2020人教版化学必修2 第2章 第1节 化学能与热能

第一节化学能与热能——————————————————————————————————————
[课标要求]
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。

3．了解化学能与热能的相互转化。

4．了解能量转化在生产、生活中的应用。

1．化学反应吸热还是放热决定于反应物总能量(E1)和生成物总能量(E2)的相对大小。

若E1>E2，则为放热反应；若E1<E2，则为吸热反应。

2．化学反应中，断裂反应物中化学键吸收能量为Q(吸)，形成生成物中化学键放出能量为Q(放)，则化学反应过程中的能量变为ΔQ＝Q(吸)－Q(放)，若ΔQ<0，为放热反应，若ΔQ>0，为吸热反应。

3．(1)常见的放热反应：所有燃烧反应，酸碱中和反应，金属与水、酸的反应，绝大多数化合反应。

(2)常见的吸热反应：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应，以C、H2、CO为还原剂的反应，大多数
分解反应。

4．物质具有的能量越低，物质的稳定性越强，即能量越低越稳定。

化学键与化学反应中能量变化的关系
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断裂和生成物中新化学键形成的过程。

(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)吸收436 kJ 能量，形成1 mol H —H 键(2H→H—H)放出436 kJ 能量；
b ．断裂4 mol C —H 键(CH 4→C＋4H)吸收1 660 kJ 能量，形成1 mol C —H 键(C ＋H→C—H)放出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断裂与形成。

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：反应放出能量；反应物总能量<生成物总能量：反应吸收能量。

(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：
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？ 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．H 2＋Cl 2=====点燃
2HCl 是放出能量还是吸收能量？
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。

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
2.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。

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
解析：选C 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。

化学能与热能的相互转化
1．两条基本的自然规律
(1)质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，总质量保持不变。

(2)能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，但体系包含的总能量不变。

2．化学能与热能的相互转化
(1)吸热反应和放热反应
①吸热反应：吸收热量的化学反应。

②放热反应：放出热量的化学反应。

(2)实验探究
①铝和稀盐酸的反应：
实验操作在一支试管中加入2～3 mL 6 mol·L－1的盐酸，再插入用砂纸打磨光的铝条，并用温度计测量溶液温度的变化
实验现象有气泡产生；用温度计测量，水银柱上升离子方程式2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑
实验结论活泼金属与酸的反应是放热反应
实验操作将约20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与约10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片上，用玻璃棒快速搅拌，闻气味，用手触摸杯壁下部，用手拿起烧杯
实验闻到刺激性气味；烧杯壁发凉；玻璃片和烧杯黏结在一起，混合物呈糊状
现象
化学
方程式
Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋
2NH3↑＋10H2
O
实验结论该反应是吸热反应
③中和反应——盐酸与氢氧化钠的反应：
实验
操作
在50 mL烧杯中加入20 mL 2 mol·L－1的盐酸，测其温度。

另用量筒量取
20 mL 2 mol·L－1NaOH溶液，测其温度，并缓缓地倒入烧杯中，边加边用
玻璃棒搅拌。

观察反应中溶液温度的变化过程，并作好记录
实验现象混合后溶液温度比原两种溶液的温度高
离子方程式H＋＋OH－===H2O
实验结论酸碱中和反应是放热反应
放热反应属于放热过程，但放热过程不一定是放热反应，如浓硫酸溶于水属于放热过程，但不是放热反应。

1．什么是放热反应和吸热反应？铝与盐酸的反应是放热反应还是吸热反应？
提示：放出热量的反应是放热反应，吸收热量的反应是吸热反应。

铝与盐酸的反应是放热反应。

2．有的化学反应需要加热，该反应是否是吸热反应？有的化学反应在常温下能够进行，该反应是否是放热反应？
提示：都不一定；原因是化学反应放热还是吸热取决于反应物和生成物具有总能量的相对大小，与反应是否加热无关。

3．放热反应一定容易发生，吸热反应一定不易发生吗？
提示：不一定。

反应放热和吸热与反应条件无关，有些放热反应必须加热才能发生，如木炭的燃烧；而有些吸热反应在常温下就能发生，如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应。

1．常见的放热反应和吸热反应
2．吸热反应和放热反应的判断方法
(1)根据反应物和生成物总能量的相对大小判断——决定因素。

若反应物的总能量大于生成物的总能量，属于放热反应，否则是吸热反应。

(2)根据化学键破坏或形成时的能量变化判断——用于计算。

若破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量，属于放热反应，否则是吸热反应。

(3)根据反应物和生成物的相对稳定性判断。

由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应，反之为吸热反应。

1．下列说法中正确的是( )
①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应②任何放热反应在常温条件下一定能发生③反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热④吸热反应在一定条件(如常温、加热等)下也能发生
A．①②B．②③
C．③④ D．②④
解析：选C 需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如木炭的燃烧，①错误；放热反应也需要在一定条件下才能发生，如可燃物的燃烧必须达到一定的着火点，②错误；反应放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小，③正确；放热反应和吸热反应都可能在一定条件下发生，反应开始时需要加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应，④正确。

