1、第 2 课时 化学 键与化学反应中的能量变化目标导航 1.了解化学反应中存在能量变化。2.知道常见的放热反应和吸热反应。 3.了解化学反应能量变化的实质。一、化学反应中的能量变化实验操作 实验现象 有关化学方程式及结论化学方程式：NaOHHCl= =NaClH 2O混合液的温度升高结论：反应过程释放热量化学方程式：Ca(OH)22NH 4Cl=CaCl22NH 32H 2O有刺激性气味气体产生，烧杯温度降低 结论：反应过程吸收热量结论每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的释放能量，有的吸收能量【议一议】1放热反应一定容易发生，吸 热反应一定难以发生吗？答案 不一定，放热反应不一定容易发生，有些
2、放热反应需要加热才能进行，如铜与氧气、硫与铁的反应。吸热反应不一定难发生，有些吸热反应常温下能进行，如 Ca(OH)2与 NH4Cl 的反应。2需要加热才能发生的反应一定是吸热反应吗？答案 不一定，有些需要加热进行的反应是放热反应，如硫与铁的反应。二、化学反应中能量变化的实质及转化的形式1化学反应的实质化学反应是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。2化学反应中能量变化的实质在化学反应过程中，旧化学键的断裂需要吸收一定的能量；新化学键的形成需要释放一定的能量，二者不相等。3化学反应中放出或吸收能量的原因在化学反应过程中，最终是吸收能量还是释放能量，取决于旧化学键断裂所吸收的总能量与新化学键形成所释
3、放的总能量的相对大小。若形成新化学键所释放的总能量大于破坏旧化学键所吸收的总能量，则该反应放出能量；如果形成新化学键所释放的能量小于破坏旧化学键所吸收的能量，则该反应吸收能量。4化学反应中能量转化的形式(1)化学反应的能量变化还可以看做是“储存”在物质内部的能量 (化学能)转化为热能、电能或光能等释放出来的过程。(2)化学反应的能量变化也可以看做是热能、电能或光能等物质外部的能量转化为物质内部的能量(化学能)被“储存”起来的过程。【议一议】1为什么所有化学反应前后都有能量的变化？答案 因为化学反应一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成，化学键断裂吸收的能量与新化学键形成释放的能量不等。2化学反应
4、中能量变化全部表现为热能和光能吗？答案 化学反应中能量变化不全部表现为热能和光能。化学反应中的能量还可以表现为电能等其他形式的能量。3根据以下信息，判断 1 mol H2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为多少？已知：1 mol HH 键完全断裂时吸收能量为 436 kJ，1 mol O=O 键完全断裂时吸收能量为 498 kJ,1 mol HO 键形成时放出能量为 465 kJ。答案 因为化学反应一定有旧化学键的断裂和新化学键的形成，断开 1 mol HH 键和mol O=O 键需要吸收的能量为 436 kJ 498 kJ685 kJ，生成 1 mol H2O(g)放出的能12 12量为
5、2465 kJ930 kJ。1 mol H2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为 930 kJ 685 kJ245 kJ。一、化学反应中能量变化的原因1从化学键的角度分析若 E1E 2，反应吸收能量；若 E1E 2，反应释放能量。2从反应物和生成物所具有能量的角度分析若反应物所具有的总能量大于生成物所具有的总能量，则反应释放能量(如图 1)；若反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，则反应吸收能量(如图 2)。【特别提醒】 化学反应中能量的 转化不一定都表现为化学能与热能的转化。【例 1】 已知反应 XY= =MN 为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是( )AX 的能量一定高于 M
6、 的，Y 的能量一定高于 N 的B破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量CX 和 Y 的总能量一定高于 M 和 N 的总能量D因为该反应为放热反应，所以不必加热就可发生解析 由于该反应为放热反应，所以 X 和 Y 的总能量一定高于 M 和 N 的总能量，A 不正确，C 正确；破坏反应物中的化学键所吸收的总能量大于形成生成物中化学键所放出的总能量时，该反应则为吸热反应 ，B 不正确；放热反应在通常情况下不一定就能反应，有些放热反应需要在一定的条件(如加 热或光照等) 下才能发生。答案 C【归纳总结】 (1)断裂或形成化学键的能量表示：吸收能量值E 吸 E 放放出能
7、量值E 放 E 吸(2)物质内部能量 H 表示：放热：H 反 H 产吸热：H 产 H 反变式训练 1 已知反应 H2Cl 2=2HCl，破坏 1 mol H2 中的化学键消耗的能量为 Q1 kJ，破坏 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，则下列说法中正确的是( )A该反应反应物的总能量高于生成物的总能量B该反应的能量关系为 Q1Q 20，则为吸热 反应；若 E 4Q3 B2Q 1Q 2E2，故 D 不正确。10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B1 mol
8、 AA 键和 1 mol BB 键断裂能放出 x kJ 的能量C2 mol AB 键断裂需要吸收 y kJ 的能量D2 mol AB 的总能量高于 1 mol A2 和 1 mol B2 的总能量答案 C解析 由图知，1 mol A2 和 1 mol B2 的总能量高于 2 mol AB 的能量，所以 该反应放热，A 和 D 不正确；化学 键断裂时需吸收能量，B 不正确；2 mol AB 键断裂变成 2 mol A 原子和 2 mol B 原子吸收 y kJ 的能量， C 项正确。能力提升11能源是人类生活和社会发展的基础，研究化学应用中的能量变化，有助于更好地利用化学反应为生产和生活服务。(
