化学键与化学反应中能量变化的关系.docx

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化学键与化学反应中能量变化的关系

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436_kJ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4_mol×415_kJ·mol－1＝1_660_kJ的能量。

[归纳总结]

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。

[活学活用]

1.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键断裂时吸收能量为（　　）

A.920kJB.557kJC.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。

2.键能是指在25℃、101kPa，将1mol理想气体分子AB拆开为中性气态原子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________。

A.每生成1molH—Cl键放出431kJ能量

B.每生成1molH—Cl键吸收431kJ能量

C.每拆开1molH—Cl键放出431kJ能量

D.每拆开1molH—Cl键吸收431kJ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.HClC.HBrD.H2

（3）能用键能大小解释的是________。

A.氮气的化学性质比氧气稳定

B.常温常压下溴呈液态，碘呈固态

C.稀有气体一般很难发生化学反应

D.硝酸易挥发而硫酸难挥发

答案　

（1）A、D　

（2）A　（3）A

解析　由题目所给信息可知，键能是指将1mol理想气体分子拆开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，而一些物理性质如熔、沸点（挥发性）的高低等取决于分子间作用力的大小。

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

反应物、生成物中化学键的变化关系

反应类型

断裂旧化学键吸收的总能量

＜形成新化学键释放的总能量

放出能量

断裂旧化学键吸收的总能量

＞形成新化学键释放的总能量

吸收能量

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498kJ，断开1molH—O键吸收能量465kJ）

则1molH2完全燃烧放出的能量为4×465_kJ/2－（2×436_kJ＋498_kJ）/2＝245_kJ。

（2）从物质储存化学能的角度理解

反应物、生成物储存的化学能的大小关系

反应类型

反应物的总能量＞生成物的总能量

放出能量

反应物的总能量＜生成物的总能量

吸收能量

[归纳总结]

化学反应吸收或放出能量的判断

（1）化学反应放出能量还是吸收能量取决于反应物中化学键断裂时所吸收的能量和生成物中化学键形成时所放出的能量的相对大小。

若用E总吸表示反应物化学键断开时所吸收的能量，E总放表示生成物化学键形成时所放出的能量，化学反应能量变化ΔE＝E总吸－E总放。

若ΔE为正值则吸收能量，为负值则放出能量。

（2）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：

[活学活用]

3.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.若该反应放出热量，则Q1＋Q2＞Q3

D.若该反应吸收热量，则Q1＋Q2＞Q3

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。

理解感悟　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。

4.已知2mol氢气完全燃烧生成水蒸气时放出能量484kJ，且氧气中1molO===O键完全断裂时吸收能量496kJ，水蒸气中1molH—O键形成时放出能量463kJ，则氢气中1molH—H键断裂时吸收能量为（　　）

A.920kJB.557kJC.436kJD.188kJ

答案　C

解析　设1molH—H键断裂时吸收能量为xkJ。

首先写出化学反应方程式2H2＋O2

2H2O，然后分析过程：

2H—H＋O===O

2H—O—H，由过程可知2mol氢气完全燃烧生成水蒸气时应该拆开2molH—H键、1molO===O键，吸收的能量为（2x＋496）kJ；生成2molH2O形成4molH—O键，放出的能量为4×463kJ＝1852kJ，依据能量守恒定律放出能量484kJ＝1852kJ－（2x＋496）kJ，即可求出x＝436。

当堂检测

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）所有化学反应都伴随着能量的变化（　　）

（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，故正确答案为C。

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.对于放热反应2H2＋O2

2H2O，下列说法中正确的是（　　）

A.生成物H2O所具有的总能量高于反应物H2和O2所具有的总能量

B.反应物H2和O2所具有的总能量高于生成物H2O所具有的总能量

C.反应物H2和O2所具有的总能量等于生成物H2O所具有的总能量

D.反应物H2和O2具有的能量相等

答案　B

解析　首先应明确题中所给反应为放热反应，放热反应的特征是反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量。

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。

40分钟课时作业

[基础过关]

一、化学变化的本质特征

1.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等溶于水放出热量，白炽灯工作时发光发热等。

2.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符合质量守恒，正确；非氧化还原反应没有电子转移，B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不正确；能量守恒包括反应放出或吸收的热量，D不正确。

