1、第 2 课时 化学能与热能的相互转化学习目标定位 通过生产、生活中的实例熟悉化学能与热能的相互转化，会判断吸热反应和放热反应。一、放热反应和吸热反应1.化学反应中的能量变化有多种形式，但通常主要表现为热量的变化。因此化学反应分为两类：放热反应和吸热反应。请填写下表：类型比较 放热反应 吸热反应定义 放出热量的化学反应 吸收热量的化学反应成因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量图示与化学键强弱的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量2.典型实验：按照下列各实验的操作步
2、骤，完成各实验并将观察到的实验现象及其实验结论填入表中。(1)铝与盐酸反应实验操作 实验现象 实验结论产生大量气泡、温度计指示温度升高铝与盐酸反应的离子方程式为2Al6H =2Al3 3H 2，该反应为放热反应(2)Ba(OH)28H2O 与 NH4Cl 晶体反应实验操作 实验现象 实验结论有刺激性气味气体产生用手摸烧杯底部有冰凉感觉用手拿起烧杯，玻璃片黏结到烧杯的底部烧杯内反应物成糊状化学方程式为 Ba(OH)28H2O 2NH4Cl=BaCl22NH 3 10H2O，该反应为吸热反应(3)NaOH 与盐酸反应实验操作 实验现象 实验结论混合溶液的温度比反应前盐酸和 NaOH 溶液的温度都高
3、酸碱中和反应是放热反应，反应的离子方程式为H OH =H2O(1)实际上，放热反应和吸热反应通常都要经历一个能量较高的过渡态，都包括吸收热量和放出热量两个过程，所以其能量变化的图示为(2)常见的吸热反应和放热反应1.下列说法正确的是( )需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 放热反应在常温下一定很容易发生 反应是放出能量还是吸收能量必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小 有的放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应也能继续进行A.只有 B.只有C. D.答案 A解析 加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如铜在氯气中燃烧；放热反应在常温下不一定容易发生，如 N2与 H2合成 NH3；反应
4、是放热还是吸热取决于反应物、生成物所具有的总能量的相对大小；需要加热才能发生的放热反应，如果反应放出的热量达到反应所需要的热量，停止加热反应也能继续进行，如 FeS FeS。= = = = = 易错警示 (1)“三个不一定”。需加热才能发生的反应不一定是吸热反应，如碳和氧气的反应；放热反应常温下不一定容易发生，如铝热反应；吸热反应也不一定需要加热，如Ba(OH)28H2O 晶体和 NH4Cl 晶体的反应。(2)吸热反应和放热反应都是化学变化，如 NaOH 固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；如升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。2.将盛有 NH4HCO3 粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸
5、的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。下列说法正确的是( )A.NH4HCO3 和盐酸的反应是放热反应B.该反应中，热能转化为产物内部的能量C.反应物的总能量高于生成物的总能量D.NH4HCO3 的能量一定低于 NH4Cl 的能量答案 B解析 醋酸逐渐凝固，说明 NH4HCO3与盐酸反应使醋酸的温度降低，因此该反应为吸热反应，A 错误；吸热反应中反应物吸收能量，吸收的能量转化为生成物内部的能量储存在生成物中，B 正确；由于 NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应，故反应物的总能量低于生成物的总能量，C错误；NH 4HCO3粉末与盐酸的反应是吸热反应，是各反应物的总能量低于各
