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四川省成都经济技术开发区实验中学高中化学必修二 2.1 化学能与热能 课件(1)


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1

学习目标
?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
。 ZXX``K

?通过生产、生活中的实例了解化学能与 热能的相互转化。

?探究化学能转化为热能在生产、生活中 的应用。

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2


能源是人类赖以生存和 发展的物质基础,我们每时 每刻、分分秒秒都离不开它。 迄今为止,人类所能利用的 能源主要是化学能、电能、 以及核能等等。但是,由于 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。
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我国化石燃料和水电能源消耗构成图
2.1%
16.6% 5.1%

ZXX```K

76.2%
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你知道吗?
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 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 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 石灰石的分解反应中起到什么作用?

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5

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 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 哪里?
1、化学反应中能量的变化

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6

⑴、化学反应的本质是什么? ?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。

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7

点燃

H2
H—H
断 开

+
断 开

Cl2
Cl —Cl

= 2HCl
形 成

· · · · : · Cl H· + · · → H Cl · ·
· ·

一个化学反应的的过程,本质上就 是旧化学键断裂和新化学键形成的过 程。
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8

· ·

⑵、化学反应中能量变化的主要原因
点燃

H2
H—H
断 开 吸 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。
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· · · ·

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,本质上就是旧化学键

断裂和新化学键形成的过程。 放出能量

吸收能量

所以:一个化学反应是否为放热还是吸热取决于什么呢?

取决于所有断键吸收的总能量与所有 形成新键放出的总能量的相对大小
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想一想: 在化学反应中,随着 物质的变化,既有反应物 中化学键的断裂,又有生 成物中化学键的形成,化 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?

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

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



键能



键能

415.0
462.8

Br-Br
I-I

193.7
152.7

N-H H-I

390.8
431.8

H-Cl

C-C ?键能越大
ZXX``K

347.7

298.7

化学键越牢固
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含该键的分子越稳定

课堂练习一
在反应H2 + Cl2 =2HCl中,已知 H-H 键能为436kJ,Cl-Cl键能为247kJ, H-Cl键能为431kJ,判断该反应是 放热 反应
? 则(1)化学键断裂时需要吸收能量。吸收总能量为: 436kJ+247kJ=683 kJ,
? (2)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:

? 862kJ—683kJ=179kJ
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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,决定于反应物的总能量与生成物的 总能量的相对大小。

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

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)
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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
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小结:
反应物的总能量高 生成物的总能量高

放 热 反 应
生成物的总能量低

吸 热 反 应
反应物的总能量低

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+吸收的热量

化学反应的过程,可以看成是能量的 “贮存”或“释放”的过程
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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,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;
(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,那么在发生化学反 应时,反应物就需要吸收能量,才能转化 为生成物。
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小结:

能量公式化

E(反应物)=E(生成物)+Q (能量守恒定律)

E(反应物)-E(生成物)=Q
Q>0为放热反应 Q<0为吸热反应
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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: (2)能量守恒定律:一种能量可以转化为另一种能量,

(1)放热反应 (2)吸热反应

2、吸热反应和放热反应

总能量保持不变。

小结:
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

(2)化学上把吸收热量的化学反应叫做吸热反应
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规律:
能 量 反应物

能 量

生成物

放 热 反应
反应物 生成物

吸 热 反应

反应过程
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反应过程

练习:
吸收能量 ,形成 1、在化学反应中,断裂化学键需要_______ 放出能量 。化学反应是吸热反应还是放 化学键要_________ 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 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 吗?为什么?

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24

三、化学能的应用
1、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。

如:

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26

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27

小结:
放热 反应 遵 能 守 能原 量 变 化 循 类 型 量 恒 化 理 学 能 转 化 为 能量 利 热 能 用 反应物的总能量大于生成 物的总能量

吸热 反应 燃料充分 燃烧

反应物的总能量小于生成 物的总能量 减少 污染

新 能 源 的开发
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实验2-1
思考与讨论:
?1.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? ?3.用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化,你将采取 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 应注意哪些问题?

