化學(xué)能與熱能,上課

第二章化學(xué)反應(yīng)與能量

七百多年前，著名的意大利旅行家馬可·波羅到過中國，看見中國人燒煤煉鐵，這是他生平第一次看到煤做燃料。馬可·波羅在他的游記里記載了這件新鮮事。書中寫道，中國有一種黑石頭，能夠燃燒，著起火來象木柴一樣，而且終夜不滅。馬可·波羅馬可·波羅游記反應(yīng)中常伴隨著能量變化，能量的形式有多種，如熱能、光能、電能、聲能等，而通常表現(xiàn)為熱能的變化。第一節(jié)化學(xué)能和熱能化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是：反應(yīng)物分子內(nèi)化學(xué)鍵的斷裂與產(chǎn)物分子中化學(xué)鍵的形成先回顧一下：從化學(xué)鍵的角度來看，化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？一、化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系HHHH+化學(xué)鍵斷裂：吸收能量HH+HH化學(xué)鍵形成：放出能量鍵能：形成1mol化學(xué)鍵釋放的能量和斷開1mol該

化學(xué)鍵所需能量是相同的，稱之為鍵能。436kJ/mol一、化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系鍵能越大，化學(xué)鍵越穩(wěn)定，物質(zhì)越穩(wěn)定，物質(zhì)中所儲(chǔ)存的能量就越低。(Chemicalbond)

(Bondlength)/(10-12m)(Bondenergy)/(kJ/mol)(Chemicalbond)(Bondlength)/(10-12m)(Bondenergy)/(kJ/mol)H—H75436N—H101389H—Br142366N—N145159H—Cl127431N═N125456H—F92565N≡N110946H—I161298O—H98464C—C154332O—O148146C═C134611O═O120498C≡C120837O—H98464對于某個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)，如何判斷它是放出能量還是吸收能量呢？在反應(yīng)H2+Cl2==2HCl中，已知H－H鍵能為436kJ/mol，Cl－Cl鍵能為243kJ/mol，H－Cl鍵能為431kJ/mol，判斷該反應(yīng)是反應(yīng).

放熱課堂練習(xí)一則(1)化學(xué)鍵斷裂時(shí)需要吸收能量。吸收總能量為：436kJ＋243kJ＝679kJ，

(2)化學(xué)鍵形成時(shí)需要釋放能量。釋放總能量為：431kJ＋431kJ＝862kJ，

(3)反應(yīng)中放出的熱量的計(jì)算：

862kJ-683kJ=179kJ點(diǎn)燃化學(xué)反應(yīng)熱:化學(xué)反應(yīng)過程中所釋放或者吸收的能量，都可以用熱量來表示，稱之為反應(yīng)熱，又稱之為焓變，用符號(hào)ΔH表示，單位：kJ/mol

舊化學(xué)鍵斷裂新化學(xué)鍵形成斷鍵吸收總能量E1（反應(yīng)物鍵能之和）成鍵釋放總能量E2（生成物鍵能之和）反應(yīng)物生成物當(dāng)E1>E2

為吸熱反應(yīng)

當(dāng)E1<E2

為放熱反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)結(jié)論：反應(yīng)熱ΔH=反應(yīng)物鍵能之和-生成物鍵能之和ΔH=E1-E2E（kJ/mol）反應(yīng)歷程H2+Cl22H

+2Cl2HCl179kJ/mol436kJ/mol(H2)243kJ/mol(Cl2)

2×431kJ/mol=862kJ/mol以H2+Cl2

==2HCl反應(yīng)為例：吸收放出反應(yīng)物總能量生成物總能量反應(yīng)物生成物化學(xué)反應(yīng)總能量E1總能量E2能量反應(yīng)過程0反應(yīng)物總能量生成物總能量釋放能量能量反應(yīng)過程0反應(yīng)物總能量生成物總能量吸收能量反應(yīng)熱ΔH=生成物總能量-反應(yīng)物總能量反應(yīng)物總能量>生成物總能量放熱反應(yīng)反應(yīng)物總能量<生成物總能量吸熱反應(yīng)結(jié)論：一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是否為放熱還是吸熱反應(yīng)，

