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第一节 化学能与热能
记一记
1.化学反应吸热还是放热决定于反应物总能量(E1)和生成物总能量(E2)的相对大小。若E1>E2，则为放热反应；若E1<E2，则为吸热反应。
2．化学反应中，断裂反应物中化学键吸收能量为Q(吸)，形成生成物中化学键放出能量为Q(放)，则化学反应过程中的能量变化为ΔQ＝Q(吸)－Q(放)，若ΔQ<0，为放热反应，若ΔQ>0，为吸热反应。
3．(1)常见的放热反应：所有燃烧反应，酸碱中和反应，金属与水、酸的反应，绝大多数化合反应。
(2)常见的吸热反应：Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应，以C、H2、CO为还原剂的反应，大多数分解反应。
4．物质具有的能量越低，物质的稳定性越强，即能量越低越稳定。
探一探
1.NaCl溶于水，化学键有没有变化？如果仅从化学键角度分析，NaCl溶于水是吸热还是放热？
[提示] NaCl溶于水，NaCl===Na＋＋Cl－，只有化学键断裂，没有化学键形成，因此NaCl溶于水吸收热量。
2．什么是放热反应和吸热反应？铝与盐酸的反应是放热反应还是吸热反应？
[提示] 放出热量的反应是放热反应，吸收热量的反应是吸热反应。铝与盐酸的反应是放热反应。
3．有的化学反应需要加热，该反应是否是吸热反应？有的化学反应在常温下能够进行，该反应是否是放热反应？
[提示] 都不一定，原因是化学反应放热还是吸热取决于反应物和生成物具有总能量的相对大小，与反应是否加热无关。
4．人类利用能源的三个阶段分别是什么？
新能源，主要包括哪些方面？
[提示] 三个阶段分别是柴草时期、化石能源时期、多能源结构时期。
新能源主要包括可再生能源和清洁能源，如：太阳能、氢能、核能、生物质能、地壳地表能等。
探究感悟
判一判
判断正误(对的在括号内打√，错的在括号内打×)
(1)化学键断裂需要吸收能量，化学键形成会放出能量。(√)
(2)化学反应必然伴随能量变化。(√)
(3)相同条件下由原子形成1 mol H—Cl键所放出的能量与断开1 mol H—Cl键吸收的能量相等。(√)
(4)反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热。(√)
(5)吸热反应在一定条件下也能发生。(√)
(6)放出能量越多的反应通常生成物越不稳定。(×)
(7)化学反应过程不一定都有能量变化。(×)
(8)NaOH溶于水要释放能量。(√)
(9)煤、石油和天然气都是化石能源。(√)
(10)柴草燃烧时，化学能全部转化为热能。(×)
练一练
1.[2019·辽宁学考真题]下列分别是利用不同能源发电的实例图形，其中不属于新能源开发利用的是( )
答案：C
2．[2019·江苏学考真题]下列过程中能量的转化与图示吻合的是( )
A．铵盐溶于水 B．C与CO2(g)反应
C．水结成冰 D．断开氢气中的H—H键
答案：C
3．[2019·山东学考真题]下列关于化学反应中能量变化的说法正确的是( )
A．形成化学键的过程是放热过程
B．可逆反应进行的过程中没有能量变化
C．在常温下可以发生的反应一定是放热反应
D．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量多少无关
答案：A
4．[2019·辽宁学考真题]下列反应中属于吸热反应的是( )
A．铝与盐酸反应
B．酸碱中和反应
C．硫在空气或氧气中燃烧
D．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
答案：D
知识点一 化学反应与能量变化的关系
1.[2019·河南林州一中期中]下列说法错误的是( )
A．任何化学反应都伴随着能量变化
B．化学反应中能量变化的大小与反应物的质量无关
C．化学变化中的能量变化主要是由化学键变化引起的
D．能量变化是化学反应的基本特征之一
解析：化学反应的本质是旧键的断裂和新键的形成，断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量，所以能量变化是化学反应的基本特征之一，化学反应必然伴随着能量变化，化学反应中能量变化的大小与反应物的质量有关，故B错误。
答案：B
2．[2019·辽宁大连期末]下列说法正确的是( )
A．化学反应过程中一定伴随着能量变化
B．人体运动消耗的能量与化学反应无关
C．化学反应释放的能量一定是热能
D．有化学键断裂的变化一定是化学变化
解析：化学反应的本质为旧键的断裂和新键的形成，断裂化学键吸收能量，形成化学键放出能量，则化学反应过程中一定伴随着能量变化，A项正确；人体运动消耗的能量与化学反应有关，如人体内葡萄糖发生氧化反应提供能量等，B项错误；化学反应释放的能量不一定是热能，也可以是光能、电能等，C项错误；有化学键断裂的变化不一定是化学变化，例如氯化氢溶于水时共价键断裂，但此过程不是化学变化，D项错误。
