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专题6　化学反应与
能量变化
第二单元　化学反应中的热
第二课时　化学反应中能量
变化的原因　燃料燃烧
1．能从定性与定量、宏观与微观相结合的角度理解化学反应中的能量变化，能进行一些简单的能量变化计算。2．认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。3．能利用化学反应中的能量变化解决生产、生活中的简单问题，促进“科学态度与社会责任”核心素养的发展。
学习理解
01
课时分层练
04
目录
CONTENTS
探究应用
02
总结提升
03
学习理解
(2)化学反应中能量变化的实质
吸收
放出
吸热
放热
2．化学反应中能量变化的决定因素(宏观辨识)
宏观解释 能量变化 示意图
放出
吸收
放出
吸收
由能量变化示意图知
(1)反应吸收能量而使体系内能量______。ΔH为正值，即ΔH____0。
(2)反应放出能量而使体系内能量______。ΔH为负值，即ΔH____0。
升高
>
降低
<
二、燃料燃烧释放的能量
1．热值
(1)定义：在一定条件下___________的可燃物___________所放出的热。
(2)应用：热值可用于比较单位质量的燃料燃烧放出热量的多少，是燃料燃烧释放的能量的直观反映。
2．提高燃料的使用效率
(1)当今世界上使用最多的能源是化石燃料，包括：____、______、________。
单位质量
完全燃烧
煤
石油
天然气
大量烟尘、CO、SO2
不高
节约
使用效率
氢能
水能
太阳能
风能
三、氢燃料的应用前景
1．氢气的特点
(1)氢气的______在普通燃料中是最高的。
(2)燃烧产物是____，不污染环境，是一种清洁燃料。
(3)密度____、熔点_____、_____液化，贮存液氢的容器要求高。
2．应用前景
(1)常用液氢作运载火箭的燃料。
(2)氢燃料混合动力有轨电车。
(3)氢燃料电池。
热值
水
小
低
难
判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)只要有化学键的断裂，一定发生化学反应。(　　)
(2)断裂化学键放出能量，形成新化学键则吸收能量。(　　)
(3)氢气的热值较高，是目前主要的能源。(　　)
(4)我国目前使用燃料效率不高，而且引起的污染大。(　　)
(5)利用太阳光催化分解水制氢是一种理想的制氢手段。(　　)
(6)化石燃料在任何条件下都能充分燃烧。(　　)
×
×
×
√
√
×
探究应用
材料一　氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，世界上许多国家和地区已经广泛开展了氢能研究。氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示：
材料二　华东理工大学材料科学与工程学院杨化桂教
授课题组在太阳能光解水领域取得重要进展，以金属性光催
化材料氮化钨为催化剂，光解水获得H2和O2，获取氢能源。
[问题探究]
1．氢气在氧气中燃烧时，化学能转化成哪些形式的能量？
提示：氢气在氧气中燃烧时，化学能转化为热能、光能等。
2．根据氢气燃烧生成水蒸气的能量变化图判断反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)是吸热反应还是放热反应？
提示：断裂2 mol H2(g)和1 mol O2(g)中的化学键吸收的总能量为2×436 kJ＋249 kJ×2＝1370 kJ，形成2 mol H2O(g)中的化学键释放的总能量为926 kJ×2＝1852 kJ，形成生成物中化学键释放的总能量大于断裂反应物中化学键吸收的总能量，故反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)是放热反应。
3．太阳能光解水的过程中，主要发生的能量转化形式是什么？
4．氢能是公认的新型清洁能源，推测氢能具有哪些优点和缺点？
提示：太阳能转化为化学能。
提示：氢能的优点是原料丰富，热值高；燃烧产物是水，无污染。缺点是制备氢气的能耗高，氢气的贮存和运输不方便等。
知识点一　反应热的简单计算与比较
1．计算ΔH的三种方法
(1)根据热化学方程式进行计算
ΔH和化学方程式中的化学计量数成正比。
(2)根据反应物和生成物的键能计算
ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。
[注意]　计算时要注意化学计量数与共价键总数的关系，如1 mol H2O中含有2 mol H—O键。不能都按1 mol计算，要按实际配平的反应方程式计算反应物或生成物的总键能。
(3)根据反应物和生成物的总能量计算
ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。
2．反应热的比较
可燃物完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量。可燃物完全燃烧是指生成物为稳定的氧化物，即C元素→CO2(g)，H元素→H2O(l)，S元素→SO2(g)。
[注意]　比较热化学方程式中ΔH的大小时，必须带正、负号比较。对于放热反应，ΔH越小，放热越多；对于吸热反应，ΔH越大，吸热越多。对于反应热的比较，应注意是比较ΔH的大小还是比较反应放出(吸收)的热量的大小，注意ΔH与|ΔH|的区别。
