高中化学（人教版）必修第二册 基础课时8 化学反应与热能

化学反应与能量

第一节化学反应与能量变化

基础课时8化学反应与热能

学习目标1.认识物质具有能量，知道化学反应可以实现化学能与热能的转化,认识吸热反应和放热反应。2.能用

化学键解释某些吸热反应和放热反应。3.认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。

一、吸热反应和放热反应

（一）知识梳理

1.实验探究——化学反应中的能量变化

Ba(OH)2-8H2O

+NH.C1.

实验

J__P滴右

永滴

操作一

的玻

沙篌条E璃片

①看到有气泡产生①闻到刺激性气味气体

实验②用手触摸反应后的试管,②用手摸烧杯底部有冰凉感觉

现象手感到热③用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部

③温度计指示反应温度升高④烧杯内反应物成糊状

反应

Mg+2HCl==MgCl2+H2TBa(OH)2*H2O+2NHaCl===BaC12+2NH3T+10H2。

方程式

该反应放出热量该反应吸收热量

实验

化学反应中总会伴随着能量变化，通常主要表现为蟀的变化，有的释放热量，有

结论

的吸收热量

2.放热反应和吸热反应

⑴放热反应:蛰放热量的化学反应。

⑵吸热反应:典热量的化学反应。

（二）互动探究

氢气、天然气等燃烧放出热量;而浓硫酸、NaOH固体等溶于水放热NH4NO3、KNCh、NH4C1等固体溶于水吸热。

适合外出旅游时使用的“即热快餐”，其外层分别包装了两种互不接触的化学物质，使用时将两种物质接触并反应,

对食物进行加热。

【问题讨论】

问题1放出（吸收）热量的变化一定是放热（吸热）反应吗？

提示不一定。吸、放热反应都属于化学反应，而浓H2so4、NaOH固体等溶于水放热,NH4NO3、KNO3、NH4CI

等固体溶于水吸热,以上变化过程均为物理变化，不是放、吸热反应。

问题2吸热反应•定需要加热才能发生吗？放热反应不需要加热就能发生吗？

提示不一定，吸、放热反应与反应是否需要加热等条件没有直接联系，如NH4C1晶体与Ba(OH)2.8H2O晶体常温

下的反应为吸热反应。放热反应可能需要加热，如碳的燃烧，需要加热引发反应。

问题3吸热反应和放热反应都用到酒精灯加热，怎样判断该反应是吸热反应还是放热反应？放热反应加热的目的

是什么？

提示持续用酒精灯加热，撤掉酒精灯反应就停止的反应是吸热反应;开始用酒精灯加热，反应开始后，撒去酒精灯

仍能继续反应的是放热反应。放热反应加热的目的一般是引发反应或加快反应速率。

问题4下列几组物质:生石灰和水、浓硫酸和水、食盐和水、硝酸铉和水，其中最适合用于“即热快餐”加热的是

哪种？

提示生石灰和水。生石灰与水反应放出大量的热，易使用;浓硫酸溶于水放热,但浓硫酸具有极强的腐蚀性，不安

全;食盐和水不反应不放热,食盐溶于水不能对食物进行加热;硝酸镇溶于水吸收热量，不能给食物加热。

【探究归纳】

常见的放热反应和吸热反应归类

活泼金属与水或酸的反应.如2Na+2Hq

放f=2NaOH+Hj

热

反一酸碱中和反应.如NaOH+HCI^=NaCI+H2O

应

-燃烧反应.如C+O2=CO2

匚多数化合反应,如CaO+H2O^Ca(OH)2

吸L多数分解反应,如CaCO,=CaO+CO21

热

Ba(OH)-«HO42NHCI

反22t

应BaCl,+l()H2O+2NH,t

常见三个

特殊反应C+H2O(g)=CO+H2

C+CO2=2CO

I对点训练

1.下列反应放出热量的是)

