高中化學必修二教案講義：化學反應與熱能

化學反應與能量

化學反應與能量變化

化學反應與熱能

學習目標

1.認識吸熱反應和放熱反應。

2.了解化學反應體系能量與化學鍵斷裂和形成的關系。

3.認識燃料的燃燒效率、保護環(huán)境、開發(fā)清潔燃料的必要性和重要性。

知識梳理

一、吸熱反應和放熱反應

1.實驗探究

實驗操作

有氣泡產生；用溫度計測量，聞到刺激性氣味；燒杯壁發(fā)涼；玻璃片

實驗現象

溫度升高和燒杯黏結在一起，混合物呈糊狀

實驗結論該反應產生氣體，放出熱量該反應產生NH3和H2。，吸收熱量

Ba(OH)2-8H2。+2NH4Cl==BaCl2+

化學方程式Mg+2HCl===MgCl2+H2T

2NH3t+10H2O

結論：化學反應除了有新物質生成以外，還總會伴隨著能量變化，通常主要表現為熱能的變化，有的放

出熱量，有的吸收熱量。

2.放熱反應和吸熱反應

⑴概念

①放熱反應：釋放熱量的化學反應。

②吸熱反應：吸收熱量的化學反應。

(2)常見的放熱反應和吸熱反應

1

放熱反應吸熱反應

①大多數分解反應

①所有燃燒反應

②鐵鹽與堿的反應，如Ba(OH)2-8H2。或Ca(OH)2

②酸堿中和反應

與NH4CI反應

③大多數化合反應

③以C、HrCO為還原劑的氧化還原反應，如C

④活潑金屬跟水或酸的反應

與與0?反應,C與CC)2反應

⑤物質的緩慢氧化

④需要持續(xù)加熱的反應

二、化學反應與能量變化的關系

1.化學反應中能量變化的實質

(1)以H2+C12=2HC1反應為例探究化學反應中能量變化

①該反應過程中共吸收679kJ能量，共放出862kJ能量。

②該反應放出(填“放出”或“吸收”)183kJ熱量，為放熱反應。

(2)化學反應中能量變化的本質原因

(EI>E2,____反應

-E,<E2.___反應

提示：吸收放出吸熱放熱

2.化學反應中能量變化的決定因素

化學反應中能量變化決定于反應物的總能量和生成物的總能量的相對大小。

放熱反應吸熱反應

化學反應w放熊It

生成物的總能st低

化學能轉化為熱能熱能轉化為化學能被生成物"儲存”

