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第 06 讲 化学反应与热能
知识导航
模块一 化学反应中的热量变化
知识精讲
一、化学反应的本质和特征
1．本质：
（1）化学反应的本质是旧化学键的_______和新化学键的_______。
（2）断开化学键要_______能量，形成化学键要______能量，吸收的能量与释放的能量__________。
2．特征：
（1）生成新物质（符合质量守恒定律）；
（2）释放能量或吸收能量（符合能量守恒定律）。
明辨是非（1）有化学键断裂的，肯定发生了化学反应（ ）
（2）既有化学键断裂，又有化学键形成的，肯定发生了化学反应（ ）
（3）在化学键的形成过程中，肯定放出能量（ ）
（4）化学反应中原子一定发生重新组合（ ）
（5）化学变化中一定会发生电子转移（ ）
（6）所有化学反应必然伴随着能量的变化（ ）
实验探究
在一只试管中加入2 mL 2 mol/L 盐酸，并用温度计测量
实验操作
其温度。再向试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条
镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计温度上升，用手
实验现象
触摸试管壁，有温热感
反应原理 Mg + 2HCl === MgCl + H ↑
2 2
实验结论 该反应放出热量
将20g Ba(OH)•8H O晶体研细后与10g NHCl在烧杯中
2 2 4
混合，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上，用玻璃棒
实验操作
快速搅拌，闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯，用手
触摸烧杯下部，试着用手拿起烧杯
有刺激性气味气体产生；木片上的水结成冰，与烧杯
实验现象
底粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉
反应原理 Ba(OH)·8HO + 2NHCl === BaCl + 2NH↑+ 10HO
2 2 4 2 3 2
实验结论 该反应吸收热量
二、吸热反应和放热反应
1．吸热反应：吸收热量的化学反应。
2．放热反应：放出热量的化学反应。
三、常见的放热反应与吸热反应
放热反应 吸热反应
大多数化合反应
所有燃烧反应 大多数分解反应
酸碱中和反应 Ba(OH) ·8HO与NH Cl反应
2 2 4
金属与酸或水的置换反应 以C、CO、H 为还原剂的氧化还原反应
2
铝热反应
明辨是非（1）需要加热的反应一定是吸热反应（ ）
（2）吸热反应一定需要加热才可以进行（ ）
（3）放热反应不需要加热即可发生（ ）
（4）放出热量的变化过程一定是放热反应（ ）
【总结1】吸热反应和放热反应的对象都是化学变化，物理变化除外。
【总结2】一个化学反应是吸热还是放热，与反应条件（是否需要加热）没有必然联系。
X 经典例题
化学反应的本质与能量变化
【例1】下列说法正确的是（ ）
A．物质发生化学变化都伴随着能量变化
B．任何反应中的能量变化都表现为热量变化
C．物质变化时若伴有能量变化，则一定是化学变化
D．没有物质的化学变化，也就没有能量的变化
吸热反应与放热反应的判断
【例2】下列是吸热反应的是__________
① 水蒸气冷凝 ② 煅烧石灰石 ③ 浓硫酸稀释 ④ 酸碱发生中和反应
⑤ 生石灰跟水反应生成熟石灰 ⑥ 干冰升华 ⑦ 液氨汽化
⑧ 碳和二氧化碳在高温下反应 ⑨ 氢原子两两结合为氢分子
【变2-1】下列变化中属于吸热反应的是（ ）
①冰融化成水 ②胆矾受热分解 ③浓硫酸加水稀释 ④高锰酸钾分解制取氧气
⑤生石灰与水反应生成熟石灰 ⑥石灰石高温分解 ⑦CO + C ===== 2CO
2
⑧Ba(OH) ·8H O与固体NH Cl混合 ⑨C + H O(g) ===== CO + H
2 2 4 2 2
A．②④⑥⑦⑨ B．①②④⑥⑦⑧⑨
C．②③④⑤⑥⑧ D．②④⑥⑦⑧⑨
【变2-2】把下列物质分别加入盛冷水的锥形瓶内，立即塞紧带U形管的塞子。已知U形管内预先装有少
量水且液面相平（为便于观察，预先染成红色），加入下列哪些物质后，发生如图变化（ ）
① NaOH粉末；② 浓硫酸；③ 硝酸铵晶体；④ 过氧化钠固体；⑤ 生石灰。
A．①②④⑤ B．①②③ C．②③⑤ D．③④⑤吸热反应与放热反应的实验探究
【例3】在一个小烧杯里，加入约20 g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体 [Ba(OH)·8HO]，将小烧杯放在事先已滴
