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第二单元 化学反应中的热
专题6　化学反应与能量变化
课程标准 核心素养目标
1.认识物质具有能量，认识吸热反应与放热反应。
2．了解化学反应体系能量改变与化学键的断裂和形成有关。
3．体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料对推动社会可持续发展的重要意义。 1.(科学探究与创新意识)通过实验探究，认识常见的吸热反应和放热反应。
2．(证据推理与模型认知)能正确表示化学反应中热的释放或吸收，能正确书写热化学方程式。
一、放热反应与吸热反应
1．化学反应过程中能量转化形式
化学反应中不仅有物质的转变，同时还伴随着 的变化。化学反应中比较常见的是化学能与热能、电能、光能等的互相转化。
2．放热反应与吸热反应
(1)概念
①放热反应： 热的反应。
②吸热反应： 热的反应。
能量
放出
吸收
(2)常见的放热反应和吸热反应
放热反应 吸热反应
①所有燃烧反应
②酸碱中和反应
③大多数化合反应
④活泼金属跟水或酸的反应
⑤物质的缓慢氧化 ①大多数分解反应
②铵盐与碱的反应，如NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O或Ca(OH)2反应
③除燃烧外，以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C与H2O(g)反应，C与CO2反应
④NaHCO3与盐酸的反应
[微点拨]放热反应常温下不一定发生，可能需要加热；吸热反应不一定需要加热。
(3)实验探究
实验
操作
实验
现象 有 产生；用温度计测量，温度 闻到 气味；烧杯壁 ；玻璃片和烧杯 ，混合物呈
气泡
刺激性
发凉
升高
黏结在一起
糊状
实验
结论 该反应产生 ，
热量 该反应产生NH3和H2O， 热量
化学
方程式
气体
放出
吸收
Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===
BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
结论：化学反应除了有新物质生成以外，还总会伴随着能量变化，通常主要表现为热能的变化，有的 热量，有的 热量。
放出
吸收
[微点拨]有能量变化的过程不一定是化学反应过程，如物质的溶解，物质的三态变化等。
二、热化学方程式
1．概念
能表示化学反应中 的热量的化学方程式。
2．书写
放出或吸收
例如，已知1 mol C(s)与1 mol O2(g)完全反应生成1 mol CO2(g)放出393.6 kJ热量，则该反应的热化学方程式为
。
三、化学反应中能量变化的原因
1．化学反应中能量变化与化学键的关系(微观探析)
(1)化学反应过程
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.6 kJ·mol-1
(2)化学反应中能量变化的原因
2．化学反应中能量变化的决定因素(宏观辨识)
宏观解释
放热反应
示意图
吸热反应
示意图
由吸、放热反应示意图知
(1)反应吸收热量而使体系内能量 。ΔH为 或ΔH 0。
(2)反应放出热量而使体系内能量 。ΔH为 或ΔH 0。
(3)可利用能量守恒定律，从宏观角度(即反应物总能量与生成物总能量大小)理解化学反应中能量变化的原因。
四、燃料燃烧释放的能量和氢燃料的应用前景
1．热值
燃料的热值是指一定条件下 的可燃物完全燃烧所放出的
，单位是 。
升高
正值
>
降低
负值
<
单位质量
热
kJ·g-1
2．提高燃料的使用效率
(1)当今较为主要的能源：化石燃料即 、 等。
(2)化石燃料的利用和存在的问题
①通常燃料燃烧放出的热量不可能全部转化为有用功，总有部分热量转化为废热排出或损耗掉。
②煤等化石燃料的燃烧常常伴随着大量烟尘、CO、SO2、氮氧化物(NOx)等有毒有害物质的排放。
③有些煤中灰分含量大，水分多，热值较低。
煤
石油
(3)解决燃料燃烧存在的问题和研究方向
①节约现有能源。
②提高燃料的使用效率，减少对环境的污染，如将石油、煤等化石燃料转化为清洁燃料。
③开发氢能、水能、 能、风能等更清洁、更高效的能源。
3．氢燃料的应用前景
(1)氢气是未来理想的绿色燃料
氢气的热值在普通燃料中是 的，且氢气燃烧的产物只有 ，不会产生对环境有害的污染物，是一种 燃料。
太阳
最高
水
清洁
(2)制氢和储氢已成为全球瞩目的课题
①将太阳能转化为 ，再将水催化电解获得氢气，其中最关键的高效、廉价、绿色的催化技术已有突破性的进展。
②氢气密度 ，熔点 ，难 ，贮存液氢的容器要求高。
③研制贮氢合金：科学家正致力于研究具备良好 和 氢气性能的合金(如镧镍合金等)，这将为解决氢气贮存问题开辟新的方向。贮氢合金在一定条件下吸收氢气形成金属氢化物，加热时又可释放出氢气。
电能
小
低
液化
吸收
释放
(3)氢燃料的应用前景
①发射人造卫星和载人飞船的运载火箭常用 作燃料。
②氢燃料混合动力有轨电车。
③氢燃料电池。
