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第六章 化學反應與能量
第一節 化學反應與能量變化
第1課時 化學反應與熱能
學習目標與核心素養
學習目標
1、理解化學反應中能量變化的主要原因——化學鍵的斷裂和形成。
2、知道化學反應中的能量變化和物質具有的能量之間的關系。
3、了解吸熱反應和放熱反應的概念，熟知常見的吸熱反應和放熱反應。
核心素養
1、宏觀辨識：理解化學反應中能量的變化取決于反應物與生成物的總能量的相對大小。
2、微觀探析：從化學鍵的斷裂和形成上認識化學能量與化學變化的本質。
“茹毛飲血”的原始人獲得能量
“神州”11號火箭發射精彩瞬間
現代社會中，人類的一切活動（從衣食住行到文化娛樂，從社火生產到學科研究等）都離不開能量，而許多能量的利用與化學反應中能量變化密切相關。從煤、石油、天然氣等提供的熱能，到各種化學電池提供的電能，都是通過化學反應獲得的。
化石燃料燃燒會釋放大量的熱。除了燃燒，其他化學反應也伴隨這放熱或吸熱現象。
新課引入
鎂條的燃燒
“暖寶寶”中含有鐵粉、活性炭、水、氯化鈉等物質，遇空氣發生反應的化學方程式：
4Fe+3O2+6H2O=4Fe(OH)3
該過程放熱
思考：
生活中哪些事實說明了在化學反應中伴隨著能量的變化？請說出能量轉化的方式。
一、放熱反應與吸熱反應
【實驗6-1】在一只試管中加入2 mL 2 mol·L—1鹽酸，并用溫度計測量其溫度。再向試管中放入用砂紙打磨光亮的鎂條，觀察現象，并測量溶液溫度的變化。
現象：鎂條逐漸溶解，有氣泡產生，溫度計溫度上升。
該反應是放出熱量
Mg+2HCl=MgCI2+H2↑
實驗視頻：
【實驗6-2】將20 g Ba(OH)2 8H2O晶體研細后與10gNH4Cl在燒杯中混合，并將燒杯放在滴有幾滴水的木片上，用玻璃棒快速攪拌，聞到氣味后迅速用玻璃片蓋上燒杯，用手觸摸燒杯下部，試著用手拿起燒杯。觀察現象。
現象：有刺激性氣味氣體產生；木片上的水結成冰，木片與燒杯底被冰粘在了一起；用手觸摸杯壁下部，有涼的感覺。
該反應是吸收熱量
Ba(OH)2.8H2O+2NH4Cl=BaCI2+10H2O+2NH3↑
（一）吸熱反應與放熱反應
1.概念
①把 熱量的化學反應稱為放熱反應。
②把 熱量的化學反應稱為吸熱反應。
釋放
吸收
化學反應
放熱反應：放出熱的化學反應
吸熱反應：吸收熱的化學反應
注：吸熱反應和放熱反應屬于化學反應，一些物質溶于水，也會有吸熱和放熱現象：濃H2SO4、NaOH(s)等溶于水要放熱 ；NH4NO3(s)、KNO3(s)、NH4Cl(s)等溶于水要吸熱 ，但不能說是放熱反應和吸熱反應。
（一）吸熱反應與放熱反應
注意：吸熱反應、放熱反應與反應是否需要加熱等條件沒有直接聯系，有些放熱反應需要加熱的條件，有些吸熱反應在常溫下就可反生。
用化學鍵的觀點來分析化學反應的本質過程是什么？
以 H2 + Cl2 == 2HCl為例,判斷一個化學反應是否為放熱還是吸熱，取決于什么呢？
光照
【微觀探析】
思考與交流：化學反應過程中為什么會有能量變化？為什么有的化學反應釋放熱量，有的化學反應吸收熱量？
化學反應的實質
H ·
··
· Cl
··
：
＋
→
Cl
··
··
H
··
··
H—H
Cl — Cl
H— Cl
H2 + Cl2 === 2HCl
點燃
一個化學反應的的過程，本質上就是舊化學鍵斷裂和新化學鍵形成的過程。
斷開
斷開
形成
閱讀課文P33，請根據下列信息判斷氫氣和氯氣化合生成氯化氫的反應是吸收能量還是放出能量？
1molH2
2molH
共價鍵斷裂
吸收436kJ能量
1molCl2
2molCl
共價鍵斷裂
吸收243kJ能量
共價鍵形成
釋放862kJ能量
}
2molHCl
