高中化学 第二章 化学反应与能量 2

第一节化学能与热能

理解化学反应中能量变化的主要原因一化学键宏观辨识：理解化学反应中能量的变化取决于

学

1.H核1.

习

的断裂和形成。心反应物与生成物的总能量相对大小。

目

素

标

2.了解吸热反应和放热反应的概念，熟知常见的养2.微观探析：从化学键的断裂和形成，在本质上

吸热反应和放热反应。认识化学能量与化学变化的本质。

、化学键与化学反应中能量变化的关系

1.化学反应中能量变化的原因一一微观角度

(1)化学反应过程

豆拓］旧化学键断裂原子或新化学键形成国花

―--—原子团----

(2)化学反应中能量变化的原因

丽祝一［^^学键吸收能量4］

二者之差1能量变而

I生成物Ti赢学键释放能量口

2.化学反应中能量的决定因素一一宏观角度

能量能量

反应物的生成物的

总能量总能量

图示

生成物的反应物的

总能量总能量

反应过程反应过程

能量相反应物的总能量大于生成物反应物的总能量小于生成物的

对大小的总能量总能量

r-归纳总结---------------------------------、

⑴化学反应的两大基本特征：物质种类发生变化和能量发生变化。

⑵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。

【例1】H2+C12=2HC1的反应过程如下图所示:

能量能量

(1)根据上图填写下表:

断裂或形成Imol化

化学键反应中能量变化

学键时能量变化

ci—C1吸收243kJ

共吸收______kJ

H-H吸收436kJ

H—C1放出431kJ共放出_—kj

⑵该反应______(填“放出”或“吸收”)kJ热量。

考点化学键与化学反应中的能量变化的关系

题点由化学键的变化认识反应中的能量变化

答案(1)679862⑵放出183

【例21已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ,且氧气中lmol0=0键完全断裂

时需要吸收能量496kJ,水蒸气中ImolH—0键形成时放出能量463kJ,则氢气中ImolH—H

键断裂时吸收的能量为()

A.920kJB.557kJ

C.436kJD.188kJ

考点化学键与化学反应中能量变化的关系

题点利用化学键求算化学反应中的能量变化

答案C

解析由IgH,完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ可知：2gH式即含ImolH—H键)完全燃烧

生成水蒸气时放出的能量为121kJX2=242kJ。由化学方程式似g)+1o?(g)巡驾2(g)可设

ImolH—H键断裂吸收的能量为0,贝!|：0+gx496kJ—2X463kJ=-242kJ,0=436kJ。

二、化学能与热能的相互转化

1.两条基本的自然定律

⑴质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，总质量不变。(即反应前后原子个数、元素种

类、原子质量不变)。

(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，但是体系包含的总能量不

变。

2.放热反应和吸热反应

(1)实验探究

实验操作实验现象结论

①看到有气泡产生、

②用手触摸反应后的试管，M

感到热该反应放出热量

③用温度计测得反应后温度

升高

Ba(OH)2-8H2O

+NHQ闻到刺激性气味，烧杯壁发

速，玻璃片和烧杯黏在一起,该反应吸收热量

/滴有水滴

*的玻璃片混合物呈糊状

/1

y1—--

混合后溶液温度比原来的两

盐酸该反应放出热量

(20mL----种溶液的温度高

2mol,L_|)

NaOH溶液

(20mL2mol,L"1)

⑵概念

①放出热量的化学反应为放热反应。

②吸收热量的化学反应为吸热反应。

(3)常见的吸热反应和放热反应

①常见的放热反应有：燃烧反应、中和反应、金属与水或酸的反应、大多数化合反应。

②常见的吸热反应有：大多数分解反应、氢氧化钢晶体与氯化钱的反应、C+C02=2C0,C

+上0心)诞^0+压等。

r-归纳总结十

放热反应与吸热反应比较

放热反应吸热反应

比

定义放出热量的反应吸收热量的反应

反应物具有的总能量大于生成物具反应物具有的总能量小于生成物具

形成原因

有的总能量有的总能量

与化学键生成物分子成键时释放的总能量大生成物分子成键时释放的总能量小

的关系于反应物分子断键时吸收的总能量于反应物分子断键时吸收的总能量

［能量［能量

反应物----：生成物卜———

f|吸

图示h।

y11

生成物1——应.反应物L-------

°反应过程°反应过程

【例3】硅是太阳能电池的重要材料。工业冶炼纯硅的原理是:

