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第五讲 化学键与化学反应中能量变化的关系
一、从微观结构角度理解化学反应中的能量变化
从微观分析看，化学反应是原子(或离子)重新组合的过程。即在一定条件下，分子(或其他形式的微粒)中的化学键吸收能量后被破坏，形成原子(或离子)，而后又相互结合成新的分子，在此过程中由于原子间(或离子间)的相互结合而放出能量。下图为N2(g)和O2(g)生成NO(g)过程的能量变化示意图，由图可知，当1 mol N2(g)与1 mol O2(g)在一定条件下反应生成 2 mol NO(g)时，1 mol N2 分子中的化学键断裂需要吸收946 kJ能量，1 mol O2分子中的化学键断裂需吸收498 kJ能量，形成2 mol NO分子中的化学键要释放632 kJ·mol－1×2 mol＝1264 kJ能量。

反应N2(g)＋O2(g)===2NO(g)是吸收能量还是放出能量，要看断键时吸收的能量与成键时放出的能量的相对大小。由上可知，断裂反应物分子中的化学键吸收的总能量为946 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1＝1444 kJ·mol－1，形成生成物分子中的化学键放出的总能量为1264 kJ·mol－1，即反应吸收能量180 kJ·mol－1。
上述过程说明化学反应中，化学键的断裂与形成是反应过程中有能量变化的本质原因。
[特别提醒]
任何化学反应都伴随着能量的变化，但伴有能量变化的不一定是化学变化，例如水由液态变为气态需要吸收热量，但没有发生化学变化。
二、决定吸收能量或放出能量的因素
一个反应在完成后是吸收能量还是放出能量，决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。其关系如下图所示：

图Ⅰ中反应物的总能量大于生成物的总能量，反应过程中反应物将比生成物多的那部分能量释放出来，这样的反应为放出能量的反应；图Ⅱ中反应物的总能量比生成物的总能量低，反应过程中需要从外界吸收能量，这部分能量便储存在生成物中，这样的反应为吸收能量的反应。
(1)反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放出能量。
(2)反应物的总能量小于生成物的总能量，反应吸收能量。

[特别提醒]
物质所具有的能量越低越稳定。要注意断键吸收能量、成键放出能量与物质所具有的能量之间的区别。
例1　已知破坏1 mol H—H键、Cl—Cl键、H—Cl键分别需要吸收436 kJ、243 kJ、432 kJ能量，则由H2与Cl2生成1 mol HCl总的过程需要(　　)
A．放热185 kJ　　　B．吸热185 kJ C．放热92.5 kJ D．吸热92.5 kJ
跟踪练习1　下列变化过程中需要吸收能量的是(　　)
A．H＋H―→H2 B．H＋Cl―→HCl
C．I2―→I＋I D．S＋O2―→SO2
例2　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________________________________________________。如果化学反应表现为吸收能量，则有________________________________(填不等式，下同)，如果化学反应表现为放出能量，则有________________________________，请作出化学反应放出能量的示意图。
跟踪练习2　下列关于放出能量的反应：A＋B―→C＋D的说法中正确的是(EA、EB、EC、ED分别表示A、B、C、D所具有的能量)(　　)
A．EA>EC 　B．EA>EC＋ED C．EA＋EB>EC＋ED 　D．EA＋EB C．蒸汽、风力 D．原煤、石油
5．下列关于能源的开发和利用的说法中不正确的是(　　)
A．能源是有限的，无节制地利用常规能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，担心能源枯竭是杞人忧天
C．在能源的开发和利用中必须同时考虑对环境的影响
D．可再生能源和清洁能源(绿色能源)将成为新能源的主力军
6．下列图像分别表示反应过程中的能量变化，其中表示吸热反应的是(　　)