三、化學能與熱能相互轉化的應用

2

1.現階段人類獲取熱能的主要途徑

物質的燃燒；使用最多的常規(guī)能源是：化石燃料(煤、石油和天然氣)。

2.化石燃料獲取能量面臨的問題

(1)儲量有限，短期內不可再生。

(2)影響環(huán)境：煤、石油產品燃燒排放的粉塵、SOrN0『CO等是大氣污染物的主要來源。

3.節(jié)能減排的措施

(1)燃料燃燒階段提高燃料的燃燒效率。

(2)能量利用階段提高能源的利用率。

(3)開發(fā)使用新能源，目前人們比較關注的新能源有太陽能、風能、地熱能、海洋能和氫能等。

問題探究

A問題一放熱反應和吸熱反應

【典例11除了用手觸摸和溫度計測量外還可以借助其他方法感知溫度的變化，如在探究化學反應過程中有

熱量變化時，某興趣小組設計了如下三套裝置：

⑴該小組選擇裝置□探究Na2。？和H.O反應為放熱反應，將水滴入盛有過氧化鈉的試管中，現象為

,,化學方程式：O

(2)該小組采用裝置口，探究硝酸核溶于水的能量變化，當向盛有硝酸鍍固體的試管中滴入少量水，發(fā)現導

管中形成一段水柱，則該變化(填"是''或"不是”)吸熱反應，原因為

O

(3)該小組在探究鎂和鹽酸反應熱量變化時，選擇了裝置口，發(fā)現反應過程中，導管口有氣泡冒出該裝置

.(填"能”或"不能”)證明鎂和鹽酸反應為放熱反應，原因為

O

答案：(1)U形管右側液面下降，左側液面上升2Na2C)2+2H2O=4NaOH+O2T

(2)不是硝酸核溶于水沒有新物質生成，為物理變化

(3)不能鎂和鹽酸反應生成氫氣，無論是吸熱反應還是放熱反應，燒杯中導管口都有氣泡冒出

【歸納小結】對放熱反應和吸熱反應的理解

(1)放熱反應不一定容易發(fā)生，如合成氨反應需要在高溫、高壓和催化劑作用下才能發(fā)生；吸熱反應不

一定難發(fā)生，如鹽酸與碳酸氫鈉的反應在常溫下就能發(fā)生。

3

(2)需要加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸熱反應，如硫與鐵的反應；吸熱反應不一定需要加熱，如

Ba(OH)2-8H2O晶體和NH4cl晶體的反應。

(3)放熱過程不一定是放熱反應，如NaOH固體的溶解和濃硫酸的稀釋是放熱過程，但不是放熱反應；

吸熱過程不一定是吸熱反應，如升華、蒸發(fā)等過程是吸熱過程，但不是吸熱反應。

【變式練下列反應既屬于氧化還原反應，又屬于吸熱反應的是()

A.鋅粒與稀硫酸的反應

B.灼熱的木炭與CO?的反應

C.甲烷在氧氣中的燃燒反應

D.Ba(OH)28H2O晶體與NH4cl晶體的反應

答案：B

解析：鋅粒與稀硫酸的反應、甲烷的燃燒反應均是放熱反應，A、C項錯誤；BaCOH^JO晶體與NH4cl晶

體的反應是吸熱反應，但反應前后所含元素的化合價均無變化，是非氧化還原反應，D項錯誤。

【變式練1口2】把下列物質分別加入裝有水的錐形瓶中，立即塞緊帶U形管的塞子，已知U形管內預先裝

有少量水(為便于觀察，預先將水染成紅色)，如圖所示，結果U形管左邊液面升高，則加入的物質可能

是()

A.NaOH固體B.濃H2s

C.NH4NO3晶體D.Na2。？固體

答案：C

解析：U形管左邊液面升高，原因只能是錐形瓶內氣體壓強減小，造成壓強減小的原因可能是溫度降低。

NaOH固體溶于水、濃H2s稀釋溶液溫度均升高，NH4NO3晶體溶于水溫度降低，Na2。?和水反應放熱且

有氣體生成。

A問題二化學反應與能量變化的關系

【典例2】已知N2(g)和O2(g)反應生成2molNO(g)吸收180kJ能量，反應過程中能量變化如下圖所示。

根據圖示回答下列問題：

(1)該反應中反應物所具有的總能量(填“高于''或"低于”)生成物的總能量。

4

(2)1molNO(g)分子中的化學鍵斷裂時要吸收kJ能量。

(3)斷裂1molNmN吸收的能量x值為o

答案：⑴低于(2)632(3)946

解析：根據圖示，斷裂舊化學鍵所吸收能量為(x+498)kJ,形成新化學鍵所釋放能量為2x632kJ=l264kJ,每

生成2moiNO(g)所吸收能量為180kJ,因此有180kJ=(x+498)kJ-l264kJ,故x為946。

【歸納小結】

(1)放熱反應與吸熱反應的比較

放熱反應歡熱反瓜

形成原因反應物具有的總能量大于生反應物具有的總能量小于生

成物具有的總能量成物具有的總能量

與化學鍵強生成物成鍵時釋放的總能量生成物成鍵時釋放的總能量

弱的關系大于反應物斷鍵時吸收的總小于反應物斷鍵時吸收的總

能里能量

反應過程示

意圖

(2)判斷吸熱反應和放熱反應的兩種方法

①根據反應物和生成物的總能量的相對大小判斷——反應物的總能量高于生成物的總能量的反應為放

熱反應，反之為吸熱反應(宏觀角度)。

②根據化學鍵斷裂和形成時能量變化大小關系判斷——斷裂反應物中化學鍵吸收的能量大于形成生成

物中化學鍵放出的能量的反應為吸熱反應，反之為放熱反應(微觀角度)。

【變式練2口1】已知某化學反應A2(g)+2B2(g)==2AB2(g)(A2、BrAB2的結構式分別為A=A,B—B、B—

A—B),反應過程中的能量變化如圖所示，下列有關敘述正確的是()

