【同步讲义】高中化学（苏教版2019）必修第二册--6.2.2 化学反应中的能量变化 讲义

第2课时 化学反应中的能量变化

知识点01  化学反应中能量变化

1．化学反应的能量变化与物质内部能量的关系

（1）从物质内部能量分析化学反应过程：

化学反应的过程可看作“储存”在物质内部的能量(_______能)转化为热能、电能或光能等形式释放出来，或者是热能、电能或光能等转化为物质内部的能量(_______能)被“储存”起来的过程。

（2）化学反应的能量变化与物质内部能量的关系

图Ⅰ中反应物的总能量_______生成物的总能量，反应_______能量；图Ⅱ中反应物的总能量_______生成物的总能量，反应_______能量。

2．从化学键角度分析化学反应中的能量变化

物质发生化学反应时，断开化学键时需要_______能量，形成化学键时需要_______能量。

化学反应中的能量变化如图所示：

①若E1>E2，表示断开化学键所吸收的能量大于形成化学键所放出的能量，反应过程_______能量。

②若E1<E2，表示断开化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量，反应过程_______能量。

【即学即练1】有关化学反应中能量变化的说法正确的是（    ）

A．任何反应都会吸收或放出热量

B．化学反应中一定会有化学键的断裂和生成

C．根据能量守恒定律，反应物的总能量与生成物的总能量一定相等

D．反应物的总键能大于生成物的总键能，该反应为放热反应

【即学即练2】下列说法正确的是(　　)

A．若氢气和氧气化合是放热反应，则水电解生成氢气和氧气是吸热反应

B．需要加热才能进行的反应是吸热反应

C．反应放出的热量的多少与反应物的质量和状态无关

D．对放热反应A＋B―→C＋D，A、B的能量总和小于C、D的能量总和

知识点02 利用键能估算化学反应中的能量变化

1．共价键的键能

（1）共价键的键能：

共价键的键能是指_______________________________________________________________，共价键的键能越大，共价键越_______。

（2）共价键键能的意义：

如：H-H的键能为436.4kJ·mol-1，则H2(g)=2H(g)，ΔH＝_______kJ·mol－1。

2．利用键能估算化学反应的反应热

ΔH＝______________________________________________________________________

【即学即练3】已知键能：H-H：436kJ·mol-1，H-O：463kJ·mol-1，O=O：498kJ·mol-1

在下面的坐标中画出2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)中的能量变化，并写出热化学方程式。

知识点03  燃料燃烧释放的能量

1．燃料的热值

热值是指一定条件下______________的可燃物______________所放出的热。

热值的单位是_______。

常见的燃料中，热值最大的是_______，其次是_______，较小的是______________。

2．化石燃料燃烧对环境的影响

（1）化石燃料燃烧对环境的影响

①煤等化石燃料燃烧常伴随着____________________________等有害物质的排放。

②_____________________能导致酸雨。

③燃料燃烧过程中，一般只有______可以实现有效转化，其他部分则转化为废气排出或损耗掉，燃料使用效率不高。

（2）解决化石燃料对环境影响的方法

①减少作为燃料的______________的开采。

②利用化学方法将化石燃料转化为______________。

③开发优质的新能源，氢能、水能、太阳能、风能等都是更_______、更_______的能源。

【即学即练4】下列措施可以提高燃料燃烧效率的是(　　)

