《化学能与热能》

1、第二章 化学反应与能量,第一节 化学能与热能,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。 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。,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。,16.6%,2.1%,5.1%,76.2%,我国化石燃料和水电能源消耗构成图,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

2、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？,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,、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。,H2 + Cl2 = 2HCl,HH,Cl Cl,HCl,断开,断开,点燃,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

3、形成的过程。,形成,、化学反应中能量变化的主要原因,H2 + Cl2 = 2HCl,HH,Cl Cl,HCl,吸收能量,断开,断开,吸收能量,形成,放出能量,点燃,化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。,. 从化学键的观点来分析能量的变化,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,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？,实验测得，在25,101KPa条件下，将1molH2(H-H

4、)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,某些键的键能(kJ/mol),对于某个确定的化学反应，如何判断它是放出能量还是吸收能量呢？,键能越大,含该键的分子越稳定,化学键越牢固,在反应H2 + Cl2 2HCl中，已知 HH 键能为436kJ，ClCl键能为247kJ， HCl键能为431kJ，判断该反应是 反应,放热,课堂练习一,则(1)化学键断裂时需要吸收能量。吸收总能量为：436kJ247kJ683 kJ， (2)化学键形成时需要释放能量。释放总能量为：431kJ431kJ862

5、kJ， (3)反应中放出的热量的计算： 862kJ683kJ=179kJ,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）,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,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）,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,反应物的总能量高,生成物的总能量低,生成物的总能量高,反应物的总能量低,放热反应,吸热反应,反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量,生成物的总

6、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,小结：,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。,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,Q0为放热反应,Q0为吸热反应,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， 总能量保

7、持不变。,2、吸热反应和放热反应,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,（1）放热反应,（2）吸热反应,小结：,规律：,练习：,1、在化学反应中，断裂化学键需要_，形成化学键要_。化学反应是吸热反应还是放热反应决定于_,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、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？,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

8、发生。,如：,小结：,实验,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？,思考与讨论：,实验记录：,有气泡冒出，溶液的温度明显升高。,铝与盐酸反应的过程放出热量。,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,【课堂小结】,问题探究,整个反应过程（放出/吸收） kJ热量,1368,1852,放出484,2、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中， 破坏1molHH键

9、消耗的能量为Q1kJ， 破坏1molO = O键消耗的能量为Q2kJ， 形成1molHO键释放的能量为Q3kJ。 下列关系式中正确的是（ ） A. 2Q1 + Q2 4Q3 B. 2Q1 + Q2 4Q3 C. Q1 + Q2 Q3 D. Q1 + Q2 = Q3,B,化学反应,热能,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。,获取能量,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） 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

10、,吸热反应,C+CO2 H2+CuO C+H2O Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl CaCO3高温分解 大部分分解反应 多数铵盐溶于水,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,人类文明史,引出,燃烧充分燃烧,化石 燃料 合理 利用,新技术的开发,化学反应中的能量变化,能源的利用反映着人类进步,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。,1、下列说法正确的是（ ） 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

11、热 D.吸热反应在一定条件下才能发生反应,CD,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.,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,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。,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

12、热反应的是，吸热反应的是。 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。,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C

13、H4+2O2CO2+2H2O;水分解的化学方程式为2H2O = 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。,点燃,通电,实验2,有刺激性气味气体产生；玻璃片上的水结成冰，玻璃片与烧杯底被冰粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉。,Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应的过程吸收热量。,化学反应方程式： Ba(OH)28H2O+2NH4Cl=BaC

14、l2+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,思考：,酸与碱的中和反应是吸热反应还是放热反应？,实验3,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 ,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：,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。,思考与交流：,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,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：nCV,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,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 反应物的浓度和体积取定值； 测量反应前后的温度值； 做平行实验取平均值。二是尽量减小实验误差，