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第2章　化學鍵　化學反應規律
第2節　化學反應與能量轉化
第1課時　化學反應中能量
變化的本質及轉化形式
核心素養 學業要求
豐富對化學變化的認識角度，認識化學反應中能量變化。 1.了解化學反應中存在能量變化以及化學反應的實質。
2.知道常見的放熱反應和吸熱反應。
3.了解化學反應中能量變化的實質。
學生自主學習
01
課時作業
03
目錄
CONTENTS
課堂互動探究
02
學生自主學習
實驗操作 實驗現象 結論
鐵粉逐漸溶解，有氣泡產生，溶液溫度升高 化學方程式：______________________，反應時_______熱量
有氣泡產生，溶液溫度降低 反應時_______熱量
一、化學反應中的能量變化的實驗探究
1.實驗探究——化學反應中的能量變化
Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑
放出
吸收
2.吸熱反應與放熱反應
(1)化學反應都伴隨著能量變化，有的反應_________，有的反應_________。
(2)吸熱反應：最終表現為_________的化學反應。如碳酸氫鈉和檸檬酸的反應、碳酸鈣受熱分解的反應、二氧化碳與碳單質化合生成一氧化碳的反應等。
(3)放熱反應：最終表現為_________的化學反應。如燃燒反應、金屬和酸反應、中和反應等。
釋放能量
吸收能量
吸收熱量
放出熱量
二、化學反應中的能量變化的實質及原因分析
1.化學反應中能量變化的實質
在化學反應過程中，舊化學鍵的斷裂需要________一定的能量；新化學鍵的形成需要_______一定的能量，二者不相等。
吸收
釋放
2.化學反應中能量變化的原因
(1)微觀角度：若形成新化學鍵所釋放的總能量大于破壞舊化學鍵所吸收的總能量，就會有一定的能量以熱能、電能或光能等形式___________；如果形成新化學鍵所釋放的能量小于破壞舊化學鍵所吸收的能量，則需要______能量。
(2)宏觀角度：化學反應的過程可以看作是“儲存”在物質內部的能量(化學能)轉化為_________________等釋放出來，或是_________________等物質外部的能量轉化為物質內部的能量(化學能)被“儲存”起來的過程。一個確定的化學反應發生時是吸收能量還是釋放能量，取決于_______________________________________。
釋放出來
吸收
熱能、電能或光能
熱能、電能或光能
反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小
1.判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)化學反應過程中不一定有能量變化。(　　)
(2)NaOH固體溶于水，溶液溫度升高，故為放熱反應。(　　)
(3)所有的燃燒均是放熱反應。(　　)
(4)化合反應均是放熱反應，分解反應均是吸熱反應。(　　)
(5)對于一個化學反應來說，當化學鍵斷裂時所吸收能量大于化學鍵形成時所釋放能量時，反應放熱。(　　)
(6)已知在一定溫度、壓強下，等質量的石墨轉化為金剛石需要吸收熱量，則金剛石比石墨能量低。(　　)
√
×
×
×
×
×
2.生活中每時每刻都發生著各種化學反應，下列反應不一定屬于放熱反應的是(　　)
A.H2SO4與Ba(OH)2溶液的反應
B.燃燒反應
C.復分解反應
D.中和反應
3.在含少量鋁粉的試管中滴入稀鹽酸，產生大量氣泡，且試管壁發熱。該反應為(　　)
A.放熱反應 B.吸熱反應
C.化合反應 D.置換反應
4.下列說法正確的是(　　)
A.化學鍵斷裂的過程中放出熱量
B.化學鍵形成的過程中需要吸收熱量
C.伴有能量變化的物質變化都是化學變化
D.化學反應除了生成新的物質外，還伴隨著能量的變化
5.“即食即熱型”快餐適合外出時攜帶和食用，其內層中有用鋁箔包裹的已加工好的真空包裝食品，外層有分別包裝的兩包化學物質，拉動預留在外的拉線使這兩種化學物質相互作用，放出的熱量便可對食物進行加熱。這兩包化學物質最合理的組合是(　　)
A.濃硫酸和水 B.生石灰和水
C.熟石灰和水 D.硝酸銨和水
解析　選項中只有濃硫酸與水、生石灰與水相互作用是明顯放熱的，但濃硫酸為腐蝕品，不適用于食物加熱，且濃硫酸與水混合所得的稀硫酸能與鋁箔反應，故不適用。