6、生成物的总能量，而 NH4HCO3仅是两种反应物之一、NH 4Cl 仅是三种生成物之一，故无法得出 NH4HCO3的能量一定低于 NH4Cl 的能量的结论， D 错误。二、化学能与热能相互转化的应用1.化学能与热能的相互转化在生活、生产中的应用化学物质中的化学能通过化学反应转化成热能，提供了人类生存和发展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；而热能转化为化学能是人们进行化工生产、研制新物质不可或缺的条件和途径，如高温冶炼金属、分解化合物等。2.生物体中的能量转化及利用能源物质在人体中氧化分解生成 CO2 和 H2O，产生的能量一部分以热量的形式散失；另一部分作为可转移能量
7、在人体内利用(如合成代谢)。3.人类利用能源的三个阶段：柴草时期、化石能源时期和多能源结构时期。可再生能源和清洁能源是两类重要的新能源，主要有太阳能、氢能、核能、生物质能等。3.有专家指出，如果利用太阳能使燃烧产物如 CO2、H 2O、N 2 等重新组合，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。观察下面图示，判断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.电能答案 B解析 理解图示的转化关系便可顺利解题。关键信息是利用太阳能使 CO2、H 2O、N 2等重新组合，根据图示可知燃料燃烧后转化为燃烧产物并放出热量，燃烧产物又结合太阳能转
8、化为燃料，如此循环可知太阳能最终转化为热能。故选 B。4.能源是现代文明的原动力，通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化，从而开辟新能源和提高能源的利用率。(1)氢气在燃烧时，放出大量热量，说明该反应是 热反应，这是由于反应物的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”，下同)生成物的总能量；从化学反应的本质角度来看，是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量 形成生成物中的化学键放出的总能量。(2)氢气被公认为是 21 世纪代替矿物燃料的理想能源，2 g 氢气燃烧时放出 286 kJ 热量，而每千克汽油燃烧放出的热量为 46 000 kJ。试据此分析氢气作为能源代替汽油的优势： 。答案 (1)
9、放 大于 小于 (2)清洁能源，燃烧后无污染环境的物质生成；单位质量放出的热量多解析 (1)燃烧反应都是放热反应，所以氢气的燃烧反应是放热反应，根据能量守恒定律，放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量；化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成生成物中的化学键放出的总能量。(2)2 g 氢气燃烧时放出 286 kJ 热量，所以 1 000 g 氢气燃烧放出 143 000 kJ 的热量，约是每千克汽油燃烧放出热量的 3 倍，且氢气燃烧的产物是水，对环境无污染。1.下列说法不正确的是( )A.当今社会人们所需的能量绝大部分是由化学
10、反应产生的B.目前，全球仍处于化石能源时代C.人体生命活动所需要的能量，是由氧化还原反应提供的D.凡是放出热量的化学反应均可用来造福人类答案 D2.“能源分类相关图”如下图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是( )A.煤炭、石油、潮汐能 B.水能、生物能、天然气C.太阳能、风能、沼气 D.地热能、海洋能、核能答案 C解析 A 项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B 项，天然气不是新能源，也不是可再生能源；D 项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳的能源。3.下图中，能表示灼热的炭与二氧化碳反应的能量变化的是( )答案 C解析 C 和 CO2反应生
11、成 CO 是吸热反应，生成物总能量应大于反应物总能量。4.下列反应中，属于放热反应的是 ，属于吸热反应的是 (填序号) 。煅烧石灰石(主要成分是 CaCO3)制生石灰(CaO) 燃烧蜂窝煤取暖 炸药爆炸 硫酸与氢氧化钾溶液反应 生石灰与水作用制熟石灰 食物腐败 碳与水蒸气反应制得水煤气答案 解析 燃烧反应都是放热反应，部分以 C、H 2、CO 为还原剂的氧化还原反应为吸热反应。5.“神舟”系列火箭用偏二甲肼(C 2H8N2)作燃料，四氧化二氮作氧化剂，生成氮气和二氧化碳气体。(1)写出反应的化学方程式： 。(2)该反应是 (填“放热”或“吸热”)反应，反应物的总能量 (填“大于”“小于”或“等
