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2-1化学能与热能


学习目标
?知道化学键的断裂和形成是化学反应中 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。 能量变化的主要原因。 ?通过生产、生活中的实例了解化学能与 通过生产、 通过生产 热能的相互转化。 热能的相互转化。 ?探究化学能转化为热能在生产、生活中 探究化学能转化为热能在生产、 探究化学能转化为热能在生产 的应用。 的应用。

能源是

人类赖以生存和 发展的物质基础,我们每时 发展的物质基础, 每刻、分分秒秒都离不开它。 每刻、分分秒秒都离不开它。 迄今为止,人类所能利用的 迄今为止, 能源主要是化学能、电能、 能源主要是化学能、电能、 以及核能等等。但是,由于 以及核能等等。但是, 人类大量开发和浪费资源, 人类大量开发和浪费资源, 造成了资源的不合理利用从 而引发了不可回避的能源危 机。

我国化石燃料和水电能源消耗构成图
2.1% 16.6% 5.1%

76.2%

你知道吗? 你知道吗
煤、石油、天然气的主要化学成分是烃 石油、 类等有机物(煤中含有大量的碳), ),它们燃 类等有机物(煤中含有大量的碳),它们燃 烧时放出热能。你一定想知道, 烧时放出热能。你一定想知道,这种能量从 何而来?它与化学物质和化学反应有什么关 何而来 它与化学物质和化学反应有什么关 石灰石(主要成分是碳酸钙) 系?石灰石(主要成分是碳酸钙)要经过高 温煅烧才能变成生石灰, 温煅烧才能变成生石灰,高温提供的热能在 石灰石的分解反应中起到什么作用? 石灰石的分解反应中起到什么作用?

一、化学键与化学反应中能量变化的关系
?思考:不同的燃料其组成不同,燃烧后放出的 思考:不同的燃料其组成不同, 思考 热量也不相等。 热量也不相等。为什么不同的燃料燃烧时放出的 热量会不同? 热量会不同?燃料在燃烧反应中产生的热能来自 哪里? 哪里? 1、化学反应中能量的变化 、

⑴、化学反应的本质是什么? 化学反应的本质是什么? 以氢气在氯气中燃烧为例, 以氢气在氯气中燃烧为例,用化学 键的观点分析反应的本质过程。 键的观点分析反应的本质过程。

H2
H—H
断 开

+
断 开

Cl2
Cl —Cl

= 2HCl
形 成



·· : ·· + · Cl → H Cl ·· ··

·· ··

⑵、化学反应中能量变化的主要原因 H2
H—H 吸
断 开 收 能 量

+
断 开

Cl2
Cl —Cl
吸 收 能 量

= 2HCl

·· ·· · Cl → H Cl H· ·· ·· 化学键的断裂和形成是化学反应中能量变 化的主要原因。 化的主要原因。 ·· ··

⑶. 从化学键的观点来分析能量的变化
一个化学反应的的过程, 一个化学反应的的过程,本质上就是旧化学键 的过程。 断裂和新化学键形成的过程。

吸收能量

放出能量

所以:一个化学反应是否为放热还是吸热取决于什么呢? 所以:一个化学反应是否为放热还是吸热取决于什么呢? 是否 还是吸热取决于什么呢

取决于所有断键吸收的总能量与所有 取决于所有断键吸收的总能量与所有 断键吸收的总能量 形成新键放出的总能量的相对大小 形成新键放出的总能量的相对大小

想一想: 想一想: 在化学反应中, 在化学反应中,随着 物质的变化, 物质的变化,既有反应物 中化学键的断裂, 中化学键的断裂,又有生 成物中化学键的形成, 成物中化学键的形成,化 学能也随之而改变。那么, 学能也随之而改变。那么, 一个化学反应吸收能量还 是放出能量是由什么决定 的呢? 的呢?

实验测得, 实验测得,在25℃,101KPa条件 ℃ 条件 变为2molH原子 下,将1molH2(H-H)变为 变为 原子 需吸收436kJ能量,而2molH原子变 能量, 需吸收 能量 原子变 放出436kJ能量,这 能量, 成1molH2(H-H)放出 放出 能量 个能量就是H-H的键能。 个能量就是 的键能。
某些化学键的键能

某些键的键能(kJ/mol) 某些键的键能 键 键能 键 键能 415.0 462.8 390.8 431.8 298.7
对于某个确定的化 436 H-H ,如何判断 C-H - - 学反应, 学反应 它是放出能量还是 O-H Cl-Cl 242.7 - - 吸收能量呢? 吸收能量呢?