①提高燃料的着火点　②降低燃料的着火点　③将固体燃料粉碎　④将液体燃料雾化处理　⑤将煤进行气化处理　⑥通入适当过量的空气

A．①③④⑤        B．②③⑤⑥        C．③④⑤⑥   D．①②③④

知识点04  氢燃料的应用前景

1．氢燃料的优点

（1）氢气的_______高。

（2）氢气的燃烧产物只有_______，是一种_______能源。

2．氢燃料面临的问题和解决方法

（1）_______和_______是氢燃料大规模使用面临的课题。

（2）将太阳能转化为电能，再将水催化电解获得氢气，最关键的高效、廉价、绿色的_______技术已有突破性进展。

（3）贮氢合金是解决氢气贮存问题的新的方向。贮氢合金在一定条件下吸收氢气形成______________。

知识点05  太阳能及其应用

1．太阳能的转化

（1）植物体内的叶绿素等物质将水、二氧化碳转化为_______，进而生成_______、_______，其本质是发生了______________转化。

植物的光合作用：__________________________________________

（2）动物摄入体内的_______、_______能水解转化为_______，_______氧化生成二氧化碳和水，释放出_______，供给生命活动的需要。

淀粉、纤维素水解：___________________________________葡

萄糖氧化：C6H12O6 (s)+6O2(g)===6H2O(l)+6CO2(g)  ΔH＝-2806kJ·mol－1

2．人类直接利用太阳能的方式

（1）光—热转换

基本原理：利用太阳辐射能加热物体获得_______。

（2）光—电转换

①光—热—电转换：利用太阳能集热器发电，太阳能集热器吸收的热能使水转化为_______，再驱动汽轮机发电。

②光—电直接转换：利用光电效应，将太阳能____________转化为电能。光—电转换的基本装置是______________。

考法01  正确理解反应热与物质能量和键能的关系

1．从物质能量的角度

确定的化学反应是吸热还是放热，取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小。

若反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应；

若反应物的总能量小于生成物的总能量，该反应为吸热反应。

如下图所示：

2．从化学键变化的角度

反应热取决于断开反应物中的化学键所吸收总能量和形成生成物中的化学键所放出总能量的相对大小，与反应的条件没有关系。

其中化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量。

ΔH＝断开反应物化学键所吸收的能量－形成生成物化学键所释放的能量。

若ΔH>0，则为吸热反应，若ΔH<0，则为放热反应。

【典例1】根据下图所示的信息，判断下列叙述不正确的是(　　)

A．1 mol H2的共价键形成放出436 kJ能量

B．氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量

C．1 mol H2(g)跟 mol O2(g)反应生成1 mol H2O(g)释放能量245 kJ

D．1 mol H2(g)与 mol O2(g)的总能量大于1 mol H2O(g)的能量

考法02  燃料燃烧释放的能量

1．燃料燃烧释放的热量

(1)特点

质量相同的不同燃料，由于它们的热值不同，完全燃烧后放出的热量不相同。

(2)计算方法

燃料燃烧放出的热量＝生成物中形成的化学键放出的总能量－反应物中断裂的化学键吸收的总能量。

2．燃料充分燃烧的条件

(1)要有足够多的空气；

(2)燃料与空气要有足够大的接触面。

3．常见能源与新型能源

(1)常规能源：煤、石油、天然气等能源，称为常规能源。

(2)新型能源：新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括：太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等。此外还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。

(3)重点开发的能源：太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能等。

【典例2】新能源的开发利用是人类社会可持续发展的重要课题。下列属于新能源的是(　　)

A．氢气　　　B．煤炭　　　C．天然气　　　D．石油

题组A  基础过关练

1．近年来，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点。假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，下列关于其有利因素的说法中你认为不妥当的是(　　)

A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料

B．硅的来源丰富，易于开采

C．硅燃料放出的热量大，且燃料产物对环境污染较低，容易有效控制

D．寻找高效催化剂，使二氧化硅分解产生硅的同时释放能量，是硅能源大规模开发利用的一项关键技术

2．物质之间发生化学反应时，一定发生变化的是（    ）

A．颜色          B．状态          C．化学键          D．原子核

3．下列反应中生成物的总能量高于反应物总能量的是（    ）

A．碳酸钙受热分解                   B．乙醇燃烧

C．铝粉和氧化铁粉末反应             D．氧化钙溶于水

4．已知反应X+Y=M+N为放热反应，对该反应的下列说法一定正确的是（    ）

A．X的能量一定高于M

B．Y的能量一定高于N

C．X和Y的总能量一定高于M和N的总能量

D．M和N的总能量一定高于X和Y的总能量

5．氢气在氯气中燃烧时发出苍白色火焰，在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为a kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为b kJ，形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为c kJ，下列关系中正确的是(　　)

A．b＞c         B．a＋b＞2c        C．a＋b＜c           D．a＋b＜2c

6．化学反应A2＋B2 = 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 A—A键和1 mol B—B键能放出x kJ的能量

C．断裂2 mol A—B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

7．已知H2(g)＋Br2(l) = 2HBr(g)　ΔH＝－72 kJ·mol－1，蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ，其他有关数据如下表：

则表中a为(　　)

A．404         B．260          C．230          D．200

8．根据热化学方程式S(l)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－293.23 kJ·mol－1分析，下列说法中正确的是(　　)

A．S(s)＋O2(g)===SO2(g)，反应放出的热量大于293.23 kJ·mol－1

B．S(g)＋O2(g)===SO2(g)，反应放出的热量小于293.23 kJ·mol－1

C．1 mol SO2的键能的总和大于1 mol 硫和1 mol 氧气的键能之和

D．1 mol SO2的键能的总和小于1 mol 硫和1 mol 氧气的键能之和

9．已知热化学方程式：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，当1 g液态水变为气态水时，其热量变化为(　　)

