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第六章 化学反应与能量
第一节 化学反应与能量变化
第1课时 化学反应与热能
学习目标与核心素养
学习目标
1、理解化学反应中能量变化的主要原因——化学键的断裂和形成。
2、知道化学反应中的能量变化和物质具有的能量之间的关系。
3、了解吸热反应和放热反应的概念，熟知常见的吸热反应和放热反应。
核心素养
1、宏观辨识：理解化学反应中能量的变化取决于反应物与生成物的总能量的相对大小。
2、微观探析：从化学键的断裂和形成上认识化学能量与化学变化的本质。
“茹毛饮血”的原始人获得能量
“神州”11号火箭发射精彩瞬间
现代社会中，人类的一切活动（从衣食住行到文化娱乐，从社火生产到学科研究等）都离不开能量，而许多能量的利用与化学反应中能量变化密切相关。从煤、石油、天然气等提供的热能，到各种化学电池提供的电能，都是通过化学反应获得的。
化石燃料燃烧会释放大量的热。除了燃烧，其他化学反应也伴随这放热或吸热现象。
新课引入
镁条的燃烧
“暖宝宝”中含有铁粉、活性炭、水、氯化钠等物质，遇空气发生反应的化学方程式：
4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3
该过程放热
思考：
生活中哪些事实说明了在化学反应中伴随着能量的变化？请说出能量转化的方式。
一、放热反应与吸热反应
【实验6-1】在一只试管中加入2 mL 2 mol·L—1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。
现象：镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计温度上升。
该反应是放出热量
Mg+2HCl=MgCI2+H2↑
实验视频：
【实验6-2】将20 g Ba(OH)2 8H2O晶体研细后与10gNH4Cl在烧杯中混合，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，用手触摸烧杯下部，试着用手拿起烧杯。观察现象。
现象：有刺激性气味气体产生；木片上的水结成冰，木片与烧杯底被冰粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉。
该反应是吸收热量
Ba(OH)2.8H2O+2NH4Cl=BaCI2+10H2O+2NH3↑
（一）吸热反应与放热反应
1.概念
①把 热量的化学反应称为放热反应。
②把 热量的化学反应称为吸热反应。
释放
吸收
化学反应
放热反应：放出热的化学反应
吸热反应：吸收热的化学反应
注：吸热反应和放热反应属于化学反应，一些物质溶于水，也会有吸热和放热现象：浓H2SO4、NaOH(s)等溶于水要放热 ；NH4NO3(s)、KNO3(s)、NH4Cl(s)等溶于水要吸热 ，但不能说是放热反应和吸热反应。
（一）吸热反应与放热反应
注意：吸热反应、放热反应与反应是否需要加热等条件没有直接联系，有些放热反应需要加热的条件，有些吸热反应在常温下就可反生。
用化学键的观点来分析化学反应的本质过程是什么？
以 H2 + Cl2 == 2HCl为例,判断一个化学反应是否为放热还是吸热，取决于什么呢？
光照
【微观探析】
思考与交流：化学反应过程中为什么会有能量变化？为什么有的化学反应释放热量，有的化学反应吸收热量？
化学反应的实质
H ·
··
· Cl
··
：
＋
→
Cl
··
··
H
··
··
H—H
Cl — Cl
H— Cl
H2 + Cl2 === 2HCl
点燃
一个化学反应的的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
断开
断开
形成
阅读课文P33，请根据下列信息判断氢气和氯气化合生成氯化氢的反应是吸收能量还是放出能量？
1molH2
2molH
共价键断裂
吸收436kJ能量
1molCl2
2molCl
共价键断裂
吸收243kJ能量
共价键形成
释放862kJ能量
}
2molHCl
H2 (g) + CI2(g) = 2HCI(g)
由于成键放出的总能量大于断键吸收的总能量，因此该反应是放热反应，反应结果放出能量=(431+431)—(436+243)KJ
=183KJ
H—H + Cl—Cl → 2H—Cl
吸收的能量
(436+243)KJ
(431+431)KJ
释放的能量
<
（三）从微观角度分析能量变化的原因（微观探析）
断开1 mol H-H 键要吸收 436 kJ 的能量
断开1 mol Cl-Cl 键要吸收 243 kJ 的能量
生成1 mol H-Cl 键要释放 431 kJ 的能量
H2 (g)+ Cl2 (g) = 2HCl(g)
E吸收=436+243=679 kJ
E放出=431×2=862 kJ
E1＜ E2 放热反应
E（kJ）
反应历程
H2(g) + Cl2(g)
2H+2Cl
2HCl(g)
-183 kJ
+436 kJ (H2)
+243 kJ (Cl2)
2×(-431 kJ)
= - 862 kJ
能量变化关系示意图
【练一练】请根据下列信息判断水蒸气分解生成氢气和氧气的反应是吸收能量还是放出能量？
2H2O(g) = 2 H2(g) + O2(g)
4H—O → 2H—H + O=O
吸收的能量
4×465KJ
(2×436+498)KJ
释放的能量
>
4molH
2molH2(g)
1molH-H形成释放436KJ能量
2molO
1molO2(g)
1molH-O键断裂吸收465kJ能量
}
2molH2O(g)
1molO=O形成释放498KJ能量
反应结果吸收能量
=(4×465)—(2×436+498)KJ
=490KJ
你能画出该反应的能量图吗？试一试
（二）从宏观角度分析能量变化的原因（宏观辩识） 课文P33
反应物的总能量高
生成物的总能量低
生成物的总能量高
反应物的总能量低
放热反应
吸热反应