A.該反應的進行一定需要加熱或點燃

B.該反應若生成2moiAB2?,則放出的熱量為(紇一々)kJ

C.該反應斷開反應物中化學鍵吸收的總能量大于形成生成物中化學鍵釋放的總能量

D.生成21noiB—A放出居kJ能量

答案：C

5

解析：根據圖示可知，該反應斷開反應物中化學鍵吸收的總能量大于形成生成物中化學鍵釋放的總能量，為

吸熱反應；若生成2moiAB?（g）,則吸收的熱量為（々一4）kJ,C項正確、B項錯誤；該反應的進行不一定

需要加熱或點燃，A項錯誤；生成4moiB—A放出與日能量，D項錯誤。

【變式練202】磷元素有多種性質不同的單質，紅磷（結構復雜用"P”表示）和白磷（PJ是磷的兩種同素異形體，

充分燃燒之后的產物都是五氧化二磷。在25□、101kPa下，31g白磷完全轉化為紅磷，放出11kJ的

熱量，根據以上事實回答下列問題：

（1）紅磷轉化為白磷屬于反應（填“放熱”或“吸熱”）。

（2）等質量的紅磷和白磷分別完全燃燒，放出熱量較多的是（填“白磷”或“紅磷”，下同）。

（3）31g白磷與31g紅磷的能量較高的是,二者更穩(wěn)定的是o

答案：（1）吸熱（2）白磷（3）白磷紅磷

A問題三化學能與熱能相互轉化的應用

【典例3】日常生產、生活中常常采用下列能源：

①煤；②石油；③天然氣；④太陽能；⑤水能；⑥氫能；⑦核能；⑧風能；⑨地熱能

屬于清潔能源的有

答案：④⑤⑥⑦⑧⑨

解析：清潔能源，即綠色能源，是指不排放污染物、能夠直接用于生產生活的能源，它包括核能和“可再生

能源可再生能源，是指原材料可以再生的能源，如水力發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能、生物能（沼氣）、地熱能