答案：A
知识点二 化学键与化学反应中能量变化的关系
3.以下叙述错误的是( )
A．反应物的总能量低于生成物的总能量时，反应释放能量
B．物质燃烧可看作“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能、光能等形式释放出来
C．氢原子与氯原子结合生成氯化氢后，其结构的稳定性增强，体系的能量降低
D．当断开旧键吸收的能量大于形成新键放出的能量时，该反应为吸收能量的反应
解析：当反应物的总能量低于生成物的总能量时，该反应发生时需要吸收能量，故A项错误；物质燃烧是放热反应，可看成“储存”在物质内部的能量转化为热能、光能等形式释放出来，故B项正确；形成化学键释放能量，则氢原子与氯原子结合成氯化氢后体系能量降低，其结构的稳定性增强，故C项正确；对于吸收能量的化学反应，断开反应物中的化学键吸收的能量高于形成生成物中的化学键释放的能量，故D项正确。
答案：A
4．[2019·福建厦门期末质量检测]氢气燃烧生成水蒸气的能量变化如图所示。下列说法正确的是( )
A．燃烧时化学能全部转化为热能
B．断开1 mol氢氧键吸收930 kJ能量
C．相同条件下，1 mol氢原子的能量为E1,1 mol氢分子的能量为E2，则2E1<E2
D．该反应生成1 mol水蒸气时能量变化为245 kJ
解析：燃烧时化学能可转化为热能、光能等形式，故A项错误；由题图可知，断开2 mol氢氧键吸收930 kJ的能量，故B项错误；氢分子变成氢原子要吸收能量，所以2E1>E2，故C项错误；该反应生成1 mol水蒸气时的能量变化为930 kJ － 436 kJ－ 249 kJ＝245 kJ，故D项正确。
答案：D
知识点三 放热反应和吸热反应
5.关于吸热反应和放热反应，下列说法错误的是( )
A．需要加热才能进行的化学反应一定是吸热反应
B．化学反应中的能量形式除热量外，还可以是光能、电能等
C．化学反应过程中的能量变化遵守能量守恒定律
D．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应
解析：需要加热才能进行的化学反应不一定是吸热反应，如铝热反应，A项错误；物质在发生化学变化时，既有物质变化，也有能量变化，化学反应中的能量除热量外，还可以是光能、电能等形式，B项正确；化学反应过程中，能量不会凭空产生，也不会凭空消失，一种能量可以转化为另一种能量，遵守能量守恒定律，C项正确；反应物的总能量高于生成物的总能量时，多余的能量会释放出来，故发生的是放热反应，D项正确。
答案：A
6．[2019·江苏海安中学期中]下列过程中的能量变化情况符合图示关系的是( )
A．酸与碱的中和反应
B．H＋Cl―→H－Cl
C．氧化钙与水反应制熟石灰
D．Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
解析：酸与碱的中和反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，故A项错误；形成化学键放出能量，故B项错误；氧化钙和水的反应属于放热反应，反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量，故C项错误；Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应属于吸热反应，反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量，故D项正确。
答案：D
综合考查 化学能与热能相互转化的应用
7.[2019·湖南五市十校期中联考]下列关于能量转换的认识中不正确的是( )
A．电解水生成氢气和氧气时，电能转化为化学能
B．生物质能主要指由树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量，利用生物质能就是间接利用太阳能
C．煤燃烧时，化学能主要转化为热能
D．葡萄糖在人体组织中发生缓慢氧化时，热能转化为化学能
解析：电解水时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，电能转化为化学能，A项正确；生物质能主要指由树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量，绿色植物通过光合作用把太阳能转化为生物质能储存起来，因此利用生物质能就是间接利用太阳能，B项正确；煤燃烧时，化学能转化为热能和光能，但主要转化为热能，C项正确；葡萄糖在人体组织中发生缓慢氧化时，化学能转化为热能，D项错误。
答案：D
8．[2019·山西临汾一中期末]某学生用如图所示装置进行化学反应X＋2Y===2Z能量变化情况的研究。当往试管中滴加试剂Y时，看到U形管中液面甲处下降、乙处上升。下列关于该反应的叙述中正确的是( )
①该反应为放热反应
②该反应为吸热反应