課堂互動探究
探究一　化學反應中的能量變化
化學反應中必然有能量變化，但有能量變化的過程不一定發生化學反應。如NaOH固體溶于水、水蒸氣轉化為液態水時放出能量，都是放熱的物理變化過程而不是發生了放熱反應；NH4NO3固體溶于水、碘升華、水蒸發時吸收能量，都是吸熱的物理變化過程而不是發生了吸熱反應。
1.下列說法正確的是(　　)
①需要加熱才能發生的反應一定是吸熱反應?、诎橛心芰孔兓奈镔|變化都是化學變化　③H2在O2中的燃燒是放熱反應?、芊艧岱磻訜岬揭欢囟纫l后，停止加熱，反應仍能繼續進行
A.③④ B.①②
C.①②③④ D.②③④
2.下列各組變化中，前者是放熱反應，后者是吸熱反應的是(　　)
A.生石灰溶于水；鋅粒和稀硫酸反應
B.稀釋濃硫酸；金屬或金屬氧化物熔化
C.氫氧化鈉和鹽酸反應；二氧化碳和碳反應
D.工業煅燒石灰石；化石燃料燃燒
吸熱反應與放熱反應判斷的注意事項
(1)反應是吸熱反應還是放熱反應與條件無關。需要點燃、加熱、光照的反應不一定是吸熱反應，有些放熱反應需要加熱等條件引發反應。如H2在O2中的燃燒、木炭的燃燒等。
(2)不需要加熱(在常溫下)能進行的反應不一定是放熱反應。如Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl的反應為吸熱反應，在常溫下能反應。
(3)在高溫下或持續加熱條件下進行的反應一般是吸熱反應。
探究二　化學反應中能量變化的原因
1.從化學鍵的斷裂與形成分析能量變化
(1)若E1>E2，反應吸收能量(吸熱反應)；
(2)若E12.從反應物、生成物所具有的總能量分析能量變化
圖1中反應物內部的總能量大于生成物內部的總能量，反應放出能量(放熱反應)；
圖2中反應物內部的總能量小于生成物內部的總能量，反應吸收能量(吸熱反應)。
(1)ΔE(化學反應中能量的變化)＝E(斷開反應物化學鍵所吸收的能量)－E(形成生成物化學鍵所釋放的能量)。若ΔE>0，則為吸熱反應；若ΔE<0，則為放熱反應。
(2)①物質的能量越低越穩定，參加反應時，化學鍵斷裂吸收的能量就越多；形成該物質化學鍵時，放出的能量也越多。
②物質的能量越高越不穩定，化學性質越活潑，參加反應時，化學鍵斷裂吸收的能量就越少；而形成該物質化學鍵時，放出的能量也越少。
3.已知反應X＋Y===M＋N為放熱反應，對該反應的下列說法中正確的是(　　)
A.X的能量一定高于M的，Y的能量一定高于N的
B.破壞反應物中的化學鍵所吸收的總能量大于形成生成物中化學鍵所放出的總能量
C.X和Y的總能量一定高于M和N的總能量
D.因為該反應為放熱反應，所以不必加熱就可發生
解析　由于該反應為放熱反應，所以X和Y的總能量一定高于M和N的總能量，A不正確，C正確；破壞反應物中的化學鍵所吸收的總能量大于形成生成物中化學鍵所放出的總能量時，該反應則為吸熱反應，B不正確；有些放熱反應需要在一定的條件(如加熱或光照等)下才能發生，D不正確。
4.科學家已獲得了氣態N4分子，其結構為正四面體(如圖所示)。已知斷裂
1 mol N—N鍵需要吸收167 kJ能量，斷裂1 mol N≡N鍵需要吸收942 kJ能量，下列說法正確的是(　　)
A.N4屬于一種新型的化合物
B.N4(g)===4N(g)的過程中釋放1002 kJ能量
C.1 mol N4轉化為N2時要吸收882 kJ能量
D.N4和N2互為同素異形體，N4轉化為N2屬于化學變化
解析　N4屬于一種新型的單質，A錯誤；N4(g)===4N(g)的過程中吸收的能量為6×167 kJ＝1002 kJ，B錯誤；1 mol N4轉化為N2時的能量變化為6×167 kJ－2×942 kJ＝－882 kJ，即放出882 kJ能量，C錯誤。
本課小結
課時作業
一、選擇題(每小題只有1個選項符合題意)
1.下列說法錯誤的是(　　)
A.任何化學反應都伴隨著能量變化
B.化學反應中能量變化的大小與反應物的質量無關
C.化學變化中的能量變化主要是由化學鍵變化引起的
D.能量變化是化學反應的基本特征之一
2.以下敘述錯誤的是(　　)
A.反應物的總能量低于生成物的總能量時，反應釋放能量
B.物質燃燒可看作“儲存”在物質內部的能量(化學能)轉化為熱能、光能等形式釋放出來
C.氫原子與氯原子結合生成氯化氫后，其結構的穩定性增強，體系的能量降低
D.當斷開舊鍵吸收的能量大于形成新鍵放出的能量時，該反應為吸收能量的反應
