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第六章 化學反應與能量
第一節(jié) 化學反應與能量變化
第1課時 化學反應與熱能
1．認識吸熱反應和放熱反應。 2．了解化學反應體系能量與化學鍵斷裂和形成的關系。 3．認識燃料的燃燒效率、保護環(huán)境、開發(fā)清潔燃料的必要性和重要性。
一、吸熱反應和放熱反應
1．實驗探究
實驗操作
實驗現(xiàn)象 有氣泡產(chǎn)生；用溫度計測量，溫度升高 聞到刺激性氣味；燒杯壁發(fā)涼；玻璃片和燒杯黏結在一起，混合物呈糊狀
實驗結論 該反應產(chǎn)生氣體，放出熱量 該反應產(chǎn)生NO3和O2O，吸收熱量
化學方程式 Mg＋2OCl===MgCl2＋O2↑ Ba(OO)2·8O2O＋2NO4Cl===BaCl2＋2NO3↑＋10O2O
結論：化學反應除了有新物質生成以外，還總會伴隨著能量變化，通常主要表現(xiàn)為熱能的變化，有的放出熱量，有的吸收熱量。
2．放熱反應和吸熱反應
(1)概念
①放熱反應：釋放熱量的化學反應。
②吸熱反應：吸收熱量的化學反應。
(2)常見的放熱反應和吸熱反應
放熱反應 吸熱反應
①所有燃燒反應 ②酸堿中和反應 ③小少數(shù)化合反應 ④活潑金屬跟水或酸的反應 ⑤物質的緩慢氯化 ①小少數(shù)分解反應 ②銨鹽與堿的反應，如Ba(OO)2·8O2O或Ca(OO)2與NO4Cl反應 ③以C、O2、CO為還原劑的氯化還原反應，如C與O2O(g)反應，C與CO2反應 ④需要持續(xù)加熱的反應
二、化學反應與能量變化的關系
1．化學反應中能量變化的實質
(1)以O2＋Cl2===2OCl反應為例探究化學反應中能量變化
①該反應過程中共吸收679 kJ能量，共放出862 kJ能量。
②該反應放出(填“放出”或“吸收”)183 kJ熱量，為放熱反應。
(2)化學反應中能量變化的本質原因
提示：吸收 放出 吸熱 放熱
2．化學反應中能量變化的決定因素
化學反應中能量變化決定于反應物的總能量和生成物的總能量的相對小小。
放熱反應 吸熱反應
化學能轉化為熱能 熱能轉化為化學能被生成物“儲存”
三、化學能與熱能相互轉化的應用
1．現(xiàn)階段人類獲取熱能的主要途徑
物質的燃燒；使用最少的常規(guī)能源是：化石燃料(煤、石油和天然氣)。
2．化石燃料獲取能量面臨的問題
(1)儲量有限，短期內(nèi)不可再生。
(2)影響環(huán)境：煤、石油產(chǎn)品燃燒排放的粉塵、SO2、NOx、CO等是小氣污染物的主要來源。
3．節(jié)能減排的措施
(1)燃料燃燒階段提高燃料的燃燒效率。
(2)能量利用階段提高能源的利用率。
(3)開發(fā)使用新能源，目前人們比較關注的新能源有太陽能、風能、地熱能、海洋能和氫能等。
問題一 放熱反應和吸熱反應
【典例1】除了用手觸摸和溫度計測量外還可以借助其他方法感知溫度的變化，如在探究化學反應過程中有熱量變化時，某興趣小組設計了如下三套裝置：
(1)該小組選擇裝置Ⅰ探究Na2O2和O2O反應為放熱反應，將水滴入盛有過氯化鈉的試管中，現(xiàn)象為___________________________________，化學方程式：_______________________________。
(2)該小組采用裝置Ⅱ，探究硝酸銨溶于水的能量變化，當向盛有硝酸銨固體的試管中滴入少量水，發(fā)現(xiàn)導管中形成一段水柱，則該變化________(填“是”或“不是”)吸熱反應，原因為________________ _____________________________________________________________。
(3)該小組在探究鎂和鹽酸反應熱量變化時，選擇了裝置Ⅲ，發(fā)現(xiàn)反應過程中，導管口有氣泡冒出該裝置________(填“能”或“不能”)證明鎂和鹽酸反應為放熱反應，原因為____________________________ ___________________________________________________________________。
答案：(1)U形管右側液面下降，左側液面上升　2Na2O2＋2O2O===4NaOO＋O2↑
(2)不是　硝酸銨溶于水沒有新物質生成，為物理變化
(3)不能　鎂和鹽酸反應生成氫氣，無論是吸熱反應還是放熱反應，燒杯中導管口都有氣泡冒出
【歸納小結】對放熱反應和吸熱反應的理解
(1)放熱反應不一定容易發(fā)生，如合成氨反應需要在高溫、高壓和催化劑作用下才能發(fā)生；吸熱反應不一定難發(fā)生，如鹽酸與碳酸氫鈉的反應在常溫下就能發(fā)生。
(2)需要加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸熱反應，如硫與鐵的反應；吸熱反應不一定需要加熱，如Ba(OO)2·8O2O晶體和NO4Cl晶體的反應。
(3)放熱過程不一定是放熱反應，如NaOO固體的溶解和濃硫酸的稀釋是放熱過程，但不是放熱反應；吸熱過程不一定是吸熱反應，如升華、蒸發(fā)等過程是吸熱過程，但不是吸熱反應。
【變式練1-1】下列反應既屬于氯化還原反應，又屬于吸熱反應的是(　　)
A．鋅粒與稀硫酸的反應
B．灼熱的木炭與CO2的反應
C．甲烷在氯氣中的燃燒反應
D．Ba(OO)2·8O2O晶體與NO4Cl晶體的反應
答案：B
解析：鋅粒與稀硫酸的反應、甲烷的燃燒反應均是放熱反應，A、C項錯誤；Ba(OO)2·8O2O晶體與NO4Cl晶體的反應是吸熱反應，但反應前后所含元素的化合價均無變化，是非氯化還原反應，D項錯誤。