液氢
微诊断（判断正误）
(1)任何化学反应，都有物质变化，同时伴随着能量变化 (　　　　)
(2)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(　　　　)
(3)火药爆炸时所释放的能量包括热、光、声、机械能等多种能量形式(　　　)
(4)相同条件下形成1 mol H—Cl键放出的能量与断开1 mol H—Cl键吸收的能量相等(　　　　)
(5)只要有化学键的断裂，一定发生化学反应(　　　　)
√
√
√
×
×
探究一　化学反应中的能量变化
随着人们生活节奏的加快，市场上出现了多种类型的“即时自热饭盒”等快速给食物加热的产品。
[问题探究]
(1)自热饭盒所使用的发热剂主要成分为生石灰。写出发热剂与水反应的化学方程式。
提示：CaO＋H2O===Ca(OH)2。
(2)发热剂与水反应，能量转化方式是什么？
提示：化学能转化为热能。
(3)常见的化学反应能量转化方式有哪些？
提示：化学能与热能的相互转化；化学能与电能的相互转化；还有化学能转化为光能、声能、机械能等。
(4)化学反应为何有吸热或放热现象？
提示：反应物的能量与生成物的能量不同或断开旧化学键吸收的能量与形成新化学键放出的能量不同。
1．反应热(ΔH)
2．反应热与键能的关系
(1)键能：断开气态物质中1 mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量，就是该共价键的键能。
(2)键能与物质的稳定性：键能越大，共价键越牢固，形成的物质越稳定，则该物质本身所具有的能量越低。
(3)利用键能计算反应热：ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和。
3．放热反应与吸热反应的比较
类型 放热反应 吸热反应
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
图示
C
[例1] 在25 ℃、101 kPa下，1 mol白磷(P4)完全燃烧放出的热量和4 mol红磷(P)完全燃烧放出的热量关系如图所示。由此判断，下列说法正确的是 (　　)
A.由红磷转化为五氧化二磷是吸热反应
B.由红磷转化为白磷是放热反应
C.由红磷转化为白磷是吸热反应
D.等质量的红磷比白磷完全燃烧放出的热量多
由图可知，红磷转化为五氧化二磷是放热反应，A错误；红磷转化为白磷是吸热反应，B错误，C正确；等质量的红磷比白磷完全燃烧放出的热量少，D错误。
C
1．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1 mol A—A键和1 mol B—B键能放出x kJ的能量
C.断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量
D.2 mol AB的总能量高于1 mol A2和1 mol B2的总能量
由图可得，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，反应是放热反应，A错误，D错误；反应物到中间过渡状态吸收x kJ能量，B错误；生成物吸收y kJ能量到达中间过渡状态，C正确。
探究二　热化学方程式书写与计算
[问题探究]
(1)反应过程中化学键的变化是怎样的？
提示：断开 1 mol H—H键、0.5 mol O===O键，形成2 mol O—H键。
1．“五看”法判断热化学方程式的正误
2．ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝生成物的能量－反应物的能量
解答利用键能计算热量的试题思路
C
a g乙炔气体充分燃烧生成1 mol二氧化碳气体和液态水放出热量b kJ，则ΔH<0，B、D错误；ΔH的数值应与化学计量数保持对应关系，生成4 mol CO2时，ΔH＝－4b kJ·mol-1，A错误，C正确。
A
2．肼(N2H4)是一种高效清洁的火箭燃料。8 g N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5 kJ热量。则下列热化学方程式正确的是 (　　)
A.N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534 kJ·mol-1
B.N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝534 kJ·mol-1
C.N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－267 kJ·mol-1
D.N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝267 kJ·mol-1
0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时放出133.5 kJ热量，则1 mol N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时放出133.5 kJ×4＝534 kJ热量，热化学方程式为N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534 kJ·mol-1，A正确。
