第一節(jié)化學(xué)能與熱能

1、第一節(jié)第一節(jié) 化學(xué)能與熱能化學(xué)能與熱能 高一年級高一年級 化學(xué)化學(xué)2 第二章第二章 化學(xué)反應(yīng)與能量化學(xué)反應(yīng)與能量 化學(xué)能與熱能化學(xué)能與熱能 燃料電池汽車燃料電池汽車 化學(xué)變化的特征化學(xué)變化的特征: : 化學(xué)變化中除有新物質(zhì)生成外，?；瘜W(xué)變化中除有新物質(zhì)生成外，常 伴隨著伴隨著放熱、發(fā)光放熱、發(fā)光、變色、放出氣體、變色、放出氣體、 生成沉淀等現(xiàn)象發(fā)生。生成沉淀等現(xiàn)象發(fā)生。 利用化學(xué)反應(yīng)：利用化學(xué)反應(yīng)： 一是制取新物質(zhì)；一是制取新物質(zhì)； 二是利用反應(yīng)中的能量二是利用反應(yīng)中的能量. 煤、石油和天然氣等化石燃料或它們的制品的煤、石油和天然氣等化石燃料或它們的制品的 燃燒所產(chǎn)生的熱能從何而來？石灰石經(jīng)高

2、溫煅燒燃燒所產(chǎn)生的熱能從何而來？石灰石經(jīng)高溫煅燒 生成生石灰，高溫提供的熱能在分解反應(yīng)中起什生成生石灰，高溫提供的熱能在分解反應(yīng)中起什 么作用？么作用？ 探究：探究： 用化學(xué)鍵的觀點來分析化學(xué)反應(yīng)的用化學(xué)鍵的觀點來分析化學(xué)反應(yīng)的 本質(zhì)過程是什么？本質(zhì)過程是什么？ 一個化學(xué)反應(yīng)的的過程，本質(zhì)上就是一個化學(xué)反應(yīng)的的過程，本質(zhì)上就是 舊化學(xué)鍵斷裂舊化學(xué)鍵斷裂和和新化學(xué)鍵形成新化學(xué)鍵形成的過程。的過程。 吸收能量吸收能量放出能量放出能量 現(xiàn)象現(xiàn)象: 一、一、化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系 1 1、當物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，斷開反應(yīng)物中、當物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，斷開反應(yīng)物中

3、的化學(xué)鍵要的化學(xué)鍵要吸收能量吸收能量；而形成生成物中的化；而形成生成物中的化 學(xué)鍵要學(xué)鍵要放出能量放出能量。 化學(xué)鍵的化學(xué)鍵的斷裂和形成斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能是化學(xué)反應(yīng)中能 量變化的主要原因。量變化的主要原因。 例如：例如：1mol h1mol h2 2中含有中含有1molh1molhh h， 斷開斷開1molhh變?yōu)樽優(yōu)閔原子要吸收原子要吸收436kj的能量。的能量。 由由h h原子形成原子形成1molh1molhh h要要放出放出436kj436kj的能量。的能量。 2 2、一個化學(xué)反應(yīng)吸收能量還是放出能、一個化學(xué)反應(yīng)吸收能量還是放出能 量是由什么決定的呢？量是由什么決定的呢？ a.決定

4、決定吸收總能量吸收總能量和和放出總能量放出總能量的相對大小的相對大小 1 1 、在反應(yīng)在反應(yīng)h h2 2 + cl + cl2 2 2hcl2hcl中，已知中，已知h hh h鍵能鍵能 為為436kj436kj，clclclcl鍵能為鍵能為247kj247kj，h hclcl鍵能為鍵能為 431kj431kj，判斷該反應(yīng)是，判斷該反應(yīng)是（ ） a. a. 吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng) b. b. 放熱反應(yīng)放熱反應(yīng) c. c. 吸收吸收179kj179kj熱量熱量 d.d.放出放出179kj179kj熱量熱量 bd 反應(yīng)物總鍵能反應(yīng)物總鍵能生成物總鍵能生成物總鍵能 小組討論小組討論 ： 吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)中

