化学键与化学反应中的能量变化-鲁科版高中化学必修2讲义练习

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混合液的温度升高化学方程式：NaOH＋HCl===NaCl＋H2O结论：反应过程释放热量有刺激性气味气体产生，烧杯温度降低化学方程式：Ca(OH)2＋2NH4Cl===CaCl2＋2NH3↑＋2H2O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1molH2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为多少？已知：1molH—H键完全断裂时吸收能量为436kJ，1molO===O键完全断裂时吸收能量为498kJ，1molH—O键形成时放出能量为465kJ。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1molH—H键和12molO===O键需要吸收的能量为436kJ＋12×498kJ＝685kJ，生成1molH2O(g)放出的能量为2×465kJ＝930kJ。1molH2(g)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为930kJ－685kJ＝245kJ。一、化学反应中能量变化的原因1.从化学键的角度分析若E1＞E2，反应吸收能量；若E1＜E2，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X＋Y===M＋N为放热反应，对该反应的下列说法中正确的是()A.X的能量一定高于M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C.X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D不正确。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根据下面的信息，判断下列叙述正确的是()A.氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量B.氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量C.1molH2跟12molO2反应生成1molH2O一定释放能量245kJD.2molH2(g)跟1molO2(g)反应生成2molH2O(g)吸收能量490kJ答案A解析由题中信息可知，1molH2(g)的共价键断裂吸收能量436kJ，12molO2(g)的共价键断裂吸收能量249kJ，两项共吸收能量685kJ；形成2molH－O键时共释放能量930kJ。在1molH2(g)跟12molO2(g)反应生成1molH2O(g)的过程中，放出的能量比吸收的能量多245kJ，C项中缺少物质的状态，所以释放的能量不一定是245kJ。【解题感悟】ΔE(化学反应中能量的变化)＝E(断开反应物化学键所吸收的能量)－E(形成生成物化学键所释放的能量)。若ΔE0，则为吸热反应；若ΔE0，则为放热反应。二、放热反应和吸热反应反应类型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判断方法根据反应物和生成物总能量的大小反应物的总能量大于生成物的总能量反应物的总能量小于生成物的总能量根据反应前后化学键总能量的大小断开化学键吸收的总能量小于形成化学键释放的总能量断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放的总能量判断方法根据化学反应的互逆性可逆反应的正向反应若是放热反应，则逆向反应为吸热反应根据图示根据化学反应类别①活泼金属与水或酸的反应；②酸碱中和反应；③活泼金属氧化物与水、酸的反应；④燃烧反应；⑤金属单质间的置换反应，如铝热反应；⑥大多数化合反应(C与CO2反应等除外)，如合成氨反应、SO2与O2生成SO3的反应等；⑦氨的催化氧化反应①大多数分解反应，如CaCO3、NH4Cl、NH4HCO3等的分解反应；②铵盐与碱的反应，如Ba(OH)2·8H2O或Ca(OH)2与NH4Cl的反应；③以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应，如C与H2O(g)反应，C与CO2反应根据反应条件若反应在开始时需要加热，反应开始后不再加热就能继续进行，如铁与硫的反应需要持续加热才能进行的反应一般是吸热反应，如碳酸钙的受热分解【例2】下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是()A.铝粉与稀硫酸的反应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)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应解析铝粉与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，A、C不符合；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应是吸热反应，但是一个非氧化还原反应，D不符合；灼热的木炭与CO2的反应既是吸热反应，又是氧化还原反应，B符合。