H2 (g) + CI2(g) = 2HCI(g)
由于成鍵放出的總能量大于斷鍵吸收的總能量，因此該反應是放熱反應，反應結果放出能量=(431+431)—(436+243)KJ
=183KJ
H—H + Cl—Cl → 2H—Cl
吸收的能量
(436+243)KJ
(431+431)KJ
釋放的能量
<
（三）從微觀角度分析能量變化的原因（微觀探析）
斷開1 mol H-H 鍵要吸收 436 kJ 的能量
斷開1 mol Cl-Cl 鍵要吸收 243 kJ 的能量
生成1 mol H-Cl 鍵要釋放 431 kJ 的能量
H2 (g)+ Cl2 (g) = 2HCl(g)
E吸收=436+243=679 kJ
E放出=431×2=862 kJ
E1＜ E2 放熱反應
E（kJ）
反應歷程
H2(g) + Cl2(g)
2H+2Cl
2HCl(g)
-183 kJ
+436 kJ (H2)
+243 kJ (Cl2)
2×(-431 kJ)
= - 862 kJ
能量變化關系示意圖
【練一練】請根據下列信息判斷水蒸氣分解生成氫氣和氧氣的反應是吸收能量還是放出能量？
2H2O(g) = 2 H2(g) + O2(g)
4H—O → 2H—H + O=O
吸收的能量
4×465KJ
(2×436+498)KJ
釋放的能量
>
4molH
2molH2(g)
1molH-H形成釋放436KJ能量
2molO
1molO2(g)
1molH-O鍵斷裂吸收465kJ能量
}
2molH2O(g)
1molO=O形成釋放498KJ能量
反應結果吸收能量
=(4×465)—(2×436+498)KJ
=490KJ
你能畫出該反應的能量圖嗎？試一試
（二）從宏觀角度分析能量變化的原因（宏觀辯識） 課文P33
反應物的總能量高
生成物的總能量低
生成物的總能量高
反應物的總能量低
放熱反應
吸熱反應
（5）在相同條件下，由原子形成1 mol化學鍵時所放出的能量，與斷開1 mol相同
化學鍵所吸收的能量是相等的。
1.鍵能是指在25 ℃、101 kPa，將1 mol理想氣體分子AB拆開為中性氣態原子A和B時所需要的能量。顯然鍵能越大，化學鍵越牢固，含有該鍵的分子越穩定。如H—H鍵的鍵能是436 kJ·mol－1，是指使1 mol H2分子變成2 mol H原子需要吸收436 kJ的能量。
(1)已知H—Cl鍵的鍵能為431 kJ·mol－1，下列敘述正確的是 。
A.每生成1 mol H—Cl鍵放出431 kJ能量 B.每生成1 mol H—Cl鍵吸收431 kJ能量
C.每拆開1 mol H—Cl鍵放出431 kJ能量 D.每拆開1 mol H—Cl鍵吸收431 kJ能量
(2)已知鍵能：H—H為436 kJ·mol－1；H-F為565 kJ·mol－1；H-Cl為431 kJ·mol－1；
H-Br為366 kJ·mol－1。則下列分子受熱時最穩定的是 。
A.HF B.HCl C.HBr D.H2
(3)能用鍵能大小解釋的是 。
A.氮氣的化學性質比氧氣穩定 B.常溫常壓下溴呈液態，碘呈固態
C.稀有氣體一般很難發生化學反應 D.硝酸易揮發而硫酸難揮發
AD
A
A
2、已知反應：X＋Ｙ= Ｍ＋Ｎ為放熱反應，對該反應的下列說法中正確的是 ( )
A．Ｘ的能量一定高于Ｍ
B．Ｙ的能量一定高于Ｎ
C．X和Y的總能量一定高于M和N的總能量
D．因為該反應為放熱反應，故不必加熱反應就可發生
C
3.磷元素有多種性質不同的單質，紅磷(結構復雜用“P”表示)和白磷(P4)是磷的兩種同素異形體，充分燃燒之后的產物都是五氧化二磷。25 ℃，101 kPa下，31 g白磷完全轉化為紅磷，放出11 kJ的熱量，根據以上事實回答下列問題：
(1)紅磷轉化為白磷屬于______反應(填“放熱”或“吸熱”)。
