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第一节　化学反应与能量变化
第1课时　化学反应与热能
第六章　化学反应与能量
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、开发高效清洁燃料的重要性。 1.宏观辨识与微观探析：从宏观角度认识化学能与热能的相互转化，从微观角度认识化学反应中能量变化的原因，从宏观和微观相结合的视角分析和解决问题。
2．科学探究与创新意识：通过实验探究化学能与热能的转化，认识物质具有能量，认识吸热反应和放热反应，知道通过化学反应可实现化学能与热能的相互转化。
一、化学能与热能的相互转化
1．实验探究[实验6-1][实验6-2]
实验操作 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，并测量溶液温度的变化 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，用手触摸烧杯壁下部，试着用手拿起烧杯。观察现象
实验
装置
实验
现象 ①镁条逐渐溶解，有气泡产生
②温度计
③用手触摸试管壁，有 ①混合物呈糊状
②有刺激性气味的气体产生
③木片上的水结成冰，与烧杯底
④用手触摸杯壁下部，有 的感觉
温度上升
温热感
黏在了一起
凉
实验
原理 Mg ＋ 2HCl===MgCl2 ＋ H2↑ Ba(OH)2·8H2O ＋ 2NH4Cl===BaCl2 ＋ 2NH3↑＋ 10H2O
实验
结论 该反应产生气体，并
热量 该反应产生气体，并 热量
放出
吸收
通过上述两个实验可知，化学反应中的物质变化总会伴随着能量变化，通常主要表现为热量的 或 。
释放
吸收
[微点拨]　化学反应中的能量变化，除转化为热能外，还可转化为光、电、声、机械能等多种形式。
2．放热反应和吸热反应
(1)化学上把 热量的化学反应称为 反应，把 热量的化学反应称为 反应。
(2)常见的放热反应有镁条、铝片与 的反应，木炭、氢气、甲烷等在氧气中的 ，氢气与氯气的 等。常见的吸热反应有
的反应， 的反应，
的反应。
释放
放热
吸收
吸热
盐酸
燃烧
化合
氢氧化
钡与氯化铵
盐酸与碳酸氢钠
灼热的炭与二氧
化碳
二、化学反应中能量变化的原因
1．从化学键的角度认识化学反应中的能量变化(微观角度)
(1)化学反应的本质
①物质中的原子之间是通过 相结合的，当化学反应发生时，反应物的化学键断裂要 能量，而生成物的化学键形成要 能量，故 是化学反应中能量变化的主要原因。
②化学反应中的物质变化总会伴随着 变化，通常主要表现为
的释放或吸收。
化学键
吸收
放出
化学键的断裂与形成
能量
热量
(2)化学反应中能量变化的定量分析[在25 ℃和101 kPa条件下，以H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)为例]
断裂化学键吸收的能量 形成化学键释放的能量
1 mol H2(g) 1 mol Cl2(g) 1 mol HCl(g)
436 kJ 243 kJ 431 kJ
1 mol该反应吸收的总能量＝436 kJ＋243 kJ＝679 kJ 1 mol该反应释放的总能量＝2×431 kJ＝862 kJ
结论：断键吸收的总能量 成键释放的总能量，故该反应是
反应
小于
放热
2.从物质具有能量的角度认识化学反应中的能量变化(宏观角度)
(1)物质具有的能量及变化
①各种物质都具有能量，物质的 、 与 不同，所具有的能量也不同。
②放热反应可以看成是反应物所具有的 转化为 释放出来，吸热反应可以看成是 转化为 被生成物所“储存”。
(2)化学反应与能量变化的关系
一个化学反应是释放热量还是吸收热量，与 总能量和 总能量的相对大小有关。
组成
结构
状态
化学能
热能
热能
化学能
反应物
生成物
①若反应物的总能量 生成物的总能量，则发生反应时会向环境释放能量。
②若反应物的总能量 生成物的总能量，则发生反应时需要从环境吸收能量。
高于
低于
三、人类对能源的利用
1．人类利用能源的三个阶段
2．新能源
(1)特点：资源丰富、 、 等。
(2)目前人们比较关注的新能源： 能、 能、地热能、海洋能和