答案B【易错警示】吸热反应与放热反应判断的注意事项(1)与反应条件(是否需加热)无关①需要点燃、加热、光照的反应不一定是吸热反应，有些放热反应需要加热等条件引发反应。如H2在O2中点燃、铁粉与硫粉混合反应需要加热。②不需要加热(在常温下)能进行的反应不一定是放热反应。如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应为吸热反应，在常温下能反应。③在高温下或持续加热条件下进行的反应一般是吸热反应。④放热反应在常温下不一定能进行反应，吸热反应在常温下也可能进行反应。(2)不能将反应类型(吸、放热反应)与能量变化过程等同起来。化学反应中必然有能量的变化，但发生能量变化的却不一定是化学反应。如水蒸气变成液态水会放出能量，但这一过程属于物理变化。变式训练2如图是化学反应中物质变化和能量变化的示意图。若E1E2，则下列反应符合该示意图的是()A.NaOH溶液与稀盐酸的反应B.锌与稀盐酸的反应C.消石灰与氯化铵固体的反应D.一氧化碳在空气中的燃烧反应答案C解析若E1E2，则表明该反应吸收能量。A项，中和反应放出热量。B项，锌与稀盐酸反应放出热量。C项，消石灰与氯化铵固体反应吸收热量。D项，燃烧反应放出热量。1.下列有关化学反应中的能量变化的说法正确的是()A.化学反应中能量变化的根本原因是化学键的变化B.化学反应中的能量变化均能在实验室中通过实验呈现C.化学反应中的能量变化均能用温度计测量D.化学反应中的能量变化均能用手感知答案A解析化学反应中化学键的变化导致了能量的变化，A项正确。某些化学反应条件苛刻或者能量变化不明显，则在实验室中无法通过实验呈现，B项错误。若化学反应中的能量不是以热量形式释放或吸收的，则无法通过温度计测量，也无法用手感知，C、D项错误。2.已知反应A＋B===C＋D的能量变化如图所示，下列说法正确的是()A.该反应是放热反应B.只有在加热条件下才能进行C.反应物的总能量高于生成物的总能量D.反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量答案D解析根据图像可知反应物的总能量低于生成物的总能量，则反应是吸热反应。A.该反应是吸热反应，错误；B.反应条件与反应是放热反应还是吸热反应无关系，错误；C.反应物的总能量低于生成物的总能量，错误；D.反应吸热，则反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量，正确。3.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1mol共价键(或其可逆过程)时释放(或吸收)的能量。已知H—H键的键能为436kJ·mol－1、Cl—Cl键的键能为243kJ·mol－1、H—Cl键的键能为x，若1molH2(g)与1molCl2(g)反应生成2molHCl(g)放出183kJ的热量，则x为()A.496kJ·mol－1B.431kJ·mol－1C.862kJ·mol－1D.248kJ·mol－1答案B解析2mol×x－1mol×436kJ·mol－1－1mol×243kJ·mol－1＝183kJ，x＝431kJ·mol－1。4.反应A＋B===C放出热量，该反应分两步进行：①A＋B→X(反应吸收热量)；②X→C(反应放出热量)。下列示意图能正确表示总反应过程中能量变化的是()答案D解析反应①吸收热量，则A和B的总能量低于X的能量，故A、C项错误；反应②放出热量，则X的能量高于C的能量，B项错误，D项正确。5.下列变化属于吸热反应的是________(填序号)。①葡萄糖在人体内被氧化成CO2；②天然气的燃烧；③煅烧大理石；④稀盐酸与稀氨水混合；⑤生石灰与水反应生成熟石灰；⑥干冰的升华；⑦钠与水反应；⑧消石灰与氯化铵晶体的反应。答案③⑧解析葡萄糖在人体内的主要作用是通过氧化反应提供人体所需要的能量，为放热反应；燃料的燃烧放出热量，为放热反应；煅烧大理石，即碳酸钙分解为吸热反应；盐酸和稀氨水发生中和反应为放热反应；生石灰与水发生化合反应，属放热反应；干冰升华吸收热量，属于物理变化，不属于化学反应；钠与水的置换反应为放热反应；铵盐与碱的反应属于吸热反应。6.已知H2(g)＋12O2(g)===H2O(g)，如图是1molH2燃烧的反应过程中能量变化如图。请回答下列问题：(1)a、b、c分别代表什么意义？a___________________________________________________________________；b___________________________________________________________________；c___________________________________________________________________。(2)该反应是________(填“吸热”或“放热”)反应，a、b、c的关系为________。(3)氢气在氧气中燃烧，破坏1molH—H键吸收Q1kJ的能量，破坏1molO===O键吸收Q2kJ的能量，形成1molH—O键释放Q3kJ的能量，则下列关系式正确