高中化学 第2章 化学反应与能量 第1节 化学能与热能课件 新人教版必修2.pptVIP

成才之路 化学 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 必修 化学反应与能量 第二章 化学变化与生产 生活息息相关 化学变化过程中往往伴随有能量的变化 这些能量的变化往往以热量的形式表现出来 我们研究化学反应中的热效应 对化工生产有着重要的意义 化工设备中热交换器 余热锅炉 热风炉等都是为了综合利用热效应 提高产品产率 降低成本 创造效益 因此 研究化学反应中的反应热 对化工生产适宜条件的选择和设备设计以及对热能的合理利用都有重要意义 能源作为一种商品与国家战略 全球政治和实力紧密地交织在一起 能源问题是涉及人类生活和世界发展的社会热点 随着社会的发展和人们生活水平的提高 对能源的需求量越来越大 而它对周围的环境也产生越来越大的影响 在能源日趋紧张的今天 研究化学反应的反应热 如燃烧热 中和热等 对充分利用能源 提高能源利用率将有十分重要的意义 电能是现代社会中应用最广泛 使用最方便 污染最小的一种二次能源 形形色色的各种电池 如干电池 燃料电池等 在工业生产 国家建设和日常生活中都有着广泛的应用 这些电池都是将化学能转变成电能的装置 我们知道 化学反应往往需要在一定的条件下进行 例如 h2和n2化合生成nh3的反应 就需要在高温 高压和有催化剂存在的条件下进行 又如 从理论上讲 no和co可以反应生成co2和n2 但是在没有催化剂存在时 这个反应的速率非常小 否则 汽车尾气中的这两种有毒气体在排放前就进行反应 可以大大改善汽车尾气对大气造成的污染 但实际上 这个美好的愿望目前还未能顺利实现 可见 研究化学反应的条件对日常生活 工农业生产和科学研究等具有重要的意义 为什么一个反应的进行需要这样或那样的条件呢 这就要从以下两个方面来认识 一个是反应进行的快慢 即化学反应速率问题 一个是反应进行的程度 也就是化学反应限度而题 这两个问题不仅是今后学习化学所必需的基础理论知识 也是选择化工生产适宜条件时所必须遵循的化学变化规律 在本章里 我们将学习化学反应速率和化学平衡的有关知识 然后将运用化学反应速率和化学平衡等有关理论 分析一些简单的化工生产的实际问题 第一节化学能与热能 第二章 700多年前 著名的意大利旅行家马克 波罗到过中国 看见中国人烧煤炼铁 这是他生平第一次看到煤做燃料 马克 波罗在他的游记里记载了这件新鲜事 书中写到 中国有一种黑色石头 能燃烧 着起火来像火柴一样 而且终夜不灭 现代科学可以这样解释 煤中含有大量的碳 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 请随我一起走进教材第二章第一节 化学能与热能 学习目标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 新知预习1 化学反应过程包括化学键的 吸收能量 和化学键的 放出热量 所以化学反应在发生物质变化的同时必定伴随着 变化 2 对于繁多 复杂的化学反应 人们从不同的角度可以有不同分类 1 从反应的形式上可以分为 四种基本反应类型 2 从反应进行的程度分为 与 3 从反应过程是否存在电子的得失或转移分为 和 4 从能量的变化来看有 与 破坏 形成 能量 化合 分解 置换 复分解 可逆反应 不可逆反应 氧化还原反应 非氧化还原反应 吸热反应 放热反应 3 吸热反应和放热反应 1 吸热反应和放热反应放热反应 的化学反应 吸热反应 的化学反应 2 中和热酸与碱发生中和反应生成 时所释放的热量 4 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 创造新物质不可缺少的条件和途径 放出热量 吸收热量 盐和水 化学能 热能 热能 化学能 5 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 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 3 多能源结构时期以可再生能源和清洁能源 能源 为主要能源 主要包括 等 树枝 杂草 煤 石油 天然气 绿色 太阳能 氢能 核能 生物质能 地壳地表能 自主探究1 化学反应中为什么会有能量变化 提示 在化学反应中 从反应物分子转变为生成物分子 各原子内部并没有发生变化 但原子间的结合方式发生了改变 在这个过程中 反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏 生成物分子中的化学键形成 实验证明 在破坏旧化学键时 需要能量来克服原子间的相互作用 在形成新化学键时 由于原子间的相互作用而放出能量 化学反应的能量就来源于旧化学键的破坏和新化学键的形成所发生的能量变化 2 研究化学反应中的能量变化有什么意义 提示 人类研究利用化学反应 有时是为了获取所需要的物质 有时是为了利用化学反应中释放的能量 人类所需能量的主要来源是煤 石油 天然气等化石燃料的燃烧 这些能源的开发利用带来了很多弊端 如 煤的开采造成地面塌陷 煤的燃烧产生有毒气体和烟尘 