专题05化学反应与热能（知识串讲）-高一化学下学期期中期末考点大串讲（人教版2019）

专题05化学反应与热能【知识串讲】一、化学反应与热能的转化化石燃料燃烧会放出大量的热，除了燃烧，其它化学反应也伴随着放热或吸热现象。1.两条基本规律质量守恒定律：化学反应前后物质的总质量保持不变。能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途经和能量的形式不同，但是体系包含的总能量不变。2.化学反应一定伴随有能量的变化，化学反应中能量变化主要表现为热量的变化，吸热或放热。3.化学能与热能的实验探究实验操作试管中加入2mL2mol·L－1盐酸，并用温度计测量其温度，再向试管中放入打磨过的镁条将20gBa(OH)2·8H2O晶体研细后与10gNH4Cl晶体一起放入烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌，玻璃片盖上烧杯实验现象镁条逐渐溶解，有气泡产生，温度计的示数升高有刺激性气味气体产生，用手触摸杯壁下部，烧杯壁变凉，试着用手拿起烧杯，木片黏在烧杯上实验结论该反应放出热量该反应吸收热量化学反应发生时伴有热量的释放和吸收二、化学键与化学反应中能量变化的关系1、化学反应的实质化学反应的过程就是反应物分子中的原子重新组合成生成物分子的过程，也就是反应物分子中化学键断裂和生成物分子中化学键形成的过程。

2、化学反应中能量变化的原因（1）断开化学键吸收能量

例：1molH2中含有1molH—H键，常温常压下断开1molH—H键，需要吸收436kJ的热量。（2）形成化学键放出能量

由2molH原子生成1molH2，有1molH—H键生成，生成过程中向外界释放436kJ的热量。

注：形成1molH—H键释放的能量与断开1molH—H键吸收的能量相等。

（3）化学键与化学反应中能量变化的关系

当E1＞E2，反应吸收热量；当E1＜E2，反应放出热量。注：任何化学反应都要经历旧化学键断裂和新化学键形成的过程，因此，任何化学反应都伴随着能量的变化。在化学反应中，从反应物分子改变为生成物分子，各原子内部并没有多少变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的新化学键形成了，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用，在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量。因此说化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。3、决定化学反应中能量变化的因素及反应能量变化的判定

化学反应在发生过程中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。如下图所示：反应物的总能量＜生成物的总能量，反应吸收能量（图1）；反应物的总能量＞生成物的总能量，反应放出能量（图2）。注意：化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的根本原因。(1)化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。(2)化学键的断裂吸收能量，化学键的形成要放出能量，吸收能量和放出能量的数值不相等就造成了化学反应过程中的能量变化。(3)一个化学反应是吸热还是放热，在宏观上取决于反应物总能量和生成物总能量的相对大小，在微观上取决于旧化学键断裂所吸收的总能量和新化学键形成所放出的总能量的相对大小。三、吸热反应和放热反应的判断1.吸热反应和放热反应的比较放热反应吸热反应定义释放热量的化学反应吸收热量的化学反应形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键强弱的关系生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量反应过程图示2.常见的吸热反应与放热反应3.吸热反应和放热反应的判断方法E1>E2反应吸收能量(吸热反应)E1<E2反应放出能量(放热反应)(1)根据反应物和生成物的总能量的相对大小判断——决定因素。若反应物的总能量大于生成物的总能量，属于放热反应，反之是吸热反应。(2)根据化学键断裂或形成时的能量变化判断——用于计算。若断裂反应物中的化学键所吸收的总能量小于形成生成物中化学键所放出的总能量，属于放热反应，反之是吸热反应。(3)根据反应物和生成物的相对稳定性判断。由不稳定的物质(能量高)生成稳定的物质(能量低)的反应为放热反应，反之为吸热反应。(4)根据反应条件判断。凡是持续加热才能进行的反应一般是吸热反应。四、利用图像进行反应能量变化的计算1．化学键与能量变化的关系化学键的形成蕴涵着能量变化，在进行反应时化学键要断裂，吸收能量，反应后形成新化学键要放出能量，反应前反应物能量与反应后生成物能量不相等。2．计算公式用Q(吸)表示反应物分子化学键断裂时吸收的总能量，Q(放)表示生成物分子化学键形成时放出的总能量。公式：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)利用化学键形成和断裂时的能量变化计算化学反应中的能量变化：ΔQ＝Q(吸)－Q(放)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(ΔQ<0，为放热反应,ΔQ>0，为吸热反应))3．实例(以H2＋Cl2=2HCl为例)：(1)图示分析：H—Heq\o(——→,\s\up7(吸收436kJ·mol－1))H＋H Cl—Cleq\o(——→,\s\up7(吸收243kJ·mol－1))Cl＋Cleq\o(,\s\up7(放出,436kJ·mol－1))↓↓放出436kJ·mol－1H—ClH—Cl(2)计算分析：化学键反应中能量变化1molA—B化学键反应中能量变化H—H吸收436kJ共吸收679kJCl—Cl吸收243kJH—Cl放出431kJ共放出862kJ结论679kJ－862kJ＝－183kJ，即反应放出183kJ热量【点拨】反应热与化学键键能的关系(1)键能：标准状况下，将1mol气态分子AB(g)解离为气态原子A(g)、B(g)所需的能量，用符号E表示，单位为kJ·mol－1。(2)反应热与化学键键能的关系：反应热Q＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，Q<0，反应放热，Q>0，反应吸热。以反应H2＋Cl2=2HCl为例：H—H键、Cl—Cl键和H—Cl键的键能分别为436kJ·mol－1、243kJ·mol－1、431kJ·mol－1，则反应热Q＝(436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1)－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1<0，反应放热。五、人类对能源的利用凡是能够提供某种形式能量的物质或是物质的运动，统称为能源。它是人类取得能量的来源，包括已开采出来的可供使用的自然资源和经过加工或转移的能量的来源，尚未开采出的能量资源不列入能源的范畴，只能是能源资源。能源的分类方法有多种：1、一次能源与二次能源从自然界直接取得的天然能源叫一次能源，如原煤、原油、流过水坝的水等；一次能源经过加工转换后获得的能源称为二次能源，如各种石油制品、蒸气、煤气、电力、氢能等。2、常规能源与新能源在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛使用的能源称为常规能源，如煤、石油、天然气、水能等；随着科技的不断发展，才开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发现的利用先进技术所获得的能源都是新能源，如核能、风能、太阳能、海洋能等。3、可再生能源与非再生能源（1）可连续再生、永久利用的一次能源称为可再生能源，如水力、风能等；（2）经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称为非再生能源，如石油、煤、天然气等。4、人类利用能源的三个阶段柴草时期、化石能源时期和多能源结构时期。5、新能源（1）概念：是指以新技术为基础，系统开发利用的能源，包括太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能等。（2）太阳能的利用植物的光合作用是大自然“利用”太阳能极为成功的范例。在人工利用太阳能方面，例如模拟生物体储存太阳能、利用太阳能电池把太阳能直接转化为电能、利用太阳能直接分解水，使太阳能转化为氢能等方面的研究，都取得了一些可喜的成绩。（3）氢能的利用氢能是人类最理想的能源，氢能主要用作高能燃料，广泛应用于飞机、汽车、燃料电池等其他需要热能或其他形式的能量