9、1)化学键断裂和形成是化学反应的本质和化学反应能量产生的原因。从能量的角度看，断开旧化学键需要_( 填“吸收”或“放出” ，下同) 能量，形成新化学键需要_能量。(2)已知化学反应 N23H 2 2NH3 的能量变化如图所示： 高 温 、高 压 催 化 剂1 mol N 和 3 mol H 生成 1 mol NH3(g)是_(填“吸收”或“释放”)能量的过程。由 mol N2(g)和 mol H2(g)生成 1 mol NH3(g)过程_( 填“吸12 32收”或“释放”)_ kJ 能量。已知断开 1 mol HH 键、1 mol NH 键、1 mol NN 键分别需要吸收的能量为 436 k
10、J、391 kJ、946 kJ。一定条件下由氢气和氮气反应生成 1 mol NH3 需要_(填“放出”或“吸收”)_ kJ 的能量。答案 (1)吸收 放出(2)释放 释放 ba 放出 46解析 (2)如果反应物具有的总能量大于生成物具有的总 能量，整个反应就放出能量，反之就吸收能量。由图像可知 1 mol N 和 3 mol H 具有的总能量比 1 mol NH3(g)高 b kJ，所以 1 mol N 和 3 mol H 生成 1 mol NH3(g)是释放能量的过程。由图像可知 mol N2(g)和 mol H2(g)总能量比 1 mol N 和 3 mol H 具有的总能量低 a 12
11、32kJ，而 1 mol NH3(g)具有的总能量比 1 mol N 和 3 mol H 具有的总能量低 b kJ，ba，所以由 mol N2(g)和 mol H2(g)生成 1 mol NH3(g)的过程释放出(ba) kJ12 32能量。根据化学方程式 N23H 2 2NH3，生成 1 mol NH3时需要消耗 0.5 mol 高 温 、高 压 催 化 剂的 N2 和 1.5 mol 的 H2。因此在上述的反应过程中断裂 0.5 mol NN 键和 1.5 mol HH 键，共吸收能量 0.5946 kJ1.5436 kJ1 127 kJ；形成 1 mol NH3 中的 3 mol NH
12、键，共放出能量 3391 kJ1 173 kJ。因为 1 173 kJ1 127 kJ，因此反应放热，共放出1 173 kJ1 127 kJ46 kJ 的能量。12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，MgCl 2 溶液和 H2 的总能量_( 填“ 大于” 、 “小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。答案 (1)镁片上有大量气泡产生；镁片逐渐溶解； 烧杯中析出固体( 或烧杯中溶液变
13、浑浊)(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升高而减小(3)Mg 2H =Mg2 H 2(4)小于解析 镁片与盐酸反应放热，是由于反 应物(Mg 和盐酸)的 总能量高于生成物(MgCl 2 和H2)的总 能量。放出的热量通过 小试管传递给饱和石灰水，使 Ca(OH)2 因溶解度下降而析出Ca(OH)2 固体。13(1)在 25 、101 kPa 的条件下，请回答下列有关问题：由 HH H 2，当生成 1 mol H2 时，要_( 填“ 吸收”或“放出” ，下同)436 kJ 的能量；由 Cl2 ClCl，当断裂 1 mol Cl2 中的共价键时，要
14、_243 kJ 的能量。对于反应 H2(g)Cl 2(g)=2HCl(g)，测得生成 2 mol HCl(g)时，反应过程中放出183 kJ 的热量，则断开 1 mol HCl 键所需的能量是_kJ。有两个反应：a.H 2(g)Cl 2(g) 2HCl(g)，b.H 2(g)Cl 2(g)= = = = =点 燃 2HCl(g)。这两个反应的能量转化方式主要是_能转化为_能，= = = = =光 照 相同物质的量的 H2(g)、Cl 2(g)反应生成相同质量的 HCl(g)时，放出的能量_(填“相等”或“不相等)。(2)根据图示的能量转化关系判断，生成 16 g CH3OH(l)_(填“吸收”
15、或“放出”)_kJ 能量。答案 (1)放出 吸收 431 化学 热 相等(2)放出 45.5解析 (1)断裂化学键需要吸收能量，形成化学键需要释放能量。断裂 1 mol HH 键与 1 mol ClCl 键吸收的能量之和，即 436 kJ243 kJ679 kJ。设断开 1 mol HCl 所吸收的 总 能量为 E(HCl) kJ，则生成 2 mol HCl 所释放的总能量为 2E(HCl) kJ，则有 2E(HCl) kJ(436 kJ243 kJ)183 kJ，所以 E(HCl) 431 kJ。两个反应的能量转化形式主要是化学能转化为热能，一个具体反 应释 放能量的多少与反应条件无关，而与
16、断开旧化学键和形成新化学键的能量变化有关，所以生成等量的产物所释放的能量相等。(2)根据图示变化可知，反 应物的总能量高于生成物的总能量，所以该反应属于释放能量的反应，生成 1 mol CH3OH(l)放出的能量为 510 kJ419 kJ 91 kJ,16 g CH3OH 的物质的量为 0.5 mol，故生成 16 g CH3OH(l)放出的能量为 45.5 kJ。拓展探究14如图是某同学设计的放热反应的观察装置。其实验操作是按图所示将实验装置连接好；在 U 形管内加入少量红墨水，打开 T 形管螺旋夹，使 U 形管内两边的液面处于同一水平面，再夹紧螺旋夹；在中间的试管里盛 1 g 氧化钙，当滴入 2 mL 左右的蒸馏水后，即可观察。试回答：(1)预计实验中能观察到的现象是_ 。(2)该实验中操作之间必须进行的一步实验操作是_。(3)实验中发生反应的化学方程式为_ 。(4)说明 CaO、 H2O 的能量与 Ca(OH)2 能量之间的关系：_。答案 (1)U 形管里的红墨水会沿开口端上升(其他答案合理均可)(2)检查装置气密性(3)CaO H2O=Ca(OH)2(4)CaO 和 H2O 的总能量大于 Ca(OH)2 的能量