对环境造成严重污染 而且化石燃料不可再生 储量都极其有限 因而节能是国民经济建设中一项长期的战略任务 最有希望的是新能源的开发 太阳能 燃料电池 风能 氢能 生物能 地热能 海洋能等 这些新能源的特点 资源丰富 可以再生 对环境没污染或污染很轻 教材点拨1 化学反应中能量变化的原因妙招巧记 化学反应中的能量变化化学反应有能量 放热吸热两方面 反应物的能量高 放出热量是必然 化学键与化学反应中能量变化的关系 2 化学键与化学反应中能量变化的关系 1 反应吸收能量 反应物中化学键断裂时所吸收的能量 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 断裂旧化学键吸收的总能量 3 从物质储存化学能的角度来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或放出能量可形象地表示如下 温馨提示 物质具有的能量越低越稳定 参加反应时 化学键断裂时吸收的能量就越多 而新化学键形成时放出的能量也越多 同样 物质具有的能量越高越不稳定 参加反应时化学键断裂所需的能量就越低 而形成该物质时 放出的能量就越少 4 利用化学键计算化学反应中的能量变化 1 化学反应中的能量变化的主要原因化学反应中的能量变化的主要原因是化学键的断裂和形成 2 化学键的特点同一个化学键断裂时吸收的能量和形成时放出的能量相等 3 计算公式的推导以h2 cl2 2hcl为例 图示分析 计算分析 温馨提示 计算公式的说明 1 若反应物分子断裂时吸收的总能量 生成物分子成键时放出的总能量 即反应吸收的热量多 属于吸热反应 此时 q 0 2 若反应物分子断裂时吸收的总能量 生成物分子成键时放出的总能量 即反应放出的热量多 属于放热反应 此时 q 0 2015 高考北京卷 最新报道 科学家首次用x射线激光技术观察到co与o在催化剂表面形成化学键的过程 反应过程的示意图如下 下列说法中正确的是 a co和o生成co2是吸热反应b 在该过程中 co断键形成c和oc co和o生成了具有极性共价键的co2d 状态 状态 表示co与o2反应的过程 典例透析 解析 根据能量 反应过程的图像知 状态 的能量高于状态 的能量 故该过程是放热反应 a错误 根据状态 可以看出整个过程中co中的c和o形成的化学键没有断裂 故b错误 由图 可知 生成物是co2 具有极性共价键 故c正确 状态 状态 表示co与o反应的过程 故d错误 答案 c 2015 湖南省浏阳一中高一下学期月考 工业合成氨的反应n2 3h2 2nh3的能量变化如图所示 请回答有关问题 1 合成1molnh3 l 填 吸收 放出 kj的热量 2 已知 拆开1molh h键 1moln h键 1moln n键分别需要的能量是436kj 391kj 946kj 则上图中的a kj 1moln2 g 完全反应生成nh3 g 产生的能量变化为 kj 3 推测反应2nh3 l 2n2 g 3h2 g 比反应2nh3 g 2n2 g 3h2 g 填 吸收 放出 的热量 填 多 少 解析 1 分析能量变化图 反应物的能量和大于生成物的能量和 反应放热 合成1molnh3 l 时放出 b c a kj的热量 2 图中的a为断裂旧键吸收的能量 946 1 2 436 3 2 1127kj 从化学键角度计算化学反应的能量变化 h 反应物的键能之和 生成物的键能之和 946 3 436 6 391 92 3 逆反应为吸热反应 结合图像 前者吸收的热量比后者多ckj 答案 1 放出b c a 2 112792 3 吸收多 2015 山东省潍坊市五县高一下学期期中 以下叙述错误的是 a 氢气与氯气反应后 体系的能量降低b 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应c 若生成物的总能量高于反应物的总能量 则反应过程吸收能量d 化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成 解析 a 氢气与氯气反应是化合反应属于放热反应 故体系能量降低 a正确 b 吸热反应不一定需要加热 例如 ba oh 2 8h2o和nh4cl反应 不需要加热 但却是吸热反应 故b错误 c 若生成物的总能量高于反应物的总能量 则反应过程吸收能量 若反应物的总能量高于生成物的总能量 则反应过程放出能量 故c正确 d 化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成 d正确 此题选b 答案 b 2015 江西省九江市彭泽县二中高一下学期期中 氢气在氯气中燃烧产生苍白色火焰 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 解析 反应热等于断键吸收的能量与形成化学键放出的能量的差值 氢气在氯气中燃烧放热 则q1 q2 2q3 0 答案选b 答案 b 教材点拨1 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 转化的途径和能量形式可以不同 但是体系包含的总能量不变 这就是 能量守恒定律 1 