12、于”)生成物的总能量，断开化学键 的总能量 (填“大于”“小于”或“等于”)形成化学键 的总能量。答案 (1)C 2H8N22N 2O4 2CO23N 24H 2O= = = = =点 燃 (2)放热 大于 吸收 小于 放出基础过关题组一 放热反应和吸热反应的判断1.下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是( )A.锌粒与稀硫酸的反应B.灼热的木炭与 CO2 反应C.甲烷在氧气中的燃烧反应D.Ba(OH)28H2O 晶体与 NH4Cl 晶体的反应答案 B解析 锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，不合题意；Ba(OH) 28H2O 晶体与NH4Cl 晶体的反应是吸热反应，但元素
13、的化合价无变化，是非氧化还原反应，D 项不合题意。2.下列有关化学反应能量变化的叙述中正确的是( )如果反应物的总能量低于生成物的总能量，该反应一定是吸热反应 只要是在点燃条件下进行的反应就一定是吸热反应 只要是在常温常压下进行的反应就一定是放热反应 燃烧反应一定是放热反应 化合反应都是放热反应，分解反应都是吸热反应A. B. C. D.答案 A解析 燃烧反应和铝热反应虽需点燃，但属于放热反应。NH 4Cl 和 Ba(OH)28H2O 的反应是吸热反应。C 和 CO2生成 CO 的反应属于吸热反应，而分解反应通常是吸热反应。3.在 25 ，101 kPa 下，1 mol 的白磷(化学式为 P4
14、)完全燃烧放出的热量比 4 mol 的红磷(化学式为 P)完全燃烧放出的热量多。化学方程式分别为 P4(s)5O 2(g)=P4O10(s)；4P(s)5O 2(g)=P4O10(s)。由此判断，下列说法正确的是 ( )A.由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷高B.由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷低C.由红磷转化为白磷是放热反应，等质量时红磷能量比白磷高D.由红磷转化为白磷是吸热反应，等质量时红磷能量比白磷低答案 D解析 白磷和红磷燃烧的生成物相同，但白磷释放的热量较多，说明等质量的白磷具有较高的能量，白磷转化为红磷要放热，反之要吸热。题组二 能源及其开发利用4
15、.下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中错误的是( )A.化石能源物质内部蕴含着大量的能量B.绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存 ”起来C.物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能，为人类所利用D.吸热反应没有利用价值答案 D解析 任何反应都有有利和不利的一面，如 CCO 2高温,2CO 是吸热反应，在钢铁冶炼中可以利用该反应获得更多的还原剂 CO，故 D 项错误。5.冰岛火山爆发再一次向人类敲响了警钟，必须发展“低碳经济”。氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。下列不是氢能优点的是( )A.原料来源广 B.易燃烧，放出热量多C.
16、生成物无污染 D.制取 H2 简单易行答案 D解析 工业上制取 H2的原料是 H2O，来源广，A 正确；H 2易燃烧且等质量物质中放出的热量较多，产物为 H2O，无污染，B、C 正确；工业上利用水制取 H2需消耗大量能量且效率低，D错。6.北京奥运会开幕式在李宁点燃鸟巢主火炬时达到高潮。奥运火炬采用的是环保型燃料丙烷，其燃烧时发生反应的化学方程式为 C3H85O 2 3CO24H 2O。下列说法中不正确的是 点 燃 ( )A.火炬燃烧时化学能只转化为热能B.所有的燃烧反应都会释放热量C.1 mol C3H8 和 5 mol O2 所具有的总能量大于 3 mol CO2 和 4 mol H2O
