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第六章 化学反应与能量
6.1.1 化学反应与能量变化——化学反应与热能
【学习目标】
1、知道化学反应可以实现化学能与热能的转化，
2、认识吸热反应和放热反应及其相关概念。
3、能用化学键解释某些吸热反应和放热反应。
4、了解燃料的相关知识以及环境保护的知识。
▲▲▲预习案▲▲▲
一、吸热反应与放热反应
1、吸热反应与放热反应的比较
吸热反应 放热反应
含义 ___________热量的化学反应 ___________热量的化学反应
类型 ①所有的燃烧反应 如：C+O2(足量) CO2 ②酸碱中和反应 如：NaOH+HCl===NaCl+H2O ③大多数化合反应 如：CaO+ H2O === Ca(OH)2 ④活泼金属与水或酸的反应 如：2Na+2H2O2 === NaOH+H2↑ ⑤物质的缓慢氧化，如：食物的腐烂 ⑥铝热反应，如：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3 ①大多数分解反应 如：CaCO3CaO+CO2↑ ②铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O晶体或Ca(OH)2与NH4Cl晶体反应 如：Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O ③以C、H2、CO为还原剂的部分氧化还原反应 如：C+H2O(g) CO+H2、C+CO22CO ④NaHCO3与盐酸的反应 如：NaHCO3+HCl===NaCl+CO2↑+H2O
二、化学反应中能量变化的原因
1、微观——基于化学键变化的角度
（1）化学反应的本质：旧的化学键发生_________，新的化学键发生_________的过程。
（2）原因：
（3）计算公式：ΔQ=Q（吸）-Q（放）
（4）实例：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)的反应过程
根据上图可知，1 mol H2和1 mol Cl2断键吸收的总能量为______ kJ，形成2 mol HCl共释放_______kJ能量，断键吸收的总能量____成键释放的总能量，因此该反应为________反应。
2、宏观——基于总能量的角度
（1）原因：各种物质都具有能量，物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量也_________。因此，一个化学反应是释放热量还是吸收热量，与__________________和__________________的相对大小有关。
（2）图示：
放热反应 吸热反应
反应物的总能量_______生成物的总能量 反应物的总能量_______生成物的总能量
三、化学反应中热能的利用
1、人类利用能源的三个阶段
第一阶段：柴草时期 第二阶段：化石能源时期 第三阶段：多能源结构时期
柴火、树枝杂草 煤、石油、天然气等化石燃料 新能源
2、化石燃料
（1）现阶段人类获取热能的主要途径是____________________，使用最多的常规能源是_______________
____________________。
（2）面临的问题
①储量有限，短期内不可再生。随着能源消费需求的不断增加，能源消费量与储量之间的矛盾日益凸显。
②环境问题。煤、石油产品燃烧排放的________、________、________、________等是大气污染物的主要来源。
（3）解决措施
①节约能源：燃料燃烧阶段提高燃料的________________；能量利用阶段提高能源的________________。
②寻找新能源：这些能源比较丰富、可以再生、无污染，目前人们比较关注的新能源有_______________、____________、____________、____________和____________等。
▲▲▲探究案▲▲▲
一、实验
1、【实验6-1】在一支试管中加入2 mL 2 mol/L盐酸，并用温度计测 量其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，观察现象，并测量溶液温度的变化。
实验现象：___________________________________________________。
实验结论：___________________________________________________。
原理：_____________________________________________________________________________________。
2、【实验6-2】将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl晶体 一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手触摸杯壁下部，试着用手拿起烧杯。观察现象。
实验现象：_______________________________________________________________。
实验结论：________________________________________________________________。