[知识拓展]　
1．一般来说，共价键的键能越大，该共价键越牢固；对于组成和结构相似的物质，其所含共价键的键能越大，物质越稳定。
2．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，化学键断裂时吸收的能量就越多，而形成该物质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，化学键断裂时吸收的能量就越少，而形成该物质时放出的能量也越少。
1．H2＋Cl2===2HCl的反应过程如图所示：
(1)根据上图填写下表：
(2)该反应________(填“放出”或“吸收”)________kJ热量。
化学键 能量变化 断裂或形成1 mol 化学键时 反应中能量变化
Cl—Cl 吸收243 kJ 共吸收______kJ
H—H 吸收436 kJ H—Cl 放出431 kJ 共放出______kJ
679
862
放出
183
②③④
解析：①中1 mol C(s)完全燃烧生成CO2比不完全燃烧生成CO放出的热量多，|ΔH1|>|ΔH2|，但ΔH1、ΔH2均小于0，故ΔH1<ΔH2；②中由S(s)→S(g)要吸收热量，所以S(g)燃烧放出的热量多，由于ΔH3、ΔH4均小于0，故ΔH3>ΔH4；③中ΔH6＝2ΔH5，由于ΔH6、ΔH5均小于0，所以ΔH5>ΔH6；④中ΔH7>0(吸热反应)，而ΔH8<0(放热反应)，所以ΔH7>ΔH8；⑤中N2与H2的化合反应是放热反应，ΔH9<0，其逆反应是吸热反应，ΔH10>0，所以ΔH9<ΔH10。
知识点二　燃料燃烧
1．燃料燃烧释放的热量
(1)特点
质量相同的不同燃料，由于它们的热值不同，完全燃烧后放出的热量不相同。
(2)计算方法
燃料燃烧放出的热量＝生成物中形成化学键放出的总能量－反应物中断裂化学键吸收的总能量。
2．燃料充分燃烧的条件
(1)要有足够多的空气。
(2)燃料与空气要有足够大的接触面积。
3．常规能源与新型能源
(1)常规能源：煤、石油、天然气等。
(2)新型能源：新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括：太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等；此外还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。
(3)重点开发的能源：太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能等。
4．提高燃料燃烧效率的措施及意义
(1)提高燃料的燃烧效率的措施
①尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量。
②尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。
(2)提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节约资源、减少污染。
3．下列措施可以提高燃料燃烧效率的是(　　)
①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点　③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化处理　⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量的空气
A．①③④ B．②⑤⑥
C．③④⑤⑥ D．②③④⑥
4．氢气是21世纪极有前途的新能源，是各国研究的热点之一。氢能开发的首要问题是研究如何以水为原料制取氢气。以下研究方向中你认为可行的是(　　)
A．大量建设水电站，用电能分解水制取氢气
B．设法将太阳能聚焦，产生高温，使水分解产生氢气
C．寻找更多的化石燃料，利用其燃烧放热，使水分解产生氢气
D．寻找特殊化学物质，用于开发廉价清洁能源，以分解水制取氢气
总结提升
本课总结
自我反思：﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍
随堂提升
1．下列有关能源的说法不正确的是(　　)
A．化石能源物质内部贮存着大量的能量
B．植物的光合作用使太阳能转化为化学能
C．利用太阳能等清洁能源代替化石燃料，有利于节约资源保护环境
D．燃料燃烧时只是将化学能转化为热能
2．一种生产和利用氢能的途径如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A．氢能属于二次能源
B．图中能量转化的方式至少有6种
C．太阳能电池把电能转化为太阳能
D．太阳能、风能、氢能都属于新能源
解析：氢能是利用太阳能等产生的，故属于二次能源，A正确；图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能，电能与化学能的相互转化，电能与光能、热能的转化等，B正确；太阳能电池把太阳能转化为电能，C错误；太阳能、风能、氢能都属于新能源，D正确。
4．小明从表中提供的信息中，得到以下几个结论，其中正确的是(　　)
A．热值大的燃料燃烧时放出的
热量多
B．1千克汽油燃烧时放出的热量
是4．6×107 J
C．木炭燃烧不充分时其热值会
变小
D．2 m3的沼气完全燃烧时放出的热量是3．8×107 J