（包括地源和水源）、海潮能這些能源。

【變式練3口1】下列有關新能源的說法不正確的是（）

A.綠色植物通過光合作用，將光能轉化為化學能

B.風能、太陽能是清潔能源

C.氫能還未進入實用階段的主要原因是其燃燒所釋放熱量低于相同質量的礦物燃料

D.共享單車利用太陽能發(fā)電完成衛(wèi)星定位，有利于節(jié)能環(huán)保

答案：C

【變式練3口2】液態(tài)儲氫技術就是在常溫常壓下將氫氣融入到一種化合物“儲油”中，形成“氫油”，便于

儲存和運輸。下列有關說法錯誤的是（）

A.“氫油”不穩(wěn)定

B.氫能源屬于可再生能源

C.該技術實現了常溫常壓下儲氫技術的新突破

D.液態(tài)儲氫項目有利于發(fā)展氫能源電動機，從而帶來新能源汽車的升級

答案：A

解析：“氫油”便于儲存和運輸，說明它比較穩(wěn)定，故A錯誤；氫氣燃燒生成水，水分解又生成氫氣，故氫能

源屬于可再生能源，故B正確；常溫常壓下可以將氫氣融入到一種化合物“儲油”中，故該技術實現了常溫

常壓下儲氫技術的新突破，故C正確；液態(tài)儲氫解決了氫能儲存難、運輸難的問題，能實現氫能的廣泛應

6

用，故有利于發(fā)展氫能源電動機，從而帶來新能源汽車的升級，故D正確。

強化訓練

【基礎強化】

1.下列對于化學反應過程的理解，錯誤的是（）

A.化學反應過程中同時存在物質和能量的變化

B.凡是能量變化一定發(fā)生在化學變化中

C.化學反應中同時存在質量守恒和能量守恒

D.能量的釋放和吸收以發(fā)生變化的物質為基礎

答案：B

解析：化學反應過程中都會伴隨著物質變化和能量變化，A正確；化學變化過程中往往伴隨著能量的變化，

而有能量變化時不一定發(fā)生化學變化，如燈泡通電發(fā)光放熱，B錯誤；化學反應的實質是原子的重新組合,

符合質量守恒定律；化學反應過程中往往伴隨著能量的變化，符合能量守恒定律，C正確；化學反應過程中

同時存在物質和能量的變化，且能量的釋放和吸收是以發(fā)生變化的物質為基礎的，二者密不可分，D正確。

2.下列說法不正確的是（）

A.在常溫下可以發(fā)生的反應不一定是放熱反應

B.化學反應必然伴隨能量變化，原因是化學反應中舊鍵斷裂所吸收的能量與新鍵形成所釋放的能量不

相等

C.一定條件下，石墨轉化為金剛石要吸收能量，說明石墨比金剛石穩(wěn)定，等質量的金剛石和石墨完全

燃燒石墨釋放的能量更多

D.化學反應中能量變化的大小與反應物的質量多少有關

答案：C

解析：化學反應中舊鍵斷裂所吸收的能量與新鍵形成所釋放的能量不相等，使得化學反應的過程中伴隨著能

量的變化，B正確；一定條件下，石墨轉化為金剛石要吸收能量，說明等質量的情況下，石墨所含能量更低，

則石墨比金剛石穩(wěn)定，且等質量的金剛石和石墨完全燃燒，金剛石釋放的能量更多，C錯誤。

3.下列反應或過程中能量的變化符合圖像的是（）

A.H+H―>H—H

B.2NH4C1+Ba(OH),-8H2O==BaCl,+2NH31+10H,O

7

C.Mg+2HC]==MgCl2+H?T

D.H2SO4+2KOH=K2SO4+2HOO

答案：B

解析：根據圖像，生成物的總能量大于反應物的總能量，說明反應是吸熱反應或過程。A項，形成化學鍵的

過程中會放出能量，錯誤；C項，屬于金屬與酸的反應，是放熱反應，錯誤；D項，屬于酸堿中和反應，是

放熱反應，錯誤。

4.下列各組變化中，前者屬于吸熱反應，后者屬于放熱反應的是（）

A.生石灰與水反應；醋酸與氫氧化鈉反應

B.燃燒石灰石；碳酸氫鈉與鹽酸反應

C.BaCOHVgH?。與NH4cl反應；鈉與水反應

D.甲烷的燃燒；過氧化氫的分解

答案：C

解析：生石灰與水反應為放熱反應，醋酸與氫氧化鈉反應即酸堿中和反應為放熱反應，故A錯誤；煨燒石

灰石屬于吸熱反應，碳酸氫鈉與鹽酸的反應屬于吸熱反應，故B錯誤；Ba（OH）2-8H2。與NH4cl的反應屬于

吸熱反應，鈉與水反應是放熱反應，故C正確；甲烷的燃燒屬于放熱反應，過氧化氫的分解反應屬于放熱

反應，故D錯誤。

5.如圖是某化學反應過程中能量變化的曲線圖。下列敘述正確的是（）

A.該反應為吸熱反應

B.該圖可以表示Zn與鹽酸反應的能量變化

C.該反應先發(fā)生物質變化后發(fā)生能量變化

D.斷開反應物中化學鍵吸收的能量大于形成生成物中化學鍵放出的能量

答案：B

解析：A錯，由圖可知，反應物的總能量高于生成物的總能量，則該反應是放熱反應；B對，Zn和鹽酸反

應生成Zn。2和H2,并放出熱量，符合圖示能量變化；C錯，化學反應過程中，物質變化和能量變化同時發(fā)

生；D錯，該反應是放熱反應，斷開反應物中化學鍵吸收的能量小于形成生成物中化學鍵放出的能量。

6.已知反應A+B=C+D的能量變化如圖所示，下列說法不正確的是（）

8

A.該反應為吸熱反應

B.該反應吸收的能量為與一2

C.該圖可表示為酸和堿的反應圖像

D.該反應中反應物的總能量低于生成物的總能量

答案：C

解析：由圖可知，該反應中反應物的總能量低于生成物的總能量，為吸熱反應，A、D正確；酸堿中和反應

為放熱反應，圖為吸熱反應，C錯誤。

7.人類將在未來幾十年內逐漸由“碳素燃料文明時代“過渡至"太陽能文明時代”（包括風能、生物質能等太陽

能的轉換形態(tài)），人們將適應“低碳經濟''和"低碳生活下列說法不正確的是（）

A.研究菠菜蛋白質“發(fā)電”不屬于“太陽能文明”

