学案3：2.1.1 化学键与化学反应中能量变化的关系

第1课时化学键与化学反应中能量变化的关系
学习目标
1．知道化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。

2．知道反应物总能量与生成物总能量的相对高低是反应过程中能量变化的决定因素。

知识梳理
基础
1．化学反应中能量变化的原因——微观角度
(1)化学反应的实质
原子之间重新组合，是反应物中旧化学键和生成物中新化学键的过程。

(2)化学反应中能量变化的原因
①变化原因：
②实例：
a．断裂1 mol H—H键(H—H→2H)436 kJ能量，形成1 mol H—H键(2H→H—H) 436 kJ能量；
b．断裂4 mol C—H键(CH4→C＋4H) 1 660 kJ能量，形成1 mol C—H键(C＋H→C—H) 415 kJ能量。

③结论：
化学反应中能量变化的主要原因是化学键的。

2．化学反应中能量变化的决定因素——宏观角度
(1)物质的能量与反应放出、吸收能量的关系
反应物总能量>生成物总能量：反应能量；反应物总能量<生成物总能量：反应能量。

(2)结论：化学反应中的能量变化取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小。

(3)图示：
探究
H 2＋Cl 2=====点燃
2HCl 的化学反应可用下图表示：
[问题思考]
1．1 mol H 2和1 mol Cl 2中断键吸收的总能量是多少？生成2 mol H —Cl 键放出的总能量是多少？
2．H 2＋Cl 2=====点燃 2HCl 是放出能量还是吸收能量？ 归纳
1．从反应物、生成物总能量角度判断化学反应中的能量变化
放出能量
吸收能量
用Q (吸)表示反应物分子断键时吸收的总能量，Q (放)表示生成物分子成键时放出的总能量。

公式：ΔQ ＝Q (吸)－Q (放)
(1)若ΔQ >0，说明反应物分子断键时吸收的总能量>生成物分子成键时放出的总能量，即反应吸收能量。

(2)若ΔQ <0，说明反应物分子断键时吸收的总能量<生成物分子成键时放出的总能量，即反应放出能量。

当堂检测
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)只要有化学键的断裂，化学反应一定吸收能量( ) (2)断裂化学键释放出能量而生成新键则吸收能量( )
(3)当反应物的总能量大于生成物的总能量时，化学反应吸收能量( ) (4)化学反应的过程实际上是一个旧键断裂的过程( ) 2．下列说法中错误的是( )
A ．化学反应中能量变化通常表现为热量的变化
B ．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
C ．需要加热才能发生的反应一定是吸收能量
D ．反应物总能量和生成物总能量的相对大小决定了反应是放出能量还是吸收能量 3．已知1 g 氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ ，且氧气中1 mol O===O 键完全断裂时需要吸收能量496 kJ ，水蒸气中1 mol H —O 键形成时放出能量463 kJ ，则氢气中1 mol H —H 键断裂时吸收能量为( ) A ．920 kJ B ．557 kJ C ．436 kJ
D ．188 kJ
4．已知化学反应2C(s)＋O 2(g)=====点燃2CO(g)、2CO(g)＋O 2(g)=====点燃
2CO 2(g)都是放热反应。

据此判断，下列说法不正确的是(其他条件相同)( ) A ．12 g C 所具有的能量一定高于28 g CO 所具有的能量
B ．56 g CO 和32 g O 2所具有的总能量大于88 g CO 2所具有的总能量
C ．12 g C 和32 g O 2所具有的总能量大于44 g CO 2所具有的总能量
D ．将一定质量的C 燃烧，生成CO 2比生成CO 时放出的热量多
5．键能是指在25℃、101 kPa ，将1 mol 理想气体分子AB 拆开为中性气态原子A 和B 时所需要的能量。

显然键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定。

如H —H 键的键能是436 kJ·mol －
1，是指使1 mol H 2分子变成2 mol H 原子需要吸收436 kJ 的能量。

(1)已知H —Cl 键的键能为431kJ·mol －
1，下列叙述正确的是________(填字母序号，下同)。

A ．每生成1 mol H —Cl 键放出431 kJ 能量 B ．每生成1 mol H —Cl 键吸收431 kJ 能量 C ．每拆开1 mol H —Cl 键放出431 kJ 能量 D ．每拆开1 mol H —Cl 键吸收431 kJ 能量
(2)已知键能：H —H 为436 kJ·mol －
1；H —F 为565 kJ·mol －
1；H —Cl 为431 kJ·mol －
1；H —Br 为366 kJ·mol －
1。