燃料 热值/ (J·kg－1) 燃料 热值/(J·kg－1
或J·m－3)
柴油 4．3×107 焦炭 3．0×107
酒精 3．0×107 氨 1．4×108
汽油 4．6×107 煤气 3．9×107
木炭 3．4×107 沼气 1．9×107
解析：未给出燃料质量，则不能只由热值比较放出的热量，故A错误；汽油的热值为4．6×107 J·kg－1，则1千克汽油完全燃烧时放出的热量是4．6×107 J，若不完全燃烧放出的热量减少，故B错误；热值为一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧放出的热量，不完全燃烧时放出的热量不是热值，故C错误。
燃料 热值/ (J·kg－1) 燃料 热值/(J·kg－1
或J·m－3)
柴油 4．3×107 焦炭 3．0×107
酒精 3．0×107 氨 1．4×108
汽油 4．6×107 煤气 3．9×107
木炭 3．4×107 沼气 1．9×107
5．如图所示，ΔH1＝－393．5 kJ·mol－1，
ΔH2＝－395．4 kJ·mol－1，下列说法或表示正确
的是(　　)
A．C(石墨，s)===C(金刚石，s)，该反应的
ΔH为负值
B．石墨的稳定性弱于金刚石
C．石墨和金刚石的转化是物理变化
D．1 mol石墨的总键能比1 mol金刚石的总键能大1．9 kJ
解析：根据题图，金刚石的能量大于石墨的能量，C(石墨，s)===C(金刚石，s)反应吸热，该反应的ΔH为正值，故A错误；根据题图，金刚石的能量大于石墨的能量，能量越低越稳定，所以石墨的稳定性强于金刚石，故B错误；石墨和金刚石是两种不同的物质，石墨和金刚石的转化是化学变化，故C错误。
课时分层练
题号 1 2 3 4 5 6 7 难度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 对点 能源 能源的 利用 化学反应的能量变化 能源的利用 化学键与化学反应能量变化的关系 能源的利用 化学反应与能量变化的图像分析 题号 8 9 10 11 12 13
难度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★
对点 化学键与化学反应能量变化的关系 热值、热化学方程式的正误判断 与热化学方程式有关的计算 化学反应能量变化的实质 反应热的计算与比较 氢能、化学反应能量变化的实质
1．人类对于能源的利用大致可以分为三个时代：柴草能源时代、化石能源时代、多能源结构时代。以下说法正确的是(　　)
A．原始社会人类学会利用火，他们以天然气取暖，吃熟食，从事生产活动
B．目前我国能源以太阳能为主
C．核能、太阳能、氢能等都是新能源
D．我国化石能源丰富，应不断开发化石能源满足社会经济发展需要
[学习·理解]
2．下列有关太阳能的利用方式以及列举的实例错误的是(　　)
A．直接利用太阳辐射能的基本方式有四种：光—热转换、光—电转换、光—化学能转换和光—生物质能转换
B．太阳能热水器是光—热转换
C．绿色植物进行的光合作用是光—生物质能转换，它的本质是光—化学能转换
D．将电能通过用电器进行照明的过程是光—电能转换
3．某化学反应的能量变化如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．该反应一定需要加热才能发生
B．该反应的反应物的总能量比生成物的低
C．该反应断开化学键吸收的能量比形成化
学键放出的能量多
D．该反应(A2＋B2===2AB)是放热反应
4．下列说法中，不正确的是(　　)
A．光合作用是将光能转化为化学能的有效途径
B．煤、石油、天然气都是可再生的化石燃料
C．用植物秸秆制沼气是有效利用生物质能的方式之一
D．开发氢能、太阳能、风能、生物质能等是实现“低碳生活”的有效途径
6．为消除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，如图所示。下列说
法正确的是(　　)
A．H2O的分解反应是放热反应
B．氢能源已被普遍使用
C．2 mol H2O的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的总能量
D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值
解析：水分解生成氢气和氧气是吸热反应，说明2 mol H2O的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的总能量。因H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。
7．如图所示，有关化学反应和能量变化的说法正确的是(　　)
A．图甲表示的是吸热反应的能量变化
B．图甲不需要加热就能发生，图乙一
定需要加热才能发生
C．图甲可以表示C与CO2反应生成CO
的能量变化
D．图乙中反应物比生成物稳定
解析：图甲中反应物的总能量大于生
成物的总能量，为放热反应，A错误；反应
是放热还是吸热与反应条件没有必然关系，
B错误；C与CO2反应生成CO的反应是吸热
反应，图甲表示的是放热反应，C错误；物
质具有的能量越低越稳定，图乙中反应物的总能量较低，更稳定，D正确。
