高中化学 第四章第一节化学能与热能同步辅导与检测课件 新人教版必修2.ppt

第一节化学能与热能 化学反应与能量 第一节化学能与热能 十一 长假期间 小明和爸爸妈妈一起到野外旅游 临到中午时 他们一家围在一起准备就餐 只见小明爸爸拿出一个包装盒 轻轻一拉露在外面的绳头 几分钟后打开盒盖 热气腾腾的饭菜便呈现在眼前 周围的人惊叹不已 他们没有生火为什么吃的饭是 热的呢 原来 盒底部有夹层 内部设有水袋和氧化钙加热袋 当拉起开关时 水袋中的水和氧化钙接触 反应放出的热量使饭菜变热 反应过程中反应物结构发生了怎样的变化 该反应为什么能够放热 所有反应都能够放热吗 1 知道化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因 2 知道反应物与生成物总能量的相对高低是反应过程中能量变化的决定因素 3 了解化学能与热能的相互转化 4 了解能量转化在生产 生活中的应用 化学键与化学反应中能量变化的关系 1 化学反应的实质化学反应的实质是 即反应物中 的断裂和生成物中 的形成 2 化学反应中能量变化的直接原因 1 物质中的原子之间是通过 结合的 原子或原子团的重新组合 旧化学键新化学键 化学键 2 断开反应物中的化学键要 能量 形成生成物中的化学键要 能量 3 化学键的 和 是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因 3 化学反应中能量变化的根本原因反应物总能量与生成物总能量 吸收 释放 断裂形成 不同 4 化学键与化学反应中能量变化的关系 吸收放出 5 化学反应过程中的能量变化 应用思考 1 液态hcl不导电 但hcl溶于水能导电 该过程有化学键断裂吗 属于化学变化吗 2 化学反应中都有能量变化吗 为什么 提示 都有 因为在化学反应过程中 破坏旧化学键 需要吸收一定的能量来克服原子 或离子 间的相互作用 形成新化学键时 又要释放一定的能量 因此 在化学反应中 不仅有新物质生成 而且伴随着能量变化 提示 当hcl溶于水时 在水分子的作用下 h cl化学键被破坏 但无新化学键的形成 故不属于化学变化 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 自然界的物质发生转化时 不变 2 能量守恒定律 一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量 但是体系包含的 不变 2 吸热反应和放热反应 1 吸热反应 热量的化学反应 2 放热反应 热量的化学反应 总质量 总能量 吸收 放出 3 化学能与热能的相互转化 1 化学能转化为热能 气泡 升高 2al 6hcl 2alcl3 3h2 化学能转化为热能释放出来 2 热能转化为化学能 刺激性气味气体 降低 bacl2 2nh3 10h2o 热能转化为化学能储存起来 4 中和热在稀溶液中 酸与碱发生中和反应生成 称为中和热 单位为kj mol 1 5 化学能与热能相互转化的应用 1 化学物质中的 通过反应转化成 是人类生存和发展的动力之源 2 转化成 是人们进行化学科学研究 创造新物质不可或缺的条件和途径 1molh2o时所释放的热量 化学能热能 热能化学能 6 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 以 为主要能源 煤 石油 天然气 3 多能源结构时期 以 能源和 能源 绿色能源 为主要能源 主要包括 生物质能 地壳地表能等 太阳能 氢能 核能 可再生清洁 应用思考 3 水蒸气液化时向环境释放热量 该变化是放热反应吗 提示 吸热反应和放热反应是针对化学反应而言的 水蒸气液化是放热过程 但无化学变化 故不是放热反应 综合拓展 一 化学键与能量变化的关系1 判断化学反应吸收或放出能量的依据化学反应放出能量还是吸收能量取决于反应物中化学键断裂时所吸收的能量和生成物中化学键形成时所放出的能量的相对大小 1 若反应物中的化学键全部或部分断开时所吸收的能量高于生成物成键时所释放的能量 即e总吸 e总放 则该反应吸收能量 吸收的能量为 e e总吸 e总放 2 若反应物中的化学键全部或部分断开时所吸收的能量低于生成物成键时所释放的能量 即e总吸 e总放 则该反应放出能量 放出的能量为 e e总放 e总吸 2 利用键能计算化学反应吸收或放出能量的多少 h 表示化学反应吸收或放出能量的多少 e反应物 表示反应物的总键能 e生成物 表示生成物的总键能 则有以下关系成立 h e反应物 e生成物 二 物质总能量与化学反应中能量变化的关系各种物质都储存有化学能 不同的物质所储存的化学能不同 化学反应中 物质发生了变化 化学能也随之而改变 