粗硅冶炼：①Si0z+2C至遢Si+2C0t。

精炼硅：②Si+3HC1回遇SiHCL+Hz；

@SiHCl3+H2^^Si+3HCl。

化学反应与能量变化如图所示，回答下列问题：

⑴①是反应,②是反应,③是反应（填"吸热”

或“放热”）。

（2）反应②破坏反应物中的化学键所吸收的能量______（填“大于”或“小于”）形成生成物

中化学键所放出的能量。

考点化学能与热能的相互转化

题点常见的吸热反应与放热反应

答案（1）吸热放热吸热（2）小于

解析(2)因为反应②是放热反应，所以破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物

中化学键所放出的能量。

【例4】下列说法正确的是()

①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应②放热反应在常温下一定很容易发生③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④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③④B.只有①②

C.①②③④D.②③④

考点化学能与热能的相互转化

题点多角度认识吸热反应与放热反应

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M与比合成Mt；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Fe+S^^FeS。

特别提示

(1)“三个不一定”

①需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应；

②放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应；

③吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)2•8H2O晶体和NH4C1晶体的反应。

(2)吸热反应和放热反应都是化学变化，如NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；

如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。

三、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CO?和乂0,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.人类对能源的利用

(1)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。

(2)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。

【例51"能源分类相关图”如下图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是

()

A.煤炭、石油、潮汐能B.水能、生物能、天然气

C.太阳能、风能、沼气D.地热能、海洋能、核能

考点化学能与热能相互转化的应用

题点能源类别

答案C

解析A项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B项，天然气不是新能源，也不是

可再生能源；D项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳

的能源。

®学习小结

一

一

吸

吸

|反应物卜吸

收

收

吸热

大

能

执反

量

应

友于

一

一

应释

放

一

「

吸

收

放一

小

热|成键|放

于

反热

反

应释

应

放

|生成物卜一

1.判断正误(正确的打，错误的打“X”)

(1)化学反应过程中不一定都有能量变化()

(2)镁带燃烧时，化学能全部转化为热能()

(3)有能量放出的变化都是放热反应，吸收能量的变化都是吸热反应()