则下列分子受热时最稳定的是______。

A ．HF B ．HCl C ．HBr D ．H 2 (3)能用键能大小解释的是________。

A ．氮气的化学性质比氧气稳定 B ．常温常压下溴呈液态，碘呈固态
C．稀有气体一般很难发生化学反应
D．硝酸易挥发而硫酸难挥发
6．断开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要吸收的能量为436 kJ、391 kJ、946 kJ。

求：
(1)1 mol N2完全反应生成NH3需________(填“吸收”或“放出”)能量________kJ。

(2)1 mol H2完全反应生成NH3需________(填“吸收”或“放出”)能量________kJ。

(不考虑可逆反应)
【参考答案】
知识梳理 基础
1．(1)断裂 形成 (2) ①吸收 放出
②吸收 放出 吸收 放出 ③断裂与形成 2．(1)放出 吸收 [问题思考]
1．提示：断裂1 mol H 2、1 mol Cl 2中的化学键吸收的总能量为679 kJ ；生成2 mol H —Cl 键放出的总能量为862 kJ 。

2．提示：由于生成物成键放出的总能量大于反应物断键吸收的总能量，故该反应放出能量。

当堂检测
1．(1)× (2)× (3)× (4)× 2．C
解析：化学反应都伴随能量的变化，通常表现为热量的变化，A 正确；化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂与形成，B 正确；反应放出能量或吸收能量与反应条件没有关系，C 错误；反应物与生成物的总能量的相对大小决定了反应是放出能量还是吸收能量，D 正确。

3．C
解析：由1 g H 2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ 可知：2 g H 2(即含1 mol H —H 键)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121 kJ ×2＝242 kJ 。

由化学方程式H 2(g)＋12O 2(g) =====
点燃H 2O(g)可设1 mol H —H 键断裂吸收的能量为Q ，则：Q ＋1
2×496 kJ －2×463 kJ ＝－242 kJ ，
Q ＝436 kJ 。

4．A
解析：放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。

C 和CO 的燃烧反应都是放热反应，所以C ＋O 2=====点燃
CO 2必然是放热反应，因此，B 、C 两项的说法正确；12 g C 并不代表反应物的全部，O 2也是反应物，所以A 项不正确；由于C ――→O 2
CO 放热、CO ――→O 2CO 2放热，所以C ――→O 2CO 2比C ――→O 2
CO 放出的热量要多，即D 项说法正确。

5．(1)AD (2)A (3)A
解析：由题目所给信息可知，键能是指将1mol 理想气体分子拆开为中性气态原子时所需要的能量。

键能越大，分子的稳定性越强，键能影响物质的化学性质，而一些物理性质如熔、
沸点(挥发性)的高低等取决于分子间作用力的大小。

6．(1)放出 92 (2)放出 30.67
解析：本题可以从断键吸收的能量数值与成键放出的能量数值的相对大小来判断，若E (断键)＞E (成键)，则为吸热反应；若E (断键)＜E (成键)，则为放热反应。

(1)N 2＋3H 2
2NH 3，
生成2 mol NH 3形成6 mol N —H 键时要放出6 mol ×391kJ·mol －
1＝2346 kJ 的能量，拆开1 mol N≡N 键和3 mol H —H 键时吸收的总能量为946 kJ ＋3 mol ×436 kJ·mol －
1＝2254 kJ ，整个过程中的能量变化为放出能量，为2346 kJ －2254 kJ ＝92 kJ 。

(2)方法一：13
N 2＋H 2
2
3NH 3
，生成23 mol NH 3即形成2 mol N —H 键时，需放出2 mol ×391 kJ·mol －
1＝782 kJ 的能量，拆
开13 mol N≡N 键和1 mol H —H 键时吸收的总能量为13 mol ×946 kJ·mol －1＋436 kJ≈751.33 kJ ，整个过程中的能量变化为放出能量，为782 kJ －751.33 kJ ＝30.67 kJ 。

方法二：由(1)知3 mol H 2生成NH 3需放出能量92 kJ ，则1 mol H 2生成NH 3需放出能量为92 kJ ×1
3≈30.67 kJ 。