化学反应过程中吸收或放出能量可用下表形象地表示 续上表 化学反应过程中是吸收能量还是放出能量 取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小 当反应物的总能量 生成物的总能量时 化学反应放出能量 反之 化学反应吸收能量 三 物质具有的能量与其稳定性之间的关系1 物质具有的能量越低越稳定 参加反应时 化学键断裂吸收的能量就越多 而如果是通过新键形成而生成该物质 则放出的能量就越多 2 物质具有的能量高 则其不稳定 参加反应时断键所需能量低 该物质性质活泼 而形成该物质时 放出的能量较少 四 放热反应和吸热反应1 放热反应和吸热反应的比较 续上表 2 常见的吸热反应和放热反应 特别关注 吸热反应和放热反应均是化学反应 naoh固体溶于水 浓h2so4溶于水 属于放热过程 不属于放热反应 nh4no3固体溶于水 升华 蒸发 分子形成原子等属于吸热过程 不属于吸热反应 五 设计实验测定中和热 实验用品 大烧杯 500ml 小烧杯 100ml 温度计 量筒 50ml 两个 碎泡沫塑料或纸条 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 实验装置 实验步骤 在大烧杯底部垫上碎泡沫塑料 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 用一个量筒量取50ml0 50mol l的盐酸 倒入小烧杯中 并用温度计测量盐酸的温度 记入实验记录表 然后把温度计上的酸用水冲洗干净 用另一个量筒量取50ml0 55mol l的naoh溶液 并用温度计测量naoh溶液的温度 记入实验记录表 把量筒中的naoh溶液一次倒入小烧杯中 注意不要洒到外面 并把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入盛有盐酸的小烧杯中 用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液 并准确读取混合溶液的最高温度 作为终止温度 记入实验记录表 重复实验两次 取测量所得温度数据的平均值作为计算依据 实验记录表 数据处理 根据实验数据计算中和热 为了使计算更简便一些 我们近似地认为0 50mol l的盐酸和0 55mol l的naoh溶液的密度都是1g cm3 所以50ml0 50mol l的盐酸的质量m1 50g 50ml0 55mol l的naoh溶液的质量m2 50g 近似认为中和后生成的溶液的比热容c 4 18j g 由此可以计算出50ml0 50mol l的盐酸与50ml0 55mol l的naoh溶液发生中和反应时放出的热量为 m1 m2 c t2 t1 特别关注 中和热 测定实验的注意事项 1 注意 量 的问题 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 0 418 t2 t1 kj 又因50ml0 50mol l的盐酸中含有0 025mol的hcl 0 025molhcl与足量naoh发生中和反应 生成0 025molh2o 放出的热量是0 418 t2 t1 kj 所以 生成1molh2o时放出的热量 即中和热为 h kj mol 2 尽量减小实验误差 1 用经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液 2 量液器最好用移液管或滴定管 量筒误差大 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 最好使用精度优于0 1 的温度计 6 盐酸和氢氧化钠混合液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 尝试应用 解析 分子断开化学键变成原子 需要吸收能量 原子结合成分子 需要放出能量 a b放热 c吸热 d是s燃烧生成so2 放出热量 答案 c 2 下列说法不正确的是 a 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能量b 化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因c 分子的稳定性与化学键强弱有关d 任何分子或化合物都是通过原子间形成化学键相结合的 解析 稀有气体是单原子分子 无化学键 答案 d 3 下列说法中正确的是 a 凡是物质的化学变化都伴随着能量的变化b 凡是物质的化学变化就一定伴随着化学能与热能的转化c 凡是放热反应都不需要人为加热d 凡是吸热反应都需要人为加热 a 一 有关反应能量的计算 