化学能与热能幻灯片

第二章化学反应与能量(néngliàng)第一节化学能与热能精品资料目标(mùbiāo)导学 (学生用书P31)精品资料1.掌握化学键与能量(néngliàng)之间的密切联系,明确化学反应中能量(néngliàng)变化的主要原因｡2.理解化学反应中反应物和生成物的能量(néngliàng)储存,会判断化学反应是吸热还是放热｡ 3.了解生物体内生命活动过程中的能量(néngliàng)转化､能源与人类社会发展的密切关系｡精品资料课前自主(zìzhǔ)学习 (学生用书P31)精品资料一､化学键与化学反应中能量变化的关系1.化学反应中能量变化的原因物质中的原子之间是通过化学键相结合的｡当物质发生化学反应时,断开反应物中的化学键要吸收能量,而形成生成物中的化学键要放出(fànɡchū)能量｡化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因｡精品资料2.决定化学反应中能量(néngliàng)变化的因素一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量(néngliàng)还是放出能量(néngliàng),取决于反应物的总能量(néngliàng)与生成物的总能量(néngliàng)的相对大小｡当反应物的总能量(néngliàng)大于生成物的总能量(néngliàng)时,化学反应就放出能量(néngliàng);当反应物的总能量(néngliàng)小于生成物总能量(néngliàng)时,化学反应就吸收能量(néngliàng)｡精品资料二､化学能与热能的互相转化1.化学反应遵循的两条基本的自然定律:自然界的物质发生转化时总质量保持不变｡即遵循质量守恒定律;同样,一种形式的能量(néngliàng)可以转化为另一种形式的能量(néngliàng),转化的途径和能量(néngliàng)形式可以不同,但是体系包含的总能量(néngliàng)不变,即遵循能量(néngliàng)守恒定律｡化学能是能量(néngliàng)的一种形式,它可以转化为其它形式的能量(néngliàng),如热能和电能等,在转化时遵守能量(néngliàng)守恒定律｡精品资料2.放热反应和吸热反应(1)放热反应:有热量(rèliàng)放出的化学反应,如铝和稀盐酸的反应､NaOH和盐酸的中和反应等｡(2)吸热反应:吸收热量(rèliàng)的化学反应,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl晶体反应,其反应方程式为:Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl====BaCl2+2NH3↑+10H2O｡精品资料3.化学能与热能的相互转化化学物质中的化学能通过化学反应转化成热能,是人类生存和发展的动力之源｡热能转化成化学能是人们(rénmen)进行化工生产､研究新物质不可缺少的条件和途径｡精品资料三､人类利用能源的三个阶段1.柴草时期该时期从火的发现至18世纪产业革命,以树枝杂草为主要能源｡2.化石能源时期从18世纪中期到现代(xiàndài),以煤､石油､天然气为主要能源｡3.多能源结构时期以可再生能源和清洁能源(绿色能源)为主要能源,主要包括太阳能､氢能､核能､生物质能､地壳地表能等｡精品资料思考与交流(jiāoliú):什么是化学键的键能?键能大小与物质的稳定性有什么关系?提示:拆开或形成1mol化学键所吸收或放出的能量,就是化学键的键能｡键能越大,物质具有的能量越低,物质越稳定,键能越小,该物质具有的能量越高,该物质就越不稳定｡精品资料课堂深化(shēnhuà)探究 (学生用书P31)精品资料一､化学键与化学反应中能量变化的关系1.化学反应中能量变化的原因化学反应是生成新物质的反应,物质发生化学反应的过程是反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成过程｡破坏旧化学键需要(xūyào)吸收能量来克服原子间的相互作用,形成新化学键时,原子间相互作用放出能量,因此任何化学反应都伴随着能量变化｡精品资料2.化学键与化学反应中能量(néngliàng)变化的关系精品资料(1)反应吸收能量:反应物中化学键断裂(duànliè)时所吸收的能量>生成物中化学键形成时所释放的能量｡吸收的能量=断裂(duànliè)旧化学键吸收的总能量—形成新化学键释放的总能量｡(2)反应放出能量:反应物中化学键断裂(duànliè)时所吸收的能量<生成物中化学键形成时所释放的能量｡放出的能量=形成新化学键释放的总能量—断裂(duànliè)旧化学键吸收的总能量｡精品资料3.从物质储存化学能的角度理解化学反应过程中的能量变化各种物质都储存有化学能｡不同的物质不仅组成不同,结构不同,所包含的化学能也不同｡在化学反应中,物质发生了变化,化学能也随之改变｡