2 2
有3 ～ 4滴水的木片上，然后向烧杯内加入约10 g NHCl晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌，如图所示。
4
试回答下列问题：
（1）实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是__________________________________________________。
（2）如果实验中没有看到“结冰”现象，可能的原因是___________________________________________
____________________________________________________________________________________________
____________________________________________（答出3个或3个以上原因）。
（3）如果没有看到“结冰”现象，为说明该反应吸热，我们还可以采取的方式是_____________________
__________________________________。
【变3】为了探究化学反应的热效应，某兴趣小组进行了如下实验：
（1）将纯固体物质 分别装入有水的锥形瓶里（发生化学反应），立即塞紧带U形管的塞子，发现U形
管内红墨水的液面高度如图所示。
①若如图1所示，发生的反应（假设没有气体生成）是________（填“放热”或“吸热”）反应， 是
________（填两种物质的化学式）。
②若如图2所示，发生的反应（假设没有气体生成）是________（填“放热”或“吸热”）反应，以下选
项中与其能量变化相同的是________（填序号）。
A．CO还原CuO的反应 B．CaCO 的分解反应 C．Al和Fe O 的反应
3 2 3
（2）如图所示，把试管放入盛有25℃饱和澄清石灰水的烧杯中，试管中开始放几小块镁片，再滴入
稀盐酸。试回答下列问题：①实验中观察到的现象是：镁片逐渐溶解、有大量气泡产生、________________________________。
②产生上述现象的原因是____________________________________。
模块二 化学反应中的能量变化分析
知识精讲
一、从化学键的角度分析化学反应的能量变化
1．键能：断开（形成）1 mol某化学键所吸收（放出）的能量叫键能。单位：kJ/mol。
例如，断开（形成）1 mol H-H键吸收（放出）的能量为436.0 kJ，那么H-H键的键能是436.0 kJ/mol 。
2．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因：
（1）若吸收能量E＞释放能量E，该反应为吸热反应；
1 2
（2）若吸收能量E＜释放能量E，该反应为放热反应。
1 2
3．实例
化学键 H﹣H Cl﹣Cl H﹣Cl
键能kJ/mol 436 243 431
从键能角度分析H +Cl ===== 2HCl 反应体系中能量变化情况。
2 2
1 mol H 与1 mol Cl 反应生成2 mol HCl分子的过程中， 了 kJ的能量。
2 2
及时小练
计算2H + O ===== 2HO 反应体系中的能量变化情况。已知：
2 2 2
化学键 H—H O＝O H—O
键能kJ/mol 436 498 465二、从总能量的角度分析化学反应的能量变化
1．一个确定的化学反应完成后的结果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。
（1）若反应物总能量E ＞生成物总能量E ，该反应为放热反应；
反 生
（2）若反应物总能量E ＜生成物总能量E ，该反应为吸热反应。
反 生
E ___ E ，______ 反应 E ___ E ，______ 反应
反 生 反 生
2．吸热反应与放热反应的真实能量变化图：
E ＜ E ，放热反应 E ＞ E ，吸热反应
吸 放 吸 放
资料卡片——能量与稳定性
一般来说，物质具有的能量越低，物质越稳定。即“能量越低越稳定”。
X 经典例题
能量变化图
【例4】已知反应A + B === C + D的能量变化如图所示，下列关于此反应的说法不正确的是（ ）
A．是吸热反应
B．该反应不符合能量守恒定律
C．生成物的总能量高于反应物的总能量
D．反应中断开化学键吸收的总能量高于形成化学键放出的总能量【变4】反应A + B → C（放热）分两步进行：① A + B → X（吸热），② X → C（放热）。下列示
