高中化学必修二第二章 第一节 第1课时

第一节化学能与热能

第1课时化学键与化学反应中能量变化的关系

[学习目标定位] 1.运用微观的思想，从反应物分子和生成物分子中化学键变化的角度，在本质上认识物质变化与能量变化的关系。2.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因，知道化学反应中的能量变化和物质具有的能量之间的关系。

一断开或形成1 mol某化学键的能量变化

1．化学反应的本质是原子(或原子团)的重新组合，即反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。

2．物质中的原子之间是通过化学键结合的。断开反应物中的化学键要吸收能量，形成生成物中的化学键要放出能量。

3．断开或形成1 mol H2中化学键的能量变化

(1)在1 mol氢分子中，含有2 mol氢原子，含有1 mol H—H键。

(2)已知在25 ℃和101 kPa条件下，由2 mol H原子形成1 mol H—H键时，放出436 kJ的能量。若要使1 mol氢分子变为2 mol氢原子时，需要断开1 mol H—H键，其能量变化是吸收436_kJ的能量。

4．断开或形成1 mol CH4中化学键的能量变化

(1)CH4的电子式是，结构式是，1 mol CH4分子中含有4 mol C—H 键。

(2)在CH4中，断开1 mol C—H键要吸收415 kJ的能量。若要形成1 mol CH4中的C—H键其能量变化是放出4_mol×415_kJ·mol－1＝1_660_kJ的能量。

[归纳总结]

在25 ℃和101 kPa的条件下，由原子形成1 mol化学键时所放出的能量，与断开1 mol相同化学键所吸收的能量是相等的。

[活学活用]

1．已知1 g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ，且氧气中1 mol O===O键完全断裂时需要吸收能量496 kJ，水蒸气中1 mol H—O键形成时放出能量463 kJ，则氢气中1 mol H—H键断裂时吸收能量为()

A．920 kJ B．557 kJ

C．436 kJ D．188 kJ

答案C

解析由1 g H2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121 kJ可知：2 g H2(即含1 mol H—H键)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121 kJ×2＝242 kJ。由化学方程式H2(g)＋1

2O2(g)点

燃,H2O(g)可设1 mol H—H键断裂吸收的能量为Q，则：Q＋1

2×496 kJ－2×463 kJ＝－242 kJ，Q＝436 kJ。

2．键能是指在25 ℃、101 kPa，将1 mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子A和B时所需要的能量。显然键能越大，化学键越牢固，含有该键的分子越稳定。如H—H键的键能是436 kJ·mol－1，是指使1 mol H2分子变成2 mol H 原子需要吸收436 kJ的能量。

(1)已知H—Cl键的键能为431 kJ·mol－1，下列叙述正确的是________(填字母序号，下同)。A．每生成1 mol H—Cl键放出431 kJ能量

B．每生成1 mol H—Cl键吸收431 kJ能量

C．每拆开1 mol H—Cl键放出431 kJ能量

D．每拆开1 mol H—Cl键吸收431 kJ能量

(2)已知键能：H—H为436 kJ·mol－1；H—F为565 kJ·mol－1；H—Cl为431 kJ·mol－1；H—Br 为366 kJ·mol－1。则下列分子受热时最稳定的是______。

A．HF B．HCl C．HBr D．H2

(3)能用键能大小解释的是________。

A．氮气的化学性质比氧气稳定

B．常温常压下溴呈液态，碘呈固态

C ．稀有气体一般很难发生化学反应

D ．硝酸易挥发而硫酸难挥发 答案 (1)A 、D (2)A (3)A

解析 由题目所给信息可知，键能是指将1 mol 理想气体分子拆开为中性气态原子时所需要的能量。键能越大，分子的稳定性越强，键能影响物质的化学性质，而一些物理性质如熔、沸点(挥发性)的高低等取决于分子间作用力的大小。

二 化学反应中的能量变化

1．化学反应包含两个过程，一是要断开反应物中的化学键，这一过程需要克服原子间的相互作用，因此要吸收能量；二是要形成生成物中的化学键，这一过程会释放能量。因此，化学键的断裂和形成是化学反应中发生能量变化的主要原因。