(4)对于放热反应2Hz+0?直燃2H2。来说，断裂1个H—H键和1个0=0键所吸收的能量小于

形成1个H—0键所放出的能量（）

（5）由0+0—0式放出能量493kJ）和N+N一冲（放出能量946kJ）可得在常温下氮气比氧气

稳定（）

考点化学能与热能的相互转化

题点化学反应中能量变化的相关综合

答案⑴X（2）X（3）X（4）X（5）V

2.化学反应的发生必然伴随能量的转化，其最根本的原因是（）

A.化学反应中一定有新物质生成

B.化学反应中旧的化学键的断裂需要吸收能量，新的化学键的形成需要放出能量

C.化学反应通常需要加热等条件才能发生

D.能量变化是化学反应的基本特征之一

考点化学键与化学反应中的能量转化

题点化学反应的基本特征

答案B

解析断裂旧键时，需要吸收一定的能量来克服原子（或离子）间的作用力，形成新键时，又

要释放一定的能量，并且吸收和释放的能量不相等，所以化学反应必然伴随能量的变化。

3.（2017•河北承德一中月考）下列关于图示说法正确的是（）

A.该图表明催化剂可以改变反应的热效应

B.该图表示某反应能量的变化与生成物状态无关

C.该图表示某吸热反应分别在有无催化剂的情况下反应过程中的能量变化

D.该图表明化学反应不仅遵循质量守恒定律，也遵循能量守恒定律

考点化学键与化学反应中的能量转化

题点由图像分析化学反应中的能量转化

答案D

解析A项，起始能量与最终能量不变，因此催化剂不能改变反应的热效应，故错误；B项,

图中并没有表现出物质的状态，因此不能得出该结论，且反应能量的变化与生成物状态有关,

故错误；C项，生成物的总能量低于反应物的总能量，因此该反应为放热反应，故错误；D

项，多余的能量以热量的形式释放，因此遵循能量守恒定律，故正确。

4.将铁粉和硫粉混合后加热，待反应一发生即停止加热，反应仍可持续进行，直至反应完全

生成新物质硫化亚铁。这现象说明了（）

A.该反应是吸热反应

B.该反应是放热反应

C.铁粉和硫粉在常温下可以发生反应

D.硫化亚铁的总能量高于铁粉和硫粉的总能量

考点化学能与热能的转化

题点吸热或放热反应的实验或探究

答案B

解析反应发生后停止加热，反应仍可持续进行说明反应为放热反应，A错误，B正确；反应

需要加热才能发生，常温下不能进行，C错误；反应是放热反应，所以反应物的总能量高于

生成物的总能量，D错误。

5.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能

制取氢能的构想。下列说法正确的是（）

_太阳能

H2OI电能IH2,O2

M.电疝

燃料电池

A.H20的分解反应是放热反应

B.氢能源己被普遍使用

C.氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

D.2molHQ具有的总能量低于2m。1压和ImolOz具有的总能量

考点化学能与热能的转化

题点化学能与热能相互转化的应用

答案D

解析水的分解是吸热反应，A错误；氢能源由于受贮存和运输等因素的限制，还未普遍使

用，但有巨大的开发利用价值，B、C错误；2moi在ImolOz中完全燃烧生成2moi并放

出大量的热，D正确。

6.下表中的数据是破坏Imol物质中的化学键所消耗的能量：

ClHC1HBrHI

物质2Br2I2H2

能量/kJ243193151432366298436

根据上述数据回答下列问题：

（1）下列物质本身具有的能量最低的是（填字母）。

A.H2B.Cl2c.Bi^D.I2

（2）下列氢化物中最稳定的是（填字母）o

A.HC1B.HBrC.HI

⑶X?+H2=2HX（X代表Cl、Br、I）的反应是（填“吸热”或“放热"）反应。

（4）相同条件下，X?（X代表Cl、Br、I）分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出

或吸收的热量最多的是o

考点化学键与化学反应中能量变化

题点化学反应中能量变化与物质的稳定性

答案（1）A（2）A（3）放热（4）Ck

解析（1）、（2）破坏Imol物质中的化学键所消耗的能量越高，则物质越稳定，所具有的能量

越低。（3）、（4）以氯元素为例计算断开ImolCl—C1键和ImolH—H键需吸收能量：243kJ+436kJ

=679kJ,而形成2molH-Cl键放出的能量为2X432kJ=864kJ,所以在CL+H2=2HC1反应

中放出864kJ—679kJ=185kJ的热量，同理可计算在Bn+H?=2HBr、Iz+H2=2HI反应中分

别放出103kJ>9kJ的热量。

［对点训练］

题组一化学键与化学反应中的能量变化

1.下列对化学反应的认识错误的是（）

A.会引起化学键的变化

B.会产生新的物质

C.必然引起物质状态的变化

D.必然伴随着能量的变化

考点化学键与化学反应中的能量变化

题点化学反应的基本特征

答案C

解析化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，并伴随着能量的变化,

而化学变化中的反应物和生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故C项符合题

,zfe.

