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第2课时 化学反应中能量变化原因 燃料的选择和氢能的利用
专题6 化学反应与能量变化 第二单元 化学反应中的热
学习 目 标
核 心 素 养
1.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。认识提高燃料燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。
2.通过交流与讨论，认识太阳能、生物质能、氢能利用的现状。
2.通过对氢能开发与利用的讨论，认识开发、利用高能洁净能源的重要性和迫切性
1.能从宏观和微观相结合的视角分析燃料放热问题，培养宏观辨识与微观探析的学科核心素养。
2.通过对氢能的学习，具有节约资源、保护环境的可持续发展意识，培养科学态度与社会责任的学科核心素养。
知识回顾
温故知新
1.简述下列热化学方程式表示的意义：
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.6 kJ·mol－1
②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) 　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
③C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) 　ΔH＝－1366.8 kJ·mol－1
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
2.上述反应均为放热反应，你能从反应物的总能量和生成物的总能量变化
来理解吗？试比较等质量的上述物质，哪种物质放出的热量最多？
放热反应：反应物的总能量 > 生成物的总能量
H2热值高、清洁燃料
一、化学反应中能量变化的原因
1. 从宏观角度分析吸、放热反应热量变化的原因
探究思考
能量
反应过程
反应物的总能量高
生成物的总能量低
放出能量
放热反应
能量
反应过程
反应物的总能量低
生成物的总能量高
吸收能量
吸热反应
参加反应的每一种物质内部都贮存着一定的能量
一、化学反应中能量变化的原因
2. 从微观角度分析吸、放热反应热量变化的原因
探究思考
O
O
O2
H
O
H
H2O
H
H
H
H
H
H
O
O
H2
H
H
H
O
H
(吸收能量)
旧化学键
断裂
原子
(放出能量)
新化学键
形成
Q吸收Q吸收>Q放出
放热反应
吸热反应
决定
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
氢气燃烧火焰
一、化学反应中能量变化的原因
已知H－H 键能 436.4 kJ/mol，Cl－Cl 键能 242.7 kJ/mol，H－Cl 键能 431.8 kJ/mol；试分析H2 ＋Cl2 === 2HCl是吸热反应还是放热反应？
断键
吸收热量：(436.4+242.7) kJ
成键
放出热量：431.8kJ×2
＜
放热反应
交流讨论
一、化学反应中能量变化的原因
知识梳理
3.化学反应中能量变化与化学键的关系
反应过程
能量变化
反应物 ─→ 原子或原子团 ─→ 生成物
新键
形成
旧键
断裂
断键吸收能量 成键放出能量
断键吸收能量>成键放出能量：吸热反应
断键吸收能量<成键放出能量：放热反应
反应中能量的变化 ΔH = Q(断键吸收的总能量) – Q(成键放出的总能量)
一、化学反应中能量变化的原因
知识梳理
4.化学反应的能量变化与物质内部能量的关系
反应物总能量<生成物总能量 吸热反应
反应物总能量>生成物总能量 放热反应
生成物
反应物
总能量
生成物
总能量
E能量
E能量
生成物
反应物
生成物
总能量
反应物
反应物
总能量
吸收热量
放出热量
一、化学反应中能量变化的原因
知识梳理
特别说明 ：
1. 化学反应的两大基本特征：物质种类变化和能量变化；
2. 化学反应中能量变化的本质原因：化学键的断裂和形成。
学以致用
1.下列关于反应能量的说法中正确的是（ ）
A.化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化
B.化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
C.已知Zn(s)＋CuSO4(aq)===ZnSO4(aq)＋Cu(s)为放热反应，则反应物总能量
小于生成物总能量
D.同条件下，1 mol氢原子的能量为E1，1 mol氢分子的能量为E2，则2E1＝E2
解析：化学反应中的能量变化，不是都表现为热量的变化，还可能有其他能量的变化，如光能等，故A项错误；