2．下列反应属于吸热反应的是__________，属于放热反应的是________。

A．煤燃烧
B．Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl(固)反应
C．Zn和盐酸反应
D．NaOH溶液和盐酸混合
E．大理石分解
答案：BE ACD
人类对能源的利用
1．化学能与热能转化的应用
(1)化学能通过化学反应转化成热能，为人类的生存和发展提供了所需要的能量和动力，如化石燃料的燃烧、炸药开山、发射火箭等。

(2)热能转化为化学能是人们进行化学科学研究、研制新物质不可缺少的条件和途径，如高温冶炼金属、分解化合物等。

2．人类利用能源的三个阶段
柴草时期
主要能源树枝、杂草
主要贡献
推动了人类文明的进步，促进了人的进化和物质文
明的发展
化石能
源时期
主要能源化石燃料：煤、石油、天然气
主要贡献推动了近代产业革命，加速了现代工业化的进程多能源
结构时期
主要能源可再生能源和清洁能源(绿色能源)
主要贡献提高了能源的利用率，最大限度减少对环境的污染
1．有关能源的下列说法不正确的是( )
A．煤、石油、天然气均为化石能源
B．化石能源是非再生能源
C．氢能是可再生能源
D．氢能、核能均是无污染的高效能源
解析：选D 化石能源是非再生能源；氢能是可再生能源(可通过分解水得到氢气)，且是无污染的高效能源；核能利用的是核反应过程中释放的巨大能量，虽然高效，但会产生放射性物质，有一定的污染性，不过人们可以采用技术控制这种污染。

2.有专家指出，如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合，那么，不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。

如右图所示：
在此构想的物质循环中太阳能最终转化为( )
A．化学能B．热能
C．生物质能 D．电能
解析：选B 图中关键信息是利用太阳能使H2O、CO2、N2等重新组合，组合成可燃物，而可燃物燃烧后转化为燃烧产物并放出热量，产物又结合太阳能转化为燃料，如此循环，可知太阳能最终转化为燃料燃烧所释放出的热能。

[三级训练·节节过关]
1．下列说法中正确的是( )
A ．物质发生化学反应不一定都伴随有能量变化
B ．伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化
C ．在一个确定化学反应中，反应物总能量总是低于生成物总能量
D ．在一个确定化学反应中，反应物总能量总是高于生成物总能量
解析：选B 任何化学反应都伴随有能量变化，但有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如物质的三态变化，A 项错误，B 项正确；在一个确定的化学反应中，反应物总能量与生成物总能量一定不相等，但反应物总能量与生成物总能量的高低应根据反应的热效应确定，C 、D 项错误。

2．下列属于氧化还原反应，且为吸热反应的是( ) A ．CaO ＋H 2O===Ca(OH)2 B ．C ＋H 2O=====高温
CO ＋H 2 C ．Zn ＋2H ＋
===Zn 2＋
＋H 2↑ D ．2NaOH ＋H 2SO 4===Na 2SO 4＋2H 2O
解析：选B CaO ＋H 2O===Ca(OH)2和2NaOH ＋H 2SO 4===Na 2SO 4＋2H 2O 为非氧化还原反应；Zn ＋2H ＋
===Zn 2＋
＋H 2↑是放热的氧化还原反应；C ＋H 2O===CO ＋H 2是吸热的氧化还原反应。

3．下列各图中，表示放热反应的是( )
解析：选B 反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应是放热反应，则表示放热反应的是图像B 。

4.如图所示，对于A 生成C 的反应，下列所得结论正确的是( )
A ．该反应为吸热反应
B ．该反应进行时，一定有能量放出
C ．A 物质比C 物质稳定
D ．该反应肯定很容易，不需要加热就可以进行
解析：选B 据图可知，反应物A 的能量大于生成物C 的能量，该反应为放热反应，反应进行时，一定有能量释放，A 错误，B 正确；A 物质的能量高于C ，则A 不如C 稳定，C 错误；放热反应并不一定很容易进行， 也可能需加热等反应条件，D 错误。

5.(1)20世纪30年代，Eyring 和Pzer 在碰撞理论的基础上提出化学反应的过渡态理论：化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而
是在反应物到
生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。

如图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，说明这个反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，NO2和CO的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”)CO2和NO的总能量。

(2)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该反应________(填“是”或“不是”)吸热反应。

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。

解析：(1)根据图像可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放热；(2)1 mol石墨可转化为金刚石，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。

答案：(1)放热大于(2)①是②金刚石石墨
③金刚石。