A.氢氧化钢与氯化钱的反应

B.盐酸与碳酸氢钠的反应

C.灼热的炭与二氧化碳的反应

D.镁条与稀盐酸的反应

答案D

解析氢氧化钢与氯化镂的反应是吸热反应;盐酸与碳酸氢钠反应生成氯化钠、二氧化碳和水，是吸热反应;

灼热的炭与二氧化碳的反应生成一氧化碳，是吸热反应;镁条与稀盐酸的反应生成氯化镁和氢气,是放热反应。

2.下列反应不一定属于放热反应的是()

A.燃烧反应

B.H2sCU与Ba(0H)2溶液的反应

C.铁与盐酸的反应

D.复分解反应

答案D

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

二、化学反应中能量变化的原因化学反应中热能的利用

(一)知识梳理

I.化学反应中能量变化的原因

⑴从化学键变化的角度理解能量变化的原闪（微观探析）

①图示

画圆器却随能量鼻不相等十旗四

।生成物号黑侔放能量E21包当放热反应

②示例说明:H2（g）+CL（g）===2HCI（g）的反应过程如图所示:

H断裂】mclH-H2H

■吸收吸6kJ能。

形成2m3H-。

2HCI

杼放2x431kJ能量

CJ断裂1m。】C1-C12。

'吸收243kJ能戕”

根据上图计算1molH2和1molCh断键吸收的总能量为679kJ,形成2molHCI共释放862kJ能量,断键吸收的总

能量W成键释放的总能量，因此该反应为放热反应。

⑵从反应物及生成物总能量高低理解能量变化的原因（宏观辨识）

①原因:物质的组成、结构与状态不同.所具有的能量不同。因此,一个化学反应的能量变化取决于反应物总能量和

生成物总能量的相对大小。

②图示:

放热反应吸热反应

反应物的总能最高生成物的总能量高

化学反性［男退能量化学反彳版收能量

生成物的总能量低反应物的总能量低

化学能转化为遐熊热能转化为化学能被生成物“储存”

2.化学反应中热能的利用

⑴化石燃料

现阶段人类获取热能的主要途径是物质的燃烧:使用最多的常规能源是化石燃料（煤、石油和天然气）。

⑵化石燃料获取能量面临的问题

①储量有限，短期内不可再生。

②影响环境:煤、石油产品燃烧排放的粉尘、SO2.NOoCQ_等是大气污染物的主要来源。

（3）节能减排的措施

①燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。

通过改进锅炉的炉型和燃料空气比、清理积灰等方法提高燃料的燃烧效率。

②能量利用阶段提高能源的利用率。如使用节能灯，发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等。

③开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有型睡、风能、地热能、海洋能和氢能等。

（二）归纳总结

1.放热反应与吸热反应的比较

放热反应吸热反应

含义释放热量的化学反应吸收热量的化学反应

反应物具有的总能量大于生

与能量大小的关系反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量

成物具有的总能量

生成物分子成键时释放的总

生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时

与化学键强弱的关系能量大于反应物分子断链时

吸收的总能量

吸收的总能量

拓放热卜反应吸热反应

反应过程能量E

择放的能;卜g1.1./

变化图示j/吸收的能埴

反应过程反应过.

2.判断放热反应和吸热反应的“四方法”

依据反应条件判断通常需要持续加热的反应为吸热反应

反应物的总能量高于生成物的总能量,则反应为放热反应;反之，则为

依据能量变化图像判断（宏观角度）

吸热反应

依据断键和成键所吸收和释放的能量数据判如果旧键断裂吸收的能量大于新键形成释放的能量则为吸热反应;