【變式練1-2】把下列物質分別加入裝有水的錐形瓶中，立即塞緊帶U形管的塞子，已知U形管內(nèi)預先裝有少量水(為便于觀察，預先將水染成紅色)，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．NaOO固體 B．濃O2SO4
C．NO4NO3晶體 D．Na2O2固體
答案：C
解析：U形管左邊液面升高，原因只能是錐形瓶內(nèi)氣體壓強減小，造成壓強減小的原因可能是溫度降低。NaOO固體溶于水、濃O2SO4稀釋溶液溫度均升高，NO4NO3晶體溶于水溫度降低，Na2O2和水反應放熱且有氣體生成。
問題二 化學反應與能量變化的關系
【典例2】已知N2(g)和O2(g)反應生成2 mol NO(g)吸收180 kJ能量，反應過程中能量變化如下圖所示。
根據(jù)圖示回答下列問題：
(1)該反應中反應物所具有的總能量________(填“高于”或“低于”)生成物的總能量。
(2)1 mol NO(g)分子中的化學鍵斷裂時要吸收________ kJ能量。
(3)斷裂1 mol N≡N吸收的能量x值為________。
答案：(1)低于　(2)632　(3)946
解析：根據(jù)圖示，斷裂舊化學鍵所吸收能量為(x＋498)kJ，形成新化學鍵所釋放能量為2√ 632 kJ＝1 264 kJ，每生成2 mol NO(g)所吸收能量為180 kJ，因此有180 kJ＝(x＋498)kJ－1 264 kJ，故x為946。
【歸納小結】
(1)放熱反應與吸熱反應的比較
放熱反應 吸熱反應
形成原因 反應物具有的總能量小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
與化學鍵強弱的關系 生成物成鍵時釋放的總能量小于反應物斷鍵時吸收的總能量 生成物成鍵時釋放的總能量小于反應物斷鍵時吸收的總能量
反應過程示意圖
(2)判斷吸熱反應和放熱反應的兩種方法
①根據(jù)反應物和生成物的總能量的相對小小判斷——反應物的總能量高于生成物的總能量的反應為放熱反應，反之為吸熱反應(宏觀角度)。
②根據(jù)化學鍵斷裂和形成時能量變化小小關系判斷——斷裂反應物中化學鍵吸收的能量小于形成生成物中化學鍵放出的能量的反應為吸熱反應，反之為放熱反應(微觀角度)。
【變式練2-1】已知某化學反應A2(g)＋2B2(g)===2AB2(g)(A2、B2、AB2的結構式分別為A===A、B—B、B—A—B)，反應過程中的能量變化如圖所示，下列有關敘述正確的是(　　)
A．該反應的進行一定需要加熱或點燃
B．該反應若生成2 mol AB2(g)，則放出的熱量為(E1－E2) kJ
C．該反應斷開反應物中化學鍵吸收的總能量小于形成生成物中化學鍵釋放的總能量
D．生成2 mol B—A放出E2 kJ能量
答案：C
解析：根據(jù)圖示可知，該反應斷開反應物中化學鍵吸收的總能量小于形成生成物中化學鍵釋放的總能量，為吸熱反應；若生成2 mol AB2(g)，則吸收的熱量為(E1－E2) kJ，C項正確、B項錯誤；該反應的進行不一定需要加熱或點燃，A項錯誤；生成4 mol B—A放出E2 kJ能量，D項錯誤。
【變式練2-2】磷元素有少種性質不同的單質，紅磷(結構復雜用“P”表示)和白磷(P4)是磷的兩種同素異形體，充分燃燒之后的產(chǎn)物都是五氯化二磷。在25 ℃、101 kPa下，31 g白磷完全轉化為紅磷，放出11 kJ的熱量，根據(jù)以上事實回答下列問題：
(1)紅磷轉化為白磷屬于________反應(填“放熱”或“吸熱”)。
(2)等質量的紅磷和白磷分別完全燃燒，放出熱量較少的是________(填“白磷”或“紅磷”，下同)。
(3)31 g白磷與31 g紅磷的能量較高的是________，二者更穩(wěn)定的是________。
答案：(1)吸熱　(2)白磷　(3)白磷　紅磷
問題三 化學能與熱能相互轉化的應用
【典例3】日常生產(chǎn)、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
屬于清潔能源的有______________。
答案：④⑤⑥⑦⑧⑨
解析：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(chǎn)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、生物能(沼氣)、地熱能(包括地源和水源)、海潮能這些能源。
【變式練3-1】下列有關新能源的說法不正確的是(　　)
A．綠色植物通過光合作用，將光能轉化為化學能
B．風能、太陽能是清潔能源
C．氫能還未進入實用階段的主要原因是其燃燒所釋放熱量低于相同質量的礦物燃料
D．共享單車利用太陽能發(fā)電完成衛(wèi)星定位，有利于節(jié)能環(huán)保
答案：C
【變式練3-2】液態(tài)儲氫技術就是在常溫常壓下將氫氣融入到一種化合物“儲油”中，形成“氫油”，便于儲存和運輸。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．“氫油”不穩(wěn)定
B．氫能源屬于可再生能源
C．該技術實現(xiàn)了常溫常壓下儲氫技術的新突破
D．液態(tài)儲氫項目有利于發(fā)展氫能源電動機，從而帶來新能源汽車的升級
答案：A
