广东省惠州市惠东县安墩中学高中物理 4-6 能量转化与守恒定律 粤教必修2

第六节能量守恒定律与能源一、能量

1、概念：一个物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。一、能量

2、形式：

能量有各种不同形的形式。运动的物体具有动能；被举高的物体具有重力势能；发生弹性形变的物体具有弹性势能；由大量粒子构成的系统具有内能。

另外自然界中还存在如化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等。

各种形式的是可以相互转化的

食物具有化学能，我们的身体把这种化学能转化成为维持生命所必须的内能和机械能。一、能量3、能量的转化

风能转化为电能各种形式的是可以相互转化的3、能量的转化

重力势能转化为电能电能转化为机械能各种形式的是可以相互转化的3、能量的转化

电能转化为内能太阳能转化为电能各种形式的是可以相互转化的3、能量的转化

光能转化为化学能水果电池化学能转化为电能各种形式的能可以相互转化。光能内能电能机械能化学能百名跳伞运动员千米高空拼出菱形图案重力势能转化为动能哪个力在做功？重力做功4、功是能量转化的量度不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化（或转移的过程，且做了多少功，就有多少能量发生转化（或转移），因此功是能量转化的量度。二、能量守恒定律

1、内容：

能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式．或者从一个物体转移到另外一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变．

导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么?

确立了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系与转化．

历史上有很多人不相信能量守恒定律的人，挖空心思想发明一种不消耗能量，却能不断对外做功的机器——永动机，你认为它一旦转动起来就能永远转动起来吗？17～18世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的法国科学院在1775年就正式决定，不再研究和试验任何永动机二、能量守恒定律【资料链接】2004十大科技骗局之六：永动机神话梁星人，号称永动机发明人.其所在的海南星人永动机发电厂有限公司称，将建设装机总容量300万KW的宇宙引力能发电厂及年产10万辆宇宙引力能小轿车厂项目.据报道，海南星人永动机发电厂是“当今世界独一无二，独家建设，独家经营.其廉价的电力资源，可以与任何一家电力企业竞争，会永远处于不败之地”，“永动发电机结构简单，原理深奥，造价不高，但高科技含量达100%”.在2004年岁末，梁星人还郑重其事筹备于12月27日在珠海度假村酒店千禧宫举办“永动机问世全球性新闻发布会”.而且发布会打算邀请的与会人物也足以吓坏小市民，包括：安南、布什、克里、小泉、阿罗约、普京、布莱尔……都是梁星人的邀请对象.据报道，南街村为研究永动机发电项目投入的2000多万元全部打了水漂,结果电没有发出来，骗子也失踪了.根据国家专利法，永动机不具备实用性，所以没有一件永动机发明获得过国家专利授权.三、能源和能量耗散思考与讨论既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？2、能量耗散

然料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用．这种现象叫做能量的耗散．能量耗散可以看出，由于取暖和使用电器，室内温度比室外高。热量散失到室外后，不能回收重新利用。一座房屋的红外线照片红外照片是不能分辨颜色的，右图中的颜色是为区分不同的温度而在照片处理时加上的能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解?能量耗散能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少．但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因．这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性．

能量转化和转移的方向性内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发的由低温物体向高温物体转移能量转化和转移的方向性机械能可以全部转化为内能而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化热机的效率不可能1000/0例如：一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有370/0通过发动机散热系统排除，370/0直接由排气管排出，有260/0变为发动机输出的机械能能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。正是因为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条件的，也是有代价的．

通过以上分析我们知道了：一、能量守恒定律

1．内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另外一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变．2．建立过程．二、能源和能量耗散

1．内容：能量转化具有方向性．2．节约能源的重要意义．小结通过本节课的学习我们知道了一、能源的定义和分类1、一般的说，能源是指能够为人类提供某种形式能量的物质或物质的运动。如：煤、石油、流水、风等。2、能源的分类（1）按是否是自然界直接提供的分类一次能源

二次能源

自然界直接提供的能源煤、石油.风、流水由自然界提供的能源制取生产的能源汽油、柴油、氢能源（2）按能否再生分水能、风能石油、煤、再生能源非再生能源二次能源一般都是非再生能源（3）从能源的利用角度分（已广泛利用的）（草木燃料、煤、石油、天然气、水力）（有待开发才能广泛利用的的）（太阳能、氢能、地热能、潮汐能）常规能源非常规能源课堂练习