與反應(yīng)所需要的外界條件（加熱或者點(diǎn)燃）無關(guān)微觀：取決于所有化學(xué)鍵斷鍵吸收的總能量與所有形成新鍵放出的總能量的相對大小（本質(zhì)原因）反應(yīng)熱ΔH=反應(yīng)物鍵能之和-生成物鍵能之和反應(yīng)熱ΔH=生成物總能量-反應(yīng)物總能量

宏觀：取決于所有反應(yīng)物總能量與所有生成物總能量的相對大小1、化學(xué)反應(yīng)中能量變化原因2、化學(xué)反應(yīng)中能量變化遵循能量守恒定律1.下列說法中不正確的是()A.任何化學(xué)反應(yīng)都伴有能量變化B.化學(xué)反應(yīng)中的能量變化都表現(xiàn)為熱能的變化C.反應(yīng)物的總能量高于生成物的總能量時(shí)，化學(xué)反應(yīng)放出能量D.反應(yīng)物的總能量低于生成物的總能量時(shí)，化學(xué)反應(yīng)吸收能量【練習(xí)】B2、(2011年北京海淀區(qū)高一檢測)已知1g氫氣完全燃燒生成水蒸氣時(shí)放出能量121kJ，且氧氣中1molO===O鍵完全斷裂時(shí)需要吸收能量496kJ，水蒸氣中1molH—O鍵形成時(shí)放出能量463kJ，則氫氣中1molH—H鍵斷裂時(shí)吸收能量為(

)A．920kJ

B．557kJC．436kJ D．188kJ【練習(xí)】3.已知反應(yīng):X+Y=M+N放出能量，對該反應(yīng)的下列說法中正確的是()

X的能量一定高于M

Y的能量一定高于NC.X和Y的總能量一定高于M和N的總能量D.因?yàn)樵摲磻?yīng)為放出能量，故反應(yīng)不必加熱C【練習(xí)】4．金剛石和石墨都是碳的單質(zhì)，石墨在一定條件下可以轉(zhuǎn)化為金剛石。已知12g石墨完全轉(zhuǎn)化為金剛石時(shí)，要吸收EkJ的能量，下列說法正確的是（）A.金剛石與石墨互為同位素B.石墨不如金剛石穩(wěn)定C.金剛石不如石墨穩(wěn)定D.等質(zhì)量的石墨與金剛石完全燃燒，石墨放出的能量多C【練習(xí)】練習(xí)：5、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？解析：形成4molH－O鍵和2molC＝O鍵釋放的能量比斷裂4molC－H鍵和2molO＝O鍵所吸收的能量高，因此放出熱量。CH4+2O2==2H2O+CO22H2O==2H2+O2

斷裂4molH－O鍵所吸收的能量比形成2molH－H鍵和1molO＝O鍵放出的能量高，因此要吸收能量。6、氫氣在氧氣中燃燒產(chǎn)生藍(lán)色火焰，在反應(yīng)中，破壞1molH－H鍵消耗的能量為Q1kJ，破壞1molO=O鍵消耗的能量為Q2kJ，形成1molH－O鍵釋放的能量為Q3kJ。下列關(guān)系式中正確的是（）

A.2Q1+Q2>4Q3B.2Q1+Q2<4Q3C.Q1+Q2<Q3D.Q1+Q2=Q3B提示：2H2+O2==2H2O反應(yīng)物的鍵能之和與生成物的鍵能之和的差3、已知反應(yīng)A＋B＝C＋D為放熱反應(yīng)，對該反應(yīng)的下列說法中正確的是（）

A.A的能量一定高于CB.B的能量一定高于DC.A和B的總能量一定高于C和D的總能量D.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，故不必加熱就一定能發(fā)生C熱能二、化學(xué)能與熱能的互相轉(zhuǎn)化：化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，通常表現(xiàn)為

的變化——吸熱或放熱熱量1、實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)能與熱能的互相轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2-1：鋁與鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觸摸到看到溫度計(jì)將鋁條加入到HCl溶液中結(jié)論和化學(xué)方程式燒杯壁發(fā)燙有大量氣體放出該反應(yīng)為放熱反應(yīng)