③生成物的总能量比反应物的总能量高
④反应物的总能量比生成物的总能量高
⑤该反应过程可以看成是“贮存”于X、Y内部的部分能量转化为热能形式释放出来
A．①④⑤ B．①④
C．①③ D．②③⑤
解析：当往试管中滴加试剂Y时，看到U形管中液面甲
处下降，乙处上升，说明该反应为放热反应，放出的热量使集气瓶中气压升高而出现该现象，故①正确、②错误；在放热反应中，反应物的总能量高于生成物的总能量，故③错误、④正确；该反应过程可以看成是贮存于X、Y内部的能量转化为热能形式释放出来，⑤正确。故选A。
答案：A
9．(1)下列过程中不一定释放能量的是________(填编号)。
A．化合反应 B．分解反应
C．形成化学键 D．燃料燃烧
E．酸碱中和 F．炸药爆炸
(2)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)。
A．硫蒸气 B．硫固体
(3)已知：通常条件下，酸碱稀溶液中和生成1 mol水放出的热量为中和热。稀溶液中1 mol H2SO4和NaOH恰好反应时放出Q kJ热量，则其中和热为________kJ/mol。
(4)已知H2和O2反应放热，且断开1 mol H—H、1 mol O===O、1 mol O—H键需吸收的能量分别为Q1、Q2、Q3 kJ。由此可以推知下列关系正确的是________(填编号)
A．Q1>Q3 B．Q2>Q3
C．2Q1＋Q2<2Q3 D．2Q1＋Q2<4Q3
E．Q1＋Q2>Q3 F．Q1＋Q2<Q3
解析：
(1)化学键的形成过程中一定会放出能量，燃料的燃烧、酸碱中和反应都是放热反应，炸药爆炸过程中会放出热量，而化合反应、分解反应不一定是放热反应；
(2)硫固体变为硫蒸气需要吸收热量，所以硫蒸气燃烧放出的热量较多；
(3)1 mol硫酸与氢氧化钠完全反应生成2 mol水．中和热是指强酸与强碱稀溶液发生中和反应生成1 mol水时放出的热量，所以中和热为 kJ/mol；
(4)氢气与氧气的反应是放热反应，根据反应热与键能的关系，则2Q1＋Q2－ 4Q3<0，即2Q1＋Q2<4Q3，三种键能之间的大小关系不能判断。
答案：(1)AB (2)A (3) (4)D
基础达标
1．新能源的特点是资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小，且可以再生。下列不属于新能源的是( )
①天然气 ②煤 ③氢能 ④石油 ⑤太阳能 ⑥生物质能 ⑦风能
A．①②④ B．⑤⑥⑦
C．③⑤⑥ D．③⑤⑦
解析：石油、煤、天然气属于化石能源，不属于新能源。
答案：A
2．从宏观角度来看，化学变化的本质是有新物质生成。从微观角度来看，下列变化不能说明发生了化学变化的是( )
A．变化时有电子的得失或共用电子对的形成
B．变化过程中有化学键的断裂和形成
C．变化时释放出能量
D．变化前后原子的种类和数目没有改变，分子种类改变了
解析：变化时有电子的得失或共用电子对的形成，说明有化学键的断裂和形成，即发生了化学变化，A项不符合题意；化学反应的过程就是原子重新组合的过程，所以变化过程中有化学键的断裂和形成，B项不符合题意；物质的状态从气态变化到液态时也会放出热量，但该过程属于物理变化，C项符合题意；化学反应的过程就是原子重新组合的过程，则原子的种类和数目没有改变，分子种类发生改变的变化过程属于化学变化，D项不符合题意。
答案：C
3．[2019·黑龙江哈尔滨师范大学附属中学期中]下列各组变化中，前者是放热反应，后者是吸热反应的是( )
A．生石灰溶于水；锌粒和稀硫酸反应
B．稀释浓硫酸；氯化铵和Ba(OH)2·8H2O反应
C．氢氧化钠和盐酸反应；二氧化碳和碳反应
D．工业煅烧石灰石；化石燃料燃烧
解析：生石灰溶于水生成氢氧化钙是放热反应，锌粒和稀硫酸反应生成硫酸锌和氢气，是放热反应，A项错误。稀释浓硫酸放热，是物理变化，不是放热反应，氯化铵和Ba(OH)2·8H2O的反应是吸热反应，B项错误。氢氧化钠和盐酸反应生成氯化钠和水，是放热反应，二氧化碳和碳生成一氧化碳是吸热反应，C项正确。工业煅烧石灰石生成氧化钙和二氧化碳，是吸热反应，化石燃料燃烧是放热反应，D项错误。
答案：C
4.下列反应或过程中能量的变化与图相符合的是( )
A．H＋H―→H－H
B．2NH4Cl＋Ba(OH)2·8H2O===BaCl2＋2NH3↑＋10H2O
C．Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑
D．H2SO4＋2KOH===K2SO4＋2H2O
解析：图像中，生成物的总能量大于反应物的总能量，说明是吸热反应或吸热过程。A项，属于形成化学键，过程中放出能量，错误；B项，属于铵盐和碱的反应，是吸热反应，正确；C项，属于金属与酸的反应，是放热反应，错误；D项，属于酸碱中和反应，是放热反应，错误。
答案：B
5．已知：①能量越低的物质越稳定；②白磷转化成红磷是放热反应。据此，下列说法中正确的是( )
A．在相同条件下，红磷比白磷稳定