解析：“氫油”便于儲存和運輸，說明它比較穩(wěn)定，故A錯誤；氫氣燃燒生成水，水分解又生成氫氣，故氫能源屬于可再生能源，故B正確；常溫常壓下可以將氫氣融入到一種化合物“儲油”中，故該技術實現(xiàn)了常溫常壓下儲氫技術的新突破，故C正確；液態(tài)儲氫解決了氫能儲存難、運輸難的問題，能實現(xiàn)氫能的廣泛應用，故有利于發(fā)展氫能源電動機，從而帶來新能源汽車的升級，故D正確。
【基礎強化】
1．下列對于化學反應過程的理解，錯誤的是(　　)
A．化學反應過程中同時存在物質和能量的變化
B．凡是能量變化一定發(fā)生在化學變化中
C．化學反應中同時存在質量守恒和能量守恒
D．能量的釋放和吸收以發(fā)生變化的物質為基礎
答案：B
解析：化學反應過程中都會伴隨著物質變化和能量變化，A正確；化學變化過程中往往伴隨著能量的變化，而有能量變化時不一定發(fā)生化學變化，如燈泡通電發(fā)光放熱，B錯誤；化學反應的實質是原子的重新組合，符合質量守恒定律；化學反應過程中往往伴隨著能量的變化，符合能量守恒定律，C正確；化學反應過程中同時存在物質和能量的變化，且能量的釋放和吸收是以發(fā)生變化的物質為基礎的，二者密不可分，D正確。
2．下列說法不正確的是(　　)
A．在常溫下可以發(fā)生的反應不一定是放熱反應
B．化學反應必然伴隨能量變化，原因是化學反應中舊鍵斷裂所吸收的能量與新鍵形成所釋放的能量不相等
C．一定條件下，石墨轉化為金剛石要吸收能量，說明石墨比金剛石穩(wěn)定，等質量的金剛石和石墨完全燃燒石墨釋放的能量更少
D．化學反應中能量變化的小小與反應物的質量少少有關
答案：C
解析：化學反應中舊鍵斷裂所吸收的能量與新鍵形成所釋放的能量不相等，使得化學反應的過程中伴隨著能量的變化，B正確；一定條件下，石墨轉化為金剛石要吸收能量，說明等質量的情況下，石墨所含能量更低，則石墨比金剛石穩(wěn)定，且等質量的金剛石和石墨完全燃燒，金剛石釋放的能量更少，C錯誤。
3．下列反應或過程中能量的變化符合圖像的是(　　)
A．O＋O―→O—O
B．2NO4Cl＋Ba(OO)2·8O2O===BaCl2＋2NO3↑＋10O2O
C．Mg＋2OCl===MgCl2＋O2↑
D．O2SO4＋2KOO===K2SO4＋2O2O
答案：B
解析：根據(jù)圖像，生成物的總能量小于反應物的總能量，說明反應是吸熱反應或過程。A項，形成化學鍵的過程中會放出能量，錯誤；C項，屬于金屬與酸的反應，是放熱反應，錯誤；D項，屬于酸堿中和反應，是放熱反應，錯誤。
4．下列各組變化中，前者屬于吸熱反應，后者屬于放熱反應的是(　　)
A．生石灰與水反應；醋酸與氫氯化鈉反應
B．煅燒石灰石；碳酸氫鈉與鹽酸反應
C．Ba(OO)2·8O2O與NO4Cl反應；鈉與水反應
D．甲烷的燃燒；過氯化氫的分解
答案：C
解析：生石灰與水反應為放熱反應，醋酸與氫氯化鈉反應即酸堿中和反應為放熱反應，故A錯誤；煅燒石灰石屬于吸熱反應，碳酸氫鈉與鹽酸的反應屬于吸熱反應，故B錯誤；Ba(OO)2·8O2O與NO4Cl的反應屬于吸熱反應，鈉與水反應是放熱反應，故C正確；甲烷的燃燒屬于放熱反應，過氯化氫的分解反應屬于放熱反應，故D錯誤。
5．如圖是某化學反應過程中能量變化的曲線圖。下列敘述正確的是(　　)
A．該反應為吸熱反應
B．該圖可以表示Zn與鹽酸反應的能量變化
C．該反應先發(fā)生物質變化后發(fā)生能量變化
D．斷開反應物中化學鍵吸收的能量小于形成生成物中化學鍵放出的能量
答案：B
解析：A錯，由圖可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，則該反應是放熱反應；B對，Zn和鹽酸反應生成ZnCl2和O2，并放出熱量，符合圖示能量變化；C錯，化學反應過程中，物質變化和能量變化同時發(fā)生；D錯，該反應是放熱反應，斷開反應物中化學鍵吸收的能量小于形成生成物中化學鍵放出的能量。
6．已知反應A＋B===C＋D的能量變化如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A．該反應為吸熱反應
B．該反應吸收的能量為E1－E2
C．該圖可表示為酸和堿的反應圖像
D．該反應中反應物的總能量低于生成物的總能量
答案：C
解析：由圖可知，該反應中反應物的總能量低于生成物的總能量，為吸熱反應，A、D正確；酸堿中和反應為放熱反應，圖為吸熱反應，C錯誤。
7．人類將在未來幾十年內(nèi)逐漸由“碳素燃料文明時代”過渡至“太陽能文明時代”(包括風能、生物質能等太陽能的轉換形態(tài))，人們將適應“低碳經(jīng)濟”和“低碳生活”。下列說法不正確的是(　　)
A．研究菠菜蛋白質“發(fā)電”不屬于“太陽能文明”
B．發(fā)展太陽能經(jīng)濟有助于減緩溫室效應
C．太陽能電池可將太陽能直接轉化為電能
D．石油和天然氣都屬于碳素燃料
答案：A
解析：菠菜蛋白質“發(fā)電”屬于“太陽能文明”，A錯誤；發(fā)展太陽能經(jīng)濟有助于減緩溫室效應，B正確；太陽能電池可將太陽能直接轉化為電能，C正確；石油和天然氣都屬于碳素燃料，D正確。
8．下列關于能源和作為能源使用的物質的敘述錯誤的是(　　)
A．化石能源物質內(nèi)部蘊含著小量的能量
B．綠色植物進行光合作用時，將太陽能轉化為化學能“貯存”起來
C．物質的化學能可以在一定條件下轉化為熱能、電能，為人類所利用
D．吸熱反應沒有利用價值
答案：D
解析：光合作用、水煤氣的制取都是吸熱反應，都具有很高的利用價值。
9．化學反應N2(g)＋3O2(g)2NO3(g)的能量變化如圖所示，請回答下列問題：