化学反应过程中吸收(xīshōu)或放出能量可形象地表示如下:精品资料精品资料特别提示:物质具有的能量越低越稳定,参加反应时,化学键断裂(duànliè)时吸收的能量就越多,而新化学键形成时放出的能量就越多;反之物质具有的能量越高越不稳定,参加反应时化学键断裂(duànliè)时吸收的能量就越少,而形成该物质时,放出的能量越少｡精品资料二､常见的放热反应(fànɡrèfǎnyìng)和吸热反应1.吸热反应(1)大多数的分解反应､分子分解成原子,精品资料精品资料2.放热反应(1)一切燃烧反应,如CH4+2O2 CO2+2H2O;(2)活泼(huópo)金属与酸或水的反应,如2Na+2H2O====2NaOH+H2↑;(3)酸碱中和反应,2NaOH+H2SO4====Na2SO4+2H2O;(4)大多数化合反应(但有些化合反应是吸热反应,如H2+I2 2HI､N2+O2 2NO等均为吸热反应)､原子合成分子等,如CaO+H2O====Ca(OH)2;(5)物质的缓慢氧化｡精品资料特别提示:放热反应和吸热反应与反应条件(tiáojiàn)的加热与否没有关系｡精品资料三､能源和能源的利用1.热能的利用风能､水能､海洋能可以通过风车､水轮机等直接转换成机械能或者再通过发电机由机械能转换成电能;太阳能可以通过光合作用转换成生物质能,也可以通过太阳能集热器转换成热能,还可以通过光电反应直接转换成电能;氢､酒精等一些(yīxiē)二级能源中的化学能可通过燃料电池直接转换成电能;除此之外,其他能源的能量(如煤､石油､天然气中的化学能以及核燃料中的核能等)通常都是通过燃烧或核反应转换成热能直接或间接加以利用｡精品资料据统计,目前通过热能形式被利用的能源在我国占总能源利用的90%以上,世界其他各国平均也超过85%｡由此可见,在能量(néngliàng)转换与利用的过程中,热能不仅是最常见的形式,而且具有特殊重要的作用｡热能的有效利用对于解决我国的能源问题乃至对人类社会的发展有着重大意义｡精品资料人类对能源的利用分为(fēnwéi)以下几个时期:(1)柴草时期(火的发现至18世纪):以树枝杂草为主要能源｡(2)化石能源时期(18世纪中期至现代):以煤､石油､天然气为主要能源｡(3)多能源结构时期:这是将会出现的能源利用的新时期｡精品资料2.能源的分类(1)按照(ànzhào)转换形式分一次能源二次能源燃料能源煤､石油､薪柴､天然气汽油､酒精､液化气､煤气非燃料能源水力､铀､风力热水､蒸气､电精品资料(2)按形成和来源分类太阳能:植物体内的化学能､石油､煤､天然气等;地球内能(nèinénɡ):地热､核能(原子能)等;天体引力能:潮汐能｡(3)按利用技术分类常规能源:煤､石油､天然气､水能､生物能等;新能源:核能､地热､海洋能､太阳能､风能､沼气等｡精品资料(4)按能源性质(xìngzhì)分类不可再生能源:煤､石油､天然气等;可再生能源:太阳能､水能､风能､生物能等｡精品资料四､中和热测定实验的设计1.实验目的测定强酸与强碱反应的中和热,加深理解中和反应是放热反应｡2.实验用品大烧杯(500mL)､小烧杯(100mL)､温度计､量筒(liángtǒng)(50mL)两个､泡沫塑料或纸条､泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)､环形玻璃搅拌棒｡0.50mol/L盐酸､0.55mol/LNaOH溶液｡精品资料3.实验步骤(1)保温装置的准备:在大烧杯底部垫泡沫塑料(sùliào)(或纸条),使浸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(sùliào)(或纸条),大烧杯上用泡沫塑料(sùliào)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,如图所示;该实验也可在保温杯中进行｡精品资料(2)用一个量筒量取50mL0.50moL/L盐酸,倒入小烧杯中,并用温度计测量盐酸的温度,记入下表,然后把温度计上的酸用水冲洗干净｡(3)用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液,并用温度计测量NaOH溶液的温度,记入下表｡(4)把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯(注意不要洒到外面)｡用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确(zhǔnquè)读取混合溶液的最高温度,记为终止温度,记入下表｡精品资料(5)重复实验两次,取测量所得(suǒdé)数据的平均值作为计算依据｡精品资料(6)根据实验数据计算中和热｡式中m是混合液的质量(把盐酸和氢氧化钠(qīnɡyǎnɡhuànà)溶液的密度近似看作水的密度为1g/cm3来计算),c是混合液的比热容(近似取4.18kJ/g·℃),n(H2O)是中和反应生成水的物质的量(单位mol)｡