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高一化学化学键与化学反应2


第 2 课时

化学键与化学反应中的能量变化
基础梳理

一、化学反应中能量变化的实质 1.化学反应中存在能量变化的原因 物质中原子之间是通过化学键相结合的。 在化学反应过程 中,破坏旧化学键,需要 吸收 能量,在形成新化学键时, 要 释放 能量。因此,在化学反应中,不仅有 物质变化 , 而且伴随着 能量变化 。

2.完成下列表格 1 mol氢气燃烧生成水蒸气时的能量变化 1 mol H2的共 吸收 436 kJ 价键断裂 能量 1 mol H2燃烧生成 水蒸气的反应过程 中释放(填“吸收” 或“释放”)245kJ

0.5 mol O2的 吸收 249 kJ
共价键断裂 能量 释放 930 kJ 能量

形成1 mol
H2O(g)的共价 键

能量

你计算的方法是: 断裂 1 mol H2 和 0.5 mol O2 中的共价

键需要吸收的能量是 436 kJ+249 kJ=685 kJ,与形成 1 mol H2O(g)的共价键释放出的 930 kJ 能量相比,吸收 的能量小于放出的能量,所以 1 mol H2 燃烧生成水蒸气 时是释放能量,释放的能量为 930 kJ-685 kJ=245 kJ。
3.化学反应中存在能量变化的实质 (1)形成新化学键释放的能量大于断裂旧化学键所需要 吸收的能量,则该反应 释放 (填“吸收”或“释放”, 下同)能量; (2)形成新化学键释放的能量小于断裂旧化学键所需要吸 收的能量,则该反应 吸收 能量。

归纳提升

(1)从物质内部贮存能量多少的角度来看, 反应

放热的原因是反应物所具有的能量高于生成物所具有的 总能量; 反应吸热的原因是生成物所具有的总能量高于反 应物所具有的总能量。 下图所示是化学变化过程的能量变 化,请完成下列空格:

能量变化是 释放 能量 能量变化是 吸收 能量 旧化学键断裂 (吸收能量E1) (2)反应物 生成物 新化学键形成 (释放能量E2) E1>E2 E1<E2 反应吸收能量 反应释放能量

二、常见的吸收和释放能量的反应 1.释放能量的反应主要有 (1) 燃烧 反应,如木炭、CH4、H2、CO 等在空气中的 燃烧,H2 在 Cl2 中燃烧等; (2) 化合 反应; (3) 中和 反应; (4)金属与酸的反应。 2.吸收能量的反应常见的有 (1)大多数分解反应, 如 CaCO3=====CaO+CO2↑等; (2)Ba(OH)2· 8H2O 晶体与 NH4Cl 晶体反应; (3)C 与水蒸气反应、C 与 CO2 反应等。 高温

思维拓展 1.需要加热的反应一定是吸收能量的反应吗?

提示 不一定,如 Fe 与 S 反应需要加热,但属于释放 能量的反应。

三、化学能与其他形式的能量的转化关系 化学反应的过程就是“储存”在物质内部的能量 (化学)转化为 热 能、电 能或 光 能等释放出来,或者 是 热 能、 电 能或 光 能等转化为物质内部的能量(化 学能)被“储存”起来的过程。

思维拓展 2.化学反应中能量全部表现为热能和光能吗?

提示

不是,化学反应中能量还可以以电能等其他形

式表现出来。

随堂训练
1.下列对化学反应的认识错误的是 A.会引起化学键的变化 B.会产生新的物质 C.必然引起物质状态的变化 D.必然伴随着能量的变化
解析 在化学反应中,在发生物质变化的同时也伴随着能 量变化。物质变化的过程中一定有旧化学键断裂和新化学 键形成,一定会产生新的物质。在化学反应中,物质的状 态不一定发生变化,例如,H2 与 Cl2 反应生成 HCl。

( C)

