放热反应与吸热反应（解析版）

学而优·教有方第03讲放热反应与吸热反应【学习目标】通过本单元内容的学习，要求同学们努力达到：1.能从定性与定量、宏观与微观相结合的角度解释化学变化伴随的能量转化；2.能正确地表示化学反应的放热或吸热过程；【课前引入】人类使用火实质上是利用燃烧反应放出的光和热，如煤炭燃烧时发光、放热；有些反应则需要吸热，如煅烧石灰石生成生石灰需要吸热才能进行。总之，我们身边的许多化学反应都伴随着能量的变化。其实，在化学反应中，反应物转化为生成物的同时，必然发生能量的变化。反应中化学能可以转化为热能、光能、电能等，热能、光能、电能等也可以转化为化学能，如制水煤气、植物的光合作用、水的电解等。研究化学反应中的能量转化，可以帮助我们更深刻地认识化学反应，更好地为生产和生活服务。【基础知识】一、【放热反应与吸热反应】化学上，我们把放出热的反应称为放热反应，把吸收热的反应称为吸热反应。举个例子：氢气在氧气中燃烧生成水的反应是放热反应，而水分解为氢气和氧气的反应则是吸热反应。观察与思考：完成下列实验，感受化学反应中的热【实验1】向一支试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，加入5mL2mol·L盐酸，用手触摸试管外壁，感受试管外壁的温度变化。【实验2】在100mL烧杯中加入约20g经研磨的八水合氢氧化钡晶体然后加入约10g氯化铵晶体，用玻璃棒搅拌，使之充分混合。在烧杯下垫一块沾有水的玻璃片，一段时间后提起烧杯，观察实验现象。并用手触摸烧杯外壁，感受温度变化。总结：总结：上述两个实验中，一个反应放热使温度升高，另一个反应吸热使温度降低。此外，天然气、酒精、汽油、木材等可燃物的燃烧反应，酸碱中和反应等都是放热反应；而高温下煅烧石灰石等反应则是吸热反应。通过触摸反应容器可以感受到化学反应伴随的放热或吸热现象。但如何定量地表示一个特定的反应放出或吸收的热呢?用热化学方程式可以帮助我们解决这一问题。在热化学方程式中，要标明所有物质在反应条件下的状态（气态、液态、固态分别用g、1、s表示)，反应放出或吸收的热用△H表示，负值表示在该条件下反应放热，正值表示在该条件下反应吸热。例如：在一定条件下，1mol氮气与1mol氧气反应生成2mol一氧化氮气体，吸收180kJ的能量。则该反应的热化学方程式为：。热化学方程式的计算热化学方程式的计算①根据能量：△H=Eg②根据键能：△H=E(断键)一E(成键)③燃烧热：Q=n(可燃物)·△H(燃烧热)④中和热:Q=n()：△H(中和热)⑤将△H看作是热化学方程式中的一项，再按普通化学方程式的计算步骤、格式进行计算，得出有关数据。⑥如果一个反应可以分几步进行，则各分步反应的反应热之和与该反应一步完成时的反应热是相同的，即盖斯定律：化学反应的反应热只与反应的始态（各反应物）和终态（各生成物）有关，而与反应的途径无关。SHAPE二、【化学反应中的能量变化】参加化学反应的每一种物质内部都贮存着一定的能量。当反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应物需要吸收能量才能转化为生成物；当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应物转化为生成物就会放出能量。如果化学反应中的能量变化主要表现为热的形式，反应就伴随着热的吸收或释放。SHAPE化学反应中的能量变化是宏观上的变化，不仅可以用反应物与生成物的总能量的变化来说明，还可以用微观上化学键的断裂与形成来解释。研究表明，物质发生化学反应时，需要吸收能量以断开反应物中的化学键，在形成生成物中的化学键时放出能量。若反应过程中断开化学键所吸收的总能量大于形成化学键所放出的总能量，则反应过程中吸收能量；反之，若反应过程中断开化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量，则反应过程中放出能量。化学反应中的能量变化是宏观上的变化，不仅可以用反应物与生成物的总能量的变化来说明，还可以用微观上化学键的断裂与形成来解释。研究表明，物质发生化学反应时，需要吸收能量以断开反应物中的化学键，在形成生成物中的化学键时放出能量。若反应过程中断开化学键所吸收的总能量大于形成化学键所放出的总能量，则反应过程中吸收能量；反之，若反应过程中断开化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量，则反应过程中放出能量。三、【化学键与化学反应中能量变化的关系】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，其能量变化是放出总结：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。总结：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。