精品资料(7)注意事项①这里的稀溶液一般要求酸溶液中的c(H+)≤1mol·L-1,碱溶液中的c(OH-)≤1mol·L-1,这是因为浓酸溶液和浓碱溶液相互稀释时会放出热量｡②根据中和热的定义(dìngyì),在测定中和热的数值时,生成H2O的物质的量应该为1mol｡③测定中和热时,一般要求用强酸和强碱,此时测得能量值为57.3kJ｡有弱酸或弱碱参加的中和反应,其中和热的数值都小于57.3,这是因为反应时弱酸或弱碱发生电离需要吸收热量｡精品资料④为了保证0.50mol/L的盐酸完全被NaOH中和,常采用0.55mol/L的NaOH溶液(róngyè),使碱稍稍过量｡精品资料典例剖析(pōuxī) (学生用书P33)精品资料知识点一化学键与化学反应中的能量变化例1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,下列说法错误的是()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.物质燃烧可看成(kànchénɡ)是把“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能等而释放出来C.氮分子内部存在着很强的共价键,故通常状况下氮气的化学性质很活泼精品资料D.需加热才能发生(fāshēng)的反应不一定是吸收能量的反应〔解析〕钠原子最外层只有1个电子,当它失去1个电子后可以形成8电子稳定结构使体系的能量降低,A项正确;物质燃烧放热,化学能转化为热能(rènéng)等,B项正确;氮分子内部存在着很强的共价键,很难被破坏,所以在通常状况下氮气的化学性质很稳定,C项错误;任何化学反应都经历了旧键的断裂(吸收能量)和新键的形成(放出能量)的过程,都伴随着能量的变化,但释放能量还是吸收能量,不是由反应条件决定的,如合成氨需要在高温下进行,但它却是释放能量的反应,D项正确｡〔答案〕C精品资料知识点二化学能与热能的转化

都是放热反应｡据此判断,下列(xiàliè)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时放出的热量多精品资料〔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｡由题干知C和CO的燃烧反应都是放热反应,则C+O2 CO2必然(bìrán)是放热反应;B､C正确;12gC并不代表反应物的全部,O2也是反应物,所以A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,D正确｡〔答案(dáàn)〕A精品资料知识点三中和热的测定例3在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1mol水时所释放的热量称为中和热｡50mL1.0mol·L-1盐酸跟50mL1.1mol·L-1氢氧化钠溶液在如下图所示中进行中和反应｡通过测定反应过程中所放出(fànɡchū)的热量可计算中和热｡试回答下列问题:精品资料(1)大小烧杯间填满碎纸屑的作用是什么?(2)大烧杯上如不盖硬纸板,对求得中和热的数值(shùzí)有何影响?〔答案〕(1)减少实验过程(guòchéng)中的热量损失｡(2)因为热量损失,所得中和热数值偏低｡精品资料(3)改用60mL1.0mol·L-1盐酸跟50mL1.1mol·L-1的氢氧化钠溶液进行(jìnxíng)反应,与上述实验相比,所放出的热量是否相等?所求中和热的数值是否相等?简述理由｡〔答案〕(3)所放出(fànɡchū)的热量不相等,但所求中和热的数值相等｡因为60mL1.0mol·L-1盐酸溶液和50mL1.1mol·L-1的氢氧化钠溶液反应能生成0.055mol的H2O,而50mL1.0mol·L-1HCl溶液和50mL1.1mol·L-1NaOH溶液只能生成0.050molH2O,故二者放出(fànɡchū)的热量不相等;而中和热为生成1molH2O时放出(fànɡchū)的热量,与酸碱的用量无关,故所求中和热的数值相等｡精品资料〔解析〕此题考查反应热的测量——中和热的测量,中和热的测定实验(shíyàn)关键是要比较准确地配制一定物质的量浓度的溶液,量热过程中要尽量避免热量损失,故大小烧杯间填满碎纸屑的作用是减少实验(shíyàn)过程中的热量损失;如果大烧杯上不盖硬纸板,会有热量损失,使所测得的中和热数值偏低;改用60mL1.0mol·L-1的盐酸跟50mL1.0mol·L-1的氢氧化钠溶液反应,与上述实验(shíyàn)相比因生成的水的物质的量不同,所放出的热量也不相等;因为中和热为生成1mol水放出的热量,中和热与实验(shíyàn)时酸碱的用量无关｡〔精品资料〔课内针对性训练(xùnliàn) (学生用书P34)精品资料1.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.