2．化学反应中存在两大变化，即物质变化和能量变化。由于断开不同的化学键吸收的能量不同，形成不同的化学键释放的能量也不同，所以化学反应中总会伴有能量的变化，最终的反应结果表现为吸收能量和放出能量。

3．化学反应中发生能量变化的两种类型：放出能量和吸收能量。 (1)

以2H 2＋O 2=====点燃

2H 2O 为例：

(已知断开1 mol H—H 键吸收能量436 kJ ，断开1 mol O===O 键吸收能量498 kJ ，断开1 mol H—O 键吸收能量465 kJ)

则1 mol H 2完全燃烧放出的能量为4×465_kJ /2－(2×436_kJ ＋498_kJ)/2＝245_kJ 。 (2)

[归纳总结]

化学反应吸收或放出能量的判断

(1)化学反应放出能量还是吸收能量取决于反应物中化学键断裂时所吸收的能量和生成物中化学键形成时所放出的能量的相对大小。若用E总吸表示反应物化学键断开时所吸收的能量，E总放表示生成物化学键形成时所放出的能量，化学反应能量变化ΔE＝E总吸－E总放。若ΔE 为正值则吸收能量，为负值则放出能量。

(2)各种物质都储存有化学能，不同的物质所储存的化学能不同。化学反应中，物质发生了变化，化学能也随之而改变，化学反应过程中吸收或放出能量可用下图形象地表示：

[活学活用]

3．已知反应A2＋B2===2AB，破坏1 mol A2中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol B2中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol AB中的化学键释放的能量为Q3 kJ，则下列说法正确的是()

A．若A2和B2的总能量之和大于生成的AB的总能量，则反应放热

B．若A2和B2的总能量之和小于生成的AB的总能量，则反应放热

C．若该反应放出能量，则Q1＋Q2＞Q3

D．若该反应吸收能量，则Q1＋Q2

答案A

解析若反应物总能量之和大于生成物总能量之和，则反应放热，反之，反应吸热。若破坏反应物化学键消耗的能量小于形成生成物化学键释放的能量，则反应放热，反之，反应吸热。理解感悟化学变化过程中肯定会伴有能量的变化，但伴有能量变化的过程不一定是化学变化。化学变化过程中既有能量变化又有物质变化。

4．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1 mol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436 kJ·mol－1、Cl—Cl 键的键能为243 kJ·mol－1、H—Cl键的键能为x，若1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g)放出183 kJ的热量，则x为()

A．496 kJ·mol－1B．431 kJ·mol－1

C．862 kJ·mol－1D．248 kJ·mol－1

答案B

解析2x－436 kJ·mol－1－243 kJ·mol－1＝183 kJ·mol－1

x＝431 kJ·mol－1。

当堂检测

1．判断下列说法的正误，正确的在括号内划“√”，错误的在括号内划“×”。

(1)所有化学反应都伴随着能量的变化()

(2)不同的化学反应放出或吸收的能量一般是不相同的()

(3)同一化学反应中反应物的用量不同时，放出或吸收的能量却相同()

(4)放出能量越多的反应，通常生成物越不稳定()

(5)因为氢气在氧气中燃烧是放出能量的，所以水的分解反应一定是吸收能量的()

答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)√

解析(4)放出能量越多的反应，说明生成物的能量越低，生成物越稳定。

2．下列对化学反应的认识错误的是()

A．会引起化学键的变化

B．会产生新的物质

C．必然引起物质状态的变化

D．必然伴随着能量的变化

答案C

解析化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，并伴随着能量的变化，而化学变化中的反应物和生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故正确答案为C。

3．下列说法正确的是()