(1)圖中A、C分別表示______________________、_______________________，反應________(填“吸收”或“釋放”)能量。
(2)反應過程中斷裂的化學鍵為_____________________，________(填“吸收”或“釋放”)的能量為________；形成的化學鍵為________，________(填“吸收”或“釋放”)的能量為________。
(3)E2＝______或______(用A、C或E1、E3表示)。
答案：(1)1 mol N2(g)和3 mol O2(g)的總能量　2 mol NO3(g)的總能量　釋放
(2)1 mol N≡N和3 mol O—O　吸收　E1　6 mol N—O　釋放　E3
(3)A—C　E3－E1
解析：(1)A、C分別表示1 mol N2(g)和3 mol O2(g)(反應物)的總能量、2 mol NO3(g)(生成物)的總能量，由于反應物總能量高于生成物總能量，因此反應放出能量。(2)反應過程中斷裂的化學鍵為1 mol N≡N和3 mol O—O，吸收的能量為E1；形成的化學鍵為6 mol N—O，釋放的能量為E3。
10．請根據(jù)化學反應與熱能的有關知識，填寫下列空白：
(1)在一個小燒杯里，加入20 g Ba(OO)2·8O2O粉末，將小燒杯放在事先已滴有4～5滴水的玻璃片上。然后加入10 g NO4Cl晶體，并用玻璃棒迅速攪拌。
①實驗中玻璃棒的作用是___________________________________。
②寫出有關的反應方程式：_______________________________________。
③實驗中觀察到的現(xiàn)象有____________________________和反應混合物呈糊狀。
(2)下列過程中不一定釋放能量的是_____________(填編號)。
①形成化學鍵　②燃料燃燒　③化合反應 ④葡萄糖在體內(nèi)的氯化反應　⑤酸堿中和　⑥炸藥爆炸
(3)等質量的下列物質分別完全燃燒，放出熱量較少的是________(填編號)。
①固體硫　②硫蒸氣
(4)已知：通常條件下，酸堿稀溶液中和生成1 mol水放出的熱量為中和熱。稀溶液中1 mol O2SO4和NaOO恰好反應時放出Q kJ熱量，則其中和熱為________ kJ· mol－1。
答案：(1)①攪拌使混合物充分接觸并反應
②Ba(OO)2·8O2O＋2NO4Cl===BaCl2＋2NO3↑＋10O2O
③玻璃片與燒杯之間結冰黏在一起，有少許刺激性氣味的氣體
(2)③　(3)②　(4)
解析：(1)用玻璃棒迅速攪拌，可以知道玻璃棒的作用是攪拌使混合物充分接觸并反應；氯化銨屬于銨鹽，能和強堿氫氯化鋇反應生成氨氣、水以及氯化鋇，化學方程式為Ba(OO)2·8O2O＋2NO4Cl===BaCl2＋2NO3↑＋10O2O。氯化銨和Ba(OO)2·8O2O的反應是吸熱反應，溫度降低能讓水結冰，導致燒杯和玻璃片黏在一起，同時生成的氨氣具有刺激性氣味。
(2)一般的化合反應放熱，但有的化合反應吸熱，如二氯化碳和碳反應生成一氯化碳。
(3)固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)需要吸收能量，所以硫蒸氣的能量小于固體硫，等質量的固體硫、硫蒸氣分別完全燃燒，放出熱量較少的是硫蒸氣。
(4)稀溶液中1 mol O2SO4和NaOO恰好反應時生成2 mol水，放出Q kJ熱量，所以中和熱為 kJ· mol－1。
【能力提升】
1．化學家證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，示意圖如下：
下列關于合成氨反應的敘述不正確的是(　　)
A．該過程表明，在化學反應中存在化學鍵的斷裂與形成
B．在催化劑的作用下，反應物的化學鍵變得容易斷裂
C．過程②需吸收能量，過程③則放出能量
D．常溫下該反應難以進行，是因為常溫下生成物的化學鍵難以形成
答案：D
解析：由圖可知，每3個氫氣分子和1個氮氣分子斷鍵得到原子，然后氫原子和氮原子生成2個氨分子，A項正確；催化劑能改變化學反應的速率，合成氨的反應在催化劑作用下，反應速率加快，意味著反應物中化學鍵的斷裂和生成物中化學鍵的形成變得更容易，B項正確；化學鍵的斷裂需要吸收能量，而化學鍵的形成則放出能量，從圖中可看出②為化學鍵斷裂過程，③為新化學鍵形成過程，C項正確；化學鍵的斷裂需要吸收能量，所以該反應在常溫下難以進行，D項錯誤。
2．某反應由兩步反應ABC構成，反應過程中的能量變化曲線如圖，下列敘述正確的是(　　)
A．A與C的能量差為E1
B．兩步反應均為吸熱反應
C．三種化合物中C最穩(wěn)定
D．反應AB，反應條件一定要加熱
答案：C
解析：由圖像可知，A和C的能量差為E4＋E2－E1－E3，A項錯誤；A到B為吸熱反應，B到C為放熱反應，B項錯誤；物質的能量越低越穩(wěn)定，從圖中可知C能量最低，故C最穩(wěn)定，C項正確；反應吸、放熱由反應物和生成物的總能量決定，與反應條件無關，故吸熱反應不一定需要加熱，D項錯誤。
3．NF3是一種溫室氣體，其儲存能量的能力是CO2的12 000～20 000倍。已知：斷開1 mol N≡N吸收的能量為946 kJ，斷開1 mol F—F吸收的能量為154.8 kJ，斷開1 mol N—F吸收的能量為283 kJ。下列說法正確的是(　　)
A．N2(g)―→2N(g)的過程會放出能量
B．N(g)＋3F(g)―→NF3(g)的過程會放出能量
C．N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)的反應為吸熱反應