发生电子得失和偏移(piānyí)C.有化学键的断裂和生成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(dáàn):AC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;化学反应有新物质生成,故有化学键的断裂与生成,C正确;能量守恒包括反应放出或吸收的热量,D不正确｡精品资料2.下列反应属于放热反应(fànɡrèfǎnyìng)的是()A.Al和稀盐酸反应B.Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl(固体)反应C.KClO3受热分解D.CaO和H2O反应答案(dáàn):AD解析:Al和酸的反应是放热反应;CaO跟H2O发生化合反应放出热量;而B选项是典型的吸热反应;KClO3受热分解是吸热反应｡精品资料3.下列变化过程(guòchéng)中,需要吸收能量的是()A.H+H→H2B.H+Cl→HClC.Cl2→Cl+ClD.H2+O2→H2O答案(dáàn):C解析:化学键的形成放出能量,化学键的断裂要吸收能量,因此Cl2转变为氯原子需使Cl—Cl键断裂,要吸收能量,H2与O2反应放出热量｡故答案为C｡精品资料4.关于放热反应和吸热反应的说法不正确的是()A.铁在氧气中燃烧,火星四射,是氧化还原反应,也是放热反应B.反应过程中不会明显地使周围环境温度发生变化的反应,肯定不是吸热反应,也不是放热反应,如铁生锈C.为人类提供能源(néngyuán)而发生的化学反应肯定是放热反应D.水加热变成水蒸气需要吸收能量,所以水变成水蒸气,属于吸热反应答案(dáàn):BD精品资料解析:有的反应虽不使周围环境的温度发生明显变化,但热效应还是有的,如铁生锈(shēnɡxiù)是缓慢氧化,属放热反应,故B不正确,水变成水蒸气不是化学反应,虽然吸热,但不是吸热反应,故D也不正确｡精品资料5.拆开(chāikāi)1molH—H键,1molN—H键,1molN≡N键分别需要吸收的能量为436kJ,391kJ,946kJ,求:①1molN2生成NH3需________热量________｡②1molH2生成NH3需________热量________｡(不考虑可逆反应)放出(fànɡchū)92kJ放出30.67kJ精品资料精品资料方法(fāngfǎ)二由①知3molH2生成NH3需放出热量92kJ,则1molH2生成NH3需放出热量 精品资料课后优化训练(xùnliàn) (学生用书P35)精品资料基础强化1.下列能源是通过化学反应(huàxuéfǎnyìng)产生的是()A.太阳能 B.潮汐能C.风能 D.氢气燃烧产生的热能答案(dáàn):D解析:氢气燃烧发生氧化反应,将化学能转变为热能｡精品资料2.对于放热反应2H2(g)+O2(g)====2H2O(l)｡下列说法(shuōfǎ)正确的是()A.产物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产物H2O所具有的总能量C.反应物H2和O2所具有的总能量等于产物H2O所具有的总能量D.反应物H2和O2具有的能量相等答案(dáàn):B精品资料解析(jiěxī):反应是放热反应,显然反应物总能量高于生成物总能量｡精品资料3.下列各图中,表示(biǎoshì)正反应是吸热反应的是()答案(dáàn):A精品资料解析:根据吸热反应定义(dìngyì),生成物的总能量高于反应物的总能量,A正确｡精品资料4.关于化学反应(fǎnyìng)中的能量变化,下列说法不正确的是()A.化学反应(fǎnyìng)中的能量变化,除热量外,还可以是光能､电能等B.化学反应(fǎnyìng)中的能量变化,服从能量守恒定律C.所有的燃烧反应(fǎnyìng)都是放热反应(fǎnyìng)D.在一个确定的化学反应(fǎnyìng)中,反应(fǎnyìng)物的总能量总是高于生成物的总能量答案(dáàn):D解析:放热反应中,反应物的总能量高于生成物的总能量;吸热反应中,反应物的总能量低于生成物的总能量｡精品资料5.石墨和金刚石都是碳的单质,石墨在一定条件下可转化为金刚石,已知12g石墨完全转化为金刚石时,要吸收(xīshōu)EkJ的能量,下列说法中正确的是()A.石墨不如金刚石稳定B.金刚石不如石墨稳定C.等质量的石墨与金刚石完全燃烧,金刚石放出的能量多D.等质量的石墨与金刚石完全燃烧,石墨放出的能量多答案(dáàn):BC解析:能量越低越稳定,燃烧相同的碳,生成物都是CO2,反应物能量越高放出的热量越多｡精品资料6.已知H++OH-====H2O生成1molH2O放出热量57.3kJ,下列反应(fǎnyìng)中符合该特点的是()A.1mol稀H2SO4与足量NaOH溶液反应(fǎnyìng)B.稀盐酸与氨水反应(fǎnyìng)生成1molH2OC.稀盐酸与稀Ba(OH)2溶液反应(fǎnyìng)生成1mol水D.