基础化学：放热和吸热反应

化学反应都有新物质产生，同时还伴随着能量变化。人们利用化学反应，有时主要是为了制取所需要的物质，有时却主要是为了利用化学反应所释放出的能量。例如，人们利用氧炔焰来焊接金属，主要就是利用乙炔气体和氧气发生化学反应时所放出的热量。

在当今社会中，人类所需能量的绝大部分是由化学反应产生的，特别是由煤、石油和天然气等化石燃料或它们的制品的燃烧所产生的。由此可见，研究化学反应及其能量变化对于我们是多么重要！

1.吸热反应和放热反应

【实验1-3】氢气的燃烧

将纯净的氢气在空气中点燃，在火焰上方罩一个干而冷的小烧杯，观察实验现象，并用手小心触摸烧杯外壁。

【实验1-4】将一定量的Ba（OH）2·8H2O晶体和NH4Cl晶体放入小烧杯中，置于滴有少量水的玻璃片上，用玻璃棒搅拌烧杯中物质，观察实验现象。

图1-3-5　放热反应和吸热反应

通过以上两个实验观察到，氢气燃烧会放出热量，Ba（OH）2·8H2O晶体和NH4Cl晶体反应则会吸收热量。

我们通常把放出热量的化学反应叫放热反应，吸收热量的化学反应叫吸热反应。

思考与交流　你学过的化学反应中，哪些是吸热反应？哪些是放热反应？

2.化学反应中能量变化的本质

为什么化学反应有的表现吸热有的表现出放热呢？化学能与热能之间有什么关系呢？

在化学反应中，从反应物分子转变为生成物分子，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。

我们知道，物质中的原子间是通过化学键结合而成的。物质发生化学反应时，其实质就是反应物中的化学键断裂（即断开旧键），形成生成物中的新的化学键（即形成新键），而断开反应物中的化学键需要吸收能量，形成生成物中的化学键时则要放出能量。例如1mol H2中含有1mol H—H键，在25℃和101kPa条件下，由氢原子形成1mol H—H键时会放出436kJ的能量，而断开1mol H—H键时则会吸收436kJ的能量。由以上分析可知，化学键的断裂和形成是物质在化学变化中伴随能量变化的主要原因。所以说，物质发生化学反应与该反应体系的能量变化是同步进行的。

图1-3-6　放热反应和吸热反应

课堂反馈

1.下列关于化学键的说法，正确的是（　）。

A.原子间的相互作用都是化学键

B.只有在相邻的两个原子间才能形成化学键

C.化学键就是相邻原子间的吸引作用

D.化学键包括相邻原子间相互吸引和排斥两方面的强烈作用

2.下列说法中，不正确的是（　）。

A.双原子分子中的共价键，一定是非极性键

B.非极性键也可能存在于离子化合物中

C.分子间作用力，又叫范德华力，它比化学键要弱得多

D.共价化合物在液态时不能导电

3.指出下列说法正确的是（　）。

A.生物体内进行的缓慢氧化反应是放热反应

B.化学键断裂吸收的能量越多，化学键越牢固

C.植物光合作用吸收太阳能，与化学能无关

D.柴草的燃烧与化学能无关

4.下列说法不正确的是（　）。

A.化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化

B.放热反应不需要加热即可发生

C.需要加热条件的化学反应都是吸热反应

D.硫酸与氢氧化钠溶液发生的中和反应为放热反应

5.下列物质溶于水，温度降低的是（　）。

A.浓硫酸　B.烧碱　C.食盐　D.硝酸铵

6.下列过程一定释放出能量的是（　）。

A.化合反应　B.分解反应　C.分子拆成原子　D.原子组成分子

7.下列说法正确的是（　）。

A.物质发生化学反应都伴随着能量变化

B.伴有能量变化的物质变化都是化学变化

C.在一个化学反应中，反应物的总能量与生成物的总能量一定相同

D.在一个化学反应中，反应物的总能量一定高于生成物的总能量

知识梳理

一、物质的组成

1.原子的结构：

原子序数=核电荷数（Z）=核内质子数=核外电子数

质量数（A）=质子数（Z）+中子数（N）

2.核素：

（1）元素：具有相同___________（或核电荷数）的同一类________的总称。

（2）核素：把具有一定数目________和一定数目________的一种原子称为核素。

（3）同位素：_______相同而________不同的同一元素的不同核素互为同位素。

3.核外电子排布：

（1）电子层的划分：

（2）排布规律

①各电子层最多容纳的电子数是2n2个（n表示电子层）；

②最外层电子数不超过8个（K层是最外层时，最多不超过2个）；次外层电子数目不超过18个，倒数第三层不超过32个。

③核外电子总是尽先排布在能量最低的电子层，然后由里向外从能量低的电子层逐步向能量高的电子层排布（即排满K层再排L层，排满L层才排M层）。

④以上规律是相互联系的，不能孤立地机械套用。

二、元素周期表和元素周期律

1.元素周期表的结构：

2.元素周期律：

（1）元素的性质随着______________的递增而呈周期性的变化，这就是元素周期律。

（2）元素周期律主要表现在_______、_____、_______和_______等的周期性变化。

（3）元素周期表是元素周期律的具体表现形式。

（4）元素周期表与原子结构的关系

周期序数=电子层数

主族序数=最外层电子数

3.“位”“构”“性”的关系：

三、化学键

1.定义：相邻原子间强烈的相互作用(www.xing528.com)