(2)等質量的紅磷和白磷分別完全燃燒，放出熱量較多的是_____(填“白磷”或“紅磷”，下同)。
(3)31 g白磷與31 g紅磷的能量較高的是_____，二者更穩定的是_____。
吸熱
白磷
白磷
紅磷
4.下圖中，能表示灼熱的炭與二氧化碳反應的能量變化的是（ ）
C
二、人類對能源的利用
人類利用能源的三個階段：
時期、 時期和 時期。
柴草
化石能源
多能源結構
一是其短期內不可再生，儲量有限，隨著能源消費需求的不斷增加，能源消費量與儲量之間的矛盾日益突顯；
二是煤和石油產品燃燒排放的粉塵、SO2、NOx、CO等是大氣污染物的主要來源。
利用過程中面臨兩個問題
解決辦法
節約能源
尋找新能源
新能源特點：資源豐富、可以再生、無污染
常見新能源：太陽能、風能、地熱能、海洋能、氫能等
燃料燃燒階段——改進鍋爐的爐型和燃料空氣比、清理積灰等方法提高燃料的燃燒效率
能量利用階段——使用節能燈，改進電動機的材料和結構，以及發電廠、鋼鐵廠余熱與城市供熱聯產等措施促進能源循環利用，有效提高能源利用率。
【思考與討論】
煤、汽油和柴油等作為燃料大量使用會造成空氣污染，但不使用它們又會嚴重影響現代社會的生產和生活。對此，請從社會不同人群的角度，提出你的想法或建議，并與同學討論。
能量變化
化學能轉化為熱能
放熱 反應
吸熱 反應
類型
反應物的總能量大于生成物的總能量
反應物的總能量小于生成物的總能量
遵循能量守恒原 理
能量 利用
燃料充分燃燒
新能源的開發
減少污染
課堂小結
課堂練習
1.下列說法正確的是（ ）
①需要加熱才能發生的反應一定是吸熱反應　②放熱反應在常溫下一定很容易發生　③反應是放出能量還是吸收能量必須看反應物和生成物所具有的總能量的相對大小　④有的放熱反應加熱到一定溫度引發后，停止加熱反應也能繼續進行
A.只有③④ B.只有①②
C.①②③④ D.②③④
A
4.斷開1 mol H—H鍵、1 mol N—H鍵、1 mol N≡N鍵分別需要吸收的能量為436 kJ、391 kJ、946 kJ。求：(不考慮可逆反應)。
(1)1 mol N2完全反應生成NH3需 (填“吸收”或“放出”)能量 kJ。
放出
92
(2)1 mol H2完全反應生成NH3需 (填“吸收”或“放出”)能量 kJ
放出
30.67
2．下列反應既屬于氧化還原反應，又屬于吸熱反應的是(　　)
A．鋅粒與稀硫酸的反應 B．灼熱的木炭與CO2反應
C．甲烷在氧氣中的燃燒反應 D．Ba(OH)2 8H2O晶體與NH4Cl晶體的反應
B
3．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．鋁與氧化鐵粉末反應 D．氧化鈣溶于水
A
5．已知化學反應2C(s)＋O2(g) 2CO(g)、2CO(g)＋O2(g) 2CO2 (g)都是放熱反應。據此判斷，下列說法不正確的是(其他條件相同)(　　)
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 O2所具有的總能量大于88 g CO2所具有的總能量
C．12 g C和32 g O2所具有的總能量大于44 g CO2所具有的總能量
D．將一定質量的C燃燒，生成CO2比生成CO時放出的熱量多
A
6.將盛有NH4HCO3粉末的小燒杯放入盛有少量醋酸的大燒杯中。然后向小燒杯中加入鹽酸，反應劇烈，醋酸逐漸凝固。下列說法正確的是（ ）
A.NH4HCO3和鹽酸的反應是放熱反應
B.該反應中，熱能轉化為產物內部的能量
C.反應物的總能量高于生成物的總能量
D.NH4HCO3的能量一定低于NH4Cl的能量
B

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