A．任何化学反应都伴随着能量的变化

B．H2O(g)===H2O(l)该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化

C ．化学反应中能量的变化都表现为热量的变化

D ．对于如图所示的过程，是吸收能量的过程

答案 A

解析 任何化学反应都有能量的变化，但有能量变化的过程不一定是化学变化，如物质的三态变化，虽然存在能量变化，但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成，故不是化学变化，所以A 项正确，B 项错误；化学反应中能量变化的形式有多种，除热能外，还有光能、电能等，C 项错误；由图像知，该过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该过程中放出了能量，D 项错误。

4．对于放热反应2H 2＋O 2=====点燃

2H 2O ，下列说法中正确的是( ) A ．生成物H 2O 所具有的总能量高于反应物H 2和O 2所具有的总能量 B ．反应物H 2和O 2所具有的总能量高于生成物H 2O 所具有的总能量 C ．反应物H 2和O 2所具有的总能量等于生成物H 2O 所具有的总能量 D ．反应物H 2和O 2具有的能量相等 答案 B

解析 首先应明确题中所给反应为放热反应，放热反应的特征是反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量。

5．断开1 mol H—H 键、1 mol N—H 键、1 mol N ≡N 键分别需要吸收的能量为436 kJ 、391 kJ 、946 kJ 。求：

(1)1 mol N 2完全反应生成NH 3需________(填“吸收”或“放出”)能量________ kJ 。 (2)1 mol H 2完全反应生成NH 3需________(填“吸收”或“放出”)能量________ kJ 。(不考虑可逆反应)

答案 (1)放出 92 (2)放出 30.67

解析 本题可以从断键吸收的能量数值与成键放出的能量数值的相对大小来判断，若E (断键)＞E (成键)，则为吸热反应；若E (断键)＜E (成键)，则为放热反应。(1)N 2＋3H 2

2NH 3，

生成2 mol NH 3形成6 mol N—H 键时要放出6 mol ×391 kJ·mol －1＝2 346 kJ 的能量，拆开1 mol N ≡N 键和3 mol H—H 键时吸收的总能量为946 kJ ＋3 mol ×436 kJ·mol －1＝2 254 kJ ，

整个过程中的能量变化为放出能量，为2 346 kJ －2 254 kJ ＝92 kJ 。(2)方法一：13N 2＋H 2

2

3

NH 3，生成2

3 mol NH 3即形成2 mol N—H 键时，需放出2 mol ×391 kJ·mol －1＝782 kJ 的能量，

拆开13 mol N ≡N 键和 1 mol H—H 键时吸收的总能量为1

3 mol ×946 kJ·mol －1＋436

kJ ≈751.33 kJ ，整个过程中的能量变化为放出能量，为782 kJ －751.33 kJ ＝30.67 kJ 。方法二：

由(1)知3 mol H 2生成NH 3需放出能量92 kJ ，则1 mol H 2生成NH 3需放出能量为92 kJ ×

1

3≈30.67 kJ 。

40分钟课时作业

[基础过关]

一、化学变化的本质特征

1．从宏观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，分子种类增加了 答案 C

解析 某些物理变化也能释放能量，如浓H 2SO 4、NaOH 等溶于水放出热量，白炽灯工作时发光发热等。

2．物质在发生化学变化时，下列说法正确的是( ) A ．反应物的总质量等于生成物的总质量 B ．发生电子得失或偏移

C ．有化学键的断裂，不一定有新物质生成

D ．反应物所具有的总能量等于生成物所具有的总能量 答案 A

解析 A 符合质量守恒，正确；非氧化还原反应没有电子得失或偏移，B 不正确；化学变化时有化学键的断裂，则一定有新物质生成，C 不正确；能量守恒包括反应放出或吸收的热量，D 不正确。

3．下列物质的变化过程中，有共价键明显被破坏的是( ) A ．I 2升华 B ．NaCl 颗粒被粉碎 C ．冰融化 D ．HCl 溶于水得到盐酸 答案 D

解析HCl分子中存在H—Cl共价键，溶于水后得到盐酸，HCl分子变成了H＋和Cl－，溶液中不再存在HCl分子。

二、化学反应中的能量变化

4．氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰。在反应过程中，破坏1 mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1 kJ，破坏1 mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2 kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3 kJ。下列关系式中正确的是()