放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，故C项错误；
分子变成原子需要破坏化学键，吸收能量，2E1>E2，故D项错误。
B
学以致用
2. 红磷(结构复杂用“P”表示)和白磷(P4)是磷的两种同素异形体，充分燃烧之后的产物都是五氧化二磷。在25 ℃、101 kPa下，31 g白磷完全转化为红磷，放出11 kJ的热量，根据以上事实回答下列问题：
(1)红磷转化为白磷属于______反应(填“放热”或“吸热”)。
(2)等质量的红磷和白磷分别完全燃烧，放出热量较多的是______(填“白磷”或“红磷”，下同)。
(3)31 g白磷与31 g红磷的能量较高的是______，二者更稳定的是______。
吸热
白磷
白磷 红磷
物质的稳定性：物质具有的能量越低，物质越稳定；物质的化学键越牢固，断裂时需要吸收的能量越多，形成时释放的能量越多。
学以致用
3.已知断开1 mol H—H键吸收的能量为436 kJ，形成1 mol H—N键放出的能量为391 kJ，根据化学方程式 N2＋3H2 2NH3，反应完1 mol N2放出的能量为92.4 kJ，则断开1 mol N≡N键需吸收的能量是（ ）
A.431 kJ B.945.6 kJ C.649 kJ D.869 kJ
解析：设断开1 mol N≡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－断开旧键吸收的能量，代入数据：92.4 kJ＝6×391 kJ－3×436 kJ－x，
x＝945.6 kJ。
高温高压
催化剂
B
交流讨论
热值：一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热。
二、燃料燃烧释放的能量
物质 煤炭 石油 天然气 氢气
热值/kJ·g－1 约33 约48 约56 143
根据数据，分析热值大小。
氢气>天然气>石油>煤炭
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH＝－393.6 kJ·mol－1
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) 　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
制备
存储
运输
开采成本
交流讨论
下图为近30年我国能源消费结构的变化，分析呈现的特点？这30年发生的变化？原因分析？
二、燃料燃烧释放的能量
目前我国使用最多的能源：
化石燃料，即煤、石油、天然气。
尤其是煤，远高于世界平均水平。
2019年中国能源消费总量初步统计，全年能源消费总量48.6亿吨标准煤，消费量占能源消费总量的57.7%；天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费量占能源消费总量的23.4%
知识拓展
二、燃料燃烧释放的能量
新能源有太阳能、水能、风能、地热能、海洋能和氢能等。
二、燃料燃烧释放的能量
知识梳理
1. 热值：一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热。
2. 常见燃料
（1）目前使用最多的能源：化石燃料。
（2）化石燃料需亟待解决的问题
储量有限，不可再生；燃烧利用率低，污染环境。
产生的大气污染物：粉尘、SO2、氮氧化物(NOx)、CO等
（3）节能减排的措施
节约现有能源；提高燃料使用效率；开发新能源
思考交流
在生产和生活中应根据什么标准来选择燃料？
①热值；②价格；③对环境的影响；④储量；⑤开采、运输。
氢气燃烧 1 g 释放143 kJ的热，是汽油的3倍——热值高；
产物水——环保；
来源水——原料广泛。
还有太阳能等。
思考交流
在生产和生活中应根据什么标准来选择燃料？
①热值；②价格；③对环境的影响；④储量；⑤开采、运输。
为何太阳能、氢能等新能源不大规模使用，面临什么困境？
三、氢燃料的应用前景
知识梳理
1. 能源特点：热值高；原料广；无污染。
2. 目前氢燃料的应用实例
(1)作人造卫星和运载火箭
(2)作氢动力汽车、混合动力有轨电车
(3)氢燃料电池
三、氢燃料的应用前景
知识梳理
3. 氢能的产生
(1)水煤气法
(2)电解水
三、氢燃料的应用前景
知识梳理
3. 氢能的产生
(3)光解法
三、氢燃料的应用前景
知识梳理
4. 开发和利用氢能需要克服的问题
(1)困难：能耗高、储存和运输困难等。
(2)方法：
①研究太阳能分解水、蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下分解水制氢气等新方法，解决能耗问题。
②发现和应用贮氢材料，解决氢气的储存和运输问题。