5、，反應(yīng)物本吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)中，反應(yīng)物本 身所具有的能量和生成物身所具有的能量和生成物本身所具本身所具 有的能量有的能量之間的大小關(guān)系分別如何？之間的大小關(guān)系分別如何？ （提示：可從能量守恒角度分析）（提示：可從能量守恒角度分析） ee（反應(yīng)物）（反應(yīng)物）ee（生成物）（生成物）放出能量放出能量 ee（反應(yīng)物）（反應(yīng)物）ee（生成物）（生成物）吸收能量吸收能量 反應(yīng)物的能量之和反應(yīng)物的能量之和 e反 反 生成物的能量之和生成物的能量之和 e生 生 （1）若）若e反 反 e生生，放出能量。 ，放出能量。 （2）若）若e反 反 e生生，吸收能量。 ，吸收能量。 b. 決定于反應(yīng)物的總能量與生成物的

6、總能決定于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能 量的相對大小。量的相對大小。(化學(xué)能化學(xué)能） 12g石墨石墨與與o2反應(yīng)生成反應(yīng)生成co2放出放出393.51kj熱量；熱量； 12g金剛石金剛石與與o2反應(yīng)生成反應(yīng)生成co2放出放出395.41kj熱量，熱量， 試比較試比較,石墨與金剛石哪個能量高？哪個穩(wěn)定？石墨與金剛石哪個能量高？哪個穩(wěn)定？ 比較相同狀態(tài)、相同數(shù)量的金剛石和比較相同狀態(tài)、相同數(shù)量的金剛石和 石墨，與石墨，與o2完全反應(yīng)，生成相同狀態(tài)、完全反應(yīng)，生成相同狀態(tài)、 相同數(shù)量的相同數(shù)量的co2，金剛石釋放出的熱量，金剛石釋放出的熱量 更多，說明更多，說明金剛石具有的總能量高，金剛石具有的總能

7、量高， 不穩(wěn)定不穩(wěn)定 例題：例題： 1在在25 ，101 kpa下，下，1 mol的白磷（化學(xué)的白磷（化學(xué) 式為式為p4）完全燃燒放出的熱量比）完全燃燒放出的熱量比4 mol的紅磷的紅磷 （化學(xué)式為（化學(xué)式為p）完全燃燒放出的熱量多由此判斷，）完全燃燒放出的熱量多由此判斷， 下列說法正確的是下列說法正確的是（ ） a由紅磷轉(zhuǎn)化為白磷是吸熱反應(yīng)，等質(zhì)量時由紅磷轉(zhuǎn)化為白磷是吸熱反應(yīng)，等質(zhì)量時 紅磷能量比白磷高紅磷能量比白磷高 b由紅磷轉(zhuǎn)化為白磷是放熱反應(yīng)，等質(zhì)量時由紅磷轉(zhuǎn)化為白磷是放熱反應(yīng)，等質(zhì)量時 紅磷能量比白磷低紅磷能量比白磷低 c由紅磷轉(zhuǎn)化為白磷是放熱反應(yīng)，等質(zhì)量時由紅磷轉(zhuǎn)化為白磷是放熱反應(yīng)

8、，等質(zhì)量時 紅磷能量比白磷高紅磷能量比白磷高 d由紅磷轉(zhuǎn)化為白磷是吸熱反應(yīng)，等質(zhì)量時由紅磷轉(zhuǎn)化為白磷是吸熱反應(yīng)，等質(zhì)量時 紅磷能量比白磷低紅磷能量比白磷低 d d 二、化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化二、化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化 1 1、能量守恒定律：一種能量可以轉(zhuǎn)化、能量守恒定律：一種能量可以轉(zhuǎn)化 為另一種能量，總能量保持不變。為另一種能量，總能量保持不變。 2 2、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，通常表現(xiàn)為、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，通常表現(xiàn)為 熱量的變化熱量的變化吸熱或放熱吸熱或放熱。 實驗實驗2 21 1 現(xiàn)象現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論 鋁與鹽酸反應(yīng)，放出大量氣泡，鋁與鹽酸反應(yīng)，放出大量氣泡， 溫度升高溫度升高 該反應(yīng)是放熱