SHAPE【考点剖析】考点一：热化学方程式的书写例1．N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。已知在25℃、101kPa下，8gN2H4(g)完全燃烧生成氮气和液态水时，放出133.5kJ热量。则下列热化学方程中正确的是A．N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=−534kJ·mol−1B．N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=+534kJ·mol−1C．N2H4+O2=N2+2H2O△H=−534kJ·mol−1D．N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(l)△H=−133.5kJ·mol−1【答案】A【解析】的物质的量为，根据热化学方程式的意义以及热化学方程式的书写方法，则

完全燃烧生成氮气和气态水时，放出热量，则1mol完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5kJ×4=534kJ的热量，热化学方程式为：N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O∆H=-534kJ·mol-1，所以A正确。故选A。考点二：吸热反应与放热反应例2．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)如图a所示，室温下，观察到甲处液面上升，乙处液面下降，则该反应是_______(填“放热”或“吸热”)反应，写出该反应的化学方程式：_______。(2)如图b所示，室温下，把装有固体A的试管放入盛有饱和澄清石灰水的烧杯中，向该试管中滴入一定量的液体B，观察到烧杯中的饱和澄清石灰水变浑浊，则该反应是_______(填“放热”或“吸热”)反应，写出一个符合该条件的化学方程式：_______。(3)如图c所示，室温下，通过仪器丙向仪器丁中的一定浓度的盐酸中加入一定浓度的氢氧化钠溶液，仪器丙的名称为______________。仪器丁的底部有温热感，_______(填“能”或“不能”)说明该反应是放热反应，该反应的离子方程式为_______。【答案】吸热Ba(OH)2∙8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O放热CaO+H2O=Ca(OH)2长颈漏斗能H++OH-=H2O【解析】(1)根据气体具有热胀冷缩的性质可以判断：甲处液面上升，乙处液面下降，则锥形瓶内气体发生了冷缩，该反应是吸热反应，室温下Ba(OH)2∙8H2O与NH4Cl发生复分解反应生成BaCl2、NH3和H2O，反应的化学方程式：Ba(OH)2∙8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O。(2)氢氧化钙溶解度随温度升高而降低，烧杯中的饱和澄清石灰水变浑浊，则室温下，试管中固体A和一定量的液体B的的反应为放热反应，一个符合该条件的化学方程式：CaO+H2O=Ca(OH)2。(3)由构造知仪器丙的名称为长颈漏斗。仪器丁的底部有温热感，能说明该反应是放热反应，盐酸与氢氧化钠溶液发生中和反应生成氯化钠和水，该反应的离子方程式为H++OH-=H2O。【课堂小练】1．下列说法正确的是A．已知石墨转化为金刚石是吸热反应，所以石墨比金刚石稳定B．凡是需要加热的反应都是吸热反应C．灼热的炭与CO2的反应既是氧化还原反应又是放热反应D．干冰易升华，这与分子中C=O键的键能大小有关【答案】A【解析】A．能量越低物质越稳定，石墨转化为金刚石要吸收能量，说明石墨的能量低，稳定，故A正确；B．燃烧需要加热到着火点，但是放热反应，故B错误；C．灼热的炭与CO2的反应生成CO，有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，属于吸热反应，故C错误；D．分子晶体的沸点与分子间作用力有关，干冰易升华，是因为分子中分子间作用力较小，故D错误；故选：A。2．氢气在氧气中燃烧生成气态水的热化学方程式为：，下列说法正确的是A．该反应过程中的能量变化可用图来表示B．分解成和的反应可能小于0C．在中完全燃烧生成液态水，放热D．反应中每生成，转移的电子数约为【答案】D【解析】A．氢气和氧气燃烧放热，2mol气态水的能量小于2mol氢气和1mol氧气的能量和，故A错误；B．分解成和吸热，反应>0，故B错误；C．是1mol，根据，在中完全燃烧生成气态水，放热，故C错误；D．反应中氢元素化合价由0升高为+1，每生成转移2mol电子，转移电子数约为，故D正确；选D。3．