17、所具有的总能量D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染，故丙烷为环保型燃料答案 A解析 火炬燃烧时还有化学能与光能的转化，A 错；燃烧都是放热反应，B 对；因为丙烷燃烧为放热反应，所以据反应的化学方程式可知，C 对；丙烷完全燃烧时产物为 CO2与 H2O，对环境无污染，D 对。7.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是( )A.H2O 的分解反应是放热反应B.氢能源已被普遍使用C.氢气不易贮存和运输，无开发利用价值D.2 mol H2O 具有的总能量低于 2 mol H2 和 1 mol O2 具有的总能量答案 D解析 水的分解
18、是吸热反应，A 错误；氢能源由于受贮存和运输等因素的限制，还未普遍使用，但有巨大的开发利用价值，B、C 错误；2 mol H2在 1 mol O2中完全燃烧生成 2 mol H2O，并放出大量的热，D 正确。题组三 化学反应中能量的变化8.已知 2SO2O 2?2SO3 为放热反应，下列关于该反应的说法正确的是( )A.O2 的能量一定高于 SO2 的能量B.2 mol SO2 和 1 mol O2 的总能量一定高于 2 mol SO3 的总能量C.SO2 的能量一定高于 SO3 的能量D.因该反应放热，故不加热反应就可发生答案 B解析 放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热
19、反应，故 2 mol SO2和 1 mol O2的总能量一定高于 2 mol SO3的总能量，该反应需加热且有催化剂存在才能进行。9.化学反应 A2B 2=2AB 的能量变化如图所示，则下列说法正确的是( )A.该反应是吸热反应B.断裂 1 mol AA 键和 1 mol BB 键放出 x kJ 的能量C.断裂 2 mol AB 键需要吸收 y kJ 的能量D.2 mol AB 的总能量高于 1 mol A2 和 1 mol B2 的总能量答案 C解析 从题图可以看出，反应物的总能量高于生成物的总能量，该反应是放热反应，A、D 项错误；断键时需要吸收能量，B 项错误，C 项正确。10.肼(H
20、2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如图所示，已知断裂 1 mol 化学键所需的能量(kJ)：NN 键为 942、O= =O 键为 500、NN 键为 154，则断裂 1 mol NH 键所需的能量(kJ) 是( )A.194 B.391 C.516 D.658答案 B解析 利用图示可知 1 mol 肼和氧气变成原子时断键需要的能量为 2 752 kJ534 kJ2 218 kJ。肼和氧气断键变为原子时要断裂 1 个 NN 键、4 个 NH 键和 1 个 O=O 键，所以 1154 kJ4E(N H)1500 kJ 2 218 kJ，解得断裂 1 mol NH 键所需的能量为 3
21、91 kJ。能力提升11.阅读下面的叙述，回答有关问题。“生物质”是指由植物或动物生命体衍生得到的物质的总称。作为人类解决能源危机重要途径之一的“生物质能”，主要指用树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量。古老的刀耕火种、烧柴做饭、烧炭取暖等粗放用能方式正在被现代科学技术所改变。(1)矿物能源是现代人类社会赖以生存的重要物质基础，目前，全球仍主要处于化石能源时期。下列不属于化石能源的是 (填字母，下同)。A.石油 B.煤 C.天然气 D.生物质能(2)下面有关“生物质能”的说法，不正确的是 。A.利用生物质能就是间接利用太阳能B.生物质能是可再生的能源C.生物质能是解决农村能源的主要途径D
22、.生物质能的缺点是严重污染环境(3)沼气是有机废弃物( 树叶、秸秆、草类及垃圾、粪便等 )在隔绝空气的条件下发酵分解而成的气体，主要成分是甲烷。农村沼气池中发酵后的池底剩余物是很好的沤肥。下列有关叙述中错误的是 。A.沼气是一种清洁的能源B.使用沼气作能源可以保护森林C.使用沼气给农民的生活带来了不便D.使用沼气是对化学能的充分利用答案 (1)D (2)D (3)C12.请根据化学反应与热能的有关知识，填写下列空白：(1)在一个小烧杯里，加入 20 g Ba(OH)28H2O 粉末，将小烧杯放在事先已滴有 45 滴水的玻璃片上。然后加入 10 g NH4Cl 晶体，并用玻璃棒迅速搅拌。实验中玻
