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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
［核心素养发展目标] 1.知道化学反应可以实现化学能与热能的转化，认识吸热反应和放热反应。2.能用化学键解释某些吸热反应和放热反应。3.认识燃料的燃烧效率、保护环境、开发清洁燃料的必要性和重要性。
一、吸热反应和放热反应
1.实验探究：化学反应中的能量变化
实验操作 |
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实验现象 | 有气泡产生；用温度计测量，温度升高 | 闻到刺激性气味；烧杯壁发凉；木片和烧杯黏结在一起；混合物呈糊状 |
实验结论 | 该反应产生气体，放出热量 | 该反应产生NH3和H2O，吸收热量 |
化学方程式 | Mg+2HCl===MgCl2+H2↑ | Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O |
结论：化学反应有新物质生成，同时反应过程中伴有热量的释放或吸收。
2.放热反应和吸热反应
(1)概念
①放热反应：释放热量的化学反应。
②吸热反应：吸收热量的化学反应。
思考1 (1)举例说明：放出(吸收)热量的变化一定是放热(吸热)反应吗？
提示不一定。吸、放热反应都属于化学反应，而浓H2SO4、NaOH固体等溶于水放热，NH4NO3、KNO3、NH4Cl等固体溶于水吸热，以上变化过程均为物理变化，不是放、吸热反应。
(2)吸热反应一定需要加热才能发生吗？
提示不一定，吸、放热反应与反应是否需要加热等条件没有直接联系，如NH4Cl晶体与Ba(OH)2·8H2O晶体常温下的反应为吸热反应。
(2)常见的放热反应和吸热反应
放热反应 | 吸热反应 |
①所有的燃烧反应 ②酸碱中和反应 ③大多数化合反应 ④活泼金属与水或酸的反应 ⑤物质的缓慢氧化 ⑥铝热反应(见第八章) | ①大多数分解反应 ②铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O晶体或Ca(OH)2与NH4Cl晶体反应 ③以C、H2、CO为还原剂的部分氧化还原反应，如C与H2O(g)反应，C与CO2反应 ④NaHCO3与盐酸的反应 |
3.化学反应中能量变化的原因
(1)从化学键变化的角度理解能量变化的原因(微观探析)
①图示原因
②举例说明：H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)的反应过程如图所示：
根据上图计算1 mol H2和1 mol Cl2断键吸收的总能量为679 kJ，形成2 mol HCl共释放862 kJ能量，断键吸收的总能量<成键释放的总能量，因此该反应为放热反应。
(2)从总能量高低理解能量变化的原因(宏观辨识)
物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量不同。因此，一个化学反应的能量变化取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小。
放热反应 | 吸热反应 |
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化学能转化为热能 | 热能转化为化学能被生成物“储存” |
思考2 画出放热反应、吸热反应反应物与生成物的总能量随反应过程的变化图。
提示
1.判断正误
(1)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( )
(2)相同条件下形成1 mol H—Cl放出的能量与断开1 mol H—Cl吸收的能量相等( )
(3)对于一个化学反应来说，当化学键断裂时吸收的能量大于化学键形成时放出的能量，则反应放热( )
(4)已知Fe与稀盐酸的反应为放热反应，即Fe的能量大于H2的能量( )
(5)石墨转化为金刚石需要吸收热量，所以金刚石更稳定( )
答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)×
2.(2024·大连高一段考)下列过程属于吸热反应的是( )
A.浓硫酸溶于水
B.硝酸铵溶于水
C.碳酸氢钠溶于盐酸
D.铁粉溶于盐酸
答案 C
解析 A项，浓硫酸溶于水是放热的物理过程；B项，硝酸铵溶于水是吸热的物理过程；C项，碳酸氢钠与盐酸反应属于吸热反应；D项，铁粉与盐酸反应属于放热反应。
3.化学反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的能量变化如图所示，请回答下列问题：
(1)图中A、C分别表示、，反应(填“吸收”或“释放”)能量。
(2)反应过程中断裂的化学键为 ， (填“吸收”或“释放”)的能量为；形成的化学键为 ， (填“吸收”或“释放”)的能量为。
(3)E2=(用E1、E3表示)。
答案 (1)1 mol N2(g)和3 mol H2(g)的总能量 2 mol NH3(g)的总能量 释放 (2)1 mol N≡N和3 mol H—H 吸收 E1 6 mol N—H 释放 E3 (3)E3-E1