B．在相同条件下，白磷比红磷稳定
C．红磷和白磷的结构相同
D．红磷容易发生自燃而白磷不会自燃
解析：白磷转化成红磷是放热反应，红磷的能量更低，红磷更稳定，故A项正确，B项错误；红磷和白磷的结构不同，故C项错误；相同条件下，红磷较白磷稳定，红磷不容易发生自燃而白磷容易自燃，故D项错误。
答案：A
6．[2019·江苏宿迁期中]下列叙述不正确的是( )
A．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的根本原因
B．酸碱中和反应是放热反应
C．等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多
D．因为石墨变成金刚石吸热，所以金刚石比石墨稳定
解析：断键吸收能量，成键放出能量，因此化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的根本原因，A项正确；酸碱中和反应是放热反应，B项正确；气态硫的能量高于固态硫的能量，因此等质量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，前者放出的热量多，C项正确；石墨变成金刚石吸热，说明石墨的能量低于金刚石，能量越低越稳定，所以石墨比金刚石稳定，D项错误。
答案：D
7．[2019·湖南衡阳八中月考]下列图示表示吸热反应的是( )
解析：由题图可知反应物的总能量低于生成物的总能量，因此表示的是吸热反应，A项正确；由题图可知反应物的总能量高于生成物的总能量，表示的是放热反应，B项错误；稀释浓硫酸放热，属于物理变化，C项错误；锌与稀盐酸发生置换反应生成氯化锌和氢气，属于放热反应，D项错误。
答案：A
8．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l mol B－B键共放出x kJ能量
C．断裂2 mol A－B键需要吸收y kJ能量
D．2 mol AB的总能量大于1 mol A2和1 mol B2的总能量
解析：A项，该反应反应物的总能量大于生成物的总能量，为放热反应，错误；B项，断键时吸收能量，所以断裂1 mol A－A键和1 mol B－B键应吸收x kJ能量，错误；C项，据图可知，断裂2 mol A－B键成为2 mol A和2 mol B吸收y kJ能量，正确；D项，2 mol AB的总能量小于1 mol A2和1 mol B2的总能量，错误。
答案：C
9．将V1 mL 1.0 mol·L－1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1 mL＋V2 mL＝50 mL)。下列叙述正确的是( )
A．做该实验时的环境温度为22 ℃
B．该实验表明化学能可转化为热能
C．NaOH溶液的浓度约为1.0 mol·L－1
D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应
解析：由图像可知，22 ℃不是环境温度，因为温度为22 ℃的状态下已发生HCl(aq)和NaOH(aq)的反应，故A项错误；实验结果表明此反应是放热反应，表明化学能转化为热能，故B项正确；当加入盐酸体积为30 mL时，温度最高，说明此时反应完全，设NaOH溶液浓度为c mol·L－1，则V2＝20 mL,30×10－3 L×1.0 mol·L－1＝20×10－3 L×c mol·L－1，解得c＝1.5 mol·L－1，故C项错误；Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl晶体反应生成水，但此反应是吸热反应，故D项错误。
答案：B
10．[2019·北京朝阳区质量检测]中国科学院科研团队研究表明，在常温常压和可见光下，基于LDH(一种固体催化剂)合成NH3的原理如图。下列说法不正确的是( )
A．该过程将太阳能转化为化学能
B．该过程只涉及极性键的断裂与生成
C．氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:3
D．原料气N2可通过分离液态空气获得
解析：该过程将太阳能转化成化学能，A项正确；该过程既有极性键(O—H键、N—H键)的断裂与生成，也有非极性键(N≡N键、O===O键)的断裂与生成，B项错误；该反应的化学方程式为2N2＋6H2O===4NH3＋3O2，氮气作氧化剂、水作还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1:3，C项正确；原料气N2可通过分离液态空气获得，D项正确。
答案：B
11．在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下图：
(1)若E1>E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)若E1<E2，反应体系的总能量________(填“升高”或“降低”)，为________(填“吸热”或“放热”)反应。