已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出121kj的能量 且氧气中1molo o键完全断裂时需要吸收496kj的能量 水蒸气中1molh o键形成时放出463kj的能量 则氢气中lmolh h键断裂时吸收的能量为 a 920kjb 557kjc 436kjd 181kj 名师点睛 化学反应中能量的变化值 反应物的总键能 生成物的总键能 利用这一公式进行计算时 要特别注意 1 既可以利用所有化学键的键能计算具体反应中的能量变化 又可以根据化学反应中的能量变化计算某一个具体的化学键的键能 2 计算得到的数值如果为正值 则该反应为吸热反应 如果是负值 则该反应为放热反应 变式应用 1 断开1molh h键 1moln h键 1molnn键分别需要吸收的能量为436kj 391kj 946kj 求 1 1moln2生成nh3需 填 吸收 或 放出 能量 kj 2 1molh2生成nh3需 填 吸收 或 放出 能量 kj 不考虑可逆反应 解析 1 n2 3h22nh3 生成2molnh3形成6moln h键时要放出6mol 391kj mol 2346kj的能量 拆开1molnn键和3molh h键时吸收的总能量为946kj 3mol 436kj mol 2254kj 整个过程中的能量变化为放出能量 为2346kj 2254kj 92kj 答案 1 放出92 2 放出30 67 二 吸热反应和放热反应的判断 下列变化中属于吸热反应的是 液态水汽化 将胆矾加热变成白色粉末 浓硫酸稀释 氯酸钾分解制氧气 生石灰跟水反应生成熟石灰a b c d 解析 放热反应和吸热反应都是化学反应 放热反应为 吸热反应为 而液态水汽化是吸热过程 浓硫酸稀释是放热过程 二者均为物理变化 答案 d 名师点睛 判断反应是吸热反应还是放热反应的方法 1 根据反应类型判断 化合反应一般为放热反应 需要加热的分解反应一般为吸热反应 中和反应为放热反应 2 记住一些特殊反应 ba oh 2 8h2o晶体和nh4cl晶体在一起反应吸热 所有的燃烧反应都是放热反应 活泼金属与水或酸的反应为放热反应 3 必须是化学反应才称得上是吸热反应或放热反应 下列变化虽然有吸热或放热过程 但都不是吸热反应或放热反应 物质溶解产生的热量变化 例如 naoh溶解放热 nh4no3溶解吸热等 稀释溶液引起的热量变化 例如 浓硫酸用水稀释时放热 物质的三态 气态 液态 固态 变化引起的热量变化 变式应用 2 双选题 下列反应中属于吸热反应的是 a ba oh 2 8h2o晶体和nh4cl晶体混合搅拌b 盐酸和氢氧化钠溶液混合c 锌放入稀硫酸中d 木炭和水蒸气高温下反应 解析 酸碱中和反应 金属与酸的反应都是放热反应 ba oh 2 8h2o晶体与nh4cl晶体的反应 木炭与水蒸气的反应都是吸热反应 答案 ad 三 有关反应热的实验探究题 在一个小烧杯里 加入约20g已研磨成粉末的氢氧化钡晶体 ba oh 2 8h2o 将小烧杯放在事先已滴有3 4滴水的玻璃片上 然后向烧杯内加入约10gnh4cl晶体 并立即用玻璃棒迅速搅拌 如下图所示 试回答下列问题 1 实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是 2 如果实验中没有看到 结冰 现象 可能的原因是 答出3个或3个以上原因 3 如果没有看到 结冰 现象 为说明该反应吸热 我们还可以采取的方式是 答出两种方案 4 实验中即使不 结冰 提起烧杯的时候 发现烧杯与玻璃片也 黏在一起了 原因是 5 试用简单的方法说明烧杯与玻璃片之间是因为 结冰 而黏在一起的 解析 明确反应原理 针对提出的具体问题 结合生活常识及相关知识来加以解决 本题是教材实验的拓展探究 对实验成败的关键以及实验过程中可能出现的现象进行了综合分析 对跨学科知识也进行了综合考查 要想证明该反应吸热 不一定要通过 结冰 现象 还可以是 人的感觉 温度计 等 但是无论通过什么方式 实验成功的关键是让反应快速进行 从而在较短的时间内使体系温度得到明显的下降 答案 1 使反应物迅速混合而充分反应 使温度迅速下降 2 药品用量太少 ba oh 2 8h2o晶体未研成粉末 反应太慢 没有迅速搅拌 环境温度太高 玻璃片上加水太多 氢氧化钡晶体失水等 3 用皮肤感受 感觉很凉 用温度计来检验 发现温度降低 4 水排开了烧杯底部与玻璃片之间的空气 在大气压的作用下 烧杯与玻璃片黏在一起了 5 看玻璃片能否从侧面相对滑动 若不能 则是由于 结冰 而黏在一起的 名师点睛 ba oh 2 8h2o与nh4cl反应实验应注意的问题 1 注意药品的用量 因为反应物越多 吸收的热量越多 温度降低得越快 所以该反应所用药品的量不能少于教材中提供的药品用量 