稀NaOH与95%浓硫酸反应(fǎnyìng)生成1mol水答案(dáàn):C精品资料解析:明确中和热的概念,注意中和热是指稀酸与稀碱反应,且题目中告知为强酸与强碱反应生成1molH2O放出热量57.3kJ｡A放出热量应为2mol×57.3kJ/mol;B放出热量(即中和热)应略小于57.3kJ,因弱酸､弱碱在水中电离(diànlí)要吸收一部分热量,故多数强酸与弱碱,弱酸与强碱的中和反应热值小于57.3kJ｡酸与碱的浓度不能太大,否则中和热数值会偏大,故D错｡精品资料7.下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中不正确的是()A.化石能源物质内部“贮存”着大量能量B.绿色植物进行光合作用时,将太阳能转化(zhuǎnhuà)为化学能“贮存”起来C.物质的化学能可能在不同条件下转化(zhuǎnhuà)为热能､电能,为人类所利用D.吸热反应没有利用价值答案(dáàn):D精品资料解析:可以利用吸热反应制备新物质(wùzhì),如煅烧石灰石(CaCO3)制生石灰(CaO),利用C+H2O CO+H2,制备水煤气等｡精品资料8.在一个小烧杯里加入20g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O],将小烧杯放在事先(shìxiān)已滴有3~4滴水的玻璃片上,然后向烧杯内加入约10g氯化铵晶体,并立即用玻璃棒迅速搅拌｡试回答下列问题:(1)写出反应的化学方程式:___________________________________________｡Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl====BaCl2+10H2O+2NH3↑

精品资料(2)实验中要立即用玻璃棒迅速(xùnsù)搅拌的原因是___________________________________________｡(3)如果实验中没有看到“结冰”现象,可能的原因是_________｡(答出三个或三个以上原因)使反应物充分混合,迅速发生反应,使体系(tǐxì)的温度降低答案：①反应物未进行快速搅拌;②玻璃片上滴加的水太多;③氢氧化钡晶体已部分失水;④环境温度太高;⑤试剂用量太少;⑥氢氧化钡晶体未研成粉末(其他答案合理均正确)

精品资料(4)如果没有看到“结冰”现象,我们还可以采取哪些方式来说明该反应(fǎnyìng)吸热?__________________________(答出两种方案)｡答案：第一种方案(fāngàn):在烧杯中的反应物中插入温度计,通过测量,发现反应后温度计的示数下降,说明反应是吸热反应;第二种方案(fāngàn):用皮肤感受,感觉烧杯外壁很凉,说明此反应为吸热反应精品资料(5)“结冰”现象(xiànxiàng)说明该反应是一个________(填“放出”或“吸收”)能量的反应｡即断开旧化学键________(填“吸收”或“放出”)的能量________(填“>”或“<”)形成新化学键________(填“吸收”或“放出”)的能量｡(6)该反应在常温下就可进行,说明__________________________________｡吸收(xīshōu)吸收>放出有的吸热反应不需要加热也能发生精品资料解析:本题考查了化学反应中的能量变化以及吸热反应､放热反应与反应条件的关系｡以Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl固体的反应为背景考查了分析问题､解决问题的能力和实验设计能力,反应放出或吸收的热量可以通过触觉感知(gǎnzhī),也可以通过温度计测量｡精品资料能力(nénglì)提升精品资料1.出行是人们(rénmen)工作生活必不可少的环节,出行的工具五花八门,使用的能源也各不相同｡自行车､电动自行车､普通汽车消耗能量的类型分别是①生物能②核能③电能④太阳能⑤化学能()A.①④⑤B.①③⑤C.①②③D.①③④答案(dáàn):B解析:自行车消耗的能量是骑车者自身的生物能;电动自行车消耗的是蓄电池的电能;普通汽车的能量来源是汽油的燃烧,这是化学能｡精品资料2.氢气在氯气中燃烧(ránshāo)时产生苍白色火焰｡在反应过程中,破坏1mol氢气中的化学键消耗的能量为Q1kJ,破坏1mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2kJ,形成1mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3kJ｡下列关系式中,正确的是()A.Q1+Q2>Q3B.Q1+Q2>2Q3C.Q1+Q2<Q3D.Q1+Q2<2Q3答案(dáàn):D解析:H2+Cl2====2HCl是放热反应,所以2Q3>(Q1+Q2)｡精品资料3.实验室制取氮气的一种方法是在实验装置中引发下列反应:NaNO2+NH4