第二章 化学反应与能量
第一讲 化学能与热能
复习重点：化学能与热能之间的内在联系以及化学能与热能的相互转化。
复习难点：从本质上（微观结构角度）理解化学反应中能量的变化，从而建立起科学的能量变化观。
知识梳理
一．化学键与化学反应中能量变化的关系
键能：拆＿＿＿＿＿＿＿＿＿所需的能量叫键能。单位：＿＿＿＿。1mol H2中含有1molH－H，在250C 101kPa条件下，由H原子形成1molH－H要放出436kJ的能量，而断开1molH－H重新变为H原子要＿＿＿＿＿＿＿＿的能量。
1、化学键的断裂是化学反应中能量变化的主要原因。
一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量还是放出能量，决定于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的相对大小。
∑E（反应物）＞∑E（生成物）——＿＿＿＿＿＿能量；
∑E（反应物）＜∑E（生成物）——＿＿＿＿＿＿能量。
二．化学能与热能的相互转化
放热反应：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；吸热反应：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑反应＿＿＿热；Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O反应＿＿热；H+ + OH- = H2O反应＿＿热
三、中和热：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿时所释放的热量。
疑难点拨
一、化学反应的热效应和键能的关系
在化学反应中，从反应物分子改变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变．在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的新化学键形成了，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用，在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量、化学反应的热效应来源于反应过程中
断裂旧化学键并形成新化学键时的能量变化。化学键键能的大小可粗略计算化学反应的热效应。化学反应的热效应ΔH＝生成物的键能总和－反应物的键能总和。
二、． 化学反应中能量变化与反应的放、吸热
反应物的总能量＞生成物的总能量，化学反应放出能量
反应物的总能量＜生成物的总能量，化学反应吸收能量
化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
化学变化的过程伴随着化学能与其他能量的相互转化，这种变化，通常表现为热量的变化——吸热或放热。例如：中和反应是放热反应，H2与Cl2的反应也是放热反应。常见的吸热反应：大多数分解反应；氯化铵与八水合氢氧化钡的反应；
典例剖析
【例1】 近年来，科学家正在探索利用铝粉做燃料的可能性，以期铝能成为一种石油的取代物。假如铝作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法，你认为哪项是错误的
A、 铝质轻，便于运输、贮存，且安全
B、 铝燃烧时放出的热量大，且燃烧后新产物对环境的污染容易得到有效控制
C、 在地球上，铝矿资源丰富
D、现代电冶铝的工业技术已为铝作为新能源奠定了重要基础
解析：铝质轻，燃烧时放热多，在地壳中是含量最大的金属元素，铝矿资源丰富，这些都是用铝作为新型燃料的有利条件，但是电冶铝本身需要消耗大量的能量，从这一点考虑，如果没有开发出新的冶炼金属铝的技术，则用铝作为新能源的做法是不合算的。所以D说法错误。答案：D。
【例2】最近，新华社的一条消息中披露：我国南海海底发现巨大的“可燃冰”带，能源总量估计相当于中国石油总量的一半；而我国东海“可燃冰”的蕴藏量也很可观……“可
燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶体（CH4·H2O）。请结合初中化学知识回答下列问题：
(1)下列说法中正确的是（填序号）___________________________．
A．CH4·H2O晶体中水是溶剂B．CH4·H2O的组成元素有3种
C．CH4·H2O中CH4和H2O的质量比为1：1D．可燃冰能燃烧，说明水具有可燃性
(2)可燃冰的发现为我国在新世纪使用高效新能源开辟了广阔的前景．你认为能开发利用 的新能源还有（至少填写二种）__________________，__________________．
解析：（1）溶剂是能够溶解其他物质的物质，溶剂与溶质间没有固定的组成，而CH4·H2O的组成固定故A不正确．CH4中含C、H二元素，H2O中含H、O二元素，故CH4·H2O由C、H、O三元素，组成B正确．CH4·H2O分子中CH4与H2O的物质的量之比为1：1，而其式量不等则C
不正确．CH4·H2O可燃是由于分解产生CH4的原因，故D不正确．
（2）新能源是指以新技术为基础，系统开发利用的能源包括太阳能、生物能、风能、
地热能、氢能源等．
答案：（1）B （2）太阳能、潮汐能、水能、风能、核能、地热、氢能源等．