后、O

2.氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏Imol氢气中的化学键消耗的能

量为QkJ,破坏Imol氯气中的化学键消耗的能量为2kJ,形成Imol氯化氢中的化学键释放

的能量为QkJ。下列关系式中正确的是（）

A.R+a〈20B.Qi-\-Qz>Qi

C.◎+&<&D.a+a>20

考点化学键与化学反应中的能量变化

题点从化学键的变化认识反应中的能量变化

答案A

解析由于Ck和压反应生成HC1要放出热量，所以2+a〈20。

3.已知断开ImolH—H键吸收的能量为436kJ,形成ImolH—N键放出的能量为391kJ,根据

化学方程式N2+3H2局捻濡压2N%,反应完ImolNz放出的能量为92.4kJ,则断开ImolN三N

键需吸收的能量是（）

A.431kJB.945.6kJC.649kJD.869kJ

考点化学键与化学反应中能量变化的关系

题点由化学键的变化计算反应中的能量变化

答案B

解析设断开ImolN三N键需吸收的能量为x,根据反应放出的能量=形成新键放出的能量一

断开旧键吸收的能量，代入数据：92.4kJ=6X391kJ-3X436kJ-^,x=945.6kJ。

4.已知反应A+B=C+D的能量变化如图所示，下列叙述正确的是（）

反应过程

该反应为放热反应

该反应为吸热反应

反应物的总能量高于生成物的总能量

该反应只有在加热条件下才能进行

考点化学键与化学反应中能量变化的关系

题点由图像分析化学反应中的能量变化

答案B

5.已知化学反应2c（s）+O?（g）与占榭^2C0（g）、2«）也）+02（4三占榭维^2«）2他）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.12gC所具有的能量一定高于28gC0所具有的能量