能等。
可以再生
对环境无污染
太阳
风
氢
◆名师点拨
关于吸热反应和放热反应的理解误区
(1)放热过程不一定是放热反应，如NaOH固体溶解、浓硫酸稀释是放热过程，但不是放热反应；吸热过程不一定是吸热反应，如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。
(2)放热反应不一定容易发生，如工业合成氨反应需要在高温、高压和催化剂条件下才能发生；吸热反应不一定难发生，如盐酸与碳酸氢钠的复分解反应在常温下就能发生。
(3)需要加热才能引发的反应不一定是吸热反应，如硫粉与铁的反应需加热引燃；吸热反应不一定需要持续加热，如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应在常温下即可发生。
◆名师点拨
化学反应的本质及特点
(1)化学反应的能量变化，取决于反应物化学键断裂所吸收的总能量与生成物化学键形成所释放的总能量的相对大小。
(2)物质变化与能量变化是同时发生的，不存在先后顺序。
◆要点图解
H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)
的能量变化图示
(1)相同条件下，形成1 mol某化学键释放的能量与断裂1 mol该化学键吸收的能量相等。
(2)参加反应时，断裂某化学键吸收的能量越多，形成该化学键释放的能量就越多。
◆名师点拨
物质的稳定性与能量的关系
(1)一般情况，物质具有的能量越低，其稳定性就越强。
(2)通过反应是吸热还是放热，可以判断反应物与生成物的总能量的相对大小，但不能比较其中某一具体物质能量的高低。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)硝酸铵固体溶于水，溶液的温度降低，该过程为吸热反应(　　)
(2)浓硫酸溶于水，放出热量，该过程为放热反应(　　)
(3)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(　　)
(4)吸热反应需要加热才能进行，放热反应都不需要加热就可以进行(　　)
×
×
×
×
探究一 究吸热反应和放热反应
某校研究性学习小组的同学利用右图所示装置探究化学反应中的能量变化。集气瓶中封有一定量空气，U形管中装有红墨水，试管内盛有物质X，胶头滴管内盛有液体Y。实验时，通过胶头滴管向试管中逐滴加入液体Y，观察现象并讨论。
[问题设计]
(1)若X是生石灰，Y是水，试判断U形管中红墨水液面的变化，并分析原因。
提示：CaO与水反应生成Ca(OH)2，并放出大量热，使密封体系内的空气受热膨胀，压强增大，导致U形管液面呈现“左低右高”。
(2)若X是小苏打，Y是稀盐酸，试判断U形管中红墨水液面的变化，并分析原因。
提示：NaHCO3与稀盐酸反应生成NaCl、CO2和H2O，该过程从环境中吸收热量，使密封体系内的空气冷却，压强减小，导致U形管液面呈现“左高右低”。
(1)判断放热反应与吸热反应的方法
①依据总能量变化(根本依据)：若反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应；反之，则为吸热反应。
②依据键能变化(定量计算)：若断裂反应物化学键吸收的总能量小于形成生成物化学键释放的总能量，为放热反应；反之，则为吸热反应。
③依据物质稳定性：由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应；反之，则为吸热反应。
④依据反应条件：通常需要持续加热才能维持的反应多为吸热反应。
⑤依据反应的方向(可逆反应)：在可逆反应中，若正反应为放热反应，则逆向反应必然为吸热反应。
(2)常见的放热反应和吸热反应
D
[例1] 下列反应属于吸热反应的是 (　　)
①灼热的炭与二氧化碳的反应　
②镁条溶于盐酸　
③干冰升华　
④盐酸与碳酸氢钠的反应　
⑤Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应　
⑥氢气在氯气中燃烧　
⑦硫酸与氢氧化钡溶液的反应
A．①③⑤　　　　B．②④⑥ C．②⑤⑦ D．①④⑤