2．关于能量耗散，下列说法中正确的是（

）

A.能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了

B.能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性

C.能量耗散表明，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了

D.能量耗散从能量转化的角度，反映出自然界中宏观过程的方向性CD课堂练习3．下列说法中正确的是（

）

A.不同形式能量的转化是通过做功来实现的

B.做功的过程总是伴随着能量的变化

C.某种形式的能量增加10J，一定有其他形式的能量减少10J

D.某个物体的能量减少10J，一定有其他物体的能量增加10J4．运动员把原来静止的足球踢出去，使足球获得100J的动能。则在运动员踢球的过程中，运动员消耗的体能

（

）

A.等于100JB.大于100J

C.小于100J

D.无法确定ABCDB一、单选题2、在各种形式的能量转化的过程中，下列说法中正确的是（）A.机械能一定守恒B.各种形式的能量都守恒C.各种形式的能的总量一定守恒D.只有机械能转化为内能1、在下列事例中，属于机械能转化为内能的是（）A.铁棒在火上烤得很热B.汽车紧急刹车，轮胎发热

C.燃烧木材取暖D.给电炉通电，电炉发热BC二、填空题2、冰块沿地面滑动，往往会逐渐融化，在这一过程中是

能转化为

能,但能量的总量_______。1、用锤子敲打钉子时，钉子的温度升高，钉子的内能

（填“减少”“不变”或“增加”），这是通过

方法改变了它的内能。

①摩擦生热（→

）③电灯发光（→

）

④电饭锅做饭（→

）

⑤煤炭燃烧（→

）⑥用洗衣机甩干衣服（→

）

⑦手摇发电机发电（→

）3、分析下列各现象中能量的转化三、判断题1.煤的燃烧过程中，煤的化学能转化为内能，但能量的总量不变。（）

2.在荡秋千时，停止用力，秋千越摆越低，能量的总量也越来越少。（）第二单元配合物的形成和应用课程标准导航1.了解人类对配合物结构认识的历史。2.知道简单配合物的基本组成和形成条件。3.掌握配合物的结构与性质之间的关系。4.认识配合物在生产生活和科学研究方面的广泛应用。新知初探自学导引自主学习(2)配位键：共用电子对由一个原子单方向提供而跟另一个原子共用的共价键叫配位键。配位键可用A→B形式表示，A是_________________的原子，叫做电子对给予体，B是____________________的原子叫接受体。(3)形成配位键的条件提供孤电子对接受孤电子对①有能够提供_______________的原子，如______________等。②另一原子具有能够接受__________的空轨道，如___________________________等。孤电子对N、O、F孤电子对Fe3＋、Cu2＋、Zn2＋、Ag＋想一想1.在水溶液中，Cu2＋与氨分子是如何结合成［Cu(NH3)4］2＋的呢？2.配位化合物(1)写出向CuSO4溶液中滴加氨水，得到深蓝色溶液整个过程的反应离子方程式。____________________________________;___________________________________________________________________________.Cu(OH)2+4NH3·H2O===［Cu(NH3)4］2++2OH-+4H2O(2)［Cu(NH3)4］SO4的名称为_______________________,它的外界为__________，内界为________________，中心原子为______，配位体为_______分子，配位数为_______。