原理：_____________________________________________________________________________________。
二、吸热反应与放热反应
【例】试判断下列反应是吸热反应还是放热反应
化学反应 类型 化学反应 类型
白磷或碳燃烧 高温煅烧石灰石
镁条燃烧 氯酸钾受热分解
生石灰溶于水 氢气还原氧化铜
钠与水的反应 碳与水蒸气反应
大理石与盐酸 碳与CO2反应
锌片与硫酸混合 炸药爆炸
盐酸与NaOH中和 Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应
浓硫酸稀释 甲烷在氧气中的燃烧
液态水汽化 胆矾加热变成白色粉末
【归纳总结】判断吸热反应和放热反应的易错点
1、放出或吸收热量的变化不一定是放热或吸热反应。浓H2SO4、NaOH固体等溶于水______热，NH4NO3、KNO3、NH4Cl等固体溶于水______热，以上变化过程均为______变化，不是放、吸热反应。
2、吸热反应不一定需要加热。如NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体常温下的反应为吸热反应。
3、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，前期需要加热引发，但为放热反应。
4、放热反应常温下不一定容易发生。
三、化学反应的能量变化
放热反应 吸热反应
定义 释放热量的化学反应 吸收热量的化学反应
能量变化 反应物的总能量大于生成物的总能量 反应物的总能量小于生成物的总能量
键能变化 生成物的总键能大于反应物的总键能 生成物的总键能小于反应物的总键能
能量变化图示
【归纳总结】判断放热反应和吸热反应的方法
1、根据反应条件判断。通常需要持续加热的反应为吸热反应。
2、根据能量变化图像判断。反应物的总能量大于生成物的总能量，则该反应为放热反应；反应物的总能量小于生成物的总能量，则该反应为吸热反应。
3、根据断键吸收能量和成键释放能量的数据判断。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；如果旧键断裂吸收的能量小于新键形成释放的能量，则为放热反应。
4、根据常见的吸热反应与放热反应的类型进行判断。
四、生物质能简介
生物质是指通过光合作用形成的各种有机物，包括所有的动植物和微生物。而生物质能是太阳能以化学能的形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。其直接来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，是一种可再生能源，同时也是唯一的可再生的碳源。生物质能具有可再生性、低污染性、广泛分布性、总量丰富、广泛应用性等特点。其主要利用的技术包括化学转化技术（例如直接燃烧、液化、气化和热解等方法）、生物质物理转化技术（例如将生物质制成型或形成较高密度的固体燃料等）和生物质化学转化技术（例如厌氧发酵制沼气、微生物制取酒精等）等。
自纠自查
1、镁条在空气中燃烧是放热反应，反应过程中所释放的能量全部转化为热能（ ）
2、相同条件下形成1 mol H—Cl放出的能量与断开1 mol H—Cl吸收的能量相等（ ）
3、对于一个化学反应来说，当化学键断裂时吸收的能量大于化学键形成时放出的能量，则反应放热（ ）
4、已知Fe与稀盐酸的反应为放热反应，即Fe的能量大于H2的能量（ ）
5、石墨转化为金刚石需要吸收热量，所以金刚石更稳定（ ）
6、绿色植物能通过光合作用，将光能转化为化学能（ ）
7、化石能源属于不可再生能源，只会越用越少（ ）
8、生物质能是一种可再生能源，有广阔的应用前景（ ）
▲▲▲习题案▲▲▲
1．下列说法正确的是（ ）
A．化学反应过程中一定伴随着能量变化 B．人体运动消耗的能量与化学反应无关
C．化学反应释放的能量一定是热能 D．有化学键断裂的变化一定是化学变化
2．下列说法中正确的是（ ）
A．放热反应一定不用加热，吸热反应一定需加热
B．化学反应中，当反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应放热，ΔH为“－”
C．未来新能源的特点是资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小且可以再生，所以风能、氢能、太阳能和生物质能都属于未来新能源
D．升高温度或加入催化剂，都可以改变化学反应的反应热
3．下列说法正确的是（ ）
A．化学键的变化必然会引起能量变化，所以，能量变化也一定会引起化学变化
B．所有化学变化的能量都可以通过原电池转化为电能
C．所有化学变化一定遵循质量守恒和能量守恒
D．化学变化一定会引起物质种类的变化，所以体系内物质种类变化一定发生了化学变化
4．航天飞船可用肼（N2H4）作动力源。已知1 g液态肼和足量的液态过氧化氢反应生成N2和水蒸气时放出20.05 kJ热量,化学方程式为N2H4+2H2O2===N2↑+4H2O。下列说法中错误的是（ ）
A．肼（N2H4）分子中只存在极性共价键
B．此情况下,液态肼燃烧生成1 mol N2时放出的热量为641.6 kJ
C．该反应中肼作还原剂
D．该反应的反应物总能量高于生成物的总能量