①灼热的炭与二氧化碳的反应为吸热反应；②活泼金属与酸的反应为放热反应；③干冰升华是物理变化；④盐酸与碳酸氢钠的反应为吸热反应；⑤Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应；⑥氢气在氯气中燃烧为放热反应；⑦硫酸与氢氧化钡溶液的反应是中和反应，为放热反应。
D
1．化学反应在产生物质变化的同时总伴随着能量变化，这是人类获取能量的重要途径。下列能量变化图与化学反应相匹配的是 (　　)
A.氢气在氧气中燃烧 B.碳酸氢钠受热分解
C.盐酸与氢氧化钠反应 D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应
氢气在氧气中燃烧为放热反应，其反应物总能量大于生成物总能量；碳酸氢钠受热分解为吸热反应，其反应物总能量小于生成物总能量；盐酸与氢氧化钠的反应为放热反应，该过程中断裂化学键需要吸收能量，形成化学键需要放出能量；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应为吸热反应，反应物总能量小于生成物总能量。
探究二 从宏观和微观角度认识化学反应中的能量变化
氢能被誉为21世纪最具潜力的清洁能源，具有热值高的突出特点。我国长征系列运载火箭的第三级火箭采用液氢和液氧作为推进剂，其燃烧产物是水，对环境无污染。
已知：在25 ℃和101 kPa条件下，断开1 mol H2(g)中的化学键要吸收436 kJ的能量，断开1 mol O2(g)中的化学键要吸收498 kJ的能量，而断开1 mol H—O要吸收463 kJ的能量。
[问题设计]
(1)分别计算2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)中，断裂2 mol H2(g)和1 mol O2(g)中化学键所吸收的总能量及形成2 mol H2O(g)中化学键所释放的总能量，并判断该反应过程中的能量变化。
提示：断键吸收的总能量为2 mol×436 kJ/mol＋1 mol×498 kJ/mol＝1 370 kJ，成键释放的总能量为4 mol×463 kJ/mol＝1 852 kJ，则该反应是放热反应。
(2)已知H2O(l)→H2O(g)为吸收能量，比较生成2 mol H2O(g)和2 mol H2O(l)所放出热量的多少，并比较H2O(g)与H2O(l)的稳定性。
提示：生成2 mol H2O(l)所放出的热量更多；H2O(l)比H2O(g)更稳定。
(1)从反应物与生成物的总能量(宏观)角度，分析化学反应中的能量变化
释放能量 吸收能量
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
释放能量 吸收能量
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
(2)从化学键(微观)角度，分析化学反应中的能量变化
[微点拨]　利用键能判断反应吸热或放热的解题思路
B
A.H2→2H这个过程需要吸收能量
B.断开反应物中化学键吸收的总能量大于形成生成物中化学键释放的总能量
C.反应物的总能量大于生成物的总能量
D.正反应过程的能量变化可用上图表示
化学键的断裂需要吸收能量，H2→2H的过程断裂了H—H，因此需要吸收能量； 正反应为放热反应，说明断开反应物化学键吸收的总能量小于形成生成物化学键释放的总能量；该反应放热，表明反应物的总能量大于生成物的总能量；因反应物总能量大于生成物总能量，故其能量变化可用题图表示。
D
2．氢气和氧气发生反应的过程可用下页图所示模型表示(“－”表示化学键)，下列说法不正确的是 (　　)
A.过程 Ⅰ 是吸热过程，过程 Ⅲ 是放热过程
B.该反应为放热反应
C.状态a的总能量大于状态d的总能量
D.该反应中能量转化只以热能的形式进行
过程 Ⅰ 中化学键断裂形成原子，为吸热过程，过程 Ⅲ 中形成H2O的化学键，为放热过程；氢气与氧气反应生成水，为放热反应；该反应放热，故状态a的总能量大于状态d的总能量；该反应的能量转化形式不限于热能还包括光能等。
B
1．下列反应中属于吸热反应的是 (　　)
A.乙醇的燃烧
B.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
C.镁与盐酸的反应