B.發(fā)展太陽能經濟有助于減緩溫室效應

C.太陽能電池可將太陽能直接轉化為電能

D.石油和天然氣都屬于碳素燃料

答案：A

解析：菠菜蛋白質“發(fā)電”屬于“太陽能文明"，A錯誤；發(fā)展太陽能經濟有助于減緩溫室效應，B正確；太陽

能電池可將太陽能直接轉化為電能，C正確；石油和天然氣都屬于碳素燃料，D正確。

8.下列關于能源和作為能源使用的物質的敘述錯誤的是（）

A.化石能源物質內部蘊含著大量的能量

B.綠色植物進行光合作用時，將太陽能轉化為化學能“貯存”起來

C.物質的化學能可以在一定條件下轉化為熱能、電能，為人類所利用

D.吸熱反應沒有利用價值

答案：D

解析：光合作用、水煤氣的制取都是吸熱反應，都具有很高的利用價值。

9.化學反應N2（g）+3H2（g）ZNlyg）的能量變化如圖所示，請回答下列問題：

9

⑴圖中4C分別表示、,反應（填“吸收”或“釋

放”）能量。

（2）反應過程中斷裂的化學鍵為,（填“吸收”或“釋放”）的能量為；形

成的化學鍵為,（填“吸收”或“釋放”）的能量為O

（3）&=或（用/、C或紇、&表示）。

答案：（1）111101凡出）和311101112值）的總能量2moiNH3（g）的總能量釋放

（2）1molNmN和3moiH—H吸收々6molN—H釋放與

（3）4—CE-Ex

解析：（1）/、。分別表示ImolN??和3moiH?（g）（反應物）的總能量、2moiNJ^g）（生成物）的總能量，由于

反應物總能量高于生成物總能量，因此反應放出能量。（2）反應過程中斷裂的化學鍵為1molN三N和3moi

H—H,吸收的能量為弱；形成的化學鍵為6moiN—H,釋放的能量為月。

10.請根據化學反應與熱能的有關知識，填寫下列空白：

（1）在一個小燒杯里，力口入20gBa（OH）2-8H2。粉末，將小燒杯放在事先已滴有4?5滴水的玻璃片上。然后

加入10gNH4cl晶體，并用玻璃棒迅速攪拌。

①實驗中玻璃棒的作用是?

②寫出有關的反應方程式：0

③實驗中觀察到的現象有和反應混合物呈糊狀。

（2）下列過程中不一定釋放能量的是（填編號）。

①形成化學鍵②燃料燃燒③化合反應④葡萄糖在體內的氧化反應⑤酸堿中和⑥炸藥爆炸

（3）等質量的下列物質分別完全燃燒，放出熱量較多的是（填編號）。

①固體硫②硫蒸氣

（4）已知：通常條件下，酸堿稀溶液中和生成1mol水放出的熱量為中和熱。稀溶液中1molH2s。4和NaOH

恰好反應時放出。kJ熱量，則其中和熱為kJ-mol-i?

答案：（1）①攪拌使混合物充分接觸并反應

②Ba（OH）2-8H2O+2NH4CI=BaCl2+2NHj+10H7O

③玻璃片與燒杯之間結冰黏在一起，有少許刺激性氣味的氣體

（2）③⑶②（瑤

解析：（1）用玻璃棒迅速攪拌，可以知道玻璃棒的作用是攪拌使混合物充分接觸并反應；氯化鐵屬于鐵鹽，能

10

和強堿氫氧化鋼反應生成氨氣、水以及氯化領，化學方程式為Ba(OH)2-8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3?+

10H2OO氯化核和Ba(OH)2-8H2O的反應是吸熱反應，溫度降低能讓水結冰，導致燒杯和玻璃片黏在一起,

同時生成的氨氣具有刺激性氣味。

(2)一般的化合反應放熱，但有的化合反應吸熱，如二氧化碳和碳反應生成一氧化碳。

(3)固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)需要吸收能量，所以硫蒸氣的能量大于固體硫，等質量的固體硫、硫蒸氣分別完全燃燒，放