2.下列有关能量转换的说法正确的是 A.煤燃烧是化学能转化为热能的过程

( A )

B.在化学变化中,反应物的化学能只能以热能的形式 释放出来 C.动物体内葡萄糖被氧化成 CO2 是热能转变成化学 能的过程 D.植物通过光合作用将 CO2 转化为葡萄糖是太阳能 转变成热能的过程
解析 对于放热反应,反应物的化学能以热能、光能、电能 等形式释放出来;对于吸热反应,热能、光能、电能等转化 为生成物的化学能,B 项错误;葡萄糖被氧化放出热量,是 化学能转化为热能,C 项错误;植物光合作用是将太阳能转 变为化学能,D 项错误。

3.下列说法正确的是 A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B.放热反应在常温下一定很容易发生

( C )

C. 反应放热还是吸热, 应看反应物和生成物所具有的 总能量的相对大小 D.吸热反应在常温下不能发生
解析 化学反应的能量变化通常表现为热量变化——放热或 吸热。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,不能根据反应条件来判断反应是吸热 还是放热。需要加热的反应可能是吸热反应(如 CaCO3 的分 解),也可能是放热反应(如煤的燃烧)。有的放热反应在常温 下不能发生,如 Fe 与 S 的反应;有的吸热反应在常温下也能 发生,如 Ca(OH)2· 8H2O 与 NH4Cl 固体的反应。

点燃 点燃 4.已知反应 2C+O2=====2CO,2CO+O2=====2CO2 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) 量 B.56 g CO 和 32 g O2 所具有的总能量大于 88 g CO2 所具有的总能量 C.12 g C 和 32 g O2 所具有的总能量大于 44 g CO2 所 具有的总能量 D. 将一定质量的 C 燃烧, 生成 CO2 时比生成 CO 时放 出的热量多 ( ) A.12 g C 所具有的能量一定高于 28 g CO 所具有的能

解析

在放热反应中,反应物所具有的总能量一定高于生

成物所具有的总能量。C、CO 的燃烧都是放热反应,由此 可知 B、C 两项的说法均正确。12 g C 和 16 g O2 所具有的 能量一定高于 28 g CO 所具有的能量,但 12 g C 所具有的 能量不一定比 28 g CO 所具有的能量高,故 A 项错误;由 于 C—→CO 放出热量,CO—→CO2 放出热量,所以相同 质量的 C 燃烧生成 CO2 比生成 CO 时放出的热量多,D 项 正确。 答案 A

5.如图所示,把试管放入盛有 25℃的饱和澄清石灰水的 烧杯中, 试管开始放入几小块镁片, 再用滴管滴入 5 mL 盐酸于试管中,试回答下列问题:

(1)实验中观察到的现象是____________________________ ________________________________________________。 (2)产生上述现象的原因是____________________________ _________________________________________________。 (3)写出有关反应的离子方程式:______________________ _________________________________________________。 (4)由实验推知,MgCl2 溶液和 H2 的总能量 于” 、 “小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。 (填“大

解析

镁片与盐酸的反应是放热反应, 是由于反应物(Mg 和

盐酸)的总能量高于生成物(MgCl2 和 H2)的总能量。放出的 热通过小试管传递给饱和石灰水溶液, 使饱和石灰水的溶解 度下降而析出 Ca(OH)2 晶体。
答案 (1)①镁片上有大量气泡产生;②镁片逐渐溶解;③烧 杯中析出晶体 (2)镁与盐酸反应产生氢气,该反应为放热反应,Ca(OH)2 在 水中的溶解度随温度的升高而减小,故析出 Ca(OH)2 晶体 (3)Mg+2H ===Mg2 +H2↑
+ +

