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第一節(jié)三化學反應與能量變化
化學能與熱能(第二課時)
普 通 高 中 牧 書
化學
必 修
第二冊
現(xiàn)代社會的一切活動都離不開能量，化學反應在發(fā)生
物質變化的同時伴隨有能量變化，是人類獲取能量的重要 途徑。
為了更好地利用化學反應中的物質和能量變化，在化
學研究和工業(yè)生產中還需要關注化學反應的快慢和程度。 能量、速率與限度是認識和研究化學反應的重要視角。
第六章
化學反應與能量
· 化學反應與能量變化 · 化學反應的速率與限度
二：化學能與熱能的相互轉化
1.兩條基本的自然規(guī)律
(1)質量守恒定律：自然界的物質發(fā)生轉化時，總質量保持 不變。
(2)能量守恒定律：一種形式的能量可以轉化為另一種形式 的能量，但體系包含的總能量不變。
化學物質的化學能通過化學反應，進行生活、生產和科
研，為提供了人類生存和發(fā)展所需要的能量和動力；
而熱能轉化為化學能，使很多化學反應得以發(fā)生，為化工 生產、研究新物質提供了不可或缺的條件和途徑。
煤、石油、天然氣的燃燒
化學反應
高溫冶煉金屬、分解化合物
化學能
熱 能
(1)吸熱反應和放熱反應
①吸熱反應： 吸收熱量的化學反應。
②放熱反應： 放出熱量的化學反應。
放熱反應
吸熱反應
定義 釋放熱量的化學反應
吸收熱量的化學反應
宏觀 解釋 反應物具有的總能量大 于生成物具有的總能量
反應物具有的總能量小于 生成物具有的總能量
微觀 解釋 生成物分子成鍵時釋放 的總能量大于反應物分 子斷鍵時吸收的總能量
生成物分子成鍵時釋放的 總能量小于反應物分子斷 鍵時吸收的總能量
(2)吸熱反應與放熱反應的比較
圖示 反應物 △E 生成物 反應過程
肇
生成物
反應物
E
反應過程
實例 N a O H 十 H C l = = = NaCl+H O
Ba(OH) ·8H O+2NH Cl===
BaC l +2NH 個+10H O
能量
規(guī) 律 吸熱反應和放熱反應的判斷方法
(1)根據(jù)反應物和生成物的總能量的相對大小判斷——決定因素。
若反應物的總能量大于生成物的總能量，屬于放熱反應，反之是吸熱反應。
(2)根據(jù)化學鍵斷裂或形成時的能量變化判斷——用于計算。
若斷裂反應物中的化學鍵所吸收的總能量小于形成生成物中化學鍵所放出 的總能量，屬于放熱反應，反之是吸熱反應。
(3)根據(jù)反應物和生成物的相對穩(wěn)定性判斷。
由不穩(wěn)定的物質(能量高)生成穩(wěn)定的物質(能量低)的反應為放熱反應，反之 為吸熱反應。
(4)根據(jù)反應條件判斷。凡是持續(xù)加熱才能進行的反應一般是吸熱反應。
特別提醒
(1)三個“不一定”:
①需加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸熱反應，如碳和氧氣的反應；
②放熱反應常溫下不一定容易發(fā)生，如鋁熱反應；
③吸熱反應也不一定需要加熱，如Ba(OH) ·8H O晶體和NH Cl 晶體的反應。
(2)吸熱反應和放熱反應都是化學變化。NaOH 固體溶于水是放熱過程，但不 是放熱反應；升華、蒸發(fā)、蒸餾等過程是吸熱過程，但不是吸熱反應。
(3)吸熱反應不一定需要加熱，放熱反應不一定不需要加熱
(4)化學變化一定伴隨著能量變化，有能量變化不一定是化學變化
1判斷正誤
(1)苛性鈉溶于水放出熱量，該變化為放熱反應(× )
(2)化學反應既有物質變化，又有能量變化( )
(3)鎂條在空氣中燃燒是放熱反應，反應過程中所釋放的能量全
部轉化為熱能(× )
(4)吸熱反應需要加熱才能進行(× )
(5)火藥爆炸時所釋放的能量包括熱、光、聲、機械能等多種能 量形式( √ )
2.根據(jù)日常生活和回憶已學化學反應，對下列變化按吸熱或放
熱的標準分類：
①鈉投入水中②煅燒石灰石制生石灰③食物腐爛④炸藥 爆炸⑤氫氣在氯氣中燃燒⑥生石灰與水作用制熟石灰⑦ 碳與水蒸氣制取水煤氣(CO 和H )⑧ 硫酸與氫氧化鈉的中和反 應⑨氦氣球受熱爆炸
(1)屬于放熱反應的有：①③④⑤⑥⑧( 填序號，下同)。
(2)屬于吸熱反應的有：②⑦ 。
3.把下列物質分別加入裝有水的錐形瓶里，立即塞緊帶U形管的塞子，已知