D.盐酸与氢氧化钠溶液的反应
所有的燃烧都是放热反应；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应属于吸热反应；镁与盐酸的反应属于活泼金属与酸的反应，属于放热反应；盐酸与氢氧化钠溶液的反应是中和反应，属于放热反应。
C
2．化学反应A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化如下图所示，下列说法不正确的是 (　　)
A.上述反应是放热反应
B.1 mol A2(g)和1 mol B2(g)具有的总能量高于2 mol AB(g)具有的总能量
C.断开化学键消耗的总能量大于形成化学键释放的总能量
D.若反应生成2 mol液态AB，则放出的热量大于(y－x) kJ
反应物总能量大于生成物总能量，该反应是放热反应；该反应为放热反应，因此1 mol A2(g)和1 mol B2(g)具有的总能量高于2 mol AB(g)具有的总能量；该反应为放热反应，断开化学键消耗的总能量小于形成化学键释放的总能量；物质由气态到液态会释放热量，因此生成2 mol气态AB放出的热量为(y－x) kJ，则生成2 mol液态AB时，放出的热量大于(y－x) kJ。
A
3．下列实验现象或图像中的信息不能充分说明对应的化学反应是放热反应的是 (　　)
A.反应开始后，针筒活塞向右移动 B.反应物的总能量大于生成物的总能量
C.反应开始后，U形管的液面左低右高 D.温度计的示数不断上升
锌粒与稀盐酸反应生成H2，会导致针筒活塞向右移动，该现象由生成气体引起，无法证明反应是否放热；由图可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，据此判断该反应是放热反应；U形管的液面左低右高，说明集气瓶内空气受热膨胀，压强增大，由此推断生石灰与水的反应是放热反应；将稀盐酸滴入NaOH溶液中，温度计的示数不断上升，证明反应体系温度升高，说明该反应是放热反应。
4．科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程及能量变化如下图所示。
C
下列说法正确的是 (　　)
A．CO 和O 生成 CO2是吸热反应
B．在该过程中，CO 断键形成C和O
C．状态 Ⅱ →状态 Ⅲ 是放热过程
D．状态 Ⅰ →状态 Ⅲ 表示 CO与 O2反应的过程
由图可知，状态 Ⅰ (CO＋O)的总能量大于状态 Ⅲ (CO2)，因此CO与O结合生成CO2是放热反应；CO与O结合生成CO2的过程并未发生CO断键形成C和O；状态 Ⅱ →状态 Ⅲ 过程形成共价键，应为放热过程；状态 Ⅰ →状态 Ⅲ 表示CO与O反应生成CO2的整个过程。
5．某实验小组的同学设计了下图所示的5组实验，探究化学能与热能的转化。
(1)实验①起始时，U形管两端液面相平。向试管甲中加入适量氧化钙和水后，可观察到U形管中的现象是______________，反应的化学方程式是__________________________。
(2)实验②中反应的能量变化可用下图中的________(填“A”或“B”)表示。
(3)实验③④⑤中属于吸热反应的是__________(填代号)。
(4)从微观角度分析实验⑤化学反应中能量变化的原因：
①和②分别为________、________(填“吸收”或“释放”)。氢气与氧气反应生成1 mol水蒸气时，释放________kJ能量。
答案：(1)液面左低右高　CaO＋H2O===Ca(OH)2
(2)B　(3)④　(4)吸收　释放　245
(1)在甲试管中加入适量氧化钙和水后，发生放热反应，锥形瓶内空气受热压强增大，可观察到U形管中液面左低右高。该反应的化学方程式为CaO＋H2O===Ca(OH)2。
(2)Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应属于吸热反应，即反应物的总能量小于生成物的总能量，其能量变化可用图B表示。
(3)③为Zn与稀硫酸的反应，属于放热反应；④为柠檬酸与碳酸氢钠的反应，属于吸热反应；⑤为氢气燃烧，属于放热反应。

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