A．吸收88.0 kJ热量   B．放出88.0 kJ热量

C．吸收2.44 kJ热量   D．放出2.44 kJ热量

10．已知H-H键能为436 kJ·mol-1，O=O键能为496 kJ·mol-1，H-O键能为463 kJ·mol-1，则：2H2(g) + O2(g) = 2H2O(g)    ΔH=__________kJ·mol-1。

 11．已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH=-92．2kJ·mol-1。在一定条件下，向密闭容器中充入2molN2和3molH2，一段时间后达到平衡，测得H2为1．2mol。

（1）反应共__________（填“放出”或“吸收”）___________热量。

（2）已知H-H键能为436 kJ·mol-1，N≡N键能为942kJ·mol-1，则N-H键能为___________ kJ·mol-1。

题组B  能力提升练

1．下列说法中，不正确的是(　　)

A．化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体

B．煤的气化和液化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径

C．在使用化石燃料时，为使其充分燃烧，需要通入的空气越多越好

D．增大燃料与空气的接触面积可以提高燃料的燃烧效率

2．氢气在氯气中燃烧时发出苍白色火焰，在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为a kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为b kJ，形成1 mol HCl中的化学键释放的能量为c kJ，下列关系中正确的是(　　)

A．b＞c   B．a＋b＞2c

C．a＋b＜c   D．a＋b＜2c

3．(1)对于化学反应A＋B===C＋D，若H(A)＋H(B)>H(C)＋H(D)，则反应的ΔH________(填“大于”或“小于”)0，该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。

(2)甘油三油酸酯是一种典型的脂肪，当它在人体内代谢时发生下列反应

C57H104O6(s)＋80 O2(g)===7CO2(g)＋52H2O(l) ΔH＝ －3.35×10 4 kJ·mol－1

如以高中男生平均每人每日耗能10 125.3 kJ，且以完全消耗这种脂肪来计算，每天需消耗甘油三油酸酯约________ mol。

4．由于石油资源有限，且汽油燃烧会产生严重的污染，未来将用氢气作为燃料来取代汽油，生产21世纪环保汽车。已知：

2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1

H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44 kJ·mol－1

(1)写出氢气和氧气反应生成液态水的热化学方程式：

________________________________________________________________。

(2)若要得到857.4 kJ的热量，至少需氢气的质量为_______，这些氢气在标准状况下的体积为______。

题组C  培优拔尖练

1．已知25 ℃、101 kPa下，石墨、金刚石燃烧的热化学方程式分别为

C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.51 kJ·mol－1

C(金刚石)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－395.41 kJ·mol－1

据此判断，下列说法正确的是(　　)

A．由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低

B．由石墨制备金刚石是吸热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高

C．由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的低

D．由石墨制备金刚石是放热反应；等质量时，石墨的能量比金刚石的高

2．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1；CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ·mol－1。现有H2与CH4的混合气体112 L(标准状况)，使其完全燃烧生成CO2和H2O(l)，若实验测得反应放热3 695 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是(　　)

A．1∶1      B．1∶3      C．1∶4   D．2∶3

3．环境保护是目前人类面临的一项重大课题。为应对燃料使用造成的环境污染，科学家提出了利用太阳能促进燃料循环使用的构想，其构想可用如图表示：

其中过程Ⅰ的主要反应为

①2CO22CO＋O2；

②2H2O2H2↑＋O2↑；

③2N2＋6H2O4NH3＋3O2；

④2CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2；

⑤CO2＋2H2OCH4＋2O2。

下列说法中不正确的是(　　)

A．过程Ⅱ中发生的反应均为放热反应

B．太阳能最终主要转化为热能

C．经过上述一个循环后放出O2

D．实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程Ⅰ

4．已知碳酸钙分解的热化学方程式为

CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)    ΔH= + 178．5 kJ·mol-1

（1）要使1tCaCO3完全分解，需要提供_______________kJ的热量。

（2）若通过煤炭燃烧提供热量，则需要煤炭______________kg。（已知煤的热值为33kJ·g-1）。

 5．C、CO、CH4完全燃烧的热化学方程式分别为：

C(s) + O2(g) = CO2(g)         ΔH=-393．6kJ·mol-1

2CO(g) + O2(g) = 2CO2(g)     ΔH=-565．2kJ·mol-1

CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)    ΔH=-889．6kJ·mol-1

完全燃烧等物质的量的上述物质，放出热量的大小顺序为_______________。

完全燃烧等质量的上述物质，放出热量的大小顺序为__________________。

完全燃烧等物质的量的上述物质，需要空气的体积大小顺序为_________________。