U 形管內預先裝有少量水(為使水容易觀察，預先染成紅色),如圖所示，結 果U形管左邊液面升高，則加入的物質可能是
A.NaOH固體
B.濃H SO
C. NH NO 晶體
D.Na O 固體
解析 U 形管左側液面升高，原因只能是錐形瓶內氣體壓強減小，造成壓強 減小的因素只能是溫度降低。NaOH 固體溶于水、濃H SO 稀釋溫度均升高， NH NO 晶體溶于水溫度降低，Na O 和水反應放熱且有氣體生成。
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【 規(guī) 律 方 法 】放熱反應和吸熱反應判斷“四”方法
(1)依據(jù)反應條件判斷。通常需要持續(xù)加熱的反應為吸熱反應。
(2)依據(jù)能量變化圖象判斷。反應物的總能量大于生成物的總能量， 則反應為放熱反應；反之，則為吸熱反應。
(3)依據(jù)斷鍵和成鍵所吸收和釋放的能量數(shù)據(jù)判斷。如果舊鍵斷裂 吸收的能量大于新鍵形成釋放的能量，則為吸熱反應；反之，為放熱 反應。
(4)經驗判斷法：根據(jù)常見的放熱反應、吸熱反應的類型判斷。
3.化學能與熱能相互轉化的意義
化學能過程(1)熱能
過程(2)
過程(1):提供了人類生存和發(fā)展所需要的 能量和動力。
過程(2):人類進行化工生產、研制新物質不可或缺的條件
和途徑。
能源是人類賴以生存和發(fā)展的物
質基礎，我們每時每刻、分分秒秒都 離不開它。迄今為止，人類所能利用 的能源主要是化學能、電能、以及核 能等等。但是，由于人類大量開發(fā)和 浪費資源，造成了資源的不合理利用 從而引發(fā)了不可回避的能源危機。
三、化學能的應用
5.1%
2.1%
16.6%
□煤
□石油
□天然氣 □水電
76.2%
我國化石燃料和水電能源消耗構成圖
常見的能源主要有以下十種：
太陽能、化石能源、水能、風能、潮汝能、 地熱能、生物質能、核能以及氫能。
樹利用光能解造
化合物，后者諸
備了化學能
樹木燃體時，所 儲存的化學能 放為熱便
太陽的疆射德 被級收，使水 英發(fā)并上升
大陽的輻射能從
大陽鋼達地球
動的水型動水力 發(fā)電機，將水的動 能材換為電度
水的一部分勢 能轉換為雨演 降落的動能
電能轉換為光能，用 于街道和住宅的照明
圖22-太陽能與人類生存
形成云的水嘉 氣具有勢能
1000
750
500
250
0
(×10 kj/d)
社會發(fā)展與能源利用
原始社會人均耗能 8×10 kJ/d
使用簡單機械工業(yè)社會人均耗能 3×10 kJ/d
早期的農業(yè)社會人均耗能
5×10 kJ/d
用電腦控制生產的
現(xiàn)代信息社會人均耗能
I×10"kJ/d
業(yè)化的進程
主要能源 可再生能源和清潔能源(綠色能源)主要 多能源 包括太陽能、氫能、核能、生物質能等 結構時期 主要貢獻提高了能源的利用率，最大限度減少
對環(huán)境的污染
進化和物質文明的發(fā)展
化石燃料：煤、石油、天然氣
推動了近代產業(yè)革命，加速了現(xiàn)代工
人類利用能源的三個階段
柴草 時期
化石能 源時期
主要貢獻推動了人類文明的進步，促進了人的
主要能源
主要貢獻
樹枝、雜草
主要能源
中國古代制陶圖
柴草時期
1.化石燃料利用過程中亟待解決的兩方面問題
(1)一是其短期內不可再生，儲量有限；
(2)二是煤和石油產品燃燒排放的粉塵、SO 、NO、CO 等是大氣污染物的 主要來源。
2.在燃料利用過程中，節(jié)能的主要環(huán)節(jié)：
(1)燃料燃燒階段——可通過改進鍋爐的爐型和燃料空氣比、清理積灰 等方法提高燃料的燃燒效率；
(2)能量利用階段——可通過使用節(jié)能燈，改進電動機的材料和結構，以 及發(fā)電廠、鋼鐵廠余熱與城市供熱聯(lián)產等措施促進能源循環(huán)利用，有效 提高能量利用率。
一個是燃料燃燒階段，可通過改進鍋爐的爐型 和燃料空氣比、清理積灰等方法提高燃料的燃 燒效率；
另一個環(huán)節(jié)是能量利用階段，可通過使用節(jié)能 燈，改進電動機的材料和結構，以及發(fā)電廠、 鋼鐵廠余熱與城市供熱聯(lián)產等措施促進能源循 環(huán)利用，有效提高能源利用率。
尋找新能源太陽能、風能、
地熱能、海洋能 和氫能等
3.解決 辦法
節(jié)能