【练习】 为减少汽车对城市大气的污染，近年来中国成功地开发出了以新燃料作能源
的“绿色汽车”．这种汽车可避免有毒的有机铅、苯和苯的同系物以及多环芳烃的排放，保护环境．这种“绿色汽车”的燃料是
A．甲醇 B．汽油 C．柴油 D．重油
答案: A
【例3】50 mL 0.50 mol/L盐酸与50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应．通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热．回答下列问题：
(1)从实验装置上看，图中尚缺少的一种玻璃用品是___________________________．
(2)烧杯间填满碎纸条的作用是_____________________________________________．
(3)大烧杯上如不盖硬纸板，求得的中和热数值__________________（填“偏大”“偏小”
“无影响”）。
(4)实验中改用60 mL 0.50 mol/L盐酸跟50 mL 0.55 mol/L NaOH溶液进行反应，与上
述实验相比，所放出的热量_________（填“相等”“不相等”），所求中和热_________（填“相等”“不相等”），简述理由_____________________________________________。
（5）用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会________；用50 mL 0.50 mol/L NaOH溶液进行上述实验，测得的中和热的数值会__________________．（均填“偏大”“偏小”“无影响”）
解析： 本实验成败的关键是准确测量反应后的温度．因此所用装置必须保温、绝热且可使体系温度尽快达到一致，故缺少的仪器应为环形玻璃搅拌棒．（2）碎纸条的作用为减少实验过程中的能量损失．（3）不盖硬纸板会损失部分热量故所测结果偏低．（4）由中和热概念可知，中和热只与生成水的量有关而与过量的酸碱无关，但液体体积增大温差减小，不便测
量．（5）由于弱酸弱碱的中和热等于H＋与OH－生成H2O时的反应热加上其电离时吸热．
答案： （1）环形玻璃搅拌棒 （2）减少实验过程中的热量损失 （3）偏小 （4）不等 相等 因为中和热是指酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O所放出的能量，与酸碱的
用量无关 （5）偏小 偏小
思考： 要想提高中和热测定的准确性，实验应注意什么？
答案： （1）搅拌或倾倒时不要有溶液损失；（2）准确读取混合液的最高温度值；（3）溶液浓度不能太浓或太稀。
知能训练
一、选择题
1. 天然气、石油、煤等在地球上的蕴藏量是有限的，因此：①可利用电解水的方法得
到氢气作能源；②可用酒精作能源；③砍伐树木作能源；④应开发太阳能、核能等新的能源．上述说法正确的是
A．只有① B．①和④ C．②和③ D．只有④
2．下列说法正确的是
A. 物质发生化学反应都伴随着能量变化
B. 伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C. 在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定不同
D. 在一个确定的化学反应关系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量
3．能源可分为一级能源和二级能源，自然界中以现成形式提供的能源称一级能源，需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。据此判断，下列叙述正确的是
A．天然气是二级能源 B．石油是二级能源C．电能是一级能源 D．水力是一级能源
4．下列反应属于放热反应的是
A．氢气还原氧化铜 B．氢气在氧气中燃烧
C．氢氧化钾和硫酸中和 D．碳酸钙高温分解成氧化钙和二氧化碳
5．下列反应属于吸热反应的是
A．二氧化碳与赤热的碳反应生成一氧化碳 B．葡萄糖在人体内氧化分解
C．Ba(OH)2·8H20与NH4Cl反应 D．锌粒与稀H2S04反应制取H2
6．下列说法不正确的是
A．焦炭在高温下与水蒸气的反应是吸热反应
B．氢氧化钾与硝酸的反应是放热反应
C．燃料有足够的空气就能充分燃烧
D．化学反应的过程，都可以看成是“贮存”在物质内部的能量转化为热能等而被释放
出来的过程
7．（2002年上海综合，18）下列选项中说明乙醇作为燃料的优点的是
①燃烧时发生氧化反应②充分燃烧的产物不污染环境③乙醇是一种再生能源④燃烧时放出大量热量
A．①②③ B．①②④C．①③④ D．②③④
8．（2002年上海综合，16）船天飞机用铝粉与高氯酸铵（NH4ClO4）的混合物为固体燃料，
点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应，其方程式可表示为：
NH4ClO4＝＝＝N2↑＋4H2O＋Cl2↑＋2O2↑
下列对此反应的叙述中错误的是
A．上述反应属于分解反应
B．上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行
C．反应从能量变化上说，主要是化学能转变为热能和动能