Br-Br - I-I - C-C - 键能越大

193.7 152.7 347.7

N-H - H-I -

H-Cl -

化学键越牢固 含该键的分子越稳定

课堂练习一
在反应H 在反应 2 + Cl2 =2HCl中,已知 中 H-H 键能为 键能为247kJ, - 键能为436kJ,Cl-Cl键能为 , - 键能为 , H-Cl键能为 键能为431kJ,判断该反应是 放热 反应 - 键能为 ,
? 则(1)化学键断裂时需要吸收能量。吸收总能量为: (1)化学键断裂时需要吸收能量 吸收总能量为: 化学键断裂时需要吸收能量。 436kJ+247kJ=683 kJ, + = , ? (2)化学键形成时需要释放能量。释放总能量为: 化学键形成时需要释放能量。 化学键形成时需要释放能量 释放总能量为: 431kJ+431kJ=862 kJ, + = , ? (3)反应中放出的热量的计算: 反应中放出的热量的计算: 反应中放出的热量的计算 ? 862kJ—683kJ=179kJ

小结: 小结:
? 一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量 还是放出能量, 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。 总能量的相对大小。
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像,也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机,然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”,则可能需要删除该图像,然后重新将其插入。

看图讨论: 看图讨论:
水由高处 向低处流 要释放能 量(势能 转换为动 能)

分析化学反应: 分析化学反应:

反应物的总能量 > 生成物的总能量 化学反应放出能量

看图讨论: 看图讨论:
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像,也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机,然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”,则可能需要删除该图像,然后重新将其插入。

将水由低处抽向高处需提供能量 (电能转换为机械能,再转换为势能) 电能转换为机械能,再转换为势能)

分析化学反应: 分析化学反应:

反应物的总能量 < 生成物的总能量 化学反应吸收能量

小结: 小结:
反应物的总能量高

放 热 反 应

生成物的总能量高

吸 热 反 应

生成物的总能量低

反应物的总能量低

反应物的总能量=生成物的总能量+ 反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量 生成物的总能量=反应物的总能量+ 生成物的总能量=反应物的总能量+吸收的热量

化学反应的过程,可以看成是能量的 化学反应的过程 可以看成是能量的 贮存” 释放” “贮存”或“释放”的过程

规律: 规律: (1)如果反应物所具有的总能量高于生 ) 成物所具有的总能量, 成物所具有的总能量,那么在发生化学反 应时,就有部分能量以热的形式释放出来; 应时,就有部分能量以热的形式释放出来; (2)如果反应物所具有的总能量低于生 ) 成物所具有的总能量, 成物所具有的总能量,那么在发生化学反 应时,反应物就需要吸收能量,才能转化 应时,反应物就需要吸收能量, 为生成物。 为生成物。

小结: 小结:

能量公式化

E(反应物)=E(生成物)+Q 反应物) 生成物) (能量守恒定律) 能量守恒定律) 能量守恒定律 E(反应物)-E(生成物)=Q 反应物) 生成物) Q>0为放热反应 为放热反应 Q<0为吸热反应 为吸热反应

问题探究
1mol 436kJ能量 能量 1mol 496kJ 能量 1molH-O 能 放463kJ能量 放 能量 1mol 2H2 + O2 点燃 2H2O 能量 能量 能 量

4H+2O
吸收能量 放出能量

1368 kJ 2H2+O2

1852 kJ

2H2O
放出/吸收 放出 吸收 放出484 kJ 量 放出

1、已知反应A+B=C+D为放热反应,对 、已知反应 + = + 为放热反应 为放热反应, 应的下列说法中正确的是( 该反 应的下列说法中正确的是( C ) A. A的能量一定高于 的能量一定高于C 的能量一定高于 B. B的能量一定高于 的能量一定高于D 的能量一定高于 C. A和B的总能量一定高于 和D的总能量 的总能量一定高于C和 的总能量 和 的总能量一定高于 D. 该反应为放热反应,故不必加热就一定 该反应为放热反应, 能发生

2、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰,在反应中, 、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰,在反应中, 破坏1molH-H键消耗的能量为 1kJ, 键消耗的能量为Q , 破坏 - 键消耗的能量为 破坏1molO = O键消耗的能量为 2kJ, 键消耗的能量为Q , 破坏 键消耗的能量为 形成1molH-O键释放的能量为 3kJ。 键释放的能量为Q 。 形成 - 键释放的能量为 下列关系式中正确的是( 下列关系式中正确的是( B ) A. 2Q1 + Q2 > 4Q3 B. 2Q1 + Q2 < 4Q3 C. Q1 + Q2 < Q3 D. Q1 + Q2 = Q3

二、化学能与热能的相互转化
1、两条基本的自然定律 、
(1)质量守恒定律: )质量守恒定律: (2)能量守恒定律:一种能量可以转化为另一种能量, )能量守恒定律:一种能量可以转化为另一种能量, 总能量保持不变。 总能量保持不变。

2、 2、吸热反应和放热反应
(1)放热反应 (2)吸热反应

小结: 小结:
根据能量变化情况角度分: 根据能量变化情况角度分: (1)化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应 化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应 (2)化学上把吸收热量的化学反应叫做吸热反应 化学上把吸收热量的化学反应叫做吸热反应

思考: 思考:
酸与碱的中和反应是吸热反应还是放热反应? 酸与碱的中和反应是吸热反应还是放热反应?