ba oh 2 8h2o20g nh4cl10g 2 注意器材的选择 烧杯以选择100ml规格的为宜 对于玻璃片应该选择质量轻 面积和烧杯底部吻合 比烧杯底面积稍大 的 最好选用薄的毛玻璃 3 注意正确的操作 玻璃片上铺水要均匀 搅拌要快 要稳 变式应用 3 50ml0 50mol l 1盐酸与50ml0 55mol l 1naoh溶液在如右图所示的装置中进行中和反应 通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热 回答下列问题 1 从实验装置上看 图中尚缺少的一种玻璃仪器是 2 烧杯间填满碎泡沫塑料的作用是 3 大烧杯上如不盖硬纸板 求得的中和热数值 填 偏大 偏小 或 无影响 4 实验中改用60ml0 50mol l 1盐酸跟50ml0 55mol l 1naoh溶液进行反应 与上述实验相比 所放出的热量 填 相等 或 不相等 所求中和热 填 相等 或 不相等 简述理由 5 用相同浓度和体积的氨水代替naoh溶液进行上述实验 测得的中和热的数值会 填 偏大 偏小 或 无影响 下同 用50ml0 50mol l 1naoh溶液进行上述实验 测得的中和热的数值会 解析 1 本实验成功的关键是准确测量反应后的温度 因此所用装置必须保温 绝热且可使体系温度尽快达到一致 故缺少的仪器为环形玻璃搅拌棒 2 碎泡沫塑料的作用是减少实验过程中的热量损失 3 不盖硬纸板会损失热量 故所测结果偏小 4 中和反应放出的热量跟生成h2o的物质的量有关 而中和热是指酸跟碱的稀溶液生成1molh2o时放出的热量 与酸碱的用量无关 必须换算成生成1molh2o时所放出的热量 5 弱碱与酸反应时 弱碱电离需吸热 用50ml0 50mol l 1naoh溶液进行上述实验 碱不能使盐酸反应充分 因此这两种情况下放出的热量均减小 故测得的中和热的数值均偏小 答案 1 环形玻璃搅拌棒 2 减少实验过程中的热量损失 3 偏小 4 不相等相等中和热是指酸碱发生中和反应生成1molh2o所放出的热量 与酸碱的用量无关 5 偏小偏小 水平测试 1 下列说法正确的是 a 化学反应中的能量变化都表现为热量的变化b 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应c 放热反应在常温下一定很容易发生d 反应是吸热还是放热必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小 解析 化学反应中的能量变化除了以热能的形式表现外 还有电能等 故a选项错误 判断某化学反应为吸热反应还是放热反应不应根据是否加热 如fe与硫粉在常温下不能反应 必须加热后方可反应 但该反应是放热的 b c选项错误 答案 d 2 铝片与盐酸的反应属于 a 吸热反应 b 放热反应 c 既是吸热反应 又是放热反应 d 都不是 b 3 人类对于能源的利用大致可以分为三个阶段 柴草时期 化石能源时期 多能源结构时期 以下说法正确的是 a 原始社会人类学会利用火 他们用天然气取暖 吃熟食 从事生产活动b 目前我国广大农村生活做饭使用的都是化石燃料c 多能源结构时期指的是新能源时代 广泛使用的能源包括核能 太阳能 氢能d 化石燃料的燃烧没有污染 解析 原始人是钻木取火 主要燃料是木柴等 直到现在 我国广大农村依然主要靠植物的秸秆 木柴等做饭 a b两项错误 化石燃料燃烧会产生so2及大量的co2 使目前的酸雨 温室效应等环境问题越来越严重 答案 c 4 已知断开1molh h键吸收的能量为436kj 形成1molh n键放出的能量为391kj 根据化学方程式n2 3h22nh3 反应完1moln2放出的能量为92 4kj 则断开1molnn键需吸收的能量是 a 431kjb 945 6kjc 649kjd 869kj 解析 设断开1molnn键需吸收的能量为x 根据反应放出的能量 形成新键放出的能量 断开旧键吸收的能量 代入数据 92 4kj 6 391kj 3 436kj x x 945 6kj 答案 b 5 下列能源是通过化学反应产生的是 a 太阳能b 潮汐能c 风能d 氢气燃烧产生的热能 d 6 在一定条件下a与b反应可生成c和d 其能量变化如下图 1 若e1 e2 反应体系的总能量 填 升高 或 降低 为 填 吸热 或 放热 反应 2 若e1 e2 反应体系的总能量 填 升高 或 降低 为 填 吸热 或 放热 反应 其原因是 降低 放热 升高 吸热 反应物从环境中吸收能量 能力提升 7 双选题 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石墨完全转化成金刚石时 要吸收ekj能量 下列说法正确的是