2017-2018学年人教版必修2 第2章第1节 化学能与热能(第1课时) 学案

第一节化学能与热能第1课时化学键与化学反应中能量变化的关系[学习目标定位] 1.运用微观的思想，从反应物分子和生成物分子中化学键变化的角度，在本质上认识物质变化与能量变化的关系。

2.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，知道化学反应中的能量变化和物质具有的能量之间的关系。

一、断开或形成1 mol某化学键的能量变化1.化学反应的本质是原子(或原子团)的重新组合，即反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。

2.物质中的原子之间是通过化学键结合的。

断开反应物中的化学键要吸收能量，形成生成物中的化学键要放出能量。

3.断开或形成1 mol H2中化学键的能量变化(1)在1 mol氢分子中，含有2 mol氢原子，含有1 mol H—H键。

(2)已知在25 ℃和101 kPa的条件下，由2 mol H原子形成1 mol H—H键时，放出436 kJ的能量。

若要使1 mol氢分子变为2 mol氢原子时，需要断开1 mol H—H键，其能量变化是吸收436 kJ的能量。

4.断开或形成1 mol CH4中化学键的能量变化(1)CH4的电子式是，结构式是，1 mol CH4分子中含有4 mol C—H键。

(2)在CH4中，断开1 mol C—H键要吸收415 kJ的能量。

若要形成1 mol CH4中的C—H键，其能量变化是放出4 mol×415 kJ·mol－1＝1 660 kJ的能量。

在25 ℃和101 kPa的条件下，由原子形成1 mol化学键时所放出的能量，与断开1 mol相同化学键所吸收的能量是相等的。

1.键能是指在25 ℃、101 kPa的条件下，将1 mol理想气体分子AB拆分为中性气态原子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 H2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431 kJ·mol－1，下列叙述正确的是(填字母，下同)。

A.每生成1 mol H—Cl键要放出431 kJ的能量B.每生成1 mol H—Cl键要吸收431 kJ的能量C.每拆开1 mol H —Cl 键要放出431 kJ 的能量D.每拆开1 mol H —Cl 键要吸收431 kJ 的能量(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.HFB.HClC.HBrD.H 2答案 (1)AD (2)A解析 由题目所给信息可知，键能是指将1 mol 理想气体分子拆分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。

2.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 键断裂时吸收的能量为( ) A.920 kJ B.557 kJ C.436 kJ D.188 kJ答案 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 ＋12×496 kJ －2×463 kJ ＝－242 kJ ，Q ＝436 kJ 。

二、化学反应中的能量变化1.化学反应包含两个过程，一是要断开反应物中的化学键，这一过程需要克服原子间的相互作用，因此要吸收能量；二是要形成生成物中的化学键，这一过程会释放能量。

因此，化学键的断裂和形成是化学反应中发生能量变化的主要原因。

2.化学反应中存在两大变化，即物质变化和能量变化。

由于断开不同的化学键吸收的能量不同，形成不同的化学键释放的能量也不同，所以化学反应中总会伴有能量的变化，最终的反应结果表现为吸收能量和放出能量。

3.化学反应中发生能量变化的两种类型：放出能量和吸收能量。

(1)从化学键的角度理解以2H 2＋O 2=====点燃2H 2O 为例：(已知断开1 mol H —H 键吸收能量436 kJ ，断开1 mol O===O 键吸收能量496 kJ ，断开1 mol H —O 键吸收能量463 kJ)则1 mol H 2完全燃烧放出的能量为(4×463 kJ)/2－(2×436 kJ ＋496 kJ)/2＝242 kJ 。

结论：化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂和形成。

(2)从物质储存化学能的角度理解结论：化学反应中的能量变化决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。

1.各种物质都储存有化学能，不同的物质所储存的化学能不同。

化学反应中，物质发生了变化，化学能也随之而改变，化学反应过程中吸收或放出能量可用下图形象地表示：2.物质具有的能量越低，断开其中的化学键需要的能量越多，该物质越稳定；物质具有的能量越高，断开其中的化学键需要的能量越少，该物质越不稳定。