解析(1)A、C分别表示1molN2(g)和3molH2(g)的总能量、2molNH3(g)的总能量，由于反应物的总能量高于生成物的总能量，因此反应释放能量。
(2)反应过程中断裂的化学键为1molN≡N和3molH—H，吸收的能量为E1，形成的化学键为6molN—H，释放的能量为E3。
判断吸热反应和放热反应的两种方法
(1)根据反应物总能量和生成物总能量的相对大小判断——反应物的总能量高于生成物的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应(宏观角度)。
(2)根据化学键断裂和形成时能量变化大小关系判断——断裂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的反应为吸热反应，反之为放热反应(微观角度)。
二、化学反应中热能的利用
1.现阶段人类获取热能的主要途径是物质的燃烧，使用最多的常规能源是化石燃料(煤、石油和天然气)。
2.化石燃料利用过程面临的亟待解决的问题
(1)储量有限，短期内不可再生。
(2)影响环境：煤、石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等是大气污染物的主要来源。
3.能源可持续发展的措施
(1)燃料燃烧阶段提高燃料的燃烧效率。
(2)能量利用阶段提高能源的利用率。
(3)开发使用新能源，目前人们比较关注的新能源有太阳能、风能、地热能、海洋能和氢能等。
1.下列有关新能源的说法不正确的是( )
A.绿色植物通过光合作用，将光能转化为化学能
B.风能、太阳能是清洁能源
C.氢能还未进入实用阶段的主要原因是其燃烧所释放热量低于相同质量的矿物燃料
D.共享单车利用太阳能发电完成卫星定位，有利于节能环保
答案 C
2.在人类生产、生活对能量的需求日益增长的今天，研究化学反应及其能量变化，对合理利用常规能源和开发新能源具有十分重要的意义。能源是人类赖以生存和发展不可缺少的因素。请完成下列问题：
(1)矿物能源是现代人类社会赖以生存的重要物质基础。目前，全球仍主要处于化石能源时期。下列不属于化石能源的是(填字母，下同)。
A.石油B.煤
C.天然气D.生物质能
(2)下列对能源的看法合理的是。
A.化石能源属于不可再生能源，只会越用越少
B.生物质能是一种可再生能源，有广阔的应用前景
C.太阳能、氢能、风能、地热能都属于新能源
D.我国人口众多、资源相对匮乏、环境承载能力较弱，因此要建设节约型社会
答案 (1)D (2)ABCD
1.(2023·北京市第三中学高一期中)下列关于化学反应与能量的说法不正确的是( )
A.化学反应必然伴随能量变化
B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应属于放热反应
C.放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量
D.化学变化中的能量变化主要是由化学键变化引起的
答案 B
解析化学反应的本质是旧化学键断裂和新化学键形成，旧化学键断裂时需要吸收能量，新化学键形成时会释放能量，则化学反应必然伴随能量变化，且该变化主要是由化学键的变化引起的，故A、D正确；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是吸热反应，故B错误。
2.液态储氢技术就是在常温常压下将氢气融入一种化合物“储油”中，形成“氢油”，便于储存和运输。下列有关说法错误的是( )
A.“氢油”不稳定
B.氢能源属于可再生能源
C.该技术实现了常温常压下储氢技术的新突破
D.液态储氢项目有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级
答案 A
解析“氢油”便于储存和运输，说明它比较稳定，故A错误；氢气燃烧生成水，水分解又生成氢气，故氢能源属于可再生能源，故B正确；液态储氢解决了氢能储存难、运输难的问题，能实现氢能的广泛应用，故有利于发展氢能源电动机，从而带来新能源汽车的升级，故D正确。
3.(2024·湖南衡阳高一段考)下列过程的能量变化与图示相符的是( )
A.生石灰溶于水
B.稀盐酸与小苏打反应
C.浓硫酸溶于水
D.稀硫酸除铁锈
答案 B
解析根据图示，反应物总能量小于生成物总能量，图示为吸热反应，故选B。
4.已知N2(g)和O2(g)反应生成2 mol NO(g)吸收180 kJ能量，反应过程中能量变化如图所示。
根据图示回答下列问题：
(1)该反应中反应物所具有的总能量(填“高于”或“低于”)生成物所具有的总能量。
(2)1 mol NO(g)分子中的化学键断裂时要吸收 kJ能量。
(3)断裂1 mol N≡N吸收的能量值x为。
答案 (1)低于 (2)632 (3)946
解析根据图示，断裂旧化学键所吸收的能量为(x+498) kJ，形成新化学键所释放的能量为2×632kJ=1264kJ，每生成2molNO(g)吸收180kJ能量，因此有180kJ=(x+498) kJ-1264kJ，故x为946。
课时对点练［分值：100分]
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