8．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol F—F键、S—F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则反应S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的ΔH为(　　)
A．－450 kJ·mol－1 B．＋430 kJ·mol－1
C．－1220 kJ·mol－1 D．－1780 kJ·mol－1
解析：根据SF6分子结构中只存在S—F键可知，1 mol SF6分子中含有6 mol S—F键，则ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝280 kJ·mol－1＋3×160 kJ·mol－1－6×330 kJ·mol－1＝－1220 kJ·mol－1。
[应用·实践]
10．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH1＝－572 kJ·mol－1
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH2＝－890 kJ·mol－1
现有H2与CH4的混合气体112 L(标准状况)，使其完全燃烧生成CO2和H2O(l)，若实验测得反应放热3695 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是(　　)
A．1∶2 B．1∶3
C．1∶4 D．2∶3
解析：由题意知，1 mol H2完全燃烧可以放出286 kJ的热量；1 mol CH4完全燃烧可以放出890 kJ的热量。现有H2与CH4的混合气体112 L(标准状况)，则气体的总物质的量为5 mol，其完全燃烧后测得反应放热3695 kJ，则n(H2)＋n(CH4)＝5 mol，286 kJ· mol－1×n(H2)＋890 kJ·mol－1×n(CH4)＝3695 kJ，解之得n(H2)＝1．25 mol、n(CH4)＝3．75 mol，所以H2与CH4的物质的量之比是1∶3。
11．根据如图所示N2(g)和O2(g)
反应生成NO(g)过程中的能量变化情
况，判断下列说法正确的是(　　)
A．N2(g)与O2(g)反应生成NO(g)
是放热反应
B．2 mol O原子结合生成O2(g)时需要吸收498 kJ能量
C．1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时需要吸收632 kJ能量
D．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
解析：根据反应热＝反应物总键能－生成物总键能，该反应的反应热为(946＋498－2×632) kJ·mol－1＝180 kJ·mol－1，为吸热反应，A、D错误；O原子结合形成O2需要放热，B错误；断键需要吸热，由题图可知，1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时需要吸收632 kJ能量，C正确。
12．保护环境已成为当前和未来的一项全球性重大课题。为解决目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有的专家提出利用太阳能促使燃料循环使用的构想，如图所示：
请回答下列问题：
(1)过程Ⅰ的能量转化形式为________能转化
为________能。
(2)上述转化过程中，ΔH1和ΔH2的关系是_______________。
太阳
化学
ΔH1＝－ΔH2
(3)断裂1 mol化学键所需的能量见下表：
常温下，N2与H2O反应生成NH3的热化学方程式为_______________________
_____________________________________。
2N2(g)＋6H2O(l)=== 4NH3(g)＋3O2(g)　ΔH＝1189 kJ·mol－1
H—N H—O N≡N O===O
E/kJ·mol－1 393 460 941 499
[创新·提高]
③
(2)已知断裂1 mol H—H、1 mol O===O和1 mol H—O分别需要的能量依次为436 kJ、498 kJ和463 kJ，则理论上3．6 g H2O(g)完全分解，需_______(填“放出”或“吸收”)能量______ kJ。下列能正确表示该过程的能量变化示意图的是______ (填字母)。
48.2
C
吸收
解析：(2)2 mol H2O(g)完全分解为2 mol H2(g)和1 mol O2(g)，断键吸收的能量为2×2×463 kJ＝1852 kJ，成键放出的能量为2×436 kJ＋498 kJ＝1370 kJ，因断键吸收的总能量>成键放出的总能量，故该反应为吸热反应，2 mol H2O(g)反应吸收的能量为1852 kJ－1370 kJ＝482 kJ，则3．6 g(即0．2 mol)H2O(g)反应时吸收的能量为48．2 kJ。化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，吸热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量大于形成生成物中的化学键放出的总能量，能正确表示该过程的能量变化示意图的是C。

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