(4)小于

课时作业
基础达标 1.下列变化中属于吸热反应的是 ①液态水汽化 硫酸稀释 A.①④
解析

( D ) ③浓 ⑤生石灰跟水反 D.②④

②将胆矾加热变为白色粉末

④氯酸钾分解制氧气 B.②③

应生成熟石灰 C.①④⑤
⑤是放热反应,②④是吸热反应,液态水汽化、浓

硫酸稀释都不是化学反应。

2.对下列化学反应的热现象的说法不正确的是 ①放热反应发生时不必加热 定有能量变化 放热反应不加热就会发生 A.①②
解析

( C )

②化学反应过程中一 ④化学反应吸收或放出

③吸热反应需要加热后才能发生,

热量的多少与参加反应的物质的多少有关 B.②③ C.①③ D.②④
本题主要考查对化学反应中能量变化知识的理解。

有很多放热反应也需要加热,如燃烧反应大多需要点燃, 不能从是否需要加热的角度来判断吸热反应和放热反应。 不同的物质所具有的能量不同,只要物质发生变化,能量 就会变化,能量变化的多少与参加反应的物质多少成正比 例。

3.氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。在反应过程中, 断裂 1 mol 氢气中的化学键消耗的能量为 Q1 kJ,断裂 1 mol 氯气中的化学键消耗的能量为 Q2 kJ,形成 1 mol 氯化氢中的化学键释放的能量为 Q3 kJ, 下列关系式正确 的是 A.Q1+Q2>Q3 C.Q1+Q2<Q3 ( B.Q1+Q2>2Q3 D.Q1+Q2<2Q3 )

解析

题目信息分析:信息①,“氢气在氯气中燃烧”,

该信息中的“燃烧”说明该反应是一个释放热量的反应, 因此形成新化学键释放的能量 (E2) 一定大于断裂旧化学 键所吸收的能量(E1), 即 E2>E1; 信息②, “断裂 1 mol H2 中的化学键消耗的能量为 Q1 kJ, 断裂 1 mol Cl2 中的化学 键消耗的能量为 Q2 kJ,形成 1 mol HCl 中的化学键释放 的能量为 Q3 kJ”,则有 Q1+Q2=E1,2Q3=E2。由上述两 个信息分析得出结论:Q1+Q2<2Q3。 答案 D

4.把下列物质分别加入装有水的锥形瓶里立即 塞紧 U 形管的塞子,已知 U 形管内预先装有 少量水(为使水容易观察,预先染成红色)。如 图所示,结果 U 型管右边液面升高,则加入 的物质可能是 ①NaOH 固体 ④Na2O2 A.①②④⑤ C.②③⑤ ②浓 H2SO4 ⑤生石灰 B.①②③ D.③④⑤ ( A ) ③NH4NO3 晶体

解析

左侧气体体积增大,或因气体量多,或因温度升

高膨胀,NaOH、浓 H2SO4 溶于水放热,NH4NO3 溶于 水吸热,而 CaO 与水的反应为剧烈的放热反应。

5.已知反应 A2+B2===2AB,破坏 1 mol A2 中的化学键消 耗的能量为 Q1 kJ,破坏 1 mol B2 中的化学键消耗的能 量为 Q2 kJ,形成 1 mol AB 中的化学键释放的能量为 Q3 kJ,则下列说法正确的是 则反应放热 ②若 A2 和 B2 的总能量之和小于生成的 AB 的总能量, 则反应放热 ③若该反应为放热反应,则 Q1+Q2<Q3 ④若该反应为吸热反应,则 Q1+Q2>2Q3 A.①③ B.①④ C.②③ D.②④ ( ) ①若 A2 和 B2 的总能量之和大于生成的 AB 的总能量,

解析

若反应物的总能量大于生成物的总能量,则反应

放热,反之,反应吸热,①正确,②错误;若破坏反应 物化学键消耗的能量小于形成生成物的化学键释放的能 量,则反应放热,反之反应吸热,故④正确。 答案 B

6.如下图,表示正反应是吸热反应的是

( A )