A．Q1＋Q2<2Q3B．Q1＋Q2>Q3

C．Q1＋Q22Q3

答案A

解析由于Cl2和H2反应生成HCl要放出热量，所以Q1＋Q2<2Q3。

5．研究物质变化时，人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化时所引起的化学键及能量变化。据此判断以下叙述中错误的是()

A．金属钠与氯气反应生成氯化钠后，其结构的稳定性增强，体系的能量降低

B．物质燃烧可看作是储存在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来

C．氮气分子内部存在着很强的化学键，故通常情况下氮气的化学性质很活泼

D．需要加热才能发生的反应不一定是吸收能量的反应

答案C

6．石墨和金刚石都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。已知12 g石墨完全转化为金刚石时，要吸收a kJ的能量。下列说法中正确的是()

①石墨不如金刚石稳定②金刚石不如石墨稳定③等质量的石墨和金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多④等质量的石墨和金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多

A．①②B．②③

C．①④D．③④

答案B

解析由石墨完全转化为金刚石时吸热，说明石墨的能量比金刚石低，石墨比金刚石更稳定；同质量的石墨和金刚石完全燃烧时，消耗氧气的量相同，生成同样多的二氧化碳，由于金刚石的能量高，所以金刚石燃烧后放出的能量要多。

三、化学键与化学反应中的能量变化

7．已知断裂1 mol共价键所需要吸收的能量分别为H—H：436 kJ，I—I：151 kJ，H—I：299 kJ，下列对H2(g)＋I2(g)△2HI(g)的反应类型判断错误的是()

A ．放出能量的反应

B ．吸收能量的反应

C ．氧化还原反应

D ．可逆反应 答案 B

解析 依题意，断裂1 mol H—H 键和1 mol I—I 键吸收的能量为436 kJ ＋151 kJ ＝587 kJ ，生成2 mol H—I 键放出的能量为299 kJ ×2＝598 kJ ，因为598 kJ ＞587 kJ ，所以，该反应的正反应是放出能量的反应，即该反应是放出能量的反应；根据反应式可知该反应是可逆反应，也是氧化还原反应。

8．根据下列信息判断氢气燃烧生成水时的热量变化，其中一定正确的是( )

A ．H 2O 分解为H 2与O 2时放出热量

B ．生成1 mol H 2O 时吸收热量245 kJ

C ．甲、乙、丙中物质所具有的总能量大小关系为乙>甲>丙

D ．氢气和氧气的总能量小于水的能量 答案 C

解析 根据能量变化可知，1 mol H 2与1

2 mol O 2断键时吸收685 kJ 能量，而生成1 mol H 2O

放出930 kJ 能量，所以H 2燃烧生成H 2O 的反应是放热反应，则H 2O 的分解是吸热反应。 9．已知断开1 mol H—H 键吸收的能量为436 kJ ，形成1 mol H—N 键放出的能量为391 kJ ，根据化学方程式N 2＋3H 2

高温、高压催化剂

2NH 3，反应完1 mol N 2放出的能量为92.4 kJ ，则断开1 mol

N ≡N 键需吸收的能量是( )

A ．431 kJ

B ．945.6 kJ

C ．649 kJ

D ．869 kJ 答案 B

解析 设断开1 mol N ≡N 键需吸收的能量为x ，根据反应放出的能量＝形成新键放出的能量－断开旧键吸收的能量，代入数据：92.4 kJ ＝6×391 kJ －3×436 kJ －x ，x ＝945.6 kJ 。 [能力提升]

10．已知化学反应2C(s)＋O 2(g)=====点燃

2CO(g)、2CO(g)＋O 2(g)=====点燃

2CO 2(g)都是放热反应。据此判断，下列说法不正确的是(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 O 2所具有的总能量大于88 g CO 2所具有的总能量

C ．12 g C 和32 g O 2所具有的总能量大于44 g CO 2所具有的总能量

D ．将一定质量的C 燃烧，生成CO 2比生成CO 时放出的热量多 答案 A

解析 放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。C 和CO 的燃烧反应都是放热反应，所以C ＋O 2=====点燃