3.生活中每時每刻都發生著各種化學反應，下列反應不一定屬于放熱反應的是(　　)
A.活潑金屬與酸的置換反應
B.燃燒反應
C.復分解反應
D.中和反應
4.100 kPa時，1 mol石墨轉化為金剛石的能量變化如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.石墨比金剛石更穩定
B.金剛石比石墨更穩定
C.石墨轉化為金剛石的反應為放熱反應
D.破壞1 mol石墨化學鍵所吸收的能量小于形成1 mol金剛石化學鍵所放出的能量
解析　由題圖可知，石墨轉化為金剛石需吸收能量，故石墨能量更低，更穩定，A正確。
5.下列過程中的能量變化情況符合圖示關系的是(　　)
A.酸與堿的中和反應
B.H＋Cl―→H—Cl
C.氧化鈣與水反應制熟石灰
D.NaHCO3與檸檬酸的反應
解析　酸與堿的中和反應屬于放熱反應，反應物具有的總能量高于生成物具有的總能量，故A錯誤；形成化學鍵放出能量，故B錯誤；氧化鈣和水的反應屬于放熱反應，反應物具有的總能量高于生成物具有的總能量，故C錯誤；NaHCO3與檸檬酸的反應屬于吸熱反應，反應物具有的總能量低于生成物具有的總能量，故D正確。
6.氫氣燃燒生成水蒸氣的能量變化如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A.燃燒時化學能全部轉化為熱能
B.斷開1 mol氫氧鍵吸收930 kJ能量
C.相同條件下，1 mol氫原子的能量為E1，1 mol氫分子的能量為E2，則2E1D.該反應生成1 mol水蒸氣時能量變化為245 kJ
解析　燃燒時化學能可轉化為熱能、光能等形式，故A錯誤；由題圖可知，斷開2 mol氫氧鍵吸收930 kJ的能量，故B錯誤；氫分子變成氫原子要吸收能量，所以2E1>E2，故C錯誤；該反應生成1 mol水蒸氣時的能量變化為930 kJ－436 kJ－249 kJ＝245 kJ，故D正確。
7.已知反應NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)的能量變化如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A.圖中A→B的過程為放熱過程
B.1 mol NO2和1 mol CO的鍵能總和大于1 mol NO和
1 mol CO2的鍵能總和
C.該反應為氧化還原反應
D.1 mol NO2(g)和1 mol CO(g)的總能量低于1 mol NO(g)和1 mol CO2(g)的總能量
解析　A狀態的能量低于B狀態的能量，則圖中A→B
的過程為吸熱過程，A錯誤；反應物總能量高于生成物總能
量，反應為放熱反應，即斷鍵吸收的能量低于成鍵放出的能
量，則1 mol NO2和1 mol CO的鍵能總和小于1 mol NO和1
mol CO2的鍵能總和，B、D錯誤。
8.最新報道，科學家首次用X射線激光技術觀察到CO與O在催化劑表面形成化學鍵的過程。反應過程的示意圖如圖：
下列說法正確的是(　　)
A.CO和O生成CO2是吸熱反應
B.在該過程中，CO斷鍵形成C和O
C.CO和O形成了含有共價鍵的CO2
D.狀態Ⅰ→狀態Ⅲ表示CO與O2反應的過程
解析　由圖知反應物總能量大于生成物總能量，為放熱反應，A錯誤；由圖示可知，反應過程不存在CO的斷鍵過程，B錯誤；由狀態Ⅰ→狀態Ⅲ可知，CO和O在催化劑表面形成CO2，C正確，D錯誤。
9.航天飛船可用肼(N2H4)作動力源。已知1 g液態肼和足量的液態過氧化氫反應生成N2和水蒸氣時放出20.05 kJ熱量，反應的化學方程式為N2H4＋2H2O2===N2↑＋4H2O。下列說法中錯誤的是(　　)
A.該反應中肼作還原劑
B.肼(N2H4)分子中只存在極性共價鍵
C.此情況下，液態肼燃燒生成1 mol N2時放出的熱量為641.6 kJ
D.該反應反應物的總能量高于生成物的總能量
解析　肼(N2H4)分子中既有極性共價鍵(N—H鍵)，又有非極性共價鍵(N—N鍵)，B錯誤。
二、非選擇題
11.H2與O2、F2均能發生反應，如圖為H2與F2發生反應生成HF過程中的能量變化示意圖。請回答下列問題：
(1)完成轉化Ⅰ、Ⅱ________(填“吸收”或“放出”，下同)能量，完成轉化Ⅲ________能量。
吸收
放出
(2)H2和F2反應的能量變化圖可用________(填“A”或“B”)表示。
(3)H2在O2中燃燒的過程主要是________能轉化為______能的過程。