（5）在相同条件下，由原子形成1 mol化学键时所放出的能量，与断开1 mol相同
化学键所吸收的能量是相等的。
1.键能是指在25 ℃、101 kPa，将1 mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B时所需要的能量。显然键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定。如H—H键的键能是436 kJ·mol－1，是指使1 mol H2分子变成2 mol H原子需要吸收436 kJ的能量。
(1)已知H—Cl键的键能为431 kJ·mol－1，下列叙述正确的是 。
A.每生成1 mol H—Cl键放出431 kJ能量 B.每生成1 mol H—Cl键吸收431 kJ能量
C.每拆开1 mol H—Cl键放出431 kJ能量 D.每拆开1 mol H—Cl键吸收431 kJ能量
(2)已知键能：H—H为436 kJ·mol－1；H-F为565 kJ·mol－1；H-Cl为431 kJ·mol－1；
H-Br为366 kJ·mol－1。则下列分子受热时最稳定的是 。
A.HF B.HCl C.HBr D.H2
(3)能用键能大小解释的是 。
A.氮气的化学性质比氧气稳定 B.常温常压下溴呈液态，碘呈固态
C.稀有气体一般很难发生化学反应 D.硝酸易挥发而硫酸难挥发
AD
A
A
2、已知反应：X＋Ｙ= Ｍ＋Ｎ为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是 ( )
A．Ｘ的能量一定高于Ｍ
B．Ｙ的能量一定高于Ｎ
C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D．因为该反应为放热反应，故不必加热反应就可发生
C
3.磷元素有多种性质不同的单质，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。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
4.下图中，能表示灼热的炭与二氧化碳反应的能量变化的是（ ）
C
二、人类对能源的利用
人类利用能源的三个阶段：
时期、 时期和 时期。
柴草
化石能源
多能源结构
一是其短期内不可再生，储量有限，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突显；
二是煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
利用过程中面临两个问题
解决办法
节约能源
寻找新能源
新能源特点：资源丰富、可以再生、无污染
常见新能源：太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等
燃料燃烧阶段——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
能量利用阶段——使用节能灯，改进电动机的材料和结构，以及发电厂、钢铁厂余热与城市供热联产等措施促进能源循环利用，有效提高能源利用率。
【思考与讨论】
煤、汽油和柴油等作为燃料大量使用会造成空气污染，但不使用它们又会严重影响现代社会的生产和生活。对此，请从社会不同人群的角度，提出你的想法或建议，并与同学讨论。
能量变化
化学能转化为热能
放热 反应
吸热 反应
类型
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
遵循能量守恒原 理
能量 利用
燃料充分燃烧
新能源的开发
减少污染
课堂小结
课堂练习
1.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③④ B.只有①②
C.①②③④ D.②③④
A
4.断开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要吸收的能量为436 kJ、391 kJ、946 kJ。求：(不考虑可逆反应)。
(1)1 mol N2完全反应生成NH3需 (填“吸收”或“放出”)能量 kJ。
放出
92
(2)1 mol H2完全反应生成NH3需 (填“吸收”或“放出”)能量 kJ
放出
30.67
2．下列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
B
3．下列反应中生成物总能量高于反应物总能量的是(　　)
A．碳酸钙受热分解 B．乙醇燃烧
C．铝与氧化铁粉末反应 D．氧化钙溶于水
A
5．已知化学反应2C(s)＋O2(g) 2CO(g)、2CO(g)＋O2(g) 2CO2 (g)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．12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量
B．56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
C．12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量
D．将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多
A
6.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。下列说法正确的是（ ）
A.NH4HCO3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.NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量
B

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