化学能与热能 从化学键角度计算化学反应热[教师助手]

1、1学校课堂 学习目标学习目标 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、生活中的实例了解化学能与 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、生活中 的应用。的应用。 2学校课堂 能源是人类赖以生存和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，我们每时 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，人类所能利用的 能源主要是化学能、电能、能源主要是化学能、电能、 以及核能

2、等等。但是，由于以及核能等等。但是，由于 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造成了资源的不合理利用从 而引发了不可回避的能源危而引发了不可回避的能源危 机。机。 3学校课堂 16.6% 2.1% 5.1% 76.2% 我国化石燃料和水电能源消耗构成图我国化石燃料和水电能源消耗构成图 4学校课堂 你知道吗你知道吗? 煤、石油、天然气的主要化学成分是烃煤、石油、天然气的主要化学成分是烃 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，这种能量从烧时放出热能。你一定想知道，这种能量从 何而来何而来?它与

3、化学物质和化学反应有什么关它与化学物质和化学反应有什么关 系？石灰石（主要成分是碳酸钙）要经过高系？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，高温提供的热能在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？ 5学校课堂 一、化学键与化学反应中能量变化的关系一、化学键与化学反应中能量变化的关系 思考：思考：不同的燃料其组成不同，燃烧后放出的不同的燃料其组成不同，燃烧后放出的 热量也不相等。为什么不同的燃料燃烧时放出的热量也不相等。为什么不同的燃料燃烧时放出的 热量会不同？燃料在燃烧反应中产生的热能来自热量会不同？燃料在燃烧反

4、应中产生的热能来自 哪里？哪里？ 1、化学反应中能量的变化化学反应中能量的变化 6学校课堂 、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，用化学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。 7学校课堂 H Cl ： Cl H H2 + Cl2 = 2HCl HH Cl ClHCl 断开断开 断开断开 点燃点燃 一个化学反应的的过程，本质上就一个化学反应的的过程，本质上就 是旧化学键是旧化学键断裂断裂和新化学键和新化学键形成形成的过的过 程。程。 形成形成 8学校课堂 、化学反应中能量变化的主要原因、化学反应中能量变化的主要

5、原因 H Cl ： Cl H H2 + Cl2 = 2HCl HH Cl ClHCl 吸收能量吸收能量 断开断开 断开断开 吸收能量吸收能量 形成形成 放出能量放出能量 点燃点燃 化学键的断裂和形成是化学反应中能量变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。 9学校课堂 . 从化学键的观点来分析能量的变化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，本质上就是旧化学键一个化学反应的的过程，本质上就是旧化学键 断裂断裂和新化学键和新化学键形成形成的过程。的过程。 吸收能量吸收能量 放出能量放出能量 所以：一个化学反应所以：一个化学反应是否是否为为放热放热还是还是吸

6、热吸热取决于什么呢？取决于什么呢？ 取决于所有取决于所有断键吸收的总能量断键吸收的总能量与所有与所有 形成新键放出的总能量形成新键放出的总能量的相对大小的相对大小 10学校课堂 想一想：想一想： 在化学反应中，随着在化学反应中，随着 物质的变化，既有反应物物质的变化，既有反应物 中化学键的断裂，又有生中化学键的断裂，又有生 成物中化学键的形成，化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一个化学反应吸收能量还 是放出能量是由什么决定是放出能量是由什么决定 的呢？的呢？ 11学校课堂 实验测得，在实验测得，在25,101KPa条件条件 下，将

7、下，将1molH2(H-H)变为变为2molH原子原子 需吸收需吸收436kJ能量，而能量，而2molH原子变原子变 成成1molH2(H-H)放出放出436kJ能量，这能量，这 个能量就是个能量就是H-H的的键能键能。 某些化学键的键能某些化学键的键能 12学校课堂 某些键的键能某些键的键能(kJ/mol) 键键键能键能键键键能键能 HH436CH415.0 ClCl242.7OH462.8 BrBr193.7NH390.8 II152.7HCl431.8 CC347.7HI298.7 键能越大键能越大 含该键的分子越稳定含该键的分子越稳定 化学键越牢固化学键越牢固 对于某个确定的化对于某个