(3)配合物的同分异构体：含有两种或两种以上配位体的配合物，若配位体在____________________不同，就能形成不同几何构型的配合物，如Pt(NH3)2Cl2存在______和______两种异构体。硫酸四氨合铜［Cu(NH3)4］2＋Cu2+NH34空间的排列方式顺式反式想一想2.顺式Pt(NH3)2Cl2和反式Pt(NH3)2Cl2的化学式相同，它们的性质也相似吗？提示：不同，由于结构不同，所以其化学性质不相同。二、配合物的应用1.在实验研究中，人们常用形成配合物的方法来检验__________、分离物质、定量测定物质的组成。(1)向AgNO3溶液中逐滴加入氨水的现象为:_________________________________。产生的配合物是____________________。金属离子先生成沉淀，然后沉淀再溶解［Ag(NH3)2］OH(2)向FeCl3溶液中滴入KSCN溶液的现象：____________________________。产生的配合物是______________。2.在生产中，配合物被广泛用于________、______、___________、___________领域。3.生命体中的许多金属元素都以配合物形式存在。4.配合物在医疗方面应用也很广泛。5.模拟生物固氮也与配合物有关。有血红色溶液出现Fe(SCN)3染色电镀硬水软化金属冶炼自主体验1.配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子的配位数是()A.2 B.3C.4 D.5解析：选C。配合物［Zn(NH3)4］Cl2的中心原子是Zn2＋，配位体是NH3，配位数是4。2.下列不能形成配位键的组合是()A.Ag＋、NH3 B.H2O、H＋C.Co3＋、CO D.Ag＋、H+解析：选D。配位键的形成条件必须是一方能提供孤电子对，另一方能提供空轨道，A、B、C三项中，Ag＋、H＋、Co3＋能提供空轨道，NH3、H2O、CO能提供孤电子对,所以能形成配位键，而D项Ag＋与H＋都只能提供空轨道，而无法提供孤电子对,所以不能形成配位键。3.下列不属于配离子的是()A.［Ag(NH3)2］＋ B.［Cu(CN)4］2－C.［Fe(SCN)6］3－ D.MnO－4解析：选D。MnO－4无配位原子。4.向下列配合物的水溶液中加入AgNO3溶液,不能生成AgCl沉淀的是()A.［Co(NH3)4Cl2］Cl B.［Co(NH3)3Cl3］C.［Co(NH3)6］Cl3 D.［Co(NH3)5Cl］Cl2解析：选B。在配合物中，内界以配位键结合很牢固，难以在溶液中电离；内界和外界之间以离子键相结合，在溶液中能够完全电离。不难看出A、C、D三项中配合物在水中均电离产生Cl-，而B项无外界离子，不能电离。要点突破讲练互动探究导引1指出配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配离子、中心离子、配位体、配位数及配位原子。提示：配离子指配合物的内界，中心原子指提供空轨道的原子或离子，要点一配合物的组成和结构配位体指提供孤电子对的分子或离子，配位数是配位体的总个数，配位原子指配位体中提供孤电子对的原子。配合物[Pt(NH3)4Cl2]Cl2的配离子为[Pt(NH3)4Cl2]2＋,中心原子是Pt4＋，配位体是NH3、Cl－，配位数为6，配位原子为N和Cl。探究导引2配离子[Ag(NH3)2]＋是如何形成的？提示：配离子[Ag(NH3)2]＋是由Ag＋和NH3分子反应生成的，由于Ag＋空的5s轨道和5p轨道形成sp杂化轨道，接受2个NH3分子提供的孤电子对，形成直线形的[Ag(NH3)2]＋，该过程图示如下。