实验2 实验2-3
现象
中和反应后溶液的温度比 反应前盐酸和氢氧化钠溶 液的温度高。 液的温度高。

结论
盐酸和氢氧化钠溶液的反 应过程中放出热量, 应过程中放出热量,使溶 液混合物的温度升高。 液混合物的温度升高。

分析: 分析:

酸碱反应的本质就是H 酸碱反应的本质就是 + + OH- = H2O 。 可得出推论:酸碱中和反应都是放热反应。 可得出推论:酸碱中和反应都是放热反应。 反应中H 反应中 +和OH-离子的量相等 ,生成水的 量相等, 量相等,放出的热量也相等 .

思考与交流: 思考与交流: 中和热的概念: 中和热的概念 酸与碱发生中和反应生成1molH2O 酸与碱发生中和反应生成 时所释放的热量称为中和热 中和热。 时所释放的热量称为中和热。 注:(1)中和反应都放出热量 (2)稀溶液中,强酸与强碱的中和 热为定值:57.3KJ/mol

在大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条),使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相 在大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条),使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相 ), 然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条), ),大烧杯上用泡沫 平。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条),大烧杯上用泡沫 塑料板(或硬纸板)作盖板,在板中间开两个小孔, 塑料板(或硬纸板)作盖板,在板中间开两个小孔,正好使温度计和环形玻 璃搅拌棒通过,以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的, 璃搅拌棒通过,以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的,如上 图所示。该实验也可在保温杯中进行。 图所示。该实验也可在保温杯中进行。

思考与交流: 思考与交流: 在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题? 在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题? (1)用隔热装置,尽量减少热量散失; 用隔热装置,尽量减少热量散失; 酸碱的量要准确: (2)酸碱的量要准确:n=C×V a、浓度要越精确越好 量体积的容器越精确越好, b、量体积的容器越精确越好,最好用移液管 (3)温度计越精确越好 (4)注意控制反应时间 (5)多做几次,取平均值 多做几次,

在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑, 在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑, 一是注重“ 的问题, 一是注重“量”的问题,如① 反应物的浓度和体 积取定值; 测量反应前后的温度值; 积取定值;② 测量反应前后的温度值;③ 做平行 实验取平均值。二是尽量减小实验误差, 实验取平均值。二是尽量减小实验误差,如① 用 经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液; 经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液;② 量液器最好 使用移液管; 搅拌使反应充分进行; 使用移液管;③ 搅拌使反应充分进行;④ 及时散 使混合液温度均衡; 温度计的精确度高, 热,使混合液温度均衡;⑤ 温度计的精确度高, 最好使用精度为0.1 或更高的温度计; 最好使用精度为0.1 ℃或更高的温度计;⑥ 盐酸 跟氢氧化钠溶液混合后液面上方的空间尽可能小; 跟氢氧化钠溶液混合后液面上方的空间尽可能小; 使用绝缘装置,避免热量散发到反应体系之外; ⑦ 使用绝缘装置,避免热量散发到反应体系之外; 温度计要读准确。 ⑧ 温度计要读准确。

1L1mol/L的硫酸溶液与2L2mol/L的 NaOH溶液完全反应,放出114.6KJ的 热量,有人由此得出强酸与强碱反应 的中和热为114.6KJ/mol.这种结论是否 正确,为什么?

探索与总结
常见的放热反应和吸热反应
放热反应
燃料的燃烧(与 的反应) 燃料的燃烧 与O2的反应) 中和 反应 活泼金属与水或酸的反应 大部分化合反应( 大部分化合反应(生石灰 和水) 和水) 物质的缓慢氧化

吸热反应
C+CO2 H2+CuO C+H2O Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl CaCO3高温分解 大部分分解反应 多数铵盐溶于水

练习: 练习:
1、在化学反应中,断裂化学键需要_______,形成 、在化学反应中,断裂化学键需要 吸收能量 , 化学键要_________。 化学键要 放出能量 。化学反应是吸热反应还是放 热反应决定于_____________________ 热反应决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小 2、两位同学讨论放热和吸热反应。甲说加热后才能 、两位同学讨论放热和吸热反应。 发生的化学反应是吸热反应, 发生的化学反应是吸热反应,乙说反应中要持续加热 才能进行的反应是吸热反应。 才能进行的反应是吸热反应。你认为他们的说法正确 为什么? 吗?为什么?