A
化學
熱
(1)下列氫化物中最穩定的是________(填字母)。
A.HCl　　　　　　　　　　B.HBr　　　　　　　　　C.HI
(2)H2＋X2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反應是吸收能量的反應還是放出能量的反應：________________。
(3)在相同條件下，X2(X代表Cl、Br、I)分別與H2反應，當消耗的物質的量相同時，放出或吸收的能量最多的是________。
12.下表中的數據是破壞1 mol物質中的化學鍵所消耗的能量(單位：kJ)：
A
放出能量的反應
物質 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2
能量/kJ 243 193 151 432 366 298 436
Cl2
解析　(1)破壞1 mol HX中的化學鍵所消耗的能量越多，說明HX越穩定，由表中數據可判斷氫化物中最穩定的為HCl。
物質 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2
能量/kJ 243 193 151 432 366 298 436
放熱
放出
1638 kJ
解析　斷開舊鍵吸收的能量為198×6 kJ＋3×498 kJ＝2682 kJ，形成新鍵放出的能量為12×360 kJ＝4320 kJ，故該反應為放熱反應，生成1 mol P4O6放出的熱量為4320 kJ－2682 kJ＝1638 kJ。
14.某同學設計如下三種實驗方案以探究某反應是放熱反應還是吸熱反應。
方案一：如圖甲，在小燒杯里放一些已除去氧化鋁保護膜的鋁片，然后向燒杯里加入10 mL 2 mol·L－1稀硫酸，再插入一支溫度計，溫度計的溫度由20 ℃逐漸升至75 ℃，隨后，溫度逐漸下降至30 ℃，最終停留在20 ℃。
方案二：如圖乙，在燒杯底部用熔融的蠟燭粘一塊小木片，在燒杯里加入10 mL 2 mol·L－1稀硫酸，再向其中加入氫氧化鈉溶液，片刻后提起燒杯，發現小木片脫落下來。
方案三：如圖丙，A試管中發生某化學反應，實驗前U形管中的紅墨水液面相平，在化學反應過程中，通過觀察U形管兩側紅墨水液面高低變化判斷某反應是吸熱反應還是放熱反應。
項目 A試管里發生反應的物質 U形管里紅墨水液面變化
① 氧化鈣與水 左低右高
② NaHCO3與檸檬酸 ？
③ 鋁片與燒堿溶液 左低右高
④ 銅與濃硝酸 左低右高
根據上述實驗回答相關問題：
(1)鋁片與稀硫酸的反應是________(填“吸熱”或“放熱”)反應，寫出該反應的離子方程式：___________________________。
(2)方案一中，溫度升至最大值后又下降的原因是________________________ ____________________________。
放熱
2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
反應完全后，熱量向空氣中
傳遞，燒杯里物質的溫度降低
(3)方案二中，小木片脫落的原因是________________，由此得出的結論是___________________________。
(4)方案三中，如果A試管里發生的反應是放熱反應，則U形管里紅墨水液面高度：左邊________(填“高于”“低于”或“等于”)右邊。
蠟燭受熱熔化
氫氧化鈉與硫酸的反應放熱
低于
(5)由方案三的現象得出結論：①③④組物質發生的反應都是________(填“吸熱”或“放熱”)反應，如果放置較長時間，可觀察到U形管里的現象是____________________。
(6)方案三實驗②的U形管中的現象為____________________，說明反應物的總能量________(填“高于”“低于”或“等于”)生成物的總能量。
放熱
紅墨水液面左右相平
紅墨水液面左高右低
低于
解析　(5)由方案三的現象得出結論：①③④組物質發生的反應都是放熱反應，如果放置較長時間，熱量散失，裝置中氣體的壓強與外界壓強相等，U形管中紅墨水液面左右相平。
(6)方案三中的實驗②屬于吸熱反應，裝置中氣體的壓強減小，U形管中紅墨水液面左高右低，反應物的總能量低于生成物的總能量。

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