意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是（ ）
A B C D
键能的计算
【例5】已知部分键能如下表所示，计算下列三个反应中的能量变化情况。
化学键 H—H H—N N≡N O＝O C—H C＝O H—O P—P P—O
键能
436 391 x 498 414 750 465 198 360
（kJ/mol）
（1）CH + 2O ===== CO + 2H O，1 mol CH 完全反应时，_________（填吸收/放出）________ kJ
4 2 2 2 4
能量。
（2）已知 N + 3H 2NH ，消耗 1 mol N 时放出 92 kJ 的热量，则上表中 x 的数值为
2 2 3 2
________。
（3）如下图为白磷（P）和PO 的结构，1mol 白磷完全燃烧，________（填吸收/放出）________kJ能量。
4 4 6
【变5】NF 是一种温室气体，其存储能量的能力是 CO 的12000 ～ 20000倍，在大气中的寿命可长达
3 2
740年，如表所示是几种化学键的键能：
化学键 N≡N F—F N—F
键能/kJ·mol-1 946 154.8 283.0
下列说法中正确的是（ ）
A．过程N(g) → 2N(g)放出能量
2
B．过程N(g) + 3F(g) → NF (g)放出能量
3
C．反应N(g)＋3F(g) === 2NF (g)是吸热反应
2 2 3
D．NF 吸收能量后如果没有化学键的断裂与生成，仍可能发生化学反应
3能量越低越稳定
【例6】金刚石和石墨是由C元素组成的两种结构不同的单质。在100 kPa时，1 mol石墨转化为金刚石，
要吸收1.895 kJ的能量。据此判断， 在100 kPa时，下列结论正确的是（ ）
A．1 mol石墨比1 mol金刚石的总能量高
B．金刚石比石墨稳定
C．石墨比金刚石稳定
D．1 mol石墨与1 mol金刚石的总能量相等
【变6-1】如图表示有关反应的反应过程与能量变化的关系，据此判断下列说法中不正确的是（ ）
A．红磷和白磷互为同素异形体
B．白磷比红磷稳定
C．白磷转化为红磷是放热反应
D．白磷比红磷更容易与氧气反应生成PO
4 10
【变6-2】已知25℃、101 kPa下，含1 mol碳原子的石墨完全燃 烧生成 CO
2
放出热量393.51 kJ；含1 mol碳原子的金刚石完全燃烧生成CO 放出395.41 kJ的热量。据此判断，下列说
2
法正确的是（ ）
A．由石墨制备金刚石是吸热反应；石墨比金刚石稳定
B．由石墨制备金刚石是吸热反应；金刚石比石墨稳定
C．由石墨制备金刚石是放热反应；石墨比金刚石稳定
D．由石墨制备金刚石是放热反应；金刚石比石墨稳定
模块三 人类对能源的利用
知识精讲
一、人类对能源的利用
1．获取热能的途径——物质的燃烧
（1）早期：以树枝杂草为主要能源。
（2）现代：以煤、石油和天然气为主要能源。
2．面临问题
（1）短期内不可再生，储量有限；
（2）煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO 、NO 、CO等造成大气污染。
2 x
3．解决方法
（1）节能减排（2）开发利用新能源
明辨是非
（1）任何反应中的能量变化都表现为热量变化（ ）
（2）伴有能量变化的物质变化都是化学变化（ ）
（3）太阳能热水器是将光能转化为热能（ ）
（4）在动物体内的葡萄糖被氧化成CO 是热能转变成化学能的过程（ ）
2
（5）化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能（ ）
（6）柴草燃烧时，化学能全部转化为热能（ ）
（7）电解水生成氢气和氧气时，电能转化为化学能（ ）
（8）利用化石燃料燃烧放出的热量使水分解产生氢气，是氢能开发的研究方向（ ）
X 经典例题
能源的利用
【例7】下列叙述不正确的是（ ）
A．开发氢能、太阳能、风能、生物质能等新能源是践行低碳生活的有效途径
B．火力发电是将燃料中的化学能直接转化为电能的过程
C．利用生物质能就是间接利用太阳能
D．绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能
【变7】氢气是未来的理想能源，理由是（ ）
①燃烧放热多 ②燃烧时不污染环境
③用于制取H 的水资源丰富 ④密度小，便于运输
2
A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①②③④
提分作业
【练1】下列说法错误的是（ ）
