高一化学人教版步步高必修2第二章第一节第1课时.docx

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高一化学人教版步步高必修2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1mol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1molH2中化学键的能量变化

（1）在1mol氢分子中，含有2mol氢原子，含有1molH—H键。

（2）已知在25℃和101kPa的条件下，由2molH原子形成1molH—H键时，放出436kJ的能量。

若要使1mol氢分子变为2mol氢原子时，需要断开1molH—H键，其能量变化是吸收436kJ的能量。

4.断开或形成1molCH4中化学键的能量变化

（1）CH4的电子式是

，结构式是

，1molCH4分子中含有4molC—H键。

（2）在CH4中，断开1molC—H键要吸收415kJ的能量。

若要形成1molCH4中的C—H键，其能量变化是放出4mol×415kJ·mol－1＝1660kJ的能量。

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

1.键能是指在25℃、101kPa的条件下，将1mol理想气体分子AB拆分为中性气态原子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436kJ·mol－1，是指使1molH2分子变成2molH原子需要吸收436kJ的能量。

（1）已知H—Cl键的键能为431kJ·mol－1，下列叙述正确的是（填字母，下同）。

A.每生成1molH—Cl键要放出431kJ的能量

B.每生成1molH—Cl键要吸收431kJ的能量

C.每拆开1molH—Cl键要放出431kJ的能量

D.每拆开1molH—Cl键要吸收431kJ的能量

（2）已知键能：

H—H为436kJ·mol－1；H—F为565kJ·mol－1；H—Cl为431kJ·mol－1；H—Br为366kJ·mol－1。

则下列分子受热时最稳定的是。

A.HFB.HCl

C.HBrD.H2

答案　

（1）AD　

（2）A

解析　由题目所给信息可知，键能是指将1mol理想气体分子拆分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。

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

A.920kJB.557kJ

C.436kJD.188kJ

答案　C

解析　由1gH2完全燃烧生成水蒸气时放出能量121kJ可知：

2gH2（即含1molH—H键）完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121kJ×2＝242kJ。

由化学方程式H2（g）＋

O2（g）

H2O（g）可设1molH—H键断裂吸收的能量为Q，则：

Q＋

×496kJ－2×463kJ＝－242kJ，Q＝436kJ。

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）从化学键的角度理解

以2H2＋O2

2H2O为例：

（已知断开1molH—H键吸收能量436kJ，断开1molO===O键吸收能量496kJ，断开1molH—O键吸收能量463kJ）

则1molH2完全燃烧放出的能量为（4×463kJ）/2－（2×436kJ＋496kJ）/2＝242kJ。

结论：

化学反应中能量变化的主要原因是化学键的断裂和形成。

（2）从物质储存化学能的角度理解

结论：

化学反应中的能量变化决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。

1.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：

2.物质具有的能量越低，断开其中的化学键需要的能量越多，该物质越稳定；物质具有的能量越高，断开其中的化学键需要的能量越少，该物质越不稳定。

3.已知在高温、高压、催化剂作用下，1mol石墨转化为金刚石，吸收1.9kJ的热量。

（1）石墨转化为金刚石属于变化。

（2）石墨和金刚石相比，能量高，更稳定。

（3）推测石墨与金刚石各1mol在相同条件下燃烧，放出的热量多。

答案　

（1）化学　

（2）金刚石　石墨　（3）金刚石

解析　同素异形体之间的转化是化学变化；1mol石墨转化为金刚石，该反应吸收1.9kJ的热量，属于吸热反应，金刚石的能量高，石墨的能量低，故石墨更稳定；石墨与金刚石各1mol在相同条件下燃烧时金刚石放出的热量多。

4.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C燃烧，生成CO2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＋O2

CO2必然是放热反应，因此，B、C两项的说法正确；12gC并不代表反应物的全部，O2也是反应物，所以A项不正确；由于C

CO放热、CO

CO2放热，所以C

CO2比C

CO放出的热量要多，即D项说法正确。

易错警示　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。

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）所有化学反应必然引起物质状态的变化（　　）

（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.下列说法正确的是（　　）

A.物质发生化学反应时都伴随着能量变化

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体系中，反应物的总能量与生成物的总能量一定相同

D.在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量

答案　A

解析　物质发生化学反应时都伴随着能量变化，伴有能量变化的物质变化不一定是化学变化，如物质发生核变（如原子弹的爆炸）时也伴有能量变化。

在一个确定的化学反应体系中，反应物的总能量（设为x）与生成物的总能量（设为y）之间的关系：

①x＞y，化学反应为放热反应；②x＜y，化学反应为吸热反应。

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.已知反应A2＋B2===2AB，破坏1molA2中的化学键消耗的能量为Q1kJ，破坏1molB2中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1molAB中的化学键释放的能量为Q3kJ，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。

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

求：

（1）1molN2完全反应生成NH3需（填“吸收”或“放出”）能量kJ。

（2）1molH2完全反应生成NH3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）N2＋3H22NH3，生成2molNH3形成6molN—H键时要放出6mol×391kJ·mol－1＝2346kJ的能量，拆开1molN≡N键和3molH—H键时吸收的总能量为946kJ＋3mol×436kJ·mol－1＝2254kJ，整个过程中的能量变化为放出能量，为2346kJ－2254kJ＝92kJ。