已知反应X＋Y=M＋N为吸热反应，对这个反应的下列说法中正确的是A．X的能量一定低于M的能量，Y的能量一定低于N的能量B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量D．X和Y的总能量一定低于M和N的总能量【答案】D【解析】A．X＋Y=M＋N为吸热反应，X和Y的总能量一定低于M和N的总能量，故A错误；B．化学反应的吸放热与反应条件无关，有些吸热反应不需要加热就能进行，故B错误；C．吸热反应，破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量，故C错误；D．X＋Y=M＋N为吸热反应，X和Y的总能量一定低于M和N的总能量，故D正确；选D。4．下列反应既是氧化还原反应，又是吸热反应的是A．铝片与稀反应 B．与的反应C．灼热的炭与反应 D．甲烷在中的燃烧反应【答案】C【解析】A．铝片与稀H2SO4的反应为放热反应，故A不符合题意；B．与的反应为吸热反应，但不属于氧化还原反应，故B不符合题意；C．灼热的炭与CO2的反应中C元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，且为吸热反应，故C符合题意；D．甲烷在中的燃烧反应是放热反应，故D不符合题意。答案选C。5．下列热化学方程式书写正确的是A．2SO2+O22SO3ΔH=-196.6kJ·mol-1B．H2(g)+O2(g)=H2O(l)ΔH=-285.8kJ·mol-1C．2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJD．C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=393.5kJ·mol-1【答案】B【解析】A．没有标出物质的聚集状态，且反应条件可以省略，正确的热化学方程式为：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)ΔH=-196.6kJ/mol，A错误；B．H2的燃烧为放热反应，物质的聚集状态及ΔH都有标注，符合热化学方程式的书写要求，B正确；C．反应热的单位为kJ/mol，正确的热化学方程式为：2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)ΔH=-571.6kJ/mol，C错误；D．C的燃烧为放热反应，ΔH应为负值，正确的热化学方程式为：C(s)+O2(g)=CO2(g)ΔH=-393.5kJ/mol，D错误；故选：B.6．下列说法中正确的是①需要加热才能发生的反应一定是吸热反应②放热反应在常温下一定很容易发生③反应是放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小④放热反应加热到一定温度引发后，停止加热反应可能会继续进行A．①② B．③④ C．①②③④ D．②③④【答案】B【解析】①放热反应有的需加热，有的不需加热，如Na的燃烧是一个放热反应，但需要加热，①错误；②放热的反应在常温下不一定很容易发生，如铝热反应（2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3）是放热反应，但需在高温条件下才能引发氧化铁和铝粉反应，②错误；③反应物所具有的总能量高于生成的总能量的反应为放热反应，反之为吸热反应，③正确；④放热反应在反应中会放出热量，所以有的反应在停止加热后可以利用放出的热量继续进行，④正确；综上所述，③④正确，故选B。7．下列反应属于吸热反应的是A．CaO+H2O=Ca(OH)2 B．C+H2OCO+H2C．NaOH+HCl=NaCl+H2O D．2Mg+CO22MgO+C【答案】B【解析】A．由分析知：CaO+H2O=Ca(OH)2属于放热反应，A不符合；B．由分析知：C+H2OCO+H2，属于吸热反应，B符合；C．由分析知：NaOH+HCl=NaCl+H2O属于放热反应，C不符合；D．由分析知：2Mg+CO22MgO+C是燃烧反应、属于放热反应，D不符合；答案选B。8．最近，科学家用巨型计算机进行模拟后确认，由60个N原子可结合成N60分子，N60变成N2时放出巨大能量，下列说法中不正确的是A．N60与N2都是氮的同素异形体B．N60转化为N2属化学变化C．N60的总能量高于N2的总能量D．N60变为N2的反应是放热反应，说明N60比N2更稳定【答案】D【解析】A．N60与N2为N元素形成的不同单质，都是氮的同素异形体，A正确；B．N60和N2为不同的物质，N60转化为N2的过程有新物质生成，属化学变化，B正确；C．N60变成N2时放出巨大能量，说明N60的总能量高于N2的总能量，C正确；D．N60变为N2的反应是放热反应，说明N2的能量更低，则N2更稳定，D错误；综上所述答案为D。9．下列关于化学反应与能量变化的说法中，不正确的是A．