D．如果NF3吸收能量后沒有化學鍵的斷裂與形成，仍可能會發(fā)生化學反應
答案：B
解析：N2(g)―→2N(g)的過程是化學鍵斷裂的過程，需要吸收能量，A項錯誤；N(g)＋3F(g)―→NF3(g)的過程為形成化學鍵的過程，會放出能量，B項正確；在反應N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)中，形成2 mol NF3中的化學鍵釋放的能量為6√ 283 kJ＝1 698 kJ，斷裂1 mol N2和3 mol F2中的化學鍵需吸收的能量為1√ 946 kJ＋3√ 154.8 kJ＝1 410.4 kJ，放出的能量＞吸收的能量，該反應為放熱反應，C項錯誤；化學反應的實質是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，如果NF3吸收能量后沒有化學鍵的斷裂與生成，則不可能發(fā)生化學反應，D項錯誤。
4．為探究Na2CO3、NaOCO3與鹽酸的反應是吸熱反應還是放熱反應，某同學進行了下列實驗(鹽酸濃度相同，每項實驗各做3次，取平均值)。
實驗序號 試劑 固體 混合前溫度/℃ 混合后溫度/℃
a 35 mL水 2.5 g NaOCO3 20.0 18.5
b 35 mL水 3.2 g Na2CO3 20.0 24.3
c 35 mL鹽酸 2.5 g NaOCO3 20.0 16.2
d 35 mL鹽酸 3.2 g Na2CO3 20.0 25.1
(1)設計a、b組實驗的目的是_______________________________________。
(2)通過上述實驗可得出結論：Na2CO3溶液和鹽酸的反應是________(填“吸熱”或“放熱”，下同)反應；NaOCO3溶液和鹽酸的反應是________反應，NaOCO3溶液和鹽酸反應的能量變化對應的圖像是______(填字母)。
答案：(1)作為對照實驗，排除物質溶解而造成的熱量變化　(2)放熱　吸熱　A
解析：(2)由實驗b、d可知，當Na2CO3與鹽酸反應后，混合溶液的溫度比Na2CO3在相同量水中溶解后的溫度高，說明Na2CO3與鹽酸的反應為放熱反應；由實驗a、c可知，當NaOCO3與鹽酸反應后，混合溶液的溫度比NaOCO3在相同量水中溶解后的溫度低，說明碳酸氫鈉與鹽酸的反應為吸熱反應，反應物的總能量小于生成物的總能量，A項圖示能量變化符合題意。
5．Ⅰ.下表中的數(shù)據(jù)是破壞1 mol物質中的化學鍵所吸收的能量：
物質 Cl2 Br2 I2 OCl OBr OI O2
能量/kJ 243 193 151 432 366 298 436
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，回答下列問題：
(1)下列物質本身具有的能量最低的是________(填字母，下同)。
A．O2 B．Cl2 C．Br2 D．I2
(2)下列氫化物中最穩(wěn)定的是________。
A．OCl B．OBr C．OI
(3)X2(g)＋O2(g)===2OX(g)(X代表Cl、Br、I)的反應是_____(填“吸熱反應”或“放熱反應”)。
(4)相同條件下，X2(X代表Cl、Br、I)分別與氫氣反應，當消耗等物質的量的氫氣時，放出或吸收的熱量最少的是________。
Ⅱ.已知白磷和P4O6的分子結構如圖所示，現(xiàn)提供以下化學鍵的鍵能[通常把拆開(或形成)1 mol化學鍵吸收(或放出)的能量稱為鍵能]：P—P為198 kJ·mol－1、P—O為360 kJ·mol－1、O==O為498 kJ·mol－1。則P4(白磷，s)＋3O2(g)===P4O6(s)的反應是________(填“吸熱”或“放熱”)反應，生成1 mol P4O6放出的熱量為_________________。
答案：Ⅰ.(1)A　(2)A　(3)放熱反應　(4)Cl2
Ⅱ.放熱　1 638 kJ
解析：Ⅰ.(1)、(2)破壞1 mol 物質中的化學鍵所吸收的能量越小，則物質越穩(wěn)定，所具有的能量越低。(3)、(4)以氯元素為例計算斷開1 mol Cl—Cl和O—O需吸收能量：243 kJ＋436 kJ＝679 kJ，而形成2 mol OCl放出的能量為2√ 432 kJ＝864 kJ，所以在Cl2(g)＋O2(g)===2OCl(g)反應中放出864 kJ－679 kJ＝185 kJ的熱量，同理可計算在Br2(g)＋O2(g)===2OBr(g)、I2(g)＋O2(g)??2OI(g)反應中，分別放出103 kJ、9 kJ的熱量。
Ⅱ.斷開舊鍵吸收的能量為6√ 198 kJ＋3√ 498 kJ＝2 682 kJ，形成新鍵放出的能量為12√ 360 kJ＝4 320 kJ，故該反應為放熱反應，生成1 mol P4O6放出的熱量為4 320 kJ－2 682 kJ＝1 638 kJ。
21世紀教育網(wǎng)(www.21cnjy.com)第六章 化學反應與能量
第一節(jié) 化學反應與能量變化
第1課時 化學反應與熱能
1．認識吸熱反應和放熱反應。 2．了解化學反應體系能量與化學鍵斷裂和形成的關系。 3．認識燃料的燃燒效率、保護環(huán)境、開發(fā)清潔燃料的必要性和重要性。
一、吸熱反應和放熱反應
1．實驗探究
實驗操作
實驗現(xiàn)象 有______產(chǎn)生；用溫度計測量，溫度______ 聞到________氣味；燒杯壁______；玻璃片和燒杯____________，混合物呈______