9、該反應(yīng)是放熱 反應(yīng)反應(yīng) 實驗實驗2 22 2 現(xiàn)象：現(xiàn)象：1 1、玻璃片（小木板）會與小燒杯粘、玻璃片（小木板）會與小燒杯粘 結(jié)在一起結(jié)在一起 2 2、有少許刺激性氣味氣體產(chǎn)生、有少許刺激性氣味氣體產(chǎn)生 3 3、有水生成、有水生成 ba(oh)2 8h2o + 2nh4clbacl2 +2nh3 +10h2o 玻璃棒的作用：玻璃棒的作用：攪拌，使混合物充分接觸攪拌，使混合物充分接觸 反應(yīng)物成糊狀的原因：反應(yīng)物成糊狀的原因：結(jié)冰粘結(jié)結(jié)冰粘結(jié) 結(jié)論：該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)結(jié)論：該反應(yīng)是吸熱反應(yīng) 實驗實驗23 鹽酸溫度鹽酸溫度/ naoh溶液溫度溶液溫度/ 中和反應(yīng)后溫度中和反應(yīng)后溫度/ 結(jié)論：中和反應(yīng)是

10、放熱反應(yīng)。結(jié)論：中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)。 實質(zhì)：實質(zhì)：h+ + oh h2o 反應(yīng)后溫度升高反應(yīng)后溫度升高室溫室溫室溫室溫 中和熱：酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成中和熱：酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molh1molh2 2o o 時所釋放的熱量稱為中和熱時所釋放的熱量稱為中和熱 思考與交流：思考與交流： 在設(shè)計實驗裝置和操作時應(yīng)該注意哪在設(shè)計實驗裝置和操作時應(yīng)該注意哪 些問題？些問題？ （1）用隔熱裝置，盡量減少熱量散失；）用隔熱裝置，盡量減少熱量散失； 實驗裝置實驗裝置 實驗用品實驗用品 大燒杯（大燒杯（500 ml500 ml）、小燒杯（）、小燒杯（100 100 mlml） 溫度計、量筒（溫度計、量筒（

11、50 ml50 ml）兩個、泡沫）兩個、泡沫 塑料塑料 或紙條、泡沫塑料板或硬紙板或紙條、泡沫塑料板或硬紙板 （中心有兩個小孔）、（中心有兩個小孔）、環(huán)形玻璃攪拌棒環(huán)形玻璃攪拌棒。 0.50 mol/l 0.50 mol/l 鹽酸、鹽酸、0.55 mol/l0.55 mol/l naoh naoh溶溶 液液 q =（v酸 酸酸酸 v堿 堿堿堿） ）c（t2t1） 已知已知 v酸 酸=v堿堿=50 ml。 。 酸 酸=堿堿=1 g/cm3 c=4.18 j/（g） q = 0.418（t2t1）kj 思考：上式思考：上式q是中和熱嗎？為什么？是中和熱嗎？為什么？ 該反應(yīng)的中和熱應(yīng)怎樣表示呢？該反

12、應(yīng)的中和熱應(yīng)怎樣表示呢？ 0.418 （t2t1） 0.025 kj/mol 思考與交流：思考與交流： 在設(shè)計實驗裝置和操作時應(yīng)該注意哪在設(shè)計實驗裝置和操作時應(yīng)該注意哪 些問題？些問題？ （1）用隔熱裝置，盡量減少熱量散失；）用隔熱裝置，盡量減少熱量散失； （2）酸堿的量要準確：）酸堿的量要準確：ncv a a、濃度要越精確越好、濃度要越精確越好 b b、量體積的容器越精確越好，最好用移液管、量體積的容器越精確越好，最好用移液管 （3）溫度計越精確越好）溫度計越精確越好 （4）注意控制反應(yīng)時間）注意控制反應(yīng)時間 （5）多做幾次，取平均值）多做幾次，取平均值 例例.將將v1 ml1.0mol/l