放热反应都是不需要加热条件的B．能量变化是化学反应的基本特征之一C．化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因D．反应物的总能量高于生成物的总能量，发生反应时能够向环境放出能量【答案】A【解析】A．有的放热反应也需要加热，如铝热反应就需要在高温下进行，A不正确；B．由于反应物和生成物的能量不同，所以能量变化是化学反应进行的基本特征之一，B正确；C．化学反应过程中伴随着旧键的断裂和新键的形成，断键需要吸收热量，成键能够放出热量，所以化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因，C正确；D．反应物的总能量高于生成物的总能量，表明断键时吸收的能量小于成键时放出的能量，反应为放热反应，发生反应时能够向环境放出能量，D正确；故选A。10．已知：反应A＋B=C＋D的能量变化如图所示，下列叙述正确的是A．该反应为放热反应B．反应物的总能量高于生成物的总能量C．旧化学键断裂吸收的总能量大于新化学键形成放出的总能量D．该反应只有在加热条件下才能进行【答案】C【解析】A．图中显示生成物的总能量高于反应物的总能量，该反应为吸热反应，故A错误；B．反应物的总能量低于生成物的总能量，故B错误；C．吸热反应，旧化学键断裂吸收的总能量大于新化学键形成放出的总能量，故C正确；D．反应吸热还是放热，与反应条件无必然联系，故D错误；故选C。【过关检测】1．已知反应：为吸热反应，对该反应的下列说法中正确的是A．A的能量一定高于CB．B的能量一定低于DC．A和B的总能量一定低于C和D的总能量D．因为该反应为吸热反应，故必须加热反应才可以发生【答案】C【解析】A．为吸热反应，A和B的总能量一定低于C和D的总能量，但不能确定A的能量一定高于C，故A错误；B．为吸热反应，A和B的总能量一定低于C和D的总能量，但不能确定B的能量一定低于D，故B错误；C．为吸热反应，A和B的总能量一定低于C和D的总能量，故C正确；D．任何反应都需要在一定条件下才能发生，因此反应条件是否需要加热与该反应是放热反应还是吸热反应无关，D错误；故选C。2．中国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，可以利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如图所示，下列说法错误的是A．上述过程中，反应物的总能量小于生成物的总能量B．上述过程中，太阳能转化为化学能C．过程Ⅰ释放能量，过程Ⅱ吸收能量D．过程Ⅲ属于氧化还原反应【答案】C【解析】A．由图可知，太阳能使水分解，水分解吸热，则反应物的总能量小于生成物的总能量，故A正确；B．由图可知，太阳能使水分解，则实现了光能向化学能的转化，故B正确；C．过程Ⅰ断键，吸收能量，过程Ⅱ中生成氢气、过氧化氢，形成化学键，过程Ⅱ放出能量，故C错误；D．过程Ⅲ为O-H键的断裂过程生成氢气和氧气，化学反应为：2H2O2＝2H2+O2，属于氧化还原反应，故D正确；故选C。3．已知化学反应的能量变化曲线如图所示。下列叙述不正确的是能量A．反应物的总能量低于生成物的总能量B．生成1molAB需吸收(a-b)kJ的热量C．D．加入催化剂不会改变该反应的反应热【答案】B【解析】A．由图可知，反应物的总能量低于生成物的总能量，A正确；B．由图可知生成1molAB需吸收kJ的热量，B错误；C．由图可知热化学方程式为：，C正确；D．催化剂可以改变活化能，不会改变该反应的反应热，D正确；故选B。4．下列变化过程，属于放热反应的是①水蒸气凝固成冰②酸碱中和反应③浓硫酸稀释④碳酸氢钠溶液和盐酸反应⑤甲烷燃烧⑥食物腐败⑦锌与稀硫酸A．②③④⑤⑥⑦ B．①②⑥⑦ C．②⑤⑥⑦ D．③⑤⑥⑦【答案】C【解析】①水蒸气变成液态水，为放热的物理变化，故不选；②酸碱中和反应，为放热反应，故选；

③浓硫酸稀释，为放热的物理变化，故不选；④碳酸氢钠溶液和盐酸反应属于吸热反应，故不选；⑤甲烷燃烧属于放热反应，故选；⑥食物腐败，发生缓慢氧化，为放热反应，故选；⑦锌与稀硫酸属于放热反应，故选；故选：C。5．下列关于化学反应与能量变化的说法正确的是A．有能量的变化一定发生了化学反应B．化学反应中一定有新共价键的形成C．吸热反应都需要加热才能发生D．化学反应的能量变化取决于反应物总能量与生成物总能量的相对大小【答案】D【解析】A．物理变化过程中也会有能量的变化，如液态物质气化吸收能量，不一定发生了化学反应，故A错误；B．从化学键的角度看，化学反应是反应物中化学键的断裂，和生成物中化学键形成的过程，但反应中不一定有新共价键形成，也可以是离子键，故B错误；C．吸热反应不一定需要加热，如氯化铵与强碱的反应，故C错误；D．根据能量守恒原理，反应物总能量大于生成物总能量，反应为放出能量的反应，反之为吸收能量的反应，故D正确。