知识拓展
太阳能的利用
1.太阳能的特点
优点：太阳能是巨大、无尽的能源；太阳能为人类共享，
可免费使用；对环境无污染。
缺点：受季节、地区、气候等影响，不能维持常量等。
2.太阳能与其他能源的转换关系
直接利用：光合作用、太阳能热水器、太阳能电池、光解水制氢气
（光能分别转为化学能、热能、电能）
间接利用：化石燃料、火力发电
（太阳能间接转为化学能、机械能和电能）
理解应用
1. H2是一种很有前途的能源，以水为原料大量制取H2，最理想的途径是(　　)
A.利用太阳能直接使水分解为H2
B.以焦炭和水为原料制水煤气后再分离出H2
C.以赤热的Fe和水反应生成H2
D.由热电厂提供电能，利用直流电电解水产生H2
A
理解应用
2. 人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”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)，届时人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是(　　)
A.煤、石油和天然气都属于碳素燃料
B.发展太阳能经济有助于减缓温室效应
C.太阳能电池可将太阳能直接转化为电能
D.目前研究菠菜蛋白质“发电”不属于太阳能文明
解析：煤、石油和天然气都属于含碳元素的燃料，属于碳素燃料，A项正确；
利用太阳能不会产生温室气体，B项正确；
利用光能电池可将太阳能直接转化为电能，C项正确；
菠菜属于绿色植物，是通过光合作用生成的，D项错误。
D
课堂小结
一、化学反应中能量变化的原因
反应物总能量小于生成物总能量→吸热反应←断键吸收能量大于成键放出能量
反应物总能量大于生成物总能量→放热反应←断键吸收能量小于成键放出能量
反应中能量的变化 ΔH = Q(断键吸收的总能量) – Q(成键放出的总能量)
二、燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景
牛刀小试
1.下列说法不正确的是(　　)
①化石燃料在任何条件下都能充分燃烧
②化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体
③直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效果好
④固体煤变为气体燃料后，燃烧效率更低
A.①④ B.②③④ C.②③ D.①③④
解析：化石燃料充分燃烧的条件是燃料与空气或氧气要尽可能充分地接触，且空气或氧气要适当过量，①不正确；固体煤变为气体燃料后，接触面积增大，燃烧更充分，燃烧效率更高，④不正确。
A
牛刀小试
2. 化学反应A2＋B2===2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是(　　)
A.该反应是吸热反应
B.断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量
C.2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量
D.断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键能放出x kJ的能量
B
解析：A项，因反应物的总能量高于生成物的总能量，故该反应是放热反应，错误。B项，化学键的断裂需要吸收能量，由题图可知，断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ能量，正确。C项，由题图可知，1 mol A2和1 mol B2的总能量高于2 mol AB的总能量，错误。D项，化学键的断裂需要吸收能量，而不是放出能量，错误。
牛刀小试
3.已知断裂1 mol H2(g)、1 mol N2(g)分子中的化学键需要吸收的能量分别为436 kJ、
943 kJ，N2(g)与H2(g)反应生成1 mol NH3(g)的能量变化如图所示：
(1)N2(g)与H2(g)反应生成1 mol NH3(g)______(填“吸收”或“放出”)的能量为____kJ。
(2)断裂1 mol N—H键需要吸收的能量为________ kJ。
解析：
(1) mol N2(g)与 mol H2(g)反应生成 1 mol NH3(g)
放出能量，放出的能量为300 kJ-254 kJ＝46 kJ。
(2)设形成 1 mol N-H键需要放出的能量为a kJ，
由ΔH=断键的能量之和-成键的能量之和，
得(×943＋×436-3a) kJ＝-46 kJ，解得a＝390.5。
放出
46
390.5
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