3.下列物质的变化过程中，有共价键明显被破坏的是（　　）

A.I2升华B.NaCl颗粒被粉碎

C.冰融化D.HCl溶于水得到盐酸

答案　D

解析　HCl分子中存在H—Cl共价键，溶于水后得到盐酸，HCl分子变成了H＋和Cl－，溶液中不再存在HCl分子。

二、化学反应中的能量变化

4.下列变化过程吸收能量的是（　　）

A.Na＋―→NaB.Cl―→Cl－

C.H＋Cl―→HClD.H2―→H＋H

答案　D

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.石墨和金刚石都是碳的单质，石墨在一定条件下可以转化为金刚石。

已知12g石墨完全转化为金刚石时，要吸收akJ的能量。

下列说法中正确的是（　　）

①石墨不如金刚石稳定　②金刚石不如石墨稳定　③等质量的石墨和金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多　④等质量的石墨和金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多

A.①②B.②③C.①④D.③④

答案　B

解析　由石墨完全转化为金刚石时吸热，说明石墨的能量比金刚石低，石墨比金刚石更稳定；同质量的石墨和金刚石完全燃烧时，消耗氧气的量相同，生成同样多的二氧化碳，由于金刚石的能量高，所以金刚石燃烧后放出的能量要多。

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.根据下面的信息，判断下列叙述正确的是（　　）

A.氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量

B.氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量

C.1molH2跟

molO2反应生成1molH2O一定释放能量245kJ

D.2molH2（g）跟1molO2（g）反应生成2molH2O（g）吸收能量490kJ

答案　A

解析　由题中信息可知，1molH2（g）的共价键断裂吸收能量436kJ，

molO2（g）的共价键断裂吸收能量249kJ，两项共吸收能量685kJ；1molH2（g）与

molO2（g）形成1molH2O（g）共释放能量930kJ。

在1molH2（g）跟

molO2（g）反应生成1molH2O（g）的过程中，放出的能量比吸收的能量多245kJ，C项中缺少物质的状态，所以释放的能量不一定是245kJ。

9.化学键的键能是形成（或断开）1mol化学键时释放（或吸收）的能量。

已知白磷和P4O6的分子结构如图所示，现提供以下化学键的键能（kJ·mol－1）：

P—P：

198　P—O：

360　O===O：

498

若生成1molP4O6，则反应P4（白磷）＋3O2===P4O6中的能量变化为（　　）

A.吸收1638kJ能量B.放出1638kJ能量

C.吸收126kJ能量D.放出126kJ能量

答案　B

解析　断键吸收的能量为6molP—P键为6×198kJ；3molO===O键为3×498kJ，共为2682kJ；

成键放出的能量为12molP—O键共12×360kJ＝4320kJ；故反应放出能量大于吸收能量，放出的能量为4320kJ－2682kJ＝1638kJ。

理解感悟　化学反应吸收或放出能量大小的计算公式为ΔH＝E反应物－E生成物。

ΔH——表示化学反应吸收或放出能量的多少

E反应物——表示反应物的总键能

E生成物——表示生成物的总键能

若ΔH为正值时表示吸收能量，为负值时表示放出能量。

[能力提升]

10.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。

11.化学键的________，既是化学反应过程的本质，又是化学反应中________变化的主要原因。

从能量的角度看，断开化学键要________，形成化学键要________。

一个化学反应是吸收能量还是放出能量，取决于_________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　断裂与形成　能量　吸收能量　放出能量　断开化学键吸收的能量与形成化学键放出的能量的相对大小

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“释放”）能量的过程。

（2）由

molN2（g）和

molH2（g）生成1molNH3（g）过程________（填“吸收”或“释放”）________kJ能量。

答案　

（1）释放

（2）释放　（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）是释放能量的过程。

（2）由图像可知

molN2（g）和

molH2（g）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）的过程释放出（b－a）kJ能量。

[拓展探究]

14.下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量（kJ）：

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________（填字母代号）。

A.H2B.Cl2

C.Br2D.I2

（2）下列氢化物中最稳定的是________（填字母代号）。

A.HClB.HBrC.HI

（3）X2＋H2===2HX（X代表Cl、Br、I）的反应是吸热反应还是放热反应？

答：

____________________。

（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）放热反应　（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2molHCl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。