探究三　燃料燃烧释放的能量
“2025国际氢能大会暨国际氢能及燃料电池产业展览会”(简称国际氢能大会)于2025年3月26日在北京国家会议中心盛大开幕。
[问题探究]
(1)氢气燃烧放出的热量从何而来？与化学反应的本质有什么关系？
提示：氢气燃烧放出的热量来自物质的内能，与化学反应中化学键的断开和形成有关。
(2)氢能具有哪些具体优点？
提示：氢能的优点：①清洁燃料，是零排放能源；②来源广泛，可来自可再生能源，也可来自工业流程中的副产品；③应用广泛、热值高。
常见能源与新型能源
[例3] 环境保护是目前人类面临的一项重大课题。为应对燃料使用造成的环境污染，科学家提出了利用太阳能促进燃料循环使用的构想，其构想可用如图表示：
C
下列说法不正确的是 (　　)
A.过程 Ⅱ 中发生的反应均为放热反应
B.太阳能最终主要转化为热能
C.经过上述一个循环后放出O2
D.实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程 Ⅰ
过程 Ⅱ 中发生的反应为燃烧反应，均为放热反应，A正确；太阳能最终主要转化为热能，B正确；经过一个循环后不会产生新物质，C错误；要实现题述循环，当前需要解决的关键问题是过程 Ⅰ ，D正确。
A
3．氢能是最具前景的清洁能源之一，目前水分解制氢技术及贮氢材料的开发应用都取得了很大进展。已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol-1。下列说法错误的是 (　　)
A.1 mol H2O(l)分解制得1 mol H2(g)需要吸收571.6 kJ的能量
B.氢气作为新能源具有热值高、无污染、资源丰富、可再生等优点
C.贮氢材料具有能大量、快速和高效率地吸收和释放氢气的特点
D.利用太阳能光催化分解水制氢是一种理想的制氢手段
由热化学方程式可知，1 mol H2O(l)分解制得1 mol H2(g)需要吸收285.8 kJ的能量，A错误；氢气作为新能源具有热值高、无污染、资源丰富、可再生等优点，B正确；贮氢材料具有能大量、快速和高效率地吸收和释放氢气的特点，C正确；利用太阳能光催化分解水制氢是一种理想的制氢手段，能够节省能源，D正确。
D
1．氢气在氯气中燃烧时发出苍白色火焰，在反应过程中，断开1 mol氢气中的化学键吸收的能量为a kJ，断开1 mol氯气中的化学键吸收的能量为b kJ，形成1 mol HCl中的化学键放出的能量为c kJ，下列关系正确的是 (　　)
A.b＞c B．a＋b＞2c
C.a＋b＜c D．a＋b＜2c
燃烧放热，故形成化学键放出的能量2c kJ大于破坏化学键吸收的能量(a＋b) kJ。
B
2．关于化学反应热效应的叙述正确的是 (　　)
A.放热反应在常温下就一定很容易发生
B.放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量
C.炭的燃烧反应是吸热反应
D.凡是需加热方能进行的反应一定是吸热反应
放热反应是指反应物的总能量高于生成物的总能量，有些放热反应需要加热才能发生，常温下不一定发生，A错误；当反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放出热量，即为放热反应，B正确；所有的燃烧反应都是放热反应，C错误；有些放热反应需要加热，比如燃烧，而有些吸热反应不需要加热也可以发生，D错误。
B
3．下列反应中，生成物的总能量大于反应物的总能量，但不属于氧化还原反应的是 (　　)
A.焦炭在高温下与水蒸气反应
B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
C.NaOH溶液与H2SO4溶液混合
D.钠在氧气中燃烧反应
焦炭在高温下与水蒸气的反应是生成物的总能量大于反应物的总能量的吸热反应，反应中有元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，A不符合题意；八水合氢氧化钡与氯化铵的反应是生成物的总能量大于反应物的总能量的吸热反应，反应中没有元素化合价发生变化，不属于氧化还原反应，B符合题意；氢氧化钠溶液与硫酸溶液的中和反应是反应物总能量高于生成物总能量的放热反应，C不符合题意；钠在氧气中燃烧的反应是反应物总能量高于生成物总能量的放热反应，D不符合题意。
C
4．应用太阳能光伏发电技术，是实现节能减排的一项重要措施。下列分析不正确的是 (　　)
A.风能、太阳能、生物质能等属于可再生能源
B.推广可再生能源有利于经济可持续发展
C.太阳能光伏发电是太阳能先转化为化学能，化学能再转化为电能
D.光伏电池能量转化方式是太阳能直接转化为电能
光伏电池发电是将光能直接转化为电能，C错误。

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