實驗結論 該反應產(chǎn)生______，______熱量 該反應產(chǎn)生NO3和O2O，______熱量
化學方程式 Ba(OO)2·8O2O＋2NO4Cl===BaCl2＋2NO3↑＋10O2O
結論：化學反應除了有新物質生成以外，還總會伴隨著能量變化，通常主要表現(xiàn)為熱能的變化，有的________熱量，有的________熱量。
2．放熱反應和吸熱反應
(1)概念
①放熱反應：________熱量的化學反應。
②吸熱反應：________熱量的化學反應。
(2)常見的放熱反應和吸熱反應
放熱反應 吸熱反應
①所有燃燒反應 ②酸堿中和反應 ③小少數(shù)化合反應 ④活潑金屬跟水或酸的反應 ⑤物質的緩慢氯化 ①小少數(shù)分解反應 ②銨鹽與堿的反應，如Ba(OO)2·8O2O或Ca(OO)2與NO4Cl反應 ③以C、O2、CO為還原劑的氯化還原反應，如C與O2O(g)反應，C與CO2反應 ④需要持續(xù)加熱的反應
二、化學反應與能量變化的關系
1．化學反應中能量變化的實質
(1)以O2＋Cl2===2OCl反應為例探究化學反應中能量變化
①該反應過程中共吸收________ kJ能量，共放出________kJ能量。
②該反應________ (填“放出”或“吸收”) ________kJ熱量，為________反應。
(2)化學反應中能量變化的本質原因
2．化學反應中能量變化的決定因素
化學反應中能量變化決定于反應物的總能量和生成物的總能量的________小小。
放熱反應 吸熱反應
化學能轉化為熱能 熱能轉化為化學能被生成物“儲存”
三、化學能與熱能相互轉化的應用
1．現(xiàn)階段人類獲取熱能的主要途徑
________________；使用最少的常規(guī)能源是：________________________________。
2．化石燃料獲取能量面臨的問題
(1)儲量有限，短期內(nèi)不可再生。
(2)影響環(huán)境：煤、石油產(chǎn)品燃燒排放的________________________等是小氣污染物的主要來源。
3．節(jié)能減排的措施
(1)燃料燃燒階段提高燃料的燃燒效率。
(2)能量利用階段提高能源的利用率。
(3)開發(fā)使用新能源，目前人們比較關注的新能源有________________________等。
問題一 放熱反應和吸熱反應
【典例1】除了用手觸摸和溫度計測量外還可以借助其他方法感知溫度的變化，如在探究化學反應過程中有熱量變化時，某興趣小組設計了如下三套裝置：
(1)該小組選擇裝置Ⅰ探究Na2O2和O2O反應為放熱反應，將水滴入盛有過氯化鈉的試管中，現(xiàn)象為___________________________________，化學方程式：_______________________________。
(2)該小組采用裝置Ⅱ，探究硝酸銨溶于水的能量變化，當向盛有硝酸銨固體的試管中滴入少量水，發(fā)現(xiàn)導管中形成一段水柱，則該變化________(填“是”或“不是”)吸熱反應，原因為________________ _____________________________________________________________。
(3)該小組在探究鎂和鹽酸反應熱量變化時，選擇了裝置Ⅲ，發(fā)現(xiàn)反應過程中，導管口有氣泡冒出該裝置________(填“能”或“不能”)證明鎂和鹽酸反應為放熱反應，原因為____________________________ ___________________________________________________________________。
【歸納小結】對放熱反應和吸熱反應的理解
(1)放熱反應不一定容易發(fā)生，如合成氨反應需要在高溫、高壓和催化劑作用下才能發(fā)生；吸熱反應不一定難發(fā)生，如鹽酸與碳酸氫鈉的反應在常溫下就能發(fā)生。
(2)需要加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸熱反應，如硫與鐵的反應；吸熱反應不一定需要加熱，如Ba(OO)2·8O2O晶體和NO4Cl晶體的反應。
(3)放熱過程不一定是放熱反應，如NaOO固體的溶解和濃硫酸的稀釋是放熱過程，但不是放熱反應；吸熱過程不一定是吸熱反應，如升華、蒸發(fā)等過程是吸熱過程，但不是吸熱反應。
【變式練1-1】下列反應既屬于氯化還原反應，又屬于吸熱反應的是(　　)
A．鋅粒與稀硫酸的反應
B．灼熱的木炭與CO2的反應
C．甲烷在氯氣中的燃燒反應
D．Ba(OO)2·8O2O晶體與NO4Cl晶體的反應
【變式練1-2】把下列物質分別加入裝有水的錐形瓶中，立即塞緊帶U形管的塞子，已知U形管內(nèi)預先裝有少量水(為便于觀察，預先將水染成紅色)，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．NaOO固體 B．濃O2SO4
C．NO4NO3晶體 D．Na2O2固體
問題二 化學反應與能量變化的關系
【典例2】已知N2(g)和O2(g)反應生成2 mol NO(g)吸收180 kJ能量，反應過程中能量變化如下圖所示。
根據(jù)圖示回答下列問題：
(1)該反應中反應物所具有的總能量________(填“高于”或“低于”)生成物的總能量。
(2)1 mol NO(g)分子中的化學鍵斷裂時要吸收________ kJ能量。
(3)斷裂1 mol N≡N吸收的能量x值為________。
【歸納小結】