（2）方法一：

N2＋H2

NH3，生成

molNH3即形成2molN—H键时，需放出2mol×391kJ·mol－1＝782kJ的能量，拆开

molN≡N键和1molH—H键时吸收的总能量为

mol×946kJ·mol－1＋436kJ≈751.33kJ，整个过程中的能量变化为放出能量，为782kJ－751.33kJ＝30.67kJ。

方法二：

由

（1）知3molH2生成NH3需放出能量92kJ，则1molH2生成NH3需放出能量为92kJ×

≈30.67kJ。

[基础过关]

题组一　化学变化的本质特征

1.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C项符合题意。

2.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H2SO4、NaOH溶于水放出热量，白炽灯工作时发光发热等。

3.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项符合质量守恒，正确；非氧化还原反应没有电子得失或偏移，B项不正确；化学变化时有化学键的断裂，则一定有新物质生成，C项不正确。

题组二　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1mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1kJ，破坏1mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2kJ，形成1mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3kJ。

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.下列能正确表示氢气与氯气反应生成氯化氢的过程中能量变化的示意图是（　　）

答案　B

解析　氢气与氯气的反应是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应物断键先吸收能量，总能量增大，然后形成化学键时放出能量。

题组三　化学键与化学反应中的能量变化

7.已知断裂1mol共价键所需要吸收的能量分别为H—H：

436kJ，I—I：

151kJ，H—I：

299kJ，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1molH—H键和1molI—I键吸收的能量为436kJ＋151kJ＝587kJ，生成2molH—I键放出的能量为299kJ×2＝598kJ，因为598kJ＞587kJ，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.H2O分解为H2与O2时放出热量

B.生成1molH2O时吸收热量245kJ

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，1molH2与

molO2断键时吸收685kJ能量，而生成1molH2O放出930kJ能量，所以H2燃烧生成H2O的反应是放热反应，则H2O的分解是吸热反应。

9.已知断开1molH—H键吸收的能量为436kJ，形成1molH—N键放出的能量为391kJ，根据化学方程式N2＋3H2

2NH3，反应完1molN2放出的能量为92.4kJ，则断开1molN≡N键需吸收的能量是（　　）

A.431kJB.945.6kJC.649kJD.869kJ

答案　B

解析　设断开1molN≡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：

92.4kJ＝6×391kJ－3×436kJ－x，x＝945.6kJ。

[能力提升]

10.据报道，科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。

反应过程的示意图如下：

下列说法正确的是（　　）

A.CO和O生成CO2是吸热反应

B.在该过程中，CO断键形成C和O

C.CO和O形成了具有极性共价键的CO2

D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程

答案　C

解析　状态Ⅰ总能量为反应物总能量，状态Ⅲ总能量为生成物总能量，由图示可知反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应，A错误；从状态Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的图示可以看出，反应中CO并未断裂成C和O，B错误；由图示可以看出，CO和O生成了CO2，CO2分子中C与O之间为极性共价键，C正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程，并不是CO与O2反应的过程，D错误。

11.为了研究化学反应A＋B===C＋D的能量变化情况，某同学设计了如图所示装置。

当向盛有A的试管中滴加试剂B时，看到U形管中甲处液面下降乙处液面上升。

试回答下列问题：

（1）该反应（填“放出”或“吸收”）热量。

（2）A和B的总能量比C和D的总能量（填“高”或“低”）。

（3）物质中的化学能通过化学反应转化成释放出来。

（4）反应物化学键断裂吸收的能量（填“高”或“低”）于生成物化学键形成放出的能量。

（5）写出一个符合题中条件的化学方程式：

。

答案　

（1）放出　

（2）高　（3）热能　（4）低

（5）2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑（或2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑或NaOH＋HCl===NaCl＋H2O等合理答案均可）

12.在25℃、101kPa的条件下，断裂1molH—H键吸收436kJ能量，断裂1molCl—Cl键吸收243kJ能量，形成1molH—Cl键放出431kJ能量。

H2＋Cl2===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H2＋Cl2===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）679kJ　

（2）862kJ　（3）放出　（4）＞

解析　

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

（2）生成物成键放出的总能量为2×431kJ＝862kJ。

（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

2NH3的能量变化如图所示：

（1）1molN和3molH生成1molNH3（g）是（填“吸收”或“放出”）能量的过程。

（2）由

molN2（g）和

molH2（g）生成1molNH3（g）的过程（填“吸收”或“放出”）kJ能量。

答案　

（1）放出

（2）放出　（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1molN和3molH具有的总能量比1molNH3（g）的能量高bkJ，所以1molN和3molH生成1molNH3（g）是放出能量的过程。

（2）由图像可知

molN2（g）和

molH2（g）具有的总能量比1molN和3molH具有的总能量低akJ，而1molNH3（g）具有的总能量比1molN和3molH具有的总能量低bkJ，b>a，所以由

molN2（g）和

molH2（g）生成1molNH3（g）的过程放出（b－a）kJ能量。

14.下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量：

物质

Cl2

Br2

I2

HCl

HBr

HI

H2

能量/kJ

243

193

151

432

366

298

436

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.HClB.HBrC.HI

（3）X2＋H2===2HX（X代表Cl、Br、I）的反应是（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，放出或吸收的热量最多的是。

答案　

（1）A　

（2）A　（3）放热　（4）Cl2

解析　

（1）、

（2）破坏1mol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1molCl—Cl键和1molH—H键需吸收能量：

243kJ＋436kJ＝679kJ，而形成2molH—Cl键放出的能量为2×432kJ＝864kJ，所以在Cl2＋H2===2HCl反应中放出864kJ－679kJ＝185kJ的热量，同理可计算在Br2＋H2===2HBr、I2＋H2===2HI反应中分别放出103kJ、9kJ的热量。