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1、第2章 化學能與熱能 ●知識要點 一、化學鍵與化學反應中能量變化的關(guān)系 1．化學反應的實質(zhì) 化學反應的實質(zhì)是原子(或原子團)的重新組合，即反應物中化學鍵的 斷裂 和生成物中 化學鍵的形成 。 2．化學反應中能量變化的原因(微觀角度) (1)物質(zhì)中的原子(或原子團)之間是通過 化學鍵 相結(jié)合的。 (2)當物質(zhì)發(fā)生化學反應時，斷開反應物中的化學鍵要 吸收 能量，而形成生成物中的化學鍵要 放出 能量。 (3)化學鍵的 斷裂與形成 是化學反應中能量變化的主要原因。 (4)鍵能： 拆開1 mol某鍵所需的能量叫鍵能。 單位：kJ/mol。

2、例如：斷開H－H鍵要吸收能量436k 形成H－H鍵要放出能量436kJ。 1molCH4中含有4molC-H鍵，斷開1molC-H鍵要吸收415kJ熱量， 斷開1molCH4中的C-H鍵需要吸收4415=1660kJ。H2＋Cl2===2HCl (5)化學反應中能量變化的計算 以H2＋Cl2===2HCl為例： 斷裂化學鍵 吸收的能量 形成化學鍵 放出的能量 H2 Cl2 HCl 1 mol 化學鍵 436kJ 243kJ 431kJ 共吸收436kJ＋243kJ＝679kJ 共放出862kJ 679kJ－862 kJ＝－183

3、kJ， 即反應放出183kJ熱量 計算公式為ΔQ＝Q(吸)－Q(放) 特別提示：公式中Q(吸)表示反應物斷裂所有化學鍵吸收的能量和， (6)小結(jié)：一個化學反應是否為放熱還是吸熱取決于鍵能(微觀角度) Q(放)表示形成生成物所有化學鍵放出的能量和。 取決于所有斷鍵吸收的總能量與所有 形成新鍵放出的總能量的相對大小 放熱反應： 反應物總鍵能 < 生成物總鍵能 反應物總鍵能 > 生成物總鍵能 吸熱反應： 3．化學反應中能量變化的決定因素(宏觀角度) 能量守恒定律 (1)反

4、應物的總能量 大于 生成物的總能量，則化學反應放出能量，如圖 甲 所示； 放熱反應： 反應物 = 生成物 + 放出的能量 (2)反應物的總能量 小于 生成物的總能量，則化學反應吸收能量，如圖 乙 所示。 吸熱反應：反應物 + 吸收的能量 = 生成物 二、化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化 1．兩條基本的自然定律(兩個守恒)： 質(zhì)量守恒 定律、 能量守恒 定律。 2．吸熱反應和放熱反應 (1)定義 吸熱反應：吸收熱量的化學反應。 放熱反應：放出熱量的化學反應。 三、中和熱 中和熱的概念： 酸與堿發(fā)生中和反應生成1molH2O時所釋放的

5、能量 稱為中和熱。 注：①中和反應都放出熱量。 ② 稀溶液 中， 強酸 與 強堿 的中和熱為定值： 57.3 kJ/mol 。 ③弱酸與弱堿的中和熱偏 低 ，因為弱酸或弱堿電離過程會吸熱。 四、人類利用能源的三個階段 1．柴草時期 從火的發(fā)現(xiàn)至18世紀產(chǎn)業(yè)革命時期，均以 樹枝雜草 為主要能源。 2．化石能源時期 18世紀中期至現(xiàn)代，以 媒 、 石油 、 天然氣 為主要能源。 3．多能源結(jié)構(gòu)時期 這是將會出現(xiàn)的能源利用的新時期?？稍偕茉春颓鍧嵞茉?綠色能源)將成為新能源的主力軍。 ●知識點撥 一、常見的放熱反應和吸熱反應

6、1．吸熱反應 (1)大多數(shù)的分解反應、分子分解成原子；如NH4ClHCl↑＋NH3↑ (2)一些晶體的反應；如Ba(OH)28H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3H2O＋8H2O (3)C＋CO22CO； (4)以C、H2、CO為還原劑的氧化還原反應； 如C＋2CuO2Cu＋CO2↑ C＋H2OCO↑＋H2↑ 2．放熱反應 (1)一切燃燒反應； (2)活潑金屬與酸或水的反應； (3)酸堿中和反應； (4)大多數(shù)化合反應(但有些化合反應是吸熱反應，如N2＋O2===2NO等)、原子合成分子； (5)物質(zhì)的緩慢氧化。 三、中和熱的測定 1．實驗用品