解析

解决本题的关键是看清图象的起止点,若反应物

的总能量高于生成物的总能量,则为放热反应,反之, 则为吸热反应。

7.氢气在氯气中燃烧是一个释放热量的反应。在反应过程 中,断裂 1 mol H2 中的化学键消耗的能量和断裂 1 mol Cl2 中的化学键消耗的能量之和为 E1,形成 2 mol HCl 中的化学键释放的能量为 E2,其中 E2>E1,那么(E2- E1)这部分能量的去向是 A.热能 B.热能和光能 C.HCl 中的化学能 D.热能、光能和 HCl 中的化学能 ( B )

解析

氢气在氯气中燃烧释放热量,所以形成 HCl 中

化学键所释放的能量与断裂 H2、 Cl2 中化学键所消耗能 量的差值中,大部分以热能的形式释放,另外一小部 分以光能的形式释放。

能力提升 8.键能是指断裂 1 mol 化学键形成气态原子时吸收的能量 (kJ),单位为 kJ· mol-1。已知 H2、Cl2、HCl 的键能依次 为 436 kJ· mol-1、243 kJ· mol-1、431 kJ· mol-1。预测反应 H2 + Cl2===2HCl 是放热还是吸热? ________ ;理由是 _____________________________________________ _______________________________________________。

解析 本题引入了“键能”这一概念,根据题意,1 mol H2 与 1 mol Cl2 反应生成 2 mol HCl, 断裂 1 mol H2 和 1 mol Cl2 中的共价键需要吸收的能量为 E1=436 kJ+243 kJ= 679 kJ, 形成 2 mol HCl 中的共价键释放的能量为 E2=431 kJ×2=862 kJ。E2>E1,说明该反应是放热反应。

答案

放热

形成新化学键所释放的能量大于断裂旧化

学键所吸收的能量

9.在研究化学反应中的能量变化时,我们通常做下面的 实验:

在 一 个 小 烧 杯 里 , 加 入 20 g 已 研 磨 成 粉 末 的 Ba(OH)2· 8H2O,将小烧杯放在事先已滴有 3~4 滴水 的玻璃片上,然后向烧杯中加入约 10 g NH4Cl 晶体, 根据实验步骤,填写下表,并回答问题。

实验步骤 将晶体混合,立即快速 搅拌 用手摸烧杯下部

实验现象及结论 有刺激性气味能使湿润的紫色 石蕊试纸变蓝的________产生 感觉烧杯变凉说明此反应是 ________反应 烧杯下面的带有几滴水的玻璃 片粘到了烧杯底部 玻璃片脱离上面烧杯底部 混合物成糊状,证明有______ 生成

用手拿起烧杯
将粘有玻璃片的烧杯放 在盛有热水的烧杯上 反应后移走多孔塑料片 观察反应物

(1)写出实验过程中发生反应的化学方程式:____________ _________________________________________________。 (2)实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是___________ _________________________________________________。 (3)在上述实验过程中,你认为是否有不妥之处?若有,请 指出并写出改进方法,若没有,此问不用作答___________ _________________________________________________。

解析 该实验成功的关键是在短时间内反应充分进行, 使 体系温度快速降低, 玻璃片上的水凝固。 该反应属固体之 间的反应,且要求反应时间短,故一定将 Ba(OH)2 晶体研 磨成粉末,便于与 NH4Cl 充分接触,另外,晶体混合后 要立即用玻璃棒快速搅拌混合物。 在反应过程中有刺激性 气味的 NH3 产生,会造成环境污染,所以要吸收 NH3, 但不能用挥发性酸吸收,故选用稀 H2SO4。

答案

NH3

吸热



(1)Ba(OH)2· 8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3· H2O+8H2O (2)使反应物迅速混合而充分反应,使温度迅速下降 (3)反应过程中产生对人体有害的气体,会对环境造成污 染, 故应用浸有稀 H2SO4 的棉花覆盖在多孔塑料片上来吸 收产生的 NH3

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