故选D。6．硝酸是一种具有强氧化性、腐蚀性的强酸，工业合成——氨氧化法，硝酸工业与合成氨工业紧密相关，氨氧化法是工业生产中制取硝酸的主要途径，其主要流程是将氨和空气的混合气通入灼热的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮(NO)。生成的一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO、4NO+3O2+2H2O=4HNO3、4NO2+O2+2H2O=4HNO3。4NO2+O2+2H2O=4HNO3为放热反应，下列说法正确的是A．断开H-O放出热量 B．吸热反应都需要加热C．放热反应都不需要加热 D．反应物的总能量大于生成物的总能量【答案】D【解析】A．断开化学键要吸收热量，则断开H-O吸收热量，A错误；B．反应是否吸热取决于反应物总能量和生成物的总能量的相对大小，反应物总能量低于生成物的总能量是吸热反应，故吸热反应与是否需要加热无关，例如氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应是室温下发生的吸热反应，B错误；C．反应是否吸热取决于反应物总能量和生成物的总能量的相对大小，反应物总能量高于生成物的总能量是放热反应，故放热反应与是否需要加热无关，有的放热反应不需要加热，有的放热反应则需要加热，C错误D．4NO2+O2+2H2O=4HNO3为放热反应，则反应物的总能量大于生成物的总能量，D正确；答案选D。7．为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如图三套实验装置：(1)上述装置中，不能用来证明“锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应”的是_______。(填序号)(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晶体与氯化铵固体搅拌反应，U形管中可观察到的现象是_______，(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)。观察到烧杯里产生气泡，则M溶于水_______是放热反应(填“一定”或“可能”)，理由是_______。(4)为证明超氧化钾与水的反应(4KO2+2H2O=4KOH+3O2↑)是放热反应还是吸热反应，可选用下列两种方案：方案①：选择上述装置_______(填“I”或“III”)进行实验。方案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，若观察到棉花燃烧，说明该反应为_______反应(填“吸热”或“放热”)。【答案】III左端液柱升高，右端液柱降低可能某些物质(如浓硫酸)溶于水放热，但不是放热反应I放热【解析】(1)装置Ⅰ可通过U形管中红墨水液面的变化判断锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应；装置Ⅱ可通过烧杯中是否产生气泡判断锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应；装置Ⅲ只是一个锌和稀硫酸反应并将生成的气体通入水中的装置，不能证明该反应是放热反应还是吸热反应，故上述装置中，不能证明“锌和稀硫酸反应是吸热反应还是放热反应”的是Ⅲ；(2)氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应是吸热反应，所以锥形瓶中气体受冷收缩，导致U形管左端液柱升高，右端液柱降低；(3)若观察到烧杯里产生气泡，说明M溶于水可能放出热量，由于放热反应一定属于化学变化，而有热量放出不一定为化学变化，所以不一定属于放热反应，某些物质(如浓硫酸)溶于水放热，但不是化学反应；若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱，说明装置中气体的压强减小，则M可能是硝酸铵，硝酸铵溶于水，吸收热量，温度降低，气体压强减小，(4)根据分析可知装置Ⅲ并不能证明某反应是吸热反应还是放热，应选Ⅰ进行实验；若观察到棉花燃烧，说明该反应放出热量，温度达到脱脂棉的着火点，脱脂棉燃烧，则说明该反应是放热反应。8．在一个小烧杯里加入约20g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]，将小烧杯放在事先已滴有3～4滴水的玻璃片上，然后向烧杯内加入约10g氯化铵晶体，并立即用玻璃棒迅速搅拌。试回答下列问题：（1）写出反应的化学方程式：__。（2）实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是__。（3）如果实验中没有看到“结冰”现象，可能的原因