7．金刚石在一定条件下可以转变为石墨，并放出能量，下列说法中正确的是(　　)
A．金刚石更稳定
B．金刚石所具有的能量更高
C．反应中断开金刚石中的化学键所消耗的能量比形成石墨中的化学键所放出的能量多
D．该变化为物理变化
8．已知：①物质的能量越低越稳定　②白磷转化为红磷是放热的。据此下列说法中正确的是(　　)
A．白磷转化为红磷是物理变化
B．在相同条件下红磷比白磷稳定
C．相同条件下红磷所具有的总能量比白磷的高
D．相同质量的红磷和白磷完全燃烧放出的热量相等
9．氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，反应中，破坏1 mol H2中化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol O2中化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol H—O键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是(　　)
A．2Q1＋Q2＞4Q3 B．2Q1＋Q2＜4Q3 C．Q1＋Q2＜Q3 D．Q1＋Q2＝Q3
10．下列是用化学方程式表示的化学变化，请在每小题后的横线上注明能量的转化形式：
(1)Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O；放电时：______能―→______能。
(2)6H2O＋6CO2C6H12O6＋6O2；____能―→______能。
(3)2H2＋O22H2O；______能―→______能。
11．断裂1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键吸收的能量分别为436 kJ、391 kJ、946 kJ，试计算：
(1)1 mol N2与足量H2完全反应生成NH3需________(填“放出”或“吸收”)热量________kJ。
(2)1 mol H2与足量N2完全反应生成NH3需________(填“放出”或“吸收”)热量________kJ。
12．下表中的数据是破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量(kJ)：
1 mol 物质
Cl2
Br2
I2
HF
HCl
HBr
HI
H2
能量(kJ)
243
193
151
660
432
366
298
436
(1)根据上表，下列物质本身所具有的能量最低的是____。
A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2
(2)下列氢化物中，最稳定的是_
A．HCl B．HBr C．HI D．HF
(3)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)是______(填“吸热”或“放热”)反应。
(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物质的量的氢气时，放出或吸收热量最多的是________。
13．某学生用如图所示的装置对反应：X＋2Y===2Z的能量变化情况进行研究。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：

①该反应为放热反应　②生成物的总能量比反应物的总能量高　③该反应过程可以看成是“贮存”于X、Y内部的能量部分转化为热量而释放出来。其中正确的是(　　)
A．①②③ B．①③ C．①② D．②③
14．已知化学反应：2C(s)＋O2(g)2CO(g),2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)都是放热反应。据此判断，下列说法中不正确的是(其他条件相同)(　　)
A．12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量
B．56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
C．12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量
D．将一定质量的C燃烧，生成CO2时放出的热量比生成CO时多
15．化学键的键能是指形成1 mol化学键时所释放的能量或断开1 mol 化学键时所需要吸收的能量。下表是一些键能数据。(单位： kJ·mol－1)

键能

键能
H—H
436
C—I
218
C—Cl
330
H－O
464
Cl—Cl
243
H—Cl
432
H—S
339
C—F
427
根据以上信息，回答下列问题：
(1)根据表中数据判断，CCl4的稳定性________(填“大于”或“小于”)CF4的稳定性。试预测C—Br键的键能范围：______________________。
(2)有人认为：H—O键的键能大于H—S键的键能，所以H2O的熔、沸点高于H2S的熔、沸点。你是否赞同这种观点？________(填“赞同”或“不赞同”)。
(3)1 mol H2在足量的Cl2中完全燃烧，放出的热量约为__________ kJ。
16．某化学反应中，设反应物的总能量为E1，生成物的总能量为E2。

(1)若E1>E2，则该反应为______(填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图______
(填“A”或“B”)表示。
(2)若E1种盐熔化，吸收热量；晚间熔盐释放出相应能量，从而使室温得以调节。已知下列数据：
盐
熔点/℃
熔化吸热/
kJ·mol－1
参考价格/
元·kg－1
CaCl2·6H2O
29.0
37.3
780～850
Na2SO4·10H2O
32.4
77.0
800～900
Na2HPO4·12H2O
36.1
100.1
1600～2000
Na2S2O3·5H2O
48.5
49.7
1400～1800
其中最适宜作储能介质的是______(填字母)。
A．CaCl2·6H2O B．Na2SO4·10H2O
C．Na2HPO4·12H2O D．Na2S2O3·5H2O
②右图是一种太阳能热水器的示意图，图中A是集热器，B是储水容器，C是供阴天时加热的辅助电热器。根据对水的密度的认识，你估计在阳光照射下水将沿______(填“顺”或“逆”)时针方向流动。

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