8、确定的化 学反应，如何判断学反应，如何判断 它是放出能量还是它是放出能量还是 吸收能量呢？吸收能量呢？ 13学校课堂 在反应在反应H2 + Cl2 2HCl中，已知中，已知 HH 键能为键能为436kJ，ClCl键能为键能为247kJ， HCl键能为键能为431kJ，判断该反应是判断该反应是 反应反应 放热放热 课堂练习一课堂练习一 则则(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。吸收总能量为： 436kJ247kJ683 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。释放总能量为： 431kJ431kJ862 kJ， (3)反应中

9、放出的热量的计算：反应中放出的热量的计算： 862kJ683kJ=179kJ 14学校课堂 小结：小结： 一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量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，决定于反应物的总能量与生成物的还是放出能量，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。 看图讨论：看图讨论： 水由高处水由高处 向低处流向低处流 要释放能要释放能 量（势能量（势能 转换为动转换为动 能）能） 15学校课堂 分析化学反应：分析化学反应： 反应物的总能量反应物的总能量 生成物的总能量生成物的总能量 化学反应放出能量化学反应放出能量 16学校课堂 看图讨论：

10、看图讨论： 将水由低处抽向高处需提供能量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）17学校课堂 分析化学反应：分析化学反应： 反应物的总能量反应物的总能量 0为放热反应为放热反应 Q 4Q3 B. 2Q1 + Q2 4Q3 C. Q1 + Q2 Q3 D. Q1 + Q2 = Q3 B 24学校课堂 25学校课堂 二、化学能与热能的相互转化二、化学能与热能的相互转化 1、两条基本的自然定律、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：能量守恒定律：一种能量可以转化为另一种能量，一种能量可以转化为另一种能量，

11、 总能量保持不变。总能量保持不变。 2、吸热反应和放热反应、吸热反应和放热反应 根据能量变化情况角度分：根据能量变化情况角度分： （1 1）化学上把有热量放出的化学反应叫做化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应放热反应 （2 2）化学上把吸收热量的化学反应叫做化学上把吸收热量的化学反应叫做吸热反应吸热反应 小结：小结： （1）放热反应 （2）吸热反应 26学校课堂 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？ 实验实验3 3 酸碱反应的本质就是酸碱反应的本质就是H+ + OH- = H2O 。 可得出推论：酸碱中和反应都是放热反应。可得出推论

12、：酸碱中和反应都是放热反应。 反应中反应中H+和和OH-离子的量相等离子的量相等 ，生成水的，生成水的 量相等，放出的热量也相等量相等，放出的热量也相等 现象现象结论结论 中和反应后溶液的温度比中和反应后溶液的温度比 反应前盐酸和氢氧化钠溶反应前盐酸和氢氧化钠溶 液的温度高。液的温度高。 盐酸和氢氧化钠溶液的反盐酸和氢氧化钠溶液的反 应过程中放出热量，使溶应过程中放出热量，使溶 液混合物的温度升高。液混合物的温度升高。 分析：分析： 27学校课堂 中和热的概念中和热的概念: 酸与碱发生中和反应生成酸与碱发生中和反应生成1molH2O 时所释放的热量称为时所释放的热量称为中和热中和热。 思考与交

13、流：思考与交流： 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 28学校课堂 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 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，正好使温度计和环形玻塑料板（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，如上璃搅

14、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。 29学校课堂 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 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； （2 2）酸碱的量要准确：）酸碱的量要准确：n nC CV V a a、浓度要越精确越好浓度要越精确越好 b b、量体积的容器越精确越好，最好用移液管量体积的容器越精确越好，最好用移液管 （3 3）温度计越精确越好）温度计越精确越好 （4 4）注意控制反应时间）注意控制

15、反应时间 （5 5）多做几次，取平均值）多做几次，取平均值 30学校课堂 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， 一是注重一是注重“量量”的问题，如的问题，如 反应物的浓度和体反应物的浓度和体 积取定值；积取定值； 测量反应前后的温度值；测量反应前后的温度值； 做平行做平行 实验取平均值。二是尽量减小实验误差，如实验取平均值。二是尽量减小实验误差，如 用用 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； 量液器最好量液器最好 使用移液管；使用移液管； 搅拌使反应充分进行；搅拌使反应充分进行； 及时散及时散 热，使混合液温度均衡；热，使混合