断（微观角度）反之，为放热反应

经脸判断法根据常见的放热反应、吸热反应的类型判断

3.能量计算易错点

（1）旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的，缺少任何一个过程都不是化学变化。

⑵互为可逆反应的正反应和逆反应的能量变化恰好相反。

（3）注意计算共价化合物中的共价键数目，如1molNH3中含有3molN—H键,1molH2O2中含有2molH—O键和1

molO一O键,1molP/白磷，正四面体结构）中含有6molP—P键。

⑷计算时要注意化学计量数与共价键总数的关系，不能按1mol计算，要根据实际配平的化学方程式计算反应物或

生成物的总能量。

1对点训练

1.风力发电是一种绿色能源利用形式。下列有关风力发电的叙述不正确的是（）

A.可节约大量煤、天然气、石油等燃料

B.有效减少二氧化碳,控制温室效应

C风能是一种清洁的环保型能源

D.风力发电是化学能转变为电能

答案D

解析A项,风力发电可以减少热力发电的需要，从而节约大量煤、天然气、石油等燃料;B项,风力发电过程

中没有化石燃料的燃烧,且可以减少热力发电，有效减少二氧化碳，控制温室效应;C项，风力发电不会对环境造

成污染，为清洁能源;D项，风力发电是把风能转化为电能。

2.下列图示变化为吸热反应的是)

能量生成物能量(kJ/mol)

5m/\600

|反应物

0反应过程O反应过程

A

答案A

解析A项，反应物的总能量小于生成物的总能量,为吸热反应;B项,反应物N2（g）+3H2（g）的总能量大于生成物

2NH&）的总能量,为放热反应;C项，浓硫酸溶于水放热，不是放热反应;D项，锌粉与稀盐酸发生的置换反应属

于放热反应。

3.根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是（）

1mol也的共价键断裂形成

也（£）2H(g)1molH.O

吸收436kJ能址的共价毓

HO(g)

|molO?的共价键断裂译放2

|o（g）

2O(g)93（）kJ能量

吸收24。kJ能俄

甲乙丙

A.H2O分解为H2与。2时放出热量

B.生成ImolH2O时吸收热量245kJ

C.甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙＞甲＞丙

D.氢气和氧气的总能量小于水的能量

答案C

解析根据能量变化可知,1molH?与”nolCh断键时吸收685kJ能量,而生成1mol比0放出930kJ能量,

所以比燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。

4.已知某化学反应A2（g）+2B2（g）===2AB2（g）（A2、B2＞AB2的结构式分别为A==A、B—B、B—A—B）,反应过程中

的能量变化如图所示，下列有关叙述正确的是（）

A.该反应的进行一定需要加热或点燃

B.该反应若生成2molAB/g）,则放出的热量为田-㈤kJ

C.该反应断开反应物中化学键吸收的总能量小于形成生成物中化学键释放的总能量

D.生成4molB—A放出E2kJ能量

答案D

解析根据图示可知，该反应断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量，为

吸热反应,若生成2molAB2（g）,则吸收的热量为田名）kJ.B项错误、C项错误;该反应的进行不一定需要加热

或点燃,A项错误;由图可知，生成4molB-A放出&kJ能量,D项正确。

课后巩固训练

A级合格过关练

选择题只有1个选呗符合题意

（一）吸热反应和放热反应

1.下歹J说法正确的是（）

A.凡是放热反应的发生均无需加热

B.凡是需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

C.伴有能量变化的物质变化都是化学变化

D.物质发生化学反应都伴随着能量变化

答案D

解析吸热反应、放热反应与反应条件无关，有些放热反应的发生也需要加热，如煤炭燃烧,A、B错误;伴有能

量变化的物质变化不一定是化学变化,如物质的三态变化,C错误;化学变化是旧键断裂和新键形成的过程，断

键和成键都有能量变化,D正确。

2.下歹J反应既属于氧化还原反应,又属于吸热反应的是（）

A.锌粒与稀硫酸的反应

B.灼热的木炭与CO2的反应

C.甲烷在氧气中的燃烧反应

D.Ba（OH）2-8H2O晶体与NH4cl晶体的反应

答案D

解析锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应,A、C项错误;Ba（OH）2,8H2O晶体与NH（1晶