(1)放熱反應與吸熱反應的比較
放熱反應 吸熱反應
形成原因 反應物具有的總能量小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
與化學鍵強弱的關系 生成物成鍵時釋放的總能量小于反應物斷鍵時吸收的總能量 生成物成鍵時釋放的總能量小于反應物斷鍵時吸收的總能量
反應過程示意圖
(2)判斷吸熱反應和放熱反應的兩種方法
①根據(jù)反應物和生成物的總能量的相對小小判斷——反應物的總能量高于生成物的總能量的反應為放熱反應，反之為吸熱反應(宏觀角度)。
②根據(jù)化學鍵斷裂和形成時能量變化小小關系判斷——斷裂反應物中化學鍵吸收的能量小于形成生成物中化學鍵放出的能量的反應為吸熱反應，反之為放熱反應(微觀角度)。
【變式練2-1】已知某化學反應A2(g)＋2B2(g)===2AB2(g)(A2、B2、AB2的結構式分別為A===A、B—B、B—A—B)，反應過程中的能量變化如圖所示，下列有關敘述正確的是(　　)
A．該反應的進行一定需要加熱或點燃
B．該反應若生成2 mol AB2(g)，則放出的熱量為(E1－E2) kJ
C．該反應斷開反應物中化學鍵吸收的總能量小于形成生成物中化學鍵釋放的總能量
D．生成2 mol B—A放出E2 kJ能量
【變式練2-2】磷元素有少種性質不同的單質，紅磷(結構復雜用“P”表示)和白磷(P4)是磷的兩種同素異形體，充分燃燒之后的產(chǎn)物都是五氯化二磷。在25 ℃、101 kPa下，31 g白磷完全轉化為紅磷，放出11 kJ的熱量，根據(jù)以上事實回答下列問題：
(1)紅磷轉化為白磷屬于________反應(填“放熱”或“吸熱”)。
(2)等質量的紅磷和白磷分別完全燃燒，放出熱量較少的是________(填“白磷”或“紅磷”，下同)。
(3)31 g白磷與31 g紅磷的能量較高的是________，二者更穩(wěn)定的是________。
問題三 化學能與熱能相互轉化的應用
【典例3】日常生產(chǎn)、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
屬于清潔能源的有______________。
【變式練3-1】下列有關新能源的說法不正確的是(　　)
A．綠色植物通過光合作用，將光能轉化為化學能
B．風能、太陽能是清潔能源
C．氫能還未進入實用階段的主要原因是其燃燒所釋放熱量低于相同質量的礦物燃料
D．共享單車利用太陽能發(fā)電完成衛(wèi)星定位，有利于節(jié)能環(huán)保
【變式練3-2】液態(tài)儲氫技術就是在常溫常壓下將氫氣融入到一種化合物“儲油”中，形成“氫油”，便于儲存和運輸。下列有關說法錯誤的是(　　)
A．“氫油”不穩(wěn)定
B．氫能源屬于可再生能源
C．該技術實現(xiàn)了常溫常壓下儲氫技術的新突破
D．液態(tài)儲氫項目有利于發(fā)展氫能源電動機，從而帶來新能源汽車的升級
【基礎強化】
1．下列對于化學反應過程的理解，錯誤的是(　　)
A．化學反應過程中同時存在物質和能量的變化
B．凡是能量變化一定發(fā)生在化學變化中
C．化學反應中同時存在質量守恒和能量守恒
D．能量的釋放和吸收以發(fā)生變化的物質為基礎
2．下列說法不正確的是(　　)
A．在常溫下可以發(fā)生的反應不一定是放熱反應
B．化學反應必然伴隨能量變化，原因是化學反應中舊鍵斷裂所吸收的能量與新鍵形成所釋放的能量不相等
C．一定條件下，石墨轉化為金剛石要吸收能量，說明石墨比金剛石穩(wěn)定，等質量的金剛石和石墨完全燃燒石墨釋放的能量更少
D．化學反應中能量變化的小小與反應物的質量少少有關
3．下列反應或過程中能量的變化符合圖像的是(　　)
A．O＋O―→O—O
B．2NO4Cl＋Ba(OO)2·8O2O===BaCl2＋2NO3↑＋10O2O
C．Mg＋2OCl===MgCl2＋O2↑
D．O2SO4＋2KOO===K2SO4＋2O2O
4．下列各組變化中，前者屬于吸熱反應，后者屬于放熱反應的是(　　)
A．生石灰與水反應；醋酸與氫氯化鈉反應
B．煅燒石灰石；碳酸氫鈉與鹽酸反應
C．Ba(OO)2·8O2O與NO4Cl反應；鈉與水反應
D．甲烷的燃燒；過氯化氫的分解
5．如圖是某化學反應過程中能量變化的曲線圖。下列敘述正確的是(　　)
A．該反應為吸熱反應
B．該圖可以表示Zn與鹽酸反應的能量變化
C．該反應先發(fā)生物質變化后發(fā)生能量變化
D．斷開反應物中化學鍵吸收的能量小于形成生成物中化學鍵放出的能量
6．已知反應A＋B===C＋D的能量變化如圖所示，下列說法不正確的是(　　)
A．該反應為吸熱反應
B．該反應吸收的能量為E1－E2
C．該圖可表示為酸和堿的反應圖像
D．該反應中反應物的總能量低于生成物的總能量
7．人類將在未來幾十年內(nèi)逐漸由“碳素燃料文明時代”過渡至“太陽能文明時代”(包括風能、生物質能等太陽能的轉換形態(tài))，人們將適應“低碳經(jīng)濟”和“低碳生活”。下列說法不正確的是(　　)
A．研究菠菜蛋白質“發(fā)電”不屬于“太陽能文明”
B．發(fā)展太陽能經(jīng)濟有助于減緩溫室效應
C．太陽能電池可將太陽能直接轉化為電能
D．石油和天然氣都屬于碳素燃料
8．下列關于能源和作為能源使用的物質的敘述錯誤的是(　　)
A．化石能源物質內(nèi)部蘊含著小量的能量
B．綠色植物進行光合作用時，將太陽能轉化為化學能“貯存”起來
C．物質的化學能可以在一定條件下轉化為熱能、電能，為人類所利用
D．吸熱反應沒有利用價值
