化学能与热能

第二章第一节

化学反应与热能能源与人类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。能源、材料，信息被称为现代社会发展的三大支柱2、化学反应的本质是什么？知识回顾化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。1、什么是化学键？使离子相结合或原子相结合的强烈的作用力。统称为化学键。一、化学键与化学反应中能量变化的关系1、化学键的断裂和形成与化学反应中能量的变化2HH—HCl—ClH2Cl22HCl断开1molH－H键要吸收436J的能量。断开1molCl—Cl键要吸收247J的能量。2Cl2H—Cl形成2molH—Cl键要放出2×431J的能量。在反应H2Cl2＝2HCl中，已知H－H键能为436J/mol，Cl－Cl键能为247J/mol，H－Cl键能为431J/mol，判断该反应是反应放热则1化学键断裂时需要吸收能量。吸收总能量为：436J＋247J＝683J，2化学键形成时需要释放能量。释放总能量为：431J＋431J＝862J，3反应中放出的热量的计算：862J—683J=179J化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。思考与总结1、化学反应中能量变化的主要原因是什么？2、化学反应中能量变化与化学键的关系是什么呢？化学反应中是吸收能量还是放出能量要看断键时吸收的能量多还是成键时放出能量得多。2、化学反应中能量变化的原因（1）从化学反应的本质角度考虑微观）断键吸收的总能量<成键放出的总能量在化学反应中:断键吸收的总能量>成键放出的总能量化学反应放出能量化学反应吸收能量放出484J的能量试计算2H2O2===2H2O，求2molH2和1molO2生成2molH2O的能量变化。已知H与H键能是436J/mol，O与O键能是496J/mol，H与O键能是463J/mol通常，键能愈大，键愈牢固，由该键构成的分子也愈稳定,该分子本身所具有的能量就愈低。，298条件下，断开1molAB为A、B时过程的焓变（即能量的变化），称为A-B键的键能。水由高处向低处流要释放能量（势能转换为动能）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（2）从物质总能量的角度考虑（宏观）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）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反应物的能量之和E反生成物的能量之和E生（1）若E反>E生，（2）若E反<E生，放出能量吸收能量放热反应吸热反应E反=E生/-E热（2）从物质总能量的角度考虑宏观）规律小结断键吸收总能量<成键放出总能量断键吸收总能量>成键放出总能量反应物的总能量>生成物的总能量反应物的总能量<生成物的总能量反应放出能量反应吸收能量化学反应中能量变化原因（1）宏观：化学反应中，化学反应中能量变化主要取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相对大小。（2）微观：化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。二、化学能与热能的相互转化●质量守恒定律●能量守恒定律●化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化。●热量的变化：吸热和放热怎样设计实验来了解反应中的热量变化情况？下面我们一起通过实验来认识和感受一下化学能与热能的相互转化！铝片与盐酸的反应在一支试管中加入2-3mL６mol/L的盐酸，再插入用砂纸打磨光的铝条，观察现象，并用温度计测量溶液温度的变化。现象结论铝与盐酸反应，放出大量气泡，温度升高该反应是放热反应：BaOH2·8H2O与NH4Cl的反应现象结论1、玻璃片（小木板）会与小烧杯粘结在一起2、有水生成3、有少许刺激性气味气体产生该反应是吸热反应BaOH2·8H2O2NH4Cl＝BaCl22NH310H2O盐酸温度/℃NaOH溶液温度/℃中和反应后温度/℃结论：中和反应是放热反应。实质：HOH－＝H2O反应后温度升高室温室温中和热：强酸与强碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热实验探究２－３盐酸与氢氧化钠溶液反应，观察反应中溶液温度的变化。中和热测定的实验装置思考与交流：在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？50mL氢氧化钠溶液在下图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。（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（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，最好用移液管如右图所示，把试管放入盛有25℃时饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管滴入5mL盐酸于试管中试回答下列问题：1实验中观察到的现象是_________________________________________________;2产生上述现象的原因是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________;3写出有关反应的离子方程式______________________4由实验推知，MgCl2溶液和H2的总能量________填“大于”、“小于”、“等于”镁片和盐酸的总能量①镁片上有大量气泡产生；②镁片逐渐溶解；③烧杯中析出晶体镁与盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，CaOH2在水中的溶解度随温度升高而减小，故析出CaOH2晶体小于Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑常见的放热反应和吸热反应放热反应●所有燃烧●中和反应●溶液里的置换（金属与酸、水）●一般的化合反应●特殊的分解（H2O2的分解）●物质的缓慢氧化吸热反应●电离、水解●强碱与铵盐●H2、C、CO还原金属氧化物●一般的分解●特殊的化合CCO2●多数铵盐溶于水三、化学能的应用利用热量进行生活、生产和科研。利用热能使很多化学反应得以发生。如：《科学视野·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，最终产物一样（都是二氧化碳和水），都是放热反应，所放出的能量也相等。只是二者反应条件不同。【自主学习】启示：生物化学过程在利用“能源”上更为合理、有效。科学视野人类利用能源的三个阶段1、柴草时期：以树枝杂草为主要能源2、化石能源时期：以煤、石油、天然气为主要能源3、多能源结构时期：可再生能源、清洁能源补充：反应热1、定义：在化学反应过程中放出或吸收的热量符号：△H单位：J/mol△H<0表示放热反应△H>0表示吸热反应2、计算方法：反应物的总能量减去生成物的总能量所得的数值3、分类：①燃烧热，②中和热3、分类：①燃烧热，②中和热①燃烧热在101ol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量叫做该物质的燃烧热②中和热在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1mol水所释放的热量叫中和热。中和反应，燃烧反应均为放热反应1、当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要；而形成生成物中的化学键要。一个化学反应是释放能量还是吸收能量取决于。吸收能量放出能量反应物总能量与生成物总能量的相对大小课堂练习：2、若反应物的总能量>生成物的总能量，化学反应能量。若反应物的总能量<生成物的总能量，化学反应能量。放出吸收3、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________________________________________________时，有部分能