体的反应是吸热反应，但反应前后所含元素的化合价均无变化，是非氧化还原反应,D项错误。

3.把下列物质分别加入装有水的锥形瓶中，立即塞紧带U形管的塞子，已知U形管内预先装有少量水（为便于

观察,预先将水染成红色），如图所示，结果U形管左边液面升高，则加入的物质可能是（）

A.NaOII固体B.浓H2so4

C.NH4NO3晶体D.Na2O2固体

答案C

解析U形管左边液面升高,原因只能是锥形瓶内气体压强减小，造成压强减小的原因可能是温度降低。

NaOH固体溶于水、浓H2SO4稀释溶液温度均升高,NH4NO3晶体溶于水温度降低,Na?。?和水反应放热且有气

体生成。

4.下列反应的能量变化能用如图表示的是（）

整

至成物

反应物

反应过「

A.镁条与稀硫酸反应

B.Ba（OH）2-8H2O与NH4C1的反应

C.氢氧化钠溶液和稀盐酸反应

D.甲烷在Ch中的燃烧反应

答案B

解析图中反应物总能量小于生成物总能量,该反应是吸热反应。金属与酸的反应是放热反应，即镁条与稀硫

酸的反应是放热反应，故A不符合题意;Ba（OH»8H2。与NH4cl的反应是吸热反应，故B符合题意;酸碱中和

反应是放热反应，即氢氧化钠溶液和稀盐酸的反应是放热反应，故C不符合题意;燃烧反应是放热反应，即甲烷

在02中的燃烧反应是放热反应，故D不符合题意。

（二）化学反应中能量变化的原因化学反应中热能的利用

5.由“碳素燃料文明时代”逐渐过渡至“太阳能文明时代”（包括风能、生物质能等太阳能的转换形态），人们将适

应“低碳经济”和“低碳生活下列说法不正确的是（）

A.研究菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”

B.发展太阳能经济不会减缓温室效应

C.植物进行光合作用是将太阳能转化为化学能

D.石油利天然气都属于碳素燃料

答案B

解析发展太阳能经济,能减少CO?的排放，减缓温室效应,B项错误。

6.已知断裂1mol共价键所需要吸收的能量分别为H—H:436kJ,1—1:151kJ,H—1:299kJ,下列对H2（g）+L（g）

△

J2Hl他）的反应类型判断错误的是（）

A.放出能量的反应B.吸收能量的反应

C.氧化还原反应D.可逆反应

答案B

解析依题意，断裂1molH—H键和Imoll—I键吸收的能量为436kJ+151kJ=587kJ,生成2moiH—I键放

出的能量为299kJx2=598kJ,因为598kJ>587kJ,所以该反应是放出能量的反应;根据反应式可知该反应是可

逆反应，也是氧化还原反应。

7.化学反应A24-B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法中正确的是（）

耳2molA+2molB

1molA2+1molB2

2molAB

A.该反应断开化学键消耗的总能量大于形成化学键释放的总能量

B.该反应是吸热反应

C.断裂2molAB中化学键需要吸收），kJ能量

D.lmolA2和1molB2的总能量低于2molAB的总能量

答案C

解析由图可知该反应是放热反应，所以该反应断开化学键消耗的总能量应小于形成化学键释放的总能量,

故A、B错误;化学键的断裂吸收能量，根据图像，断裂2molA-B需要吸收卜kJ能量，故C正确;根据图像,1mol

A?和1molB?的总能量高于2molAB的总能量，故D错误。

8.磷有多种不问的单质，红磷（结构豆杂用"P”衣示）和白璘（P0是磷的两种I可素异形体,充分燃烧的产物都是

P2O5O在25°C、101kPa下,31g白磷完全转化为红磷，放出11kJ的热量。下列说法错误的是（）

A.红磷转化为白磷属于吸热反应

B.红磷的稳定性比白磷强

C.等温、等物质的量的白磷和红磷，能量较高的是白磷

D.等物质的量的红磷和白磷完全燃烧，放热较多的是红磷

答案D

解析白磷转化为红磷放出热量，故红磷转化为白磷吸收热量,为吸热反应,A正确;红磷吸收热量转化为白磷,

白磷的能量高，不稳定,B正确;白磷转化为红磷需要放出热量，红磷燃烧放出热量，故等物质的量的白磷燃烧放

出的热量比红磷放出的热量多,D错误。

9.化学反应N?（g）+3H2（g）i2NH3（g）的能量变化如图所示，请回答下列问题:

能量2molN和6molH

2molNH；,(g)

反应过程

⑴图中A、C分别表示、反应（填“吸收”或“释放”）能量。

⑵反应过程中断裂的化学键为,（填“吸收”或"释放”）的能量

为；形成的化学键为,（填”吸收”或"释放”）的能量

为O

（3）&二或（用A、C或&、&表示）。

答案⑴1molN/g）和3moiH?（g）的总能量2moiN%®的总能量释放

⑵1molN三N和3mo】H—H吸收臼6molN—H释放£（3）A—CE3-E1

解析⑴A、。分别表示1molNz（g）和3molH2（g）（反应物）的总能量、2moiN%（g）（生成物）的总能量，由于

反应物总能量高于生成物总能量,因此反应放出能量。（2）反应过程中断裂的化学键为1molN三N和3mol

H—H,吸收的能量为鼠;形成的化学键为6moiN—H,释放的能量为B。

B级素养培优练

10.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。由此可知（）

A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应

B.该反应中，热能转化为化学能

C.醋酸与NH4HCO3发生了复分解反应，该反应为吸热反应

D.该反应的离子方程式为C0『+2H+===CO2T+H2O

答案B

解析醋酸逐渐凝固，温度下降，可知NH4HCO3与盐酸的反应为吸热反应，热能转化为化学能储存在新物质

中,B项正确;醋酸与NH4HCO3未接触，未发生反应,C项错误;D项中HCO］不能拆成离子。

11.化学家证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程，示意图如下：

下列关于合成氨反应的叙述不正确的是()

A.该过程表明，在化学反应中存在化学键的断裂与形成

B.在催化剂的作用卜.，反应物的化学键变得容易断裂

C.过程②需吸收能量，过程③则放Hi能量

D.常温下该反应难以进行，是因为常温下生成物的化学键难以形成

答案D

解析由图可知，每3个氢气分子和1个氮气分子断键得到原子，然后氢原子和氮原子生成2个氨分子,A项正

确;催化剂能改变化学反应的速率，合成氨的反应在催化剂作用下，反应速率加快,意味着反应物中化学键的断

裂和生成物中化学键的形成变得更容易,B项正确;化学键的断裂需要吸收能量，而化学键的形成则放出能量,

从图中可看出②为化学键断裂过程，③为新化学键形成过程,C项正确;化学键的断裂需要吸收能量，所以该反

应在常温下难以进行,D项错误。

12.NF3是一种温室气体,其储存能量的能力是CO2的12000〜20000倍。已知:断开1molN三N吸收的能量为

946kJ,断开1molF—F吸收的能量为154.8kJ,断开1molN-F吸收的能量为283kJ。下歹J说法正确的是

()

1k

A.N2(g)-2N(g)的过程会放出能量

B.N(g)+3F(g)—>NF.®)的过程会放出能量

CN2(g)+3F2(g)=2NF3(g)的反应为吸热反应

D.如果NF3吸收能量后没有化学键的断裂与形成，仍可能会发生化学反应

答案B

解析N2(g)一"2N(g)的过程是化学键断裂的过程，需要吸收能量,A项错误;N(g)+3F(g)一"NF3(g)的过程为

形成化学键的过程,会放出能量,B项正确;在反应N?(g)+3F2(g)===2NF3(g)中，形成2molNF3中的化学键释放

的能量为6x283kJ=l698kJ,断裂1molN2和3molF2中的化学键需吸收的能量为1x946kJ+3x154.8kJ=l

410.4kJ,放出的能量,吸收的能量,该反应为放热反应,C项错误;化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学

键的形成，如果NF3吸收能量后没有化学键的断裂与生成，则不可能发生化学反应,D项错误。

13.研究表明,在一定条件下，气态HCN(a)与HNC(b)两种分子的互变反应过程能量变化如图所示。下列说法正

确的是(