7、(1)儀器：大燒杯(500mL)、小燒杯(100mL)、溫度計、量筒(50mL)兩個，泡沫塑料或紙條、 泡沫塑料板或硬紙板(中心有兩個小孔)，環(huán)形玻璃攪拌棒。 (2)試劑：0.50mol/L鹽酸、0.55mol/L NaOH溶液。 2．實驗步驟 (1)在大燒杯底部墊泡沫塑料(或紙條)使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平，然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料(或紙條)，大燒杯上用泡沫塑料板(或硬紙板)作蓋板，在板中間開兩個小孔，正好使溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒通過，以達到保溫、隔熱、減少實驗過程中熱量損失的目的，如圖所示。該實驗也可在保溫杯中進行。 (2)用一個量筒量取50mL

8、 0.50mol/L鹽酸，倒入小燒杯中，并用溫度計測量鹽酸的溫度，記入下表。然后把溫度計上的酸用水沖洗干凈。 (3)用另一個量筒量取50mL 0.55mol/L NaOH溶液，并用溫度計測量 NaOH溶液的溫度，記入下表。 (4)把溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒伸入小燒杯的鹽酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯(注意不要灑到外面)。用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動溶液，并準確讀取混合溶液的最高溫度，記為終止溫度，記入表中。 (5)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算中和熱。 3．“中和熱”測定實驗的注意事項 (1)防熱量散失。 ①裝置保溫隔熱的效果一定要好，在兩燒杯之間一定要塞滿碎泡沫塑料(或紙

9、條)； ②小燒杯杯口與大燒杯杯口相平； ③泡沫塑料板上的兩個小孔要恰好使溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒通過； ④操作時動作要迅速，NaOH溶液要一次倒入小燒杯中，且不能灑在外面。 (2)濃度小，量取準。 鹽酸和NaOH溶液的配制必須準確，并且兩種溶液的濃度宜小不宜大；所用的鹽酸和NaOH溶液配制好后要充分冷卻到室溫，才可使用；鹽酸和NaOH溶液的體積必須度量準確。 (3)溫度計讀數(shù)要準確。 ①使用同一支溫度計分別先后測量酸、堿及混合液的溫度時，測定一種溶液后必須用水沖凈并用濾紙擦干。 ②溫度計的水銀球部分要完全浸入溶液中，且要穩(wěn)定一段時間再讀數(shù)。 (4)為了使中和反應能完全進行，酸和

10、堿中應有一種溶液稍過量。 四、能源 能源就是能提供能量的自然資源，它是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎。 能源分為一級能源和二級能源。自然界中以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一級能源，如煤炭、石油、天然氣、水能、風能、太陽能、地熱能等；需要依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二級能源，如電能、氫能、沼氣、煤氣等。 能源又可分為傳統(tǒng)能源和新能源。煤炭、石油、天然氣等都屬于傳統(tǒng)能源，太陽能、氫能、生物能等都屬于新能源。現(xiàn)在正在探索的新能源主要有太陽能、氫能、風能、地熱能、海洋能和生物能等。它們資源豐富，可以再生，沒有污染或污染很小，很可能成為未來的主要能源。 五、化石燃料的利弊與新能源的開發(fā)

11、1．重要的化石燃料：煤、石油、天然氣。 2．煤作燃料的利弊問題。 (1)煤是重要的化工原料，把煤作燃料直接燃燒浪費能源，應該綜合利用； (2)煤直接燃燒時產(chǎn)生SO2等有毒氣體和煙塵，對環(huán)境造成嚴重污染； (3)煤作為固體燃料，燃燒反應速率小，熱效率低，且運輸不方便； (4)可以通過清潔煤技術(shù)，如煤的液化和氣化以及實行煙氣凈化脫硫等，大大減少燃煤對環(huán)境造成的 污染，提高燃料的熱利用率。 目前使用的化石燃料燃燒時由于會產(chǎn)生有毒的SO2等氣體，所以燃料使用前應進行脫硫處理。 常用的方法為“鈣基固硫”，所涉及的化學反應有： CaO＋SO2===CaSO3 2Ca