CO 2必然是放热反应，因此，B 、C 两项的说法正确；12 g C 并不代表反应物的全部，O 2也是反应物，所以A 项不正确；由于C ――→O 2

CO 放热、CO ――→O 2

CO 2放热，所以C ――→O 2

CO 2比C ――→O 2

CO 放出的热量要多，即D 项说法正确。

11．化学键的________，既是化学反应过程的本质，又是化学反应中________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还是放出能量，取决于

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 断裂与形成 能量 吸收能量 放出能量 断开化学键吸收的能量与形成化学键放出的能量的相对大小

12．在25 ℃、101 kPa 的条件下，断裂1 mol H—H 键吸收436 kJ 能量，断裂1 mol Cl—Cl 键吸收243 kJ 能量，形成 1 mol H—Cl 键放出431 kJ 能量。H 2＋Cl 2===2HCl 的化学反应可用下图表示：

请回答下列有关问题：

(1)反应物断键吸收的总能量为________。 (2)生成物成键放出的总能量为________。

(3)判断H 2＋Cl 2===2HCl 是________(填“吸收”或“放出”)能量。 (4)反应物的总能量________(填“＞”、“＝”或“＜”)生成物的总能量。 答案 (1)679 kJ (2)862 kJ (3)放出 (4)＞

解析 (1)反应物断键吸收的总能量应该是断裂1 mol H—H 键与1 mol Cl—Cl 键吸收的能量之和，即436 kJ ＋243 kJ ＝679 kJ 。

(2)生成物成键放出的总能量为2×431 kJ＝862 kJ。

(3)、(4)由于吸收的总能量小于放出的总能量，所以反应放热即反应物的总能量大于生成物的总能量。

13．已知化学反应N2＋3H2高温、高压

催化剂

2NH3的能量变化如图所示：

(1)1 mol N和3 mol H生成1 mol NH3(g)是________(填“吸收”或“释放”)能量的过程。

(2)由1

2mol N2(g)和

3

2mol H2(g)生成 1 mol NH3(g)过程________(填“吸收”或“释

放”)________ kJ能量。

答案(1)释放

(2)释放(b－a)

解析如果反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量，整个反应就放出能量，反之就吸收能量。

(1)由图像可知1 mol N和3 mol H具有的总能量比1 mol NH3(g)的能量高b kJ，所以1 mol N 和3 mol H生成1 mol NH3(g)是释放能量的过程。

(2)由图像可知1

2mol N2(g)和

3

2mol H2(g)总能量比1 mol N和3 mol H具有的总能量低a kJ，

而1 mol NH3(g)具有的总能量比1 mol N和3 mol H具有的总能量低b kJ，b>a，所以由1

2mol

N2(g)和3

2mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程释放出(b－a) kJ能量。

[拓展探究]

14

物质Cl2Br2I2HCl HBr HI H2

能量(kJ)243193151432366298436根据上述数据回答下列问题。

(1)下列物质本身具有的能量最低的是________(填字母)。

A．H2B．Cl2C．Br2D．I2

(2)下列氢化物中最稳定的是________(填字母)。

A．HCl B．HBr C．HI

(3)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应？答：____________________。

(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，放出或吸收的热量最多的是______________。

答案(1)A(2)A(3)放热反应(4)Cl2

解析(1)、(2)破坏1 mol物质中的化学键所消耗的能量越大，则物质越稳定，所具有的能量越低。(3)、(4)以氯元素为例计算断开1 mol Cl—Cl键和1 mol H—H键需吸收能量：243 kJ ＋436 kJ＝679 kJ，而形成2 mol HCl放出的能量为2×432 kJ＝864 kJ，所以在Cl2＋H2===2HCl反应中放出864 kJ－679 kJ＝185 kJ的热量，同理可计算在Br2＋H2===2HBr、I2＋H2===2HI反应中分别放出103 kJ、9 kJ的热量。