A．化学反应放热还是吸热，取决于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量的相对大小
B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因
C．需要加热才能发生的化学反应一定是吸热反应
D．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应
【练2】如图所示，有关化学反应和能量变化的说法正确的是（ ）A．图a表示的是吸热反应的能量变化
B．图b中生成物比反应物稳定
C．图b可以表示氯化铵固体与氢氧化钡晶体反应的能量变化
D．图a不需要加热就一定能发生，图b一定需要加热才能发生
【练3】“能源分类相关图”如下图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是（ ）
A．煤炭、石油、潮汐能 B．水能、生物质能、天然气
C．太阳能、风能、沼气 D．地热能、海洋能、核能
【练4】科学家已获得了极具理论研究意义的N 分子，其结构为正四面体（如图所示），与白磷分子相似。
4
已知断裂 1 mol N—N键吸收193 kJ热量，断裂 1 mol N≡N键吸收941 kJ热量，则下列说法不正确的是（
）
A．N 与N 互为同素异形体
4 2
B．1 mol N 气体转化为N 时要放出724 kJ能量
4 2
C．N 变成N 是化学变化
4 2
D．2 mol N 的能量比1 mol N 的能量高
2 4
【练5】下列反应中旧化学键断裂吸收的总能量大于新化学键形成放出总能量的是（ ）
A．电解水制取H 和O B．甲烷燃烧
2 2
C．铝粉与氧化铁粉末反应 D．铁与稀盐酸反应
【练6】最新报道：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
过程示意图如下：下列说法正确的是（ ）
A．CO和O生成CO 是吸热反应
2
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CO
2
D．状态Ⅰ → 状态Ⅲ 表示CO与O 反应的过程
2
【练7】化学反应A + B === 2AB的能量变化如图所示，则下列说法正确的是（ ）
2 2
A．该反应是吸热反应
B．断裂1 mol A—A键和1 mol B—B键能放出x kJ能量
C．断裂2 mol A—B键需要吸收y kJ的能量
D．2 mol AB的总能量高于1 mol A 和1 mol B 的总能量
2 2
【练8】为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如下三套实验装置：
（1）上述3个装置中，不能证明“铜与浓硝酸反应是吸热反应还是放热反应”的是_________。
（2）某同学选用装置Ⅰ进行实验（实验前U形管里液面左右相平），在甲试管里加入适量氢氧化钡溶液
与稀硫酸，U形管中可观察到的现象是__________________________________，说明该反应属于_______
（填“吸热”或“放热”）反应。
（3）为探究固体M溶于水的热效应，选择装置Ⅱ进行实验（反应在甲中进行）。
①若M为钠，则实验过程中烧杯中可观察到的现象是______________________________________________
______________________________________________；
②若观察到烧杯里产生气泡，则说明 M溶于水_________________________（填“一定是放热反应”、
“ 一 定 是 吸 热 反 应 ” 或 “ 可 能 是 放 热 反 应 ” ) ， 理 由 是
_________________________________________________
______________________________________________。
（4）至少有两种实验方法能证明超氧化钾与水的反应（4KO + 2HO === 4KOH + 3O↑）是放热反应。
2 2 2方法①：选择上述装置_________________（填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”）进行实验。
方法②：取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上，向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水，片刻后，若观
察到_________________，则说明该反应是放热反应。
