能全部转化为热能B.断开1mol氢氧键吸收930kJ的能量C.相同条件下，1mol氢原子的能量为E，1mol氢分子的能量为E1则2E1<E2D.该反应生成1mol水蒸气时放出能量245kJ化学键与化学反应中能量变化的关系【解析】燃烧时化学能可转化为热能、光能等，A项错误；由题图可知，断开2mol氢氧键吸收930kJ的能量，B项错误；氢分子变成氢原子要吸收能量，所以2E1>E2，C项错误；该反应生成1mol水蒸气时放出的能量为930kJ-436kJ-249kJ=245kJ，D项正确。【答案】D化学键与化学反应中能量变化的关系【例2】(北京一零一中学期中)H2在Cl2中燃烧的化学方程式为H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)，已知在相同条件下，有如图所示的能量变化，下列说法正确的是()A.H2、Cl2和HCl分子中的化学键都是非极性键B.1molH2与1molCl2的总能量小于2molHCl的总能量C.1molH2与1molCl2反应生成2molHCl时，反应放出的能量为(2Q3-Q1-Q2)kJD.1molH2与1molCl2反应生成2molHCl的过程中(Q1+Q2)>2Q3化学键与化学反应中能量变化的关系【解析】H2、Cl2分子中的化学键是非极性键，HCl分子中的化学键是极性键，A项错误；根据反应H2(g)+Cl2(g)==2HCl(g)放出能量可知，1molH2和1molCl2的总能量一定大于2molHCl的总能量，B项错误；由题给图示可知，断开1molH-H和1molCl-Cl分别需要吸收QkJ、Q2kJ的能量，形成1molH-Cl放出Q3kJ的能量，则反应放出的能量为(2Q3-Q1-Q2)kJ，C项正确；若反应过程中(Q1+Q2)>2Q3，则反应吸收能量，与实际不符，D项错误。【答案】C化学键与化学反应中能量变化的关系【例3】(2019陕西西安期末)为了研究化学反应A+B==C+D的能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。当向盛有A的试管中滴加试剂B时，看到U形管中甲处液面下降、乙处液面上升。试回答下列问题：(1)该反应为________(填“放热"或“吸热”)反应。(2)反应物A和B的总能量比生成物C和D的总能量_________(填“高”或“低")。(3)反应物化学键断裂吸收的能量_________(填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。化学键与化学反应中能量变化的关系【解析】(1)当向盛有A的试管中滴加试剂B时，看到U形管中甲处液面下降、乙处液面上升,说明集气瓶中空气受热膨胀，因此反应放出能量，即A与B的反应是放热反应。(2)反应是放热反应，因此反应物A和B的总能量比生成物C和D的总能量高。(3)该反应是放热反应，则反应物化学键断裂吸收的能量低于生成物化学键形成放出的能量。【答案】(1)放热(2)高(3)低化学键与化学反应中能量变化的关系【例4】(北京高考)最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如图所示：下列说法正确的是()A.CO和O生成CO2是吸热反应B.在该过程中，CO断键形成C和OC.CO和0生成了具有极性共价键的CO2D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程化学键与化学反应中能量变化的关系【解析】根据能量变化示意图可以判断该反应为放热反应，A项错误；根据反应过程示意图可以看出CO中的碳氧键没有断裂，B项错误；CO2中含有极性共价键，C项正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O形成CO2的过程，D项错误。【答案】C化学键与化学反应中能量变化的关系【例5】(新课标全国I高考改编)已知2molHI(g)完全分解吸收11kJ热量，1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为___________kJ。【破题思路】化学反应中的能量变化从宏观角度分析即反应物的总能量与生成物的总能量之间的关系；从微观角度分析即反应物中旧化学键断裂所吸收的能量与生成物中新化学键形成所放出的能量之间的关系。【解析】设1molHI(g)分子中化学键断裂需吸收能量xkJ，则2x-436-151=11，解得x=299【答案】299化学键与化学反应中能量变化的关系断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差________kJ。化学键与化学反应中能量变化的关系【解析】设断开1molH—O键所需吸收的能量为xkJ，断开1molH—Cl键所需吸收的能量为ykJ，则有[(4y+498)-(2×243+4x)]=-124kJ，化简得x-y=34，即断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需吸收的能量相差34kJ。【答案】34化学键与化学反应中能量变化的关系【解题通法】化学反应中能量变化计算类题的解题步骤与注意事项1.解题步骤解题步骤具体内容第一步：判断化学键判断反应物、生成物中存在的化学键(试题中通常只涉及共价键)第二步：判断化学键的变化判断发生化学反应时，需要断裂的、形成的化学键的名称及物质的量第三步：计算能量变化化学反应中的能量变化=反应物中化学键断裂吸收的总能量-生成物中化学键形成放出的总能量=生成物的总能量-反应物的总能量，若数值大于0，则为吸热反应，若数值小于0，则为放热反应若已知化学反应的能量变化，也可计算相关的化学键断裂所需吸收的能量。化学键与化学反应中能量变化的关系2.注意事项(1)注意共价化合物中的共价键数目，如1molH2O中含有2molH-O键，1molH2O2中含有2molH-O键和1molO-O键。(2)计算时要注意化学计量数与共价键总数的关系，不能都按1mol计算，要根据实际配平的反应方程式计算反应物或生成物的总能量。化学键与化学反应中能量变化的关系【练习】已知断开1molH-H键所吸收的能量为436kJ，形成1molN-H键放出的能量为391kJ，根据化学方程式N2+3H22NH3，反应完1molN2放出的能量为催化剂92.4kJ，则断开1molN=N