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> ich überlege gerade erfolglos, welche der beiden folgenden
> Die Mehrheit scheint laut Google Variante
> 1 zu bervorzugen,

Auch wenn man der Mehrheit nicht immer trauen kann, weisen die Google-Ergebnisse (noch) meistens die richtige Richtung.

> 1) Kapitel eins behandelt das Thema XY
> 2) Kapitel Eins behandelt das Thema XY

Du beantwortest deine Frage eigentlich schon selber:
> "Im ersten Kapitel wird das Thema XY behandelt"

Dieses Zahlwort wird hier adjektivisch gebraucht, auch wenn es nachgestellt ist; deshalb schreibt man klein.

Großschreibung würde bedeuten, daß dein Kapitel den Namen „Eins“ hätte.