出熱量較多的是硫蒸氣。

(4)稀溶液中1molH2s和NaOH恰好反應時生成2moi水，放出。kJ熱量，所以中和熱為孝kJ-mol-io

【能力提升】

1.化學家證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨的反應過程，示意圖如下：

下列關于合成氨反應的敘述不正確的是()

A.該過程表明，在化學反應中存在化學鍵的斷裂與形成

B.在催化劑的作用下，反應物的化學鍵變得容易斷裂

C.過程②需吸收能量，過程③則放出能量

D.常溫下該反應難以進行，是因為常溫下生成物的化學鍵難以形成

答案：D

解析：由圖可知，每3個氫氣分子和1個氮氣分子斷鍵得到原子，然后氫原子和氮原子生成2個氨分子，A

項正確；催化劑能改變化學反應的速率，合成氨的反應在催化劑作用下，反應速率加快，意味著反應物中化

學鍵的斷裂和生成物中化學鍵的形成變得更容易，B項正確；化學鍵的斷裂需要吸收能量，而化學鍵的形成

則放出能量，從圖中可看出②為化學鍵斷裂過程，③為新化學鍵形成過程，C項正確；化學鍵的斷裂需要吸

收能量，所以該反應在常溫下難以進行，D項錯誤。

2.某反應由兩步反應ABC構成，反應過程中的能量變化曲線如圖，下列敘述正確的是()

A.A與C的能量差為百

B.兩步反應均為吸熱反應

C.三種化合物中C最穩(wěn)定

D.反應AB,反應條件一定要加熱

11

答案：c

解析：由圖像可知，A和C的能量差為E4+2—瑪，A項錯誤；A到B為吸熱反應，B到C為放熱反

應，B項錯誤；物質的能量越低越穩(wěn)定，從圖中可知C能量最低，故C最穩(wěn)定，C項正確；反應吸、放熱

由反應物和生成物的總能量決定，與反應條件無關，故吸熱反應不一定需要加熱，D項錯誤。

3.NF3是一種溫室氣體，其儲存能量的能力是CO?的12000?20000倍。已知：斷開1molN三N吸收的能

量為946kJ,斷開1molF—F吸收的能量為154.8kJ,斷開1molN—F吸收的能量為283kJ。下列說

法正確的是()

A.N2(g)—->2N(g)的過程會放出能量

B.N(g)+3F(g)—->N^(g)的過程會放出能量

C.N2(g)+3F2(g)==2NF3(g)的反應為吸熱反應

D.如果NF3吸收能量后沒有化學鍵的斷裂與形成，仍可能會發(fā)生化學反應

答案：B

解析：N2(g)—->2N(g)的過程是化學鍵斷裂的過程，需要吸收能量，A項錯誤；N(g)+3F(g)—->^3^)的過

程為形成化學鍵的過程，會放出能量，B項正確；在反應Nzlgj+BFzlgAnnZNFKg)中，形成2moiNF§中的

化學鍵釋放的能量為6x283kJ=1698kJ,斷裂1molN2和3molF2中的化學鍵需吸收的能量為”946kJ+

3x154.8kJ=1410.4kJ,放出的能量〉吸收的能量，該反應為放熱反應，C項錯誤；化學反應的實質是舊化

學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，如果NF?吸收能量后沒有化學鍵的斷裂與生成，則不可能發(fā)生化學反應，D

項錯誤。

4.為探究Na2co3、NaHCC>3與鹽酸的反應是吸熱反應還是放熱反應，某同學進行了下列實驗(鹽酸濃度相

同，每項實驗各做3次，取平均值)。

實驗序號試劑固體混合前溫度/口混合后溫度/口

水

a35mL2.5gNaHCO320.018.5

b35mL水3.2gNa2cO320.024.3

鹽酸

c35mL2.5gNaHCO320.016.2

鹽酸

d35mL3.2gNa2CO320.025.1

(1)設計a、b組實驗的目的是o

(2)通過上述實驗可得出結論：Na2c。3溶液和鹽酸的反應是(填“吸熱”或“放熱"，下同)反應；NaHCC?3

溶液和鹽酸的反應是反應,NaHCC^溶液和鹽酸反應的能量變化對應的圖像是(填字母)。

12

答案：（1）作為對照實驗，排除物質溶解而造成的熱量變化（2）放熱吸熱A

解析：（2）由實驗b、d可知，當Na2cO3與鹽