16、液温度均衡； 温度计的精确度高，温度计的精确度高， 最好使用精度为最好使用精度为0.1 0.1 或更高的温度计；或更高的温度计； 盐酸盐酸 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；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。温度计要读准确。 31学校课堂 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？ 32学校课堂 常见的放热反应和吸热反应常见的放

17、热反应和吸热反应 放热反应放热反应 燃料的燃烧燃料的燃烧(与与O2的反应）的反应） 中中 和和 反反 应应 活泼金属与水或酸的反应活泼金属与水或酸的反应 大部分化合反应（生石灰大部分化合反应（生石灰 和水）和水） 物质的缓慢氧化物质的缓慢氧化 吸热反应吸热反应 C+CO2 H2+CuO C+H2O Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl CaCO3高温分解高温分解 大部分分解反应大部分分解反应 多数铵盐溶于水多数铵盐溶于水 33学校课堂 练习：练习： 1、在化学反应中，断裂化学键需要、在化学反应中，断裂化学键需要_，形成，形成 化学键要化学键要_。化学反应是吸热反应还是放。化学反应是吸热反应还是

18、放 热反应决定于热反应决定于_ 吸收能量吸收能量 放出能量放出能量 反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小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。甲说加热后才能 发生的化学反应是吸热反应，乙说反应中要持续加热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。你认为他们的说法正确才能进行的反应是吸热反应。你认为他们的说法正确 吗？为什么？吗？为什么？ 34学校课堂 3 3、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ） A.A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应需要加热才能发生的反应一定是吸热反

19、应 B.B.任何放热反应在常温条件下一定能发生反应任何放热反应在常温条件下一定能发生反应 C.C.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应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结果是放热还是吸热 D.D.吸热反应在一定条件下才能发生反应吸热反应在一定条件下才能发生反应 CD 35学校课堂 4 4、判断：判断： （1 1）加热的反应一定是吸热反应）加热的反应一定是吸热反应 （2 2）一个反应是吸热或放热与反应条件）一个反应是吸热或放热与反应条件 没有直接联系，与反应物与生成物没有直接联系，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 3）化学反应中的

20、能量变化都表现为热）化学反应中的能量变化都表现为热 能变化能变化. . 36学校课堂 三、化学能的应用三、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：如： 37学校课堂 38学校课堂 39学校课堂 能量变化能量变化 化学能转化为热能化学能转化为热能 放热放热 反应反应 吸热吸热 反应反应 类类 型型 反应物的总能量大于生成反应物的总能量大于生成 物的总能量物的总能量 反应物的总能量小于生成反应物的总能量小于生成 物的总能量物的总能量 遵 循遵 循 能 量能 量 守 恒守 恒 原原

21、理理 能量能量 利利 用用 燃料充分燃料充分 燃烧燃烧 新 能 源新 能 源 的开发的开发 减少减少 污染污染 小结： 40学校课堂 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： 化学反应化学反应 热能热能 煤、石油、天然气的燃烧（产生）煤、石油、天然气的燃烧（产生） CaCOCaCO3 3经过高温煅烧分解成经过高温煅烧分解成CaOCaO（动力）动力） 热能对化学反应的支持作用热能对化学反应的支持作用 ，利用热能来完成常温下很，利用热能来完成常

22、温下很 难发生的化学反应。难发生的化学反应。 获取能量获取能量 41学校课堂 反应过程中的能量变化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、利用的关系 人类文明史人类文明史 引出引出 燃烧燃烧 充分充分 燃烧燃烧 化石化石 燃料燃料 合理合理 利用利用 能源能源 开发开发 新技新技 术的术的 开发开发 能源能源 能量能量 利用利用 化学化学 反应反应 中的中的 能量能量 变化变化 能源的利用反映着人类进步能源的利用反映着人类进步 放热放热 反应反应 吸热吸热 反应反应 足够足够 的空的空 气气 燃料与燃料与 空气充空气充 分接触分接触 充分充分 燃烧燃烧 科学利科学利 用减少用减少 污染污染 42学校课堂 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、生风能、潮汐能、地热能、生 物质能、核能以物质能、核能以 及氢能。及氢能。 43学校课堂 科学视野科学视野 1、社会发展与能源利用、社会发展与能源利用 2、人类利用能源的三个阶段、人类利用能源的三个阶段 柴草时期柴草时期 化石能源时期化石能源时期 多能源结构时期多能源结构时期 44学校课堂 生物体中的能量转化生物体中的能量转化 人体内