13、hcl溶液和溶液和v2 ml未知濃度未知濃度 的的naoh溶液混合均勻后測量，并記錄溶液溫度，溶液混合均勻后測量，并記錄溶液溫度， 實驗結(jié)果如圖所示實驗結(jié)果如圖所示(實驗中始終保持實驗中始終保持 v1+v2=50ml)。 22 28 溫度溫度 v1/ml 30104020 a、做該實驗時、做該實驗時 環(huán)境濕度為環(huán)境濕度為22 b、該實驗表明、該實驗表明 化學(xué)能可能轉(zhuǎn)化化學(xué)能可能轉(zhuǎn)化 為熱能為熱能 c、 naoh溶液的濃溶液的濃 度約為度約為1.0mol/l d、該實驗表明、該實驗表明 有水生成的反應(yīng)有水生成的反應(yīng) 是放熱反應(yīng)。是放熱反應(yīng)。 思考：思考： 從能量的角度考慮，你對化學(xué)反應(yīng)從能量的角

14、度考慮，你對化學(xué)反應(yīng) 有新的認識嗎？有新的認識嗎？ 1 1、化學(xué)反應(yīng)的過程、化學(xué)反應(yīng)的過程, ,可以看成是能量的可以看成是能量的 “貯存貯存”或或“釋放釋放”的過程的過程 2 2化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)：化學(xué)反應(yīng)的特點是有新化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)：化學(xué)反應(yīng)的特點是有新 物質(zhì)生成。物質(zhì)生成。 “新新”是指物質(zhì)組成、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)所具是指物質(zhì)組成、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)所具 有的能量與原反應(yīng)物不同。有的能量與原反應(yīng)物不同。 3 3化學(xué)反應(yīng)中能量守恒化學(xué)反應(yīng)中能量守恒 常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng) 放熱反應(yīng)放熱反應(yīng) 燃料的燃燒燃料的燃燒 中和反應(yīng)中和反應(yīng) 金屬與酸金屬與酸 物質(zhì)氧化物質(zhì)氧化 濃硫酸稀釋、氫氧濃

15、硫酸稀釋、氫氧 化鈉固體溶解化鈉固體溶解 吸熱反應(yīng)吸熱反應(yīng) c+coc+co2 2 h h2 2+cuo+cuo c+hc+h2 2o o ba(oh)ba(oh)2 2.8h.8h2 2o+nho+nh4 4clcl cacocaco3 3高溫分解高溫分解 練習(xí)：練習(xí)： 1 1、下列說法正確的是（、下列說法正確的是（ ） a.a.需要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱需要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱 反應(yīng)反應(yīng) b.b.任何放熱反應(yīng)在常溫條件下一定能發(fā)任何放熱反應(yīng)在常溫條件下一定能發(fā) 生反應(yīng)生反應(yīng) c.c.反應(yīng)物和生成物所具有的總能量決定反應(yīng)物和生成物所具有的總能量決定 了反應(yīng)結(jié)果是放熱還是吸熱了反應(yīng)結(jié)果是放熱還是吸熱 d.d.吸熱反應(yīng)需加熱才能發(fā)生反應(yīng)吸熱反應(yīng)需加熱才能發(fā)生反應(yīng) c 2 2、甲烷燃燒要放出熱量，水的分解要吸收、甲烷燃燒要放出熱量，水的分解要吸收 能量，試從化學(xué)鍵變化的角度分析其原因？能量，試從化學(xué)鍵變化的角度分析其原因？ 解析：形成解析：形成4molh4molho o鍵和鍵和2molc2molco o鍵釋放的能量鍵釋放的能量 比斷裂比斷裂4molc4molch h鍵和鍵和2molo2moloo o鍵所吸收的能量高，鍵所吸收的能量高， 因此放出熱量