12、SO3＋O2===2CaSO4 ●課堂練習 【例1】（雙選）根據(jù)下面的信息，判斷下列敘述中正確的是(　　) A．氫氣跟氧氣反應生成水的同時釋放能量 B．氫氣跟氧氣反應生成水的同時吸收能量 C．1molH2跟1/2molO2反應生成1molH2O一定釋放能量245kJ D．2molH2(g)跟1molO2(g)反應生成2molH2O(g)釋放能量490kJ 【變式訓練1】　斷開1molH—H鍵，1molN—H鍵，1mol N≡N鍵分別需要吸收的能量為436kJ,391kJ,946kJ。求： (1)1molN2生成NH3需__ (填“吸收”或“放出”)能量 ____

13、 kJ。 (2)1molH2生成NH3需____ 填“吸收”或“放出”)能量 ___ kJ。(不考慮可逆反應) 【例2】　下列說法正確的是(　　) A．任何化學反應都伴隨著能量的變化 B．H2O(g)―→H2O(l)該過程放出大量的熱，所以該過程是化學變化 C．化學反應中能量的變化都表現(xiàn)為熱量的變化 D．對于如右圖所示的過程，是吸收能量的過程 【變式訓練2】　已知化學反應2C(s)＋O2(g)===2CO(g)、2CO(g)＋O2===2CO2(g)都是放熱反應。據(jù)此判斷，下列說法不正確的是(其他條件相同)(　　) A．12gC所具有的能量一定高于28g CO所具

14、有的能量 B．56gCO和32g O2所具有的總能量大于88g CO2所具有的總能量 C．12gC和32g O2所具有的總能量大于44g CO2所具有的總能量 D．將一定量的C燃燒，生成CO2比生成CO時放出的熱量多 【例3】　下列變化中屬于吸熱反應的是(　　) ①液態(tài)水汽化 ?、趯⒛懙\加熱變?yōu)榘咨勰? ③苛性鈉固體溶于水　 ④氯酸鉀分解制氧氣　⑤生石灰跟水反應生成熟石灰　 ⑥干冰升華 A．①④　　　　 B．②④ C．③⑤ D．④⑥ 【變式訓練3】　下列有關(guān)化學反應中能量變化的敘述中正確的是 (　　) A．只要是在加熱的條件下

15、進行的反應就是吸熱反應 B．只要是在常溫的條件下進行的反應就是放熱反應 C．中和反應和燃燒反應是放熱反應，水解反應—般是吸熱反應 D．如果反應物的總能量低于生成物的總能量，該反應一定是放熱反應 【變式訓練4】　根據(jù)以下敘述，回答下列各小題。 能源可劃分為一級能源和二級能源。自然界中以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一級能源；需依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二級能源。氫氣是一種高效而沒有污染的二級能源，它可以由自然界中大量存在的水來制取：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)；每分解2mol H2O(l)吸收517.6kJ熱量。 (1)（雙選）下列敘述正確的是(　　) A．電能是

16、二級能源　　 　B．水力是二級能源 C．天然氣是一級能源 D．用植物秸稈生產(chǎn)的沼氣(主要成分是CH4)是一級能源 (2)已知：CH4(g)＋2O2(g)===2H2O(l)＋CO2(g)；每1mol CH4(g)完全燃燒放出890.3kJ熱量。 ①1gH2(g)和1gCH4(g)分別完全燃燒，生成的水呈液態(tài)，生成的二氧化碳呈氣態(tài)，放出的熱量之比約是(　　) A．1:3.4 B．1:1.7 C．2.3:1 D．4.6:1 ②“西氣東輸”工程給無數(shù)家庭的生活帶來了很大的方便。假設用于家庭燒飯燃料的天然氣是純凈的CH4氣體。

17、實驗測得，在燃氣管出氣口處通過16g CH4氣體并燃燒，被加熱的器具所獲得的熱量總是小于890.3kJ。請說出兩條主要的原因 燃燒生成的水呈氣態(tài)，水蒸氣和二氧化碳氣體揮發(fā)帶走熱量；有一部分甲烷未燃燒；有部分甲烷 燃燒生成了一氧化碳和水 。 課后練習 1．在研究物質(zhì)變化時，人們可以從不同的角度、不同的層面來認識物質(zhì)變化時所引起的化學鍵及能量變化，據(jù)此判斷以下敘述中錯誤的是 (　　) A．金屬鈉與氯氣反應生成氯化鈉后，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性增強，體系的能量降低 B．物質(zhì)燃燒可看成“儲存”在物質(zhì)內(nèi)部的能量(化學能)轉(zhuǎn)化為熱能釋放出來 C．氮分子內(nèi)部存在著很強的