D．在反应中高氯酸铵只起氧化剂作用
9.已知某反应是放热反应，下列说法正确的是
A. 该反应发生时，一定不需要加热
B. 该反应中反应物的总能量小于生成物的总能量
C. 该反应中反应物的总能量大于生成物的总能量
D. 如果该反应开始后停止加热，反应一定能继续进行
10. 1 molH–I 键的键能是299KJ。 1mol I – I 键的键能是151KJ， 1mol H–H键的键能是436KJ， 则H2（g）+I2（g）=2HI（g）的反应是
A. 吸热反应 B. 放热反应 C. 分解反应 D. 可逆反应
11. 已知反应A＋B＝C＋D为放热反应，对该反应的下列说法中正确的为
A. A的能量一定高于C B. B的能量一定高于D
C. A和B的总能量一定高于C和D的总能量
D. 该反应为放热反应，故不必加热就一定能发生
12. 2C + O2 = 2CO，2CO + O2 = 2CO2 都是放热反应。据此推断，下列说法不正确的是
（其他条件相同）
A. 12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量
B. 56gCO和32gO2所具有的总能量大于88gCO2所具有的总能量
C. 12gC和32gO2所具有的总能量大于44gCO2所具有的总能量
D. 将一定质量的碳燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多
二、填空题
13、一切化学反应除了有质量的变化外，还伴随着 的变化，它们分别遵循 定律和 定律。能量变化通常主要表现为 的变化，即 或者 。
14、 既是化学反应过程的本质，又是化学反应中能量变化的主要原因 。 从能量的角度看，断开化学键要 ，形成化学键要 。一个化学反应是吸收能量（热量）还是放出能量（热量），取决于 。
15．不同的物质不仅组成不同、结构不同，所包含的 也不同。放热反应的宏观表现是 ，其微观表现是 。
16．在氢气与氯气反应生成氯化氢气体的反应中，若断裂1mol H - H键要吸收436KJ的能量，断裂1mol Cl- Cl键要吸收243KJ的能量，断裂1molH - Cl键要吸收432KJ的能量，则充分燃烧1mol H2 的能量变化是 。若 ΔH〈 0代表放热，ΔH 〉0代表吸热，该化学反应的热化学方程式是 。
17、把煤作为燃料可通过下列两种途径：
途径Ⅰ：C(s)+O2(g)
CO2(g) (
放热Q1 kJ )
途径Ⅱ：先制水煤气
C(s)+H2O(g) == CO(g)+H2(g) (吸热Q2 kJ)
再燃烧水煤气
|
2CO2(g)
2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)
试回答下列问题：
(1)判断两种途径放热：途径Ⅰ放出的热量_________(填“大于”、“等于”或“小于”)
途径Ⅱ放出的热量。
(2)Q1、Q2、Q3的数学关系式是__________________。
(3)由于制取水煤气反应里，反应物所具有的总能量________生成物所具有的总能量，
那么在化学反应时，反应物就需要_______能量才能转化为生成物，因此其反应条
为 。
(4)简述煤通过途径Ⅱ作为燃料的意义： 。
三、计算题
18、火箭推进器中盛有强还原剂液态肼（N2H4）和强氧化剂液态双氧水．当它们混合反应时，即产生大量氮气和水蒸气，并放出大量热．已知0.4 mol液态肼与足量液态双氧水反应，生成氮气和水蒸气，放出256.652 kJ的热量．
（1）反应的热化学方程式为_____________________．
（2）又已知H2O（l）＝＝＝H2O（g），ΔH＝＋44 kJ·mol－1，由16 g液态肼与液态双
氧水反应生成液态水时放出的热量是__________kJ．
（3）此反应用于火箭推进，除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很大的优点是________________________________________．
（4）火箭的密封仪器舱内有一水银气压计，起飞前仪器舱内气温为 17 ℃，气压计中水银柱高度为76 cmHg．当火箭以大小为g的加速度竖直向上发射时，气压计水银柱高度为
45.6 cm Hg．问此时仪器舱内温度为多少？
参考答案
一、选择题
1、 D2、 AC3 、D4 、BC5 、AC6、 CD 7、D8、D9、CD10、BD11、C12、A
二、填空题
13、能量；质量守恒定律；能量守恒定律；热量 ；放热；吸热 。
14、化学键的断裂与形成；吸收能量；放出能量；断开化学键吸收的能量多，还是形成化学键释放的能量多 。
15、化学能；反应物总能量高于生成物总能量；断开化学键吸收的能量少于形成化学键放出的能量 。
16、出185KJ的能量；H2（g） + Cl2（g）= 2HCl（g）；ΔH = - 185KJ/ mol。
17、（1）等于 （2）Q1 = Q3 － Q2 （3）低于 吸收 高温 （4） 固体煤经处理变为气体燃料后，不仅在燃烧时可以大大减少SO2和烟尘对大气造成的污染，而且燃烧效率高，也便于输送 。
18、1）N2H4(l)＋2H2O2(l)＝＝＝N2(g)＋4H2O(g)；ΔH＝－641.63 kJ·mol－1 （2）408.815 （3）产物不会造成环境污染（4）348 K