3.已知在高温、高压、催化剂作用下，1 mol 石墨转化为金刚石，吸收1.9 kJ 的热量。

(1)石墨转化为金刚石属于 变化。

(2)石墨和金刚石相比， 能量高， 更稳定。

(3)推测石墨与金刚石各1 mol 在相同条件下燃烧， 放出的热量多。

答案 (1)化学 (2)金刚石 石墨 (3)金刚石解析 同素异形体之间的转化是化学变化；1 mol 石墨转化为金刚石，该反应吸收1.9 kJ 的热量，属于吸热反应，金刚石的能量高，石墨的能量低，故石墨更稳定；石墨与金刚石各1 mol 在相同条件下燃烧时金刚石放出的热量多。

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 答案 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 2CO 放热、CO ――→O 2CO 2放热，所以C ――→O 2CO 2比C ――→O 2CO 放出的热量要多，即D 项说法正确。

易错警示 化学变化过程中肯定会伴有能量的变化，但伴有能量变化的过程不一定是化学变化。

化学变化过程中既有能量变化又有物质变化。

1.判断下列说法的正误，正确的在括号内划“√”，错误的在括号内划“×”。

(1)所有化学反应必然引起物质状态的变化( )(2)不同的化学反应放出或吸收的能量一般是不相同的( )(3)同一化学反应中反应物的用量不同时，放出或吸收的能量却相同( ) (4)放出能量越多的反应，通常生成物越不稳定( )(5)因为氢气在氧气中燃烧是放出能量的，所以水的分解反应一定是吸收能量的( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)√解析 (4)放出能量越多的反应，说明生成物的能量越低，生成物越稳定。

2.下列说法正确的是( )A.物质发生化学反应时都伴随着能量变化B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化C.在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定相同D.在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量 答案 A解析 物质发生化学反应时都伴随着能量变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如物质发生核变(如原子弹的爆炸)时也伴有能量变化。

在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量(设为x )与生成物的总能量(设为y )之间的关系：①x ＞y ，化学反应为放热反应；②x ＜y ，化学反应为吸热反应。

3.下列说法正确的是( )A.任何化学反应都伴随着能量的变化B.H 2O(g)===H 2O(l)该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化C.化学反应中能量的变化都表现为热量的变化D.对于如图所示的过程，是吸收能量的过程答案 A解析 任何化学反应都有能量的变化，但有能量变化的过程不一定是化学变化，如物质的三态变化，虽然存在能量变化，但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成，故不是化学变化，所以A 项正确，B 项错误；化学反应中能量变化的形式有多种，除热能外，还有光能、电能等，C 项错误；由图像知，该过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该过程中放出了能量，D 项错误。

4.已知反应A 2＋B 2===2AB ，破坏1 mol A 2中的化学键消耗的能量为Q 1 kJ ，破坏1 mol B 2中的化学键消耗的能量为 Q 2 kJ ，形成1 mol AB 中的化学键释放的能量为Q 3 kJ ，则下列说法正确的是( )A.若A 2和B 2的总能量之和大于生成的AB 的总能量，则反应放热B.若A 2和B 2的总能量之和小于生成的AB 的总能量，则反应放热C.若该反应放出能量，则Q 1＋Q 2＞Q 3D.若该反应吸收能量，则Q 1＋Q 2<Q 3 答案 A解析 若反应物总能量之和大于生成物总能量之和，则反应放热，反之，反应吸热。

若破坏反应物化学键消耗的能量小于形成生成物化学键释放的能量，则反应放热，反之，反应吸热。

5.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 N 2完全反应生成NH 3需 (填“吸收”或“放出”)能量 kJ 。

(2)1 mol H 2完全反应生成NH 3需 (填“吸收”或“放出”)能量 kJ(不考虑可逆反应)。

答案 (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。