18、共價鍵，故通常情況下氮氣化學性質(zhì)很活潑 D．需要加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸收能量的反應 2．（雙選）下列有關(guān)能量轉(zhuǎn)換的說法正確的是 (　　) A．煤燃燒是化學能轉(zhuǎn)化為熱能的過程 B．化石燃料和植物燃料燃燒時放出的能量均來源于太陽能 C．動物體內(nèi)葡萄糖被氧化成二氧化碳是熱能轉(zhuǎn)化為化學能的過程 D．植物通過光合作用將CO2轉(zhuǎn)化為葡萄糖是太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的過程 3．已知1gH2完全燃燒生成水蒸氣時放出熱量121kJ，且氧氣中1molO===O鍵完全斷裂時吸收熱量496kJ，水蒸氣中1molH—O鍵形成時放出熱量463kJ，則氫氣中1mol H—H斷裂時吸收熱量為(　　) A．

19、920kJ B．557kJ C．436kJ D．188kJ 4．下列反應中生成物總能量高于反應物總能量的是(　　) A．碳酸鈣受熱分解 B．乙醇燃燒 C．鋁粉與氧化鐵粉末反應 D．氧化鈣溶于水 6．下列說法正確的是(　　) A．干冰升華吸收大量的熱，這就是化學反應中的吸熱反應 B．電解Al2O3制取Al是吸熱反應，則Al在O2中燃燒是放熱反應 C．木炭在常溫下不燃燒，加熱才能燃燒，說明木炭燃燒是吸熱反應 D．人類利用的能源都是通過化學反應獲得的 7．下列說法中正確的是(　　) A．物質(zhì)發(fā)生化學反應時

20、都伴隨著能量變化，伴隨能量變化的物質(zhì)變化一定是化學變化 B．需要加熱的化學反應一定是吸熱反應，不需要加熱就能進行的反應一定是放熱反應 C．吸熱反應就是反應物的總能量比生成物的總能量高；也可以理解為化學鍵斷裂時吸收的能量比化學鍵形成時放出的能量多 D．因為3O2===2O3是吸熱反應，所以臭氧比氧氣的化學性質(zhì)更活潑 8．下列有關(guān)化學反應類型與物質(zhì)總能量及物質(zhì)化學鍵總鍵能說法正確的是(　　) A．反應物總能量大于產(chǎn)物總能量為吸熱反應 B．某一化學反應，反應物與產(chǎn)物的總能量及化學鍵總鍵能大小比較是一致的 C．某物質(zhì)化學鍵鍵能越大，則該物質(zhì)越活潑 D．反應物化學鍵總鍵能大于產(chǎn)物化學鍵總

21、鍵能為吸熱反應 9.如圖所示，把試管放入盛有25℃飽和澄清石灰水的燒杯中，試管開始放入幾小塊鎂片，再用滴管滴入5mL鹽酸于試管中。試回答下列問題： (1)實驗中觀察到的現(xiàn)象是: 鎂片上有大量氣泡產(chǎn)生，鎂片逐漸溶解；燒杯中溶液變渾濁 。 (2)產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是 鎂與鹽酸反應產(chǎn)生氫氣，該反應為放熱反應，Ca(OH)2在水中的溶解度隨溫度升高而減小，故析出Ca(OH)2晶體 。 (3)寫出有關(guān)反應的離子方程式Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑ 。 (4)由實驗推知，MgCl2溶液和H2的總能量 (填“大于”、“小于”或“等于

22、”)鎂片和鹽酸的總能量。 題9圖： 題10圖 ： 10．在化學反應中，只有極少數(shù)能量比平均能量高得多的反應物分子發(fā)生碰撞時才可能發(fā)生化學反應，這些分子被稱為活化分子。使普通分子變成活化分子所需提供的最低限度的能量叫活化能，其單位通常用kJmol－1表示。請認真觀察下圖，然后回答問題。 (1)圖中所示反應是 (填“吸熱”或“放熱”)反應。 (2)已知拆開1mol H—H鍵、1mol I—I、1mol H—I鍵分別需要吸收的能量為436kJ、151kJ、299kJ。則由1mol氫氣和1mol 碘反應生成HI會 (填“放出”或“吸收”) kJ的熱量。在化學反應過程中，是將 轉(zhuǎn)化為 。 (3)下列反應中，屬于放熱反應的是 ，屬于吸熱反應的是 。 ①物質(zhì)燃燒 ②炸藥爆炸 ③酸堿中和反應 ④二氧化碳通過熾熱的碳 ⑤食物因氧化而腐敗 ⑥Ba(OH)28H2O與NH4Cl反應 ⑦鐵粉與稀鹽酸反應 7