B.56gC0和32goz所具有的总能量大于88gC0z所具有的总能量

C.12gC和32go2所具有的总能量大于44gC02所具有的总能量

D.将一定质量的C燃烧，生成CO,比生成C0时放出的热量多

考点化学键与化学反应中的能量变化关系

题点由物质的能量认识化学反应中的能量变化

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C0的燃烧反应

都是放热反应，所以C+02』占燃C02必然是放热反应，因此，B、C两项的说法正确；12gC并

不代表反应物的全部，也是反应物，所以A项不正确；由于c—放热、CO--C02

放热，所以C--C（）2比C」^CO放出的热量要多，即D项说法正确。

6.（2017•汕头高一检测）化学反应中的能量变化是由化学反应中旧化学键断裂时吸收的能量

与新化学键形成时放出的能量不同引起的。如图表示N?（g）和02（g）反应生成NO（g）过程中

的能量变化，下列说法中正确的是（）

》+••放出能量

吸收能量吸收能量\2x632kJmol-1

946kJmol-1R8kJm。尸.崎

••

A.ImolNzlg）和ImolOKg）反应放出的能量为180kJ

B.lmolN2（g）和ImolOMg）具有的总能量小于2moiNO（g）具有的总能量

C.通常情况下，Nz（g）和Oz（g）混合能直接生成NO

D.NO是一种酸性氧化物，能与NaOH溶液反应生成盐和水

考点化学键与化学变化中的能量变化关系

题点多角度认识化学变化中的能量变化

答案B

解析反应热就是断裂旧化学键吸收的能量和形成新化学键所放出的能量的差值，所以该反

应的反应热是946kJ•mor1+498kj-mol-1-2X632kJ•moF^lSOkJ•mol-1,所以该反应

是吸热反应，所以选项A不正确，选项B正确；氮气和氧气反应需要在高温或放电条件下,

选项C不正确；NO不是酸性氧化物，和氢氧化钠溶液不反应，选项D不正确。

7.（2017•石家庄高一检测）金刚石与石墨是碳元素的两种结构不同的单质，彼此互称同素异

形体。在lOOkPa时，Imol石墨转化为金刚石要吸收1.895kJ的热能。据此判断在lOOkPa压

强下，下列说法正确的是（）

A.金刚石比石墨更稳定

B.石墨比金刚石更稳定

C.Imol金刚石比Imol石墨的总能量低

D.Imol金刚石转变为石墨需要吸收1.895kJ能量

考点化学键与化学反应中能量变化的关系

题点化学反应中能量变化与物质的稳定性

答案B

解析1mol石墨转化为金刚石吸收1.895kJ的热能，说明金刚石的能量高于石墨，石墨更

稳定，A项不正确，B项正确，C项不正确；1mol金刚石转变为石墨时要放出1.895kJ的能

量，D项不正确。

题组二化学能与热能的相互转化

8.下列反应一定属于放热反应的是（）

①H2s0&与Ba（0H）z溶液的反应②Mg与C&COOH溶液的反应③燃烧反应④中和反应⑤

复分解反应

A.仅①②③B.仅①②④

C,仅①②③④D.仅③④⑤

考点化学能与热能的相互转化

题点常见的放热反应和吸热反应

答案C

解析金属与酸反应、中和反应、所有燃烧反应都是放热反应，复分解反应则不一定是放热

反应。

9.下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中错误的是（）

A.化石能源物质内部蕴含着大量的能量

B.绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来

C.物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能，为人类所利用

D.吸热反应没有利用价值

考点化学能与热能的相互转化

题点化学能与热能相互转化的应用

答案D

解析任何反应都有有利和不利的一面，如C+CO?高温,2C0是吸热反应，在钢铁冶炼中可以

利用该反应获得更多的还原剂CO,故D项错误。

10.如图表示化学反应过程中的能量变化，据图判断下列说法中合理的是()

能量［

反应物的|____________：

总能量厂、f

\华

生成物的］______\一［

总能量「

反应过7

(a)

A.500mL2.Omol•L-'HCl溶液和500mL2.Omol•L^NaOH溶液的反应符合图(a)，且放出热量

为

B.500mL2.Omol•溶液和500mL2.Omol•:‘Ba(OH)2溶液的反应符合图(b),且吸收热

量为NEi

C.发生图(a)能量变化的任何反应，一定不需要加热即可发生

D.CaO、浓硫酸分别溶于水时的能量变化均符合图(a)

考点化学能与热能的相互转化

题点多角度认识吸热反应与放热反应

答案A

解析图(a)表示放热反应，选项A是放热反应，A项正确；图(b)表示吸热反应，选项B是

放热反应，B项错误；一些放热反应需加热才能发生，C项错误；浓硫酸溶于水虽然会放出热

量，但不属于化学反应，D项错误。

11.将盛有NH4HC03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.NHMCOs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.NHJTCOs的能量一定低于NH4cl的能量

考点化学能与热能的相互转化

题点吸热或放热反应实验与探究

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NHJKOs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；NH,HCOs粉末与盐酸的反应是吸热反应，各反应物的总能量低于各生成物的总能量，而

NH&HC03仅是两种反应物之一、NH4cl仅是三种生成物之一，故无法得出NHaHCOs的能量一定低

于NH£1的能量的结论，D错误。

12.下列说法中正确的是（）

A.化学反应中的能量变化，其表现形式除热能外还可能是光能和电能等

B.化学反应中的能量变化不一定遵循能量守恒定律

C.在一个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可能相同

D.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

考点化学能与热能的相互转化

题点化学反应中能量变化的相关综合

答案A

解析化学反应中的能量变化一定遵循能量守恒定律；物质发生化学反应都伴随着能量的变

化，所以反应物的总能量与生成物的总能量一定不同；在一个确定的化学反应中，反应物的

总能量㈤）与生成物的总能量（笈）之间的关系：EAE"化学反应为放热反应，合〈笈，化学

反应为吸热反应。

［综合强化］

13.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成（或拆开）lmol化学键

时释放（或吸收）的能量。已知白磷和PQe分子结构如图所示,现提供以下化学键的键能:P—P：

-111

198kJ•mol,P—0：360kJ•moF,0=0：498kJ•moP,则P”（白磷）+302=P406的反应

是（填“吸热”或“放热”）反应，生成ImolPA的热量为

白磷PQ<,

考点化学键与化学变化中能量变化的关系

题点由化学键的变化计算能量变化

答案放热放出1638kJ

解析断开旧键吸收的能量为198X6kJ+3X498kj=2682kJ,形成新键放出的能量为

12X360kj=4320kJ,故该反应为放热反应，生