化学能可以转化为其他形式的能量 如热能 电能等 在转化时 遵循能量守恒定律 2 初中学过的 质量守恒定律 与 能量守恒定律 是两条基本的自然定律 化学能与热能的相互转化 2 吸热反应与放热反应 1 两种反应的区别 2 化学反应与能量转化的关系 可用图示表示如下 温馨提示 1 三个不一定 需加热才能发生的反应不一定是吸热反应 如碳和氧气的反应 放热反应常温下不一定容易发生 如铝热反应 吸热反应也不一定需要加热 如ba oh 2 8h2o晶体和nh4cl晶体的反应 2 吸热反应和放热反应都是化学反应 如naoh固体溶于水是放热过程 但不是放热反应 如升华 蒸发等过程是吸热过程 但不是吸热反应 3 放热反应与吸热反应的几个实验探究活动 探究活动1 铝与盐酸的反应实验步骤 在一支试管中加入2 3ml6mol l 1的盐酸 向含有盐酸的试管中插入用砂纸打磨光的铝条 实验现象 开始时反应进行缓慢 产生少量气泡 过一会儿反应逐渐加快 气泡增多 试管发热 温度计液面明显升高 试管温度上升 结论 铝与盐酸反应的过程中放出热量 该反应属于放热反应 化学方程式为 2al 6hcl 2alcl3 3h2 探究活动2 ba oh 2 8h2o与nh4cl晶体的反应实验步骤 将约20gba oh 2 8h2o晶体研细后与约10gnh4cl晶体一起放入烧杯中 并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片上 用玻璃棒快速搅拌 闻气味 用手触摸杯壁下部 试着用手拿起烧杯 观察现象 实验现象及结论 形成1molh2o中的共价键即2molh o键时要释放930kj的能量 则e吸 436kj 249kj 685kj e放 930kj e吸 e放 所以推知h2的燃烧反应是一个放热反应 这也是用h2作能源材料的主要原因 2 从物质本身所具有的能量角度 各种物质所具有的能量不同 若发生化学反应时 反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量 那么有一部分能量就会以热能形式释放出来 这就是放热反应 若反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量 在发生化学反应时 反应物需吸收一定的能量才能转化成生成物 这就是吸热反应 4 化学能与热能相互转化的意义 1 化学物质中的化学能通过化学反应转化成热能 提供了人类生存和发展所需要的能量和动力 2 热能转化为化学能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 5 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 目前 最有希望的新能源是太阳能 风能与氢能等 这些新能源的特点是资源丰富 可再生 对环境没有污染或污染少 2015 陕西省三原北城中学高一下学期月考 已知反应x y m n为吸热反应 对这个反应的下列说法中正确的是 a x的能量一定低于m的 y的能量一定低于n的b 因为该反应为吸热反应 故一定要加热 反应才能进行c 破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量d x和y的总能量一定低于m和n的总能量 典例透析 解析 吸热反应中反应物的总能量 生成物的总能量 不能单指某一种反应物与某一种生成物的能量大小 a错误 d正确 吸热反应不一定必须加热才能发生 b错误 从微观角度解释 吸热反应中破坏反应物中的化学键所吸收的能量大于形成生成物中化学键所放出的能量 c错误 答案 d 答案 d 1 2015 广东省东莞市莞美学校高一下学期月考 下列说法正确的是 a 化学反应未必伴随能量变化b 放热反应全部不需要加热即可发生c 需要加热条件的化学反应都是吸热反应d 化学变化中的能量变化主要由化学键变化引起的 解析 化学反应过程中必然伴随有能量变化 而化学反应可以分为旧键断裂和新键形成两个过程 前者吸热 后者放热 化学反应的吸放热取决于两个过程的热量多少 答案 d 2 2015 广东省汕头市南澳中学高一下学期期中 下列反应既属于氧化还原反应 又是吸热反应的是 a 锌粒与稀硫酸的反应b 灼热的木炭与co2的反应c 甲烷在空气中燃烧的反应d ba oh 2 8h2o晶体与nh4cl晶体的反应 解析 凡是有化合价升降的反应均是氧化还原反应 则a 锌粒与稀硫酸的反应是放热反应 也是氧化还原反应 b 灼热的木炭与co2的反应是吸热反应 也是氧化还原反应 c 甲烷在空气中燃烧的反应是放热反应 也是氧化还原反应 d ba oh 2 8h2o晶体与nh4cl晶体的反应是吸热反应 但不是氧化还原反应 答案选b 答案 b 3 2015 辽宁师大附中高一下学期月考 下列图示变化为吸热反应的是 解析 吸热反应是反应物的总能量小于生成物的总能量的化学反应 a图符合 属于吸热反应 正确 b 反应物的总能量大于生成物的总能量 所以是放热反应 错误 c 浓硫酸的稀释不是化学反应 且为放热过程 错误 d 锌与稀盐酸的反应是放热反应 错误 答案选a 答案 a 解析 放热反应中反应物总能量大于生成物总能量 该反应为放