2.分类：离子键、共价键

3.化学反应的实质：从化学键角度看，其实质是反应物（旧）化学键断裂和生成物（新）化学键生成。

四、化学反应中的能量变化

1.化学键与能量变化：

在化学反应中，不仅有新物质生成，而且伴随着能量变化。

2.微观：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）断裂化学键——吸收能量　（2）形成化学键——放出能量

E（放）＞E（吸）反应放出能量E（放）＜E（吸）反应吸收能量

3.宏观：反应物的总能量与生成物的总能量不相等

E（反应物）＞E（生成物）反应放出能量

E（反应物）＜E（生成物）反应吸收能量

4.吸热反应和放热反应：

定义：

吸热反应：_______________的化学反应叫吸热反应。

放热反应：_______________的化学反应叫吸热反应。

知识检测站

1.下列叙述中正确的是（　）。

A.氢有三种同位素，即有三种氢原子

B.所有元素的原子核均由质子和中子构成

C.具有相同的核外电子数的粒子，总称为元素

D是一种同位素

2.13C-NMR（核磁共振）、15N-NMR可用于测定蛋白质、核酸等生物大分子的空间结构，瑞士科学家库尔特、维特里希等人为此获得2002年诺贝尔化学奖。下列有关13C、15N的叙述正确的是（　）。

A.15N与14N互为同位素　B.13C与C60互为同素异形体

C.13C、15N具有相同的中子数　D.15N的核外电子数与中子数相同

3.某元素X，它的原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，则X在周期表中位于（　）。

A.第二周期　B.第三周期　C.第ⅣA族　D.第ⅥA族

4是（　）。

A.氢的五种同位素　B.五种氢元素

C.氢的五种核素　D.氢元素的五种不同粒子

5.与第二周期稀有气体元素的原子具有相同电子数的微粒是（　）。

A.S2-　B.NH4+　C.Al3+　D.K+

6.元素性质呈周期性变化的原因是（　）。

A.相对原子质量逐渐增大　B.核电荷数逐渐增大

C.核外电子排布呈周期性变化　D.元素的化合价呈周期性变化

7.原子序数从11依次增加到17，下列递变关系中，错误的是（　）。

A.电子层数逐渐增多　B.原子半径逐渐增大

C.最高正化合价数值逐渐增大　D.从Si到Cl，最低负化合价从-4到-1

8.下列叙述正确的是（　）。

A.ⅥA族元素的原子，其半径越大，越容易得到电子

B.原子及其离子的核外电子层数等于该元素所在的周期数

C.元素的阴离子与同一周期稀有气体元素原子的电子层结构相同

D.所有主族元素的原子，形成单原子离子时的化合价和它的族序数相等

9.下列说法不正确的是（　）。

A.化学反应除了生成新物质外，还伴随着能量的变化

B.物质燃烧和中和反应均放出热量

C.分解反应肯定是吸热反应

D.化学反应是吸热还是放热决定于生成物具有的总能量和反应物具有的总能量

10.下列说法正确的是（　）。

A.两个原子或多个原子之间的作用叫化学键

B.阴阳离子通过静电引力而形成的化学键叫离子键

C.只有金属元素和非金属元素化合时才能形成离子键

D.大多数的盐、碱和低价金属氧化物中含有离子键

11.根据原子序数，下列各组原子能以离子键结合的是（　）。

A.10与19　B.6与16　C.11与17　D.14与8

12.关于化学键的下列叙述中，正确的是（　）。

A.离子化合物可能含有共价键　B.共价化合物可能含离子键

C.离子化合物中只含离子键　D.离子化合物中一定含有金属离子

13.下列各图中，表示正反应是吸热反应的图是（　）。

14.在中：

（1）__________和__________互为同位素。

（2）__________和__________质量数相等，但不能互称同位素。

（3）__________和__________的中子数相等，但质子数不相等，所以不是同一种元素。

15.元素的化学性质与____________________密切相关；稀有气体原子最外层电子数为8（氦除外），结构稳定，化学性质__________；金属原子最外层电子数一般少于4个，易____电子；非金属原子最外层电子数_________4个，较易获得电子。

16.在元素周期表中有______个横行，也就是有______个周期，短周期是指_______________周期，长周期指______________周期。元素周期表有______个纵行，分为______个族，其中_____个主族，__个副族，______个第Ⅷ族，____个0族，0族即是__________元素。由短周期和长周期共同构成的族是___________。

17.下表为元素周期表的一部分，列出10种元素在周期表中的位置。用化学符号回答下列问题：

（1）10种元素中，化学性质最不活泼的是_________________。

（2）①、③、⑤三种元素最高价氧化物对应的水化物中，碱性最强的是____________。

（3）②、③、④三种元素形成的离子，离子半径由大到小的顺序是_______________。

（4）元素⑦的氢化物的化学式为___________；该氢化物常温下和元素⑧的单质反应的化学方程式为___________________________________。

（5）①和⑨两种元素形成化合物的化学式为______________，该化合物燃烧时的焰色为__________，该化合物溶液与元素⑧的单质反应的化学方程式为______________。

18.下表标出的是元素周期表的一部分元素，回答下列问题：

（1）表中用字母标出的13种元素中，化学性质最不活泼的是___（用元素符号表示，下同），金属性最强的是___，非金属性最强的是_____，常温下单质为液态的非金属元素是________。

（2）B，F，C氢化物的化学式分别为___________________________，其中以________最不稳定。

（3）第三周期中原子半径最小的是_____。

19.按要求填写下列空白：

①NaCl②KOH③NH4Cl④O2⑤HCl⑥He几种物质中，含有离子键的是__________，含有共价键的是______________，既含有离子键又含有共价键的是_____________。