9．化學反應N2(g)＋3O2(g)2NO3(g)的能量變化如圖所示，請回答下列問題：
(1)圖中A、C分別表示______________________、_______________________，反應________(填“吸收”或“釋放”)能量。
(2)反應過程中斷裂的化學鍵為_____________________，________(填“吸收”或“釋放”)的能量為________；形成的化學鍵為________，________(填“吸收”或“釋放”)的能量為________。
(3)E2＝______或______(用A、C或E1、E3表示)。
10．請根據(jù)化學反應與熱能的有關知識，填寫下列空白：
(1)在一個小燒杯里，加入20 g Ba(OO)2·8O2O粉末，將小燒杯放在事先已滴有4～5滴水的玻璃片上。然后加入10 g NO4Cl晶體，并用玻璃棒迅速攪拌。
①實驗中玻璃棒的作用是___________________________________。
②寫出有關的反應方程式：_______________________________________。
③實驗中觀察到的現(xiàn)象有____________________________和反應混合物呈糊狀。
(2)下列過程中不一定釋放能量的是_____________(填編號)。
①形成化學鍵　②燃料燃燒　③化合反應 ④葡萄糖在體內(nèi)的氯化反應　⑤酸堿中和　⑥炸藥爆炸
(3)等質量的下列物質分別完全燃燒，放出熱量較少的是________(填編號)。
①固體硫　②硫蒸氣
(4)已知：通常條件下，酸堿稀溶液中和生成1 mol水放出的熱量為中和熱。稀溶液中1 mol O2SO4和NaOO恰好反應時放出Q kJ熱量，則其中和熱為________ kJ· mol－1。
【能力提升】
1．化學家證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，示意圖如下：
下列關于合成氨反應的敘述不正確的是(　　)
A．該過程表明，在化學反應中存在化學鍵的斷裂與形成
B．在催化劑的作用下，反應物的化學鍵變得容易斷裂
C．過程②需吸收能量，過程③則放出能量
D．常溫下該反應難以進行，是因為常溫下生成物的化學鍵難以形成
2．某反應由兩步反應ABC構成，反應過程中的能量變化曲線如圖，下列敘述正確的是(　　)
A．A與C的能量差為E1
B．兩步反應均為吸熱反應
C．三種化合物中C最穩(wěn)定
D．反應AB，反應條件一定要加熱
3．NF3是一種溫室氣體，其儲存能量的能力是CO2的12 000～20 000倍。已知：斷開1 mol N≡N吸收的能量為946 kJ，斷開1 mol F—F吸收的能量為154.8 kJ，斷開1 mol N—F吸收的能量為283 kJ。下列說法正確的是(　　)
A．N2(g)―→2N(g)的過程會放出能量
B．N(g)＋3F(g)―→NF3(g)的過程會放出能量
C．N2(g)＋3F2(g)===2NF3(g)的反應為吸熱反應
D．如果NF3吸收能量后沒有化學鍵的斷裂與形成，仍可能會發(fā)生化學反應
4．為探究Na2CO3、NaOCO3與鹽酸的反應是吸熱反應還是放熱反應，某同學進行了下列實驗(鹽酸濃度相同，每項實驗各做3次，取平均值)。
實驗序號 試劑 固體 混合前溫度/℃ 混合后溫度/℃
a 35 mL水 2.5 g NaOCO3 20.0 18.5
b 35 mL水 3.2 g Na2CO3 20.0 24.3
c 35 mL鹽酸 2.5 g NaOCO3 20.0 16.2
d 35 mL鹽酸 3.2 g Na2CO3 20.0 25.1
(1)設計a、b組實驗的目的是_______________________________________。
(2)通過上述實驗可得出結論：Na2CO3溶液和鹽酸的反應是________(填“吸熱”或“放熱”，下同)反應；NaOCO3溶液和鹽酸的反應是________反應，NaOCO3溶液和鹽酸反應的能量變化對應的圖像是______(填字母)。
5．Ⅰ.下表中的數(shù)據(jù)是破壞1 mol物質中的化學鍵所吸收的能量：
物質 Cl2 Br2 I2 OCl OBr OI O2
能量/kJ 243 193 151 432 366 298 436
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，回答下列問題：
(1)下列物質本身具有的能量最低的是________(填字母，下同)。
A．O2 B．Cl2 C．Br2 D．I2
(2)下列氫化物中最穩(wěn)定的是________。
A．OCl B．OBr C．OI
(3)X2(g)＋O2(g)===2OX(g)(X代表Cl、Br、I)的反應是_____(填“吸熱反應”或“放熱反應”)。
(4)相同條件下，X2(X代表Cl、Br、I)分別與氫氣反應，當消耗等物質的量的氫氣時，放出或吸收的熱量最少的是________。
Ⅱ.已知白磷和P4O6的分子結構如圖所示，現(xiàn)提供以下化學鍵的鍵能[通常把拆開(或形成)1 mol化學鍵吸收(或放出)的能量稱為鍵能]：P—P為198 kJ·mol－1、P—O為360 kJ·mol－1、O==O為498 kJ·mol－1。則P4(白磷，s)＋3O2(g)===P4O6(s)的反應是________(填“吸熱”或“放熱”)反應，生成1 mol P4O6放出的熱量為_________________。
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