5．某学生用如图所示装置进行化学反应X+2Y===2Z能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂Y时，看到U形管中液面甲处降、乙处升，关于该反应的下列叙述中正确的是（ ）
①该反应为放热反应
②该反应为吸热反应
③生成物的总能量比反应物的总能量更高
④反应物的总能量比生成物的总能量更高
⑤该反应过程可以看成是“贮存”于X、Y内部的部分能量转化为热能而释放出来
A．①③ B．①④ C．②③⑤ D．①④⑤
6．在下列能源中，属于化石能源的是（ ）
A．核能、生物质能、水能 B．电能、汽油、柴油
C．太阳能、地热能、风能 D．煤、石油、天然气
7．下列关于能量转换的认识中不正确的是（ ）
A．电解水生成氢气和氧气时，电能转化为化学能
B．“生物质能”主要指用树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量，因此利用生物质能就是间接利用太阳能
C．煤燃烧时，化学能主要转化为热能
D．葡萄糖在人体组织中发生缓慢氧化时，热能转化为化学能
8．已知断裂1mol H2(g)中的H-H键需要吸收436kJ的能量，断裂1mol O2(g)中的共价键需要吸收498kJ的能量，生成H2O(g)中的1mol H-O键能放出462.8kJ的能量。下列说法正确的是（ ）
A．断裂1mol H2O(g)中的化学键需要吸收925.6kJ的能量
B．2H2(g)+O2(g) === 2H2O(g)，1mol O2参与应放出能量481.2kJ
C．2H2O(l) ===2H2(g)+O2(g)，该反应放出能量471.6kJ
D． H2(g)+O2(g) === H2O(l)，1mol O2参与反应放出能量240.6kJ
9．（1）下列过程不一定属于放热过程的是______________（填标号）。
A．形成化学键 B．燃料燃烧 C．化合反应
D．葡萄糖的氧化分解 E．酸碱中和 F．炸药爆炸
（2）已知A和B是同种元素形成的两种单质，A转化为B时需要吸收能量，则A和B中较稳定的是______ （填“A”或“B”）。
（3）某化学反应中，反应物的总能量为E1，生成物的总能量为E2，且E1＜E2，则该反应是______________ （填“放热”或“吸热”）反应。
（4）等质量的下列各物质完全燃烧，放出热量较多的是______________（填标号，下同）。
A．固体硫 B．硫蒸气
（5）已知H2和O2反应时放热，且断裂1molH-H键、1mol氧氧键、1molO-H键需要吸收的能量分别为Q1kJ、Q2kJ、Q3kJ。下列关系一定正确的是_________。
A．Q1 +Q2＞ Q3 B．Q1 +Q2＞2Q3
C．2Q1 +Q2＞ 4Q3 D．2Q1 +Q2＞ 2Q3
10．某小组同学设计了如图所示实验装置并开展研究（部分夹持装置已略去）。
（1）当将A慢慢滴入甲瓶后，观察到甲瓶上的气球慢慢鼓起，则A和B分别可能是下列组合中的 _________（填标号）。
①稀硫酸和NaHCO3溶液 ②浓硫酸和NaOH溶液
③NaCl溶液和KNO3溶液 ④蒸馏水和NH4NO3固体
（2）打开弹簧夹将少量C慢慢推入乙瓶。
①若观察到乙瓶内的气球慢慢鼓起，且C为蒸馏水，则气体D可能为__________________（任填一种物质的化学式）。
②若C为O2，气体D为NO，则能观察到乙瓶中的现象___________________________________。
参考答案
【预习案】
一、
1、吸收 释放
二、
1、断裂 形成
放热 吸热
679 862 < 放热
2、不同 反应物的总能量 生成物的总能量
高于 低于
三、
2、物质的燃烧 化石燃料（煤、石油、天然气）
粉尘、SO2、NOx、CO
燃烧效率 利用率
太阳能 风能 地热能 海洋能 氢能
【探究案】
一、
1、有气泡产生；用温度计测量，温度升高。该反应产生气体，放出热量。Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
2、闻到刺激性气味；烧杯壁发凉；木片和烧杯黏结在一起；混合物呈糊状。该反应产生NH3和H2O，吸收热量。Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
二、【例】
化学反应 类型 化学反应 类型
白磷或碳燃烧 放热反应 高温煅烧石灰石 吸热反应
镁条燃烧 放热反应 氯酸钾受热分解 吸热反应
生石灰溶于水 放热反应 氢气还原氧化铜 吸热反应
钠与水的反应 放热反应 碳与水蒸气反应 吸热反应
大理石与盐酸 放热反应 碳与CO2反应 吸热反应
锌片与硫酸混合 放热反应 炸药爆炸 放热反应
盐酸与NaOH中和 放热反应 Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl的反应 吸热反应
浓硫酸稀释 既不是放热反应也不是吸热反应，为放热的过程 甲烷在氧气中的燃烧 放热反应
液态水汽化 既不是放热反应也不是吸热反应，为吸热的过程 胆矾加热变成白色粉末 吸热反应
【归纳总结】
1、放 吸 物理
【自纠自查】
×√×××√√√
【习题案】
1．A 2．C 3．C 4．A 5．D 6．D 7．D 8．B
9．C；A；吸热；B；C；
10．①②；HCl或NH3或NO2；体颜色逐渐由无色变为红棕色，气球无明显变化；

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