4.新能源
(1)特點：資源豐富、可以再生，對環(huán)境無污染。
(2)人們比較關注的新能源：太陽能、風 能、地熱能、 海洋能和氫能等。
【思考】2019中國(山西)國際清潔能源博覽會于2019年6月28日
上午在太原開幕。
本次展會以“清潔低碳、綠色發(fā)展”為主題，聚焦煤炭清潔 利用、新能源、儲能、節(jié)能環(huán)保等領域，展示新技術新產品新應 用，搭建中西部清潔能源及設備供需平臺，促進煤改電、煤改氣、 煤改清潔采暖在中西部的實施，加強霧霾的治理，有效改善呼吸 環(huán)境。
(1)提高燃料的燃燒效率應該從哪些方面考慮
提 示 ：使燃料與氧氣充分接觸，如將煤粉碎、液化和氣化；通入充足 的氧氣。
(2)日常生產、生活中常常采用下列能源：
①煤；②石油；③天然氣；④太陽能；⑤水能；⑥氫能；⑦核能；⑧風 能；⑨地熱能等，屬于清潔能源的有哪些
提 示 ：④⑤⑥⑦⑧⑨。清潔能源即綠色能源，是指不排放污染物、能夠直接 用于生產生活的能源，它包括核能和可再生能源。可再生能源是指原材料 可以再生的能源，如水力發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能、水能、生物能(沼氣)、 地熱能(包括地源和水源)、海潮能等能源。
[思考]1.有化學鍵斷裂的變化一定是化學變化嗎
[提示] 有化學鍵斷裂的變化不一定是化學變化。如：HCl 溶 于水時，在水分子的作用下，H-Cl 鍵被破壞，但是無新化學鍵的 生成，不是化學變化。
2.放熱反應是否一定不需加熱 吸熱反應是否一定必須加熱
[提示] 根據(jù)2Na+O △(=====)Na O 和NH CI與
Ba(OH) ·8H O 反應可知，放熱反應可能需要加熱，吸熱反 應也可能不需加熱。因此化學反應是吸熱還是放熱與反 應條件無關，而是決定于反應物總能量與生成物總能量的
相對大小。
3. (1)物質發(fā)生化學反應都伴隨著能量的變化，那么有能量變化的
物質變化一定是化學變化嗎
(2)化學反應中的能量變化是否只表現(xiàn)為熱量的變化
[提示](1)不一定。物質發(fā)生物理變化時也會伴有能量變化。
如濃硫酸的稀釋、氫氧化鈉的溶解、冰融化成液態(tài)的水等都有 能量的變化。
(2)不是。化學反應中一定有能量的變化，通常表現(xiàn)為熱量的變化 ,但也可能有其他的能量形式，如電能或光能等。
概念
實驗探究
異 同
判斷方法
實例
柴草時期
化石能源時期
多能源結構時期
吸熱反 應與放 熱反應
人類利 用能源
的三個
階段
化學鍵的斷
裂與形成
反應物和 生成物的
總能量
化學鍵 與化學 反應中 能量變 化的關
系
質量守恒定律
能量守恒定律
微觀 角度
宏觀 角度
兩個基本 的自然規(guī)
律
化學能與熱能
1.下列變化過程需要吸收能量的是( D )
A.氫氣球遇火發(fā)生爆炸
B .向污染的河水中投放生石灰
解析 氫氣的燃燒爆炸、CaO與水的反應、形成化學鍵的過程都要放 出能量，斷裂化學鍵時需要吸收能量。
C.
D.
2.現(xiàn)在人類直接利用的主要化石能源是( D )
A.太陽能 B. 核能 C. 氫 能 D. 煤
解析 化石能源包括石油、煤和天然氣。
3.如圖為某化學反應的能量—反應進程圖，由此可判斷該
反應( B ) 能
量
生成物
反應物
0 反應進程
A.為放熱反應 B. 為吸熱反應
C. 屬于燃燒反應 D. 屬于中和反應
解 析 由圖像可知該反應反應物的總能量低于生成物的總能量，該反 應是吸熱反應，而物質的燃燒反應、酸堿中和反應是放熱反應。
4.下列有關能量轉化的認識不正確的是( D )
A.通過植物的光合作用，太陽能轉化為化學能
B.人類使用照明設備，將電能轉化為光能
C.生物體內的化學變化過程在能量轉化上比在體外發(fā)生的一些能 量轉化更為合理、有效
D.燃料燃燒，只是將化學能轉化為了熱能
解 析 A 項，植物的光合作用是在太陽光作用下合成了新物質，太陽能轉化為化 學能，正確；B 項，人類使用照明設備照明是電能轉化為光能，正確；C 項，生物體內 的化學變化過程在能量轉化上更為合理、有效，正確；D 項，燃燒是劇烈的發(fā)光放熱的 氧化還原反應，反應過程中可產生光能、熱能等，錯誤。

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