23、璃棒的作用是 。写出有关反应的化学方程式： 。实验中观察到的现象有 和反应混合物呈糊状。(2)下列过程中不一定释放能量的是 (填编号)。形成化学键 燃料燃烧 化合反应 葡萄糖在体内的氧化反应 酸碱中和 炸药爆炸(3)等质量的下列物质分别完全燃烧，放出热量较多的是 (填编号) 。固体硫 硫蒸气(4)已知 H2 和 O2 反应放热，且断开 1 mol HH 键、1 mol O=O 键、1 mol OH 键需吸收的能量分别为 Q1 kJ、Q 2 kJ、Q 3 kJ，由此可以推知下列关系正确的是 (填编号) 。Q 1Q 2Q 3 Q 1Q 22Q 3 2Q 1Q 24Q 3 2Q 1Q 22Q 3答案
24、 (1)搅拌使混合物充分接触并反应Ba(OH) 28H2O2NH 4Cl=BaCl22NH 310H 2O 玻璃片与烧杯之间结冰黏在一起，有少许刺激性气味的气体逸出(2) (3) (4) 解析 (1)用玻璃棒迅速搅拌，可以知道玻璃棒的作用是搅拌使混合物充分接触并反应；氯化铵属于铵盐，能和强碱氢氧化钡反应生成氨气、水以及氯化钡，化学方程式为 Ba(OH)28H2O 2NH4Cl=BaCl22NH 310H 2O。氯化铵和 Ba(OH)28H2O 的反应是吸热反应，温度降低能让水结冰，导致烧杯和玻璃片黏在一起，同时生成的氨气具有刺激性气味。(2)一般的化合反应放热，但有的化合反应吸热，如二氧化碳和
25、碳反应生成一氧化碳。(3)固态变为气态需要吸收能量，所以硫蒸气的能量大于固体硫，等质量的固体硫、硫蒸气分别完全燃烧，放出热量较多的是硫蒸气。(4)已知 2 mol H2和 1 mol O2反应生成 2 mol H2O，反应断开 2 mol HH 键吸收能量 2Q1 kJ、1 mol O=O 键吸收能量 Q2 kJ，形成 4 mol OH 键放出能量 4Q3 kJ，总反应放热，则2Q1Q 24Q 3。13.某化学反应中，设反应物的总能量为 E1，生成物的总能量为 E2(如图所示) 。(1)若 E1E 2，则该反应为 (填“放热”或“吸热”) 反应。该反应可用图 (填“A”或“B”)表示。(2)若
26、 E1E 2，则该反应为 (填“放热”或“吸热”) 反应。该反应可用图 (填“A”或“B”)表示。(3)太阳能的开发和利用是 21 世纪的一个重要课题。利用储能介质储存太阳能的原理是白天在太阳照射下，某种盐熔化，吸收热量；晚间熔盐释放出相应能量，从而使室温得以调节。已知下列数据：盐 熔点 / 熔化吸热/kJmol 1 参考价格/元t 1CaCl26H2O 29.0 37.3 780850Na2SO410H2O 32.4 77.0 800900Na2HPO412H2O 36.1 100.1 1 6002 000Na2S2O35H2O 48.5 49.7 1 4001 800其中最适宜作储能介质的
27、是 (填字母)。A.CaCl26H2O B.Na2SO410H2OC.Na2HPO412H2O D.Na2S2O35H2O答案 (1)放热 A (2) 吸热 B (3)B解析 (1)若反应物的总能量 E1大于生成物的总能量 E2，则为放热反应。(2)若反应物的总能量E1小于生成物的总能量 E2，则为吸热反应。(3)选择的物质应该具有的特点：白天在太阳照射下，某种盐熔化，熔化时单位质量的物质吸收热量应该较多，同时价格不能太高，Na 2SO410H2O 的性价比最高，故选 B。14.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。化学键的键能是形成(或拆开)1 mol 化学键时释放(或吸收) 的能量。已知白磷和 P4O6 分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能：PP：198 kJmol1 、PO：360 kJmol1 、O= =O：498 kJmol1 ，则 P4(白磷) 3O 2=P4O6 的反应是 (填“吸热”或“放热”)反应，生成 1 mol P4O6 的热量为 。答案 放热 放出 1 638 kJ解析 断开旧键吸收的能量为 1986 kJ3498 kJ2 682 kJ，形成新键放出的能量为 12360 kJ4 320 kJ，故该反应为放热反应，生成 1 mol P4O6放出的热量为 4 320 kJ2 682 kJ1 638 kJ。