实验记录:
现象 结论

有气泡冒出,溶液的温度明 显升高。
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铝与盐酸反应的过程放 出热量。
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【课堂小结】 反应物 的能量 生成物 的能量 能量的释放

反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量

反应物 的能量

能量的吸收

生成物 的能量

生成物的总能量=反应物的总能量+吸收的热量
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问题探究
已知断开1mol 4H+2O 氢气中的化学键需要 能 消耗436kJ能量,断 量 吸收能量 放出能量 开1mol氧气中的化 学键需要消耗496kJ 1368 kJ 1852 kJ 能量,形成水分子中 的1molH-O键能够 2H +O 2 2 释放463kJ能量。试 说明当1mol反应 2H2O 点燃 2H2 + O2 2H2O 发生时的能量变化情 反应坐标 况,并将反应中能量 整个反应过程(放出/吸收) 变化的数值标注在右 放出484 kJ热量 图中。
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2、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Q1kJ, 破坏1molO = O键消耗的能量为Q2kJ, 形成1molH-O键释放的能量为Q3kJ。 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

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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:

获取能量

化学反应

煤、石油、天然气的燃烧(产生)
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。

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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O2的反应)

吸热反应
C+CO2 H2+CuO C+H2O Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl

中和 反应
活泼金属与水或酸的反应 大部分化合反应(生石灰 和水) 物质的缓慢氧化

CaCO3高温分解
大部分分解反应 多数铵盐溶于水

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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
能源的利用反映着人类进步 化学 化石 人引出 反应 能量 新技 能源 燃烧 能源 燃料 类 术的 中的 充分 合理 开发 文 利用 开发 能量 燃烧 明 利用 变化 史 燃料与 放热 吸热 足够 空气充 充分 科学利 反应 反应 的空 分接触 燃烧 用减少 污染 气
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?2. 常见的能源主要有以下十种:

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

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1、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 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 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

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2、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,与反应物与生成物 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.

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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
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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 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。

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课本习题答案:
1、吸收能量;放出能量。反应物的总能量与生成物的总能 量的相对大小。 2、热量;放出。 3、C、H;CO2、H2O。 4、放热反应的是②③④⑤⑥,吸热反应的是①。 5、当物质发生化学反应时,断开反应物中的化学键要吸收 热量,而形成生成物中的化学键要放出热量。若放出的热 量大于吸收的热量时,该反应是放热反应;若吸收的热量 大于放出的热量时,该反应是吸热反应,且吸收的热量由 外加热源(如酒精灯)提供,以满足断开反应物化学键所 需能量的不足。
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6、乙同学的观点正确。“加热”是反应条件,有些反应 (如燃烧等放热反应)在开始前也需要外界提供能量,以 加快分子之间的碰撞次数,只有对其加热使温度升高到一 定程度,反应才开始进行;随着反应的进行,其本身放出 的热量能满足自身需要且有剩余,反应后不再加热。而吸 热反应必须加热才能进行。

7、甲烷燃烧的化学方程式为CH4+2O2→CO2+2H2O;水分 解的化学方程式为2H2O 通电 == 2H2↑+O2↑。甲烷燃烧放出热 量是由于形成1mol CO2和2molH2O分子内化学键释放的 总能量高于断开1mol CH4和2molO2分子内化学键所吸收 的总能量。水的分解要吸收能量是由于形成2molH2和 1mol O2分子内化学键释放的总能量小于断开2molH2O分 子内化学键所吸收的总能量。
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点燃

实验2-2

现象

结论

有刺激性气味气体产生;玻璃片 8H2O与NH4Cl 上的水结成冰,玻璃片与烧杯底 Ba(OH)2· 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。

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化学反应方程式: Ba(OH)2· 8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑ +10H2O 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: 结冰粘结

结论:该反应是吸热反应

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思考:
酸与碱的中和反应是吸热反应还是放热反应?

实验2-3
现象 结论

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。

盐酸和氢氧化钠溶液的反 应过程中放出热量,使溶 液混合物的温度升高。

分析:

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。 反应中H+和OH-离子的量相等 ,生成水的 量相等,放出的热量也相等 .
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思考与交流: 中和热的概念: 酸与碱发生中和反应生成1molH2O 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
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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 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 图所示。该实验也可在保温杯中进行。
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思考与交流: 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; (2)酸碱的量要准确:n=C×V a、浓度要越精确越好 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
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在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑, 一是注重“量”的问题,如① 反应物的浓度和体 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,如① 用 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;③ 搅拌使反应充分进行;④ 及时散 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;⑥ 盐酸 跟氢氧化钠溶液混合后液面上方的空间尽可能小; ⑦ 使用绝缘装置,避免热量散发到反应体系之外; ⑧ 温度计要读准确。
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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?

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