解析：当反应物的总能量大于生成物的总能量时，该反应为放热反应，反应后体系的能量降低；当反应物的总能量小于生成物的总能量时，该反应为吸热反应，反应后体系的能量升高。
答案：(1)降低 放热 (2)升高 吸热
12．某同学做如下实验，以检验反应中的能量变化。
(1)在实验中发现反应后(a)中温度升高，由此可以判断(a)中反应是________热反应；(b)中温度降低，由此可以判断(b)中反应是________热反应。
(2)写出铝与盐酸反应的离子方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(3)根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应该________其生成物的总能量。
解析：(1)反应后(a)中温度升高，(b)中温度降低，说明(a)中反应为放热反应，(b)中反应为吸热反应。
(2)铝与盐酸反应的离子方程式为2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。
(3)(b)中反应为吸热反应，根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应低于生成物的总能量。
答案：(1)放 吸 (2)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ (3)低于
能力达标
13.如图是某同学设计的放热反应的观察装置。
其实验操作步骤如下：
①按图所示将实验装置连接好；
②在U形管内加入少量红墨水(或品红溶液)，打开T形管活塞，使U形管内两边的液面处于同一水平面，再关闭T形管活塞；
③在盛有1.0 g氧化钙的小试管里滴入2 mL左右的蒸馏水，观察现象。
试回答：
(1)实验前必须进行的一步实验操作是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)实验中观察到的现象是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实验中发生反应的化学方程式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)说明CaO、H2O的能量与Ca(OH)2的能量之间的关系：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)若该实验中CaO换成NaCl，实验还能否观察到相同现象？________(填“能”或“否”)。
解析：(1)由于实验要通过装置中气压的变化来确定反应是放热反应，所以实验装置要密封，为了确定装置是否密封，实验前要检查装置气密性。(2)由于氧化钙和水的反应是放热反应，反应时试管内温度升高，气体压强增大，导致U形管内红墨水或品红溶液的液面左低右高。(3)CaO和水反应的化学方程式为CaO＋H2O===Ca(OH)2。(4)氧化钙和水的反应是放热反应，放热反应中反应物的总能量大于生成物的总能量，故CaO和H2O的总能量大于Ca(OH)2的总能量。(5)由于氯化钠和水不反应，混合时能量变化不明显，试管内气体压强变化不明显，故看不到相同的现象。
答案：(1)检查装置的气密性 (2)U形管液面左低右高 (3)CaO＋H2O===Ca(OH)2 (4)CaO和H2O所具有的总能量高于Ca(OH)2的总能量 (5)否
14．从能量变化的角度研究反应：2H2＋O2===2H2O。
(1)下图能正确表示该反应中能量变化的是________。
(2)从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。已知断开或形成1 mol化学键吸收或放出的能量，叫做该化学键的键能，单位为kJ·mol－1。一些键能数据如下表：
化学键
H—H
O===O
H—O
键能(kJ·mol－1)
436
496
463
请填写下表：
化学键
填“吸收”或
“放出”能量
能量变
化(kJ)
拆开
化学键
2 mol H2中的化学键
______能量
1 mol O2中的化学键
形成
化学键
4 mol H—O键
______能量
总能量变化
______能量
解析：
(1)氢气燃烧是放热反应，则反应物的总能量高于生成物的总能量，A图像符合。
(2)断键吸收能量，成键放出能量，反应吸收或放出的热量等于断键吸收的总能量和成键所放出总能量的差值。
答案：
(1)A
(2)
化学键
填“吸收”或
“放出”能量
能量变
化(kJ)
拆开
化学键
2 mol H2中的化学键
吸收
1 368
1 mol O2中的化学键
形成
化学键
4 mol H—O键
放出
1 852
总能量变化
放出
484
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