要点归纳1.配合物的组成内界：中心体(原子或离子)与配位体，以配位键成键。外界：与内界电荷平衡的相反离子。有些配合物不存在外界，如[PtCl2(NH3)2]、[CoCl3(NH3)3]等。另外，有些配合物是由中心原子与配位体构成，如[Ni(CO)4]、[Fe(CO)5]等。2.配合物的结构配位数杂化轨道类型空间构型结构示意图实例2sp直线形[Ag(NH3)2]＋[Cu(NH3)2]＋配位数杂化轨道类型空间构型结构示意图实例4sp3正四面体形[Zn(NH3)4]2＋[ZnCl4]2－dsp2(sp2d)平面正方形[Ni(CN)4]2－[Cu(NH3)4]2＋6sp3d2(d2sp3)正八面体[AlF6]3－[Co(NH3)6]3＋即时应用1.化学家维多克·格利雅因发明了格氏试剂(RMgX)而荣获诺贝尔化学奖。RMgX是金属镁和卤代烃反应的产物，它在醚的稀溶液中以单体形式存在，并与二分子醚络合，在浓溶液中以二聚体存在，结构如下图：上述2种结构中均存在配位键，把你认为是配位键的用“→”在结构图中标出。解析:配位键是由孤电子对与空轨道形成的,Mg最外层有两个电子，可以与R、X形成离子键，而O原子中存在孤电子对，所以两个O(C2H5)2可以与Mg形成配位键。在二聚体中，同理，一个Mg与R、X相连，则另外一个X和O(C2H5)2，则与Mg形成配位键。答案：要点二配合物的性质探究导引现有两种配合物晶体[Co(NH3)6]Cl3和[Co(NH3)5Cl]Cl2，一种为橙黄色，另一种为紫红色。请设计实验方案将这两种配合物区别开来。提示：在[Co(NH3)6]Cl3中Co3＋与6个NH3分子配合成[Co(NH3)6]3＋，3个Cl－都是外界离子。而[Co(NH3)5Cl]Cl2中Co3＋与5个NH3分子和1个Cl－配合成[Co(NH3)5Cl]2＋,只有两个Cl－是外界离子。由于配合物中内界以配位键结合很牢固，难以在溶液中电离，而内界和外界之间以离子键结合，在溶液中能够完全电离。不难看出，相同质量的两种晶体在溶液中能够电离出的Cl－数是不同的，我们可以利用这一点进行鉴别。要点归纳1.配合物的颜色：当简单离子形成配合物时,其性质往往有很大的差异，颜色发生改变就是一种常见的现象，多数配离子都有颜色，如[Fe(SCN)6]3－为血红色、[Cu(NH3)4]2＋为深蓝色、[Cu(H2O)4]2＋为蓝色、[CuCl4]2－为黄色、[Fe(C6H6O)6]3－为紫色等等。我们根据颜色的变化就可以判断配离子是否生成，如Fe3＋离子与SCN－离子在溶液中可生成配位数为1～6的硫氰合铁(Ⅲ)配离子，这种配离子的颜色是血红色的，反应如下：Fe3＋＋nSCN－====[Fe(SCN)n]3－n，实验室通常用这一方法检验铁离子的存在。2.配合物的溶解性:有的配合物易溶于水，如[Ag(NH3)2]OH、[Cu(NH3)4]SO4、Fe(SCN)3等。利用配合物的这一性质，可将一些难溶于水的物质如AgOH、AgCl、Cu(OH)2等溶解在氨水中形成配合物。如在照相底片的定影过程中，未曝光的AgBr常用硫代硫酸钠(Na2S2O3)溶解，反应的化学方程式为：AgBr＋2Na2S2O3====Na3[Ag(S2O3)2]＋NaBr。金和铂之所以能溶于王水中，也是与生成配合物的溶解性有关，反应式为：Au＋HNO3＋4HCl====H[AuCl4]＋NO↑＋2H2O，3Pt＋4HNO3＋18HCl====3H2[PtCl6]＋4NO↑＋8H2O。配合物的颜色和溶解性还与配合物的空间结构有关，如顺式[Pt(NH3)2Cl2]和反式[Pt(NH3)2Cl2]的溶解性和颜色等性质有一定的差异，其中顺式[Pt(NH3)2Cl2]为极性分子,根据相似相溶原理,它在水中的溶解度较大,具体情况见前面的表格。3.配合物的稳定性：配合物具有一定的稳定性，配合物中的配位键越强,配合物越稳定.当作为中心原子的金属离子相同时，配合物的稳定性与配位体的性质有关。例如，血红素中的Fe2＋与CO分子形成的配位键比Fe2＋与O2分子形成的配位键强，因此血红素中的Fe2＋与CO分子结合后，就很难再与O2分子结合，血红素就失去了输送氧气的功能，从而导致人体CO中毒。即时应用2.配合物CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位数为6，H2O和Cl－均可作配位体，H2O、Cl－和Cr3＋有三种不同的连接方式，形成三种物质：一种呈紫罗兰色、一种呈暗绿色、一种呈亮绿色。将它们配成相同物质的量浓度溶液，各取相同体积的溶液，向其中分别加入过量的AgNO3溶液，完全反应后，所得沉淀的物质的量之比为3∶2∶1。(1)请推断出三种配合物的内界，并简单说明理由；(2)写出三种配合物的电离方程式。解析：CrCl3·6H2O的中心原子Cr3＋的配位数为6，H2O和Cl－均可作配位体，则其化学式可表示为：[Cr(H2O)6－nCln]Cl3－n·nH2O，当其与AgNO3反应时，只有外界的氯离子可形成AgCl沉淀，再根据它们与AgNO3反应时生成AgCl沉淀的物质的量之比为3∶2∶1，可知分别有3个氯离子、2个氯离子、1个氯离子在外界，进而可分别写出各自的化学式，紫罗兰色：[Cr(H2O)6]Cl3，暗绿色：[Cr(H2O)5Cl]Cl2·H2O，亮绿色：[Cr(H2O)4Cl2]Cl·2H2O，再分别写出其内界.答案:(1)紫罗兰色：[Cr(H2O)6]3＋,暗绿色：[Cr(H2O)5Cl]2＋，亮绿色：[Cr(H2O)4Cl2]＋.根据它们与AgNO3反