3、下列说法正确的是( 下列说法正确的是(

CD )

A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B.任何放热反应在常温条件下一定能发生反应 B.任何放热反应在常温条件下一定能发生反应 C.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应 C.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应 结果是放热还是吸热 D.吸热反应在一定条件下才能发生反应 D.吸热反应在一定条件下才能发生反应

4、判断: 判断: (1)加热的反应一定是吸热反应 (2)一个反应是吸热或放热与反应条件 没有直接联系, 没有直接联系,与反应物与生成物 的总能量的相对大小有关。 的总能量的相对大小有关。 (3)化学反应中的能量变化都表现为热 能变化. 能变化.

三、化学能的应用
1、利用热量进行生活、生产和科研。 、利用热量进行生活、生产和科研。 2、利用热能使很多化学反应得以发生。 、利用热能使很多化学反应得以发生。

如:

小结:
放热 反应 遵 能 能 守 量 原 变 化 循 量 恒 理 化 学 能 转 化 为 热 能量 利 能 用 类 型 吸热 反应 燃料充分 燃烧 新 能 源 的开发 反应物的总能量小于生成 物的总能量 减少 污染 反应物的总能量大于生成 物的总能量

问题交流【学与问】 问题交流【学与问】 这里所列举的两类反应说明了化学反应与热能 之间的辩证关系以及它们之间的相互转化: 之间的辩证关系以及它们之间的相互转化:

获取能量

化学反应

煤、石油、天然气的燃烧(产生) 石油、天然气的燃烧(产生)
经过高温煅烧分解成CaO 动力) CaO( CaCO3经过高温煅烧分解成CaO(动力)

热能

热能对化学反应的支持作用 ,利用热能来完成常温下很 难发生的化学反应。 难发生的化学反应。

反应过程中的能量变化
1、人类文明与能源开发、利用的关系 、人类文明与能源开发、
人 类 文 明 史 能源的利用反映着人类进步 化 化 反应 能量 能源 能源 的 中的 开发 开发 利用 能量 利用 变化 与 利 反应 反应 的 用

? 2. 常见的能源主要有以下十种 常见的能源主要有以下十种:

太阳能、化石能源、水能、 太阳能、化石能源、水能、 风能、潮汐能、地热能、 风能、潮汐能、地热能、生 物质能、 及氢能。 物质能、核能以 及氢能。

科学视野

1、社会发展与能源利用 、 2、人类利用能源的三个阶段 、 柴草时期 化石能源时期 多能源结构时期

生物体中的能量转化 人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧 人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧 氧化还原反应 本质相同,都是放热反应 放热反应。 本质相同,都是放热反应。只是二者条件 不同,且前者更加合理有效 合理有效。 不同,且前者更加合理有效。

实验2 实验2-1 思考与讨论: 思考与讨论:
?1.铝与盐酸反应的化学方程式: 铝与盐酸反应的化学方程式: 铝与盐酸反应的化学方程式 。 ?2.在反应过程中你将能看到什么现象? 在反应过程中你将能看到什么现象? 在反应过程中你将能看到什么现象 ?3.用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化,你将采取 用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化, 用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化 哪些简单易行的办法来了解反应中的热量变化? 哪些简单易行的办法来了解反应中的热量变化? ?4.要明显的感知或测量反应中的热量变化,你在实验中 要明显的感知或测量反应中的热量变化, 要明显的感知或测量反应中的热量变化 应注意哪些问题? 应注意哪些问题?

实验记录: 实验记录:
现象
有气泡冒出, 有气泡冒出,溶液的温度明 显升高。 显升高。

结论
铝与盐酸反应的过程放 出热量。 出热量。

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实验2 实验2-2

现象

结论

有刺激性气味气体产生;玻璃片 有刺激性气味气体产生; Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl 与 上的水结成冰, 上的水结成冰,玻璃片与烧杯底 反应的过程吸收热量。 被冰粘在了一起; 被冰粘在了一起;用手触摸杯壁 反应的过程吸收热量。 下部,有凉的感觉。 下部,有凉的感觉。

化学反应方程式: 化学反应方程式: Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑ +10H2O 玻璃棒的作用: 搅拌, 玻璃棒的作用: 搅拌,使混合物充分接触
反应物成糊状的原因: 反应物成糊状的原因: 结冰粘结

结论:该反应是吸热反应 结论:该反应是吸热反应 返回


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