2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑溫度升高實(shí)驗(yàn)2-2：

20gBa(OH)2·8H2O（研細(xì)）+10gNH4Cl實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觸摸到拿起燒杯看到聞到將Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl晶體混合結(jié)論和化學(xué)方程式燒杯壁很涼玻璃片與燒杯黏結(jié)在一起聞到了刺激性氣味反應(yīng)為吸熱反應(yīng)Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O

溶液的溫度升高中和反應(yīng)為放熱反應(yīng)H++OH-=H2O

中和熱的概念:

稀溶液中酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時(shí)所釋放的熱量稱為中和熱。思考與交流：注：（1）中和反應(yīng)都放出熱量（2）稀溶液中，強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的中和熱為定值：57.3KJ/mol,實(shí)質(zhì)為H++OH-==H2O在大燒杯底部墊泡沫塑料（或紙條），使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料（或紙條），大燒杯上用泡沫塑料板（或硬紙板）作蓋板，在板中間開兩個(gè)小孔，正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒通過，以達(dá)到保溫、隔熱、減少實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失的目的，如上圖所示。該實(shí)驗(yàn)也可在保溫杯中進(jìn)行。1L

1mol/L的硫酸溶液與2L

2mol/L的NaOH溶液完全反應(yīng)，放出114.6

KJ的熱量，有人由此得出強(qiáng)酸與強(qiáng)堿反應(yīng)的中和熱為114.6

KJ/mol。這種結(jié)論是否正確，為什么？探索與總結(jié)放熱反應(yīng)燃料的燃燒(與O2的反應(yīng)）中和反應(yīng)活潑金屬與水或酸的反應(yīng)大部分化合反應(yīng)（生石灰和水）物質(zhì)的緩慢氧化吸熱反應(yīng)C+CO2H2+CuOC+H2OBa(OH)2.8H2O+NH4ClCaCO3高溫分解大部分分解反應(yīng)2、常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)多數(shù)銨鹽溶于水濃硫酸溶于水，氫氧化鈉溶于水5、下列說法正確的是（）A．需要加熱的化學(xué)反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)B．中和反應(yīng)都是吸熱反應(yīng)C．原電池是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的一種裝置D．水力發(fā)電是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程6、已知反應(yīng)物的總能量高于產(chǎn)物的總能量，則反應(yīng)是（）A.放熱反應(yīng)B.吸熱反應(yīng)C.有催化劑作用D.無法判斷【練習(xí)】CA7.下列反應(yīng)中，屬于吸熱反應(yīng)的是（）A.活潑金屬跟酸反應(yīng)B.制造水煤氣C.酸堿中和反應(yīng)D.鎂條燃燒8、下列反應(yīng)既屬于氧化還原反應(yīng)，又是吸熱反應(yīng)的是（）A.鋁片與稀鹽酸的反應(yīng)B.Ba(OH)2?8H2O與NH4Cl的反應(yīng)C.灼熱的炭與CO2的反應(yīng)D.甲烷在氧氣中的燃燒反應(yīng)【練習(xí)】BC9、在25℃，101kPa下，1mol的白磷（化學(xué)式為P4）完全燃燒放出的熱量比4mol的紅磷（化學(xué)式為P）完全燃燒放出的熱量多。反應(yīng)方程式分別為：P4(s)+5O2(g)=P4O10(s)；4P(s)+5O2(g)=P4O10(s)由此判斷，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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)紅磷能量比白磷低【練習(xí)】D鞏固練習(xí)：1.下列物質(zhì)加入水中顯著放熱的是：A.生石灰B.酒精C.固體NaClD.固體NaOH2.下列反應(yīng)中既屬于氧化還原反應(yīng)同時(shí)又是吸熱反應(yīng)的是：A.Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)B.鎂與稀鹽酸C.灼熱的炭與CO2D.甲烷與O2反應(yīng)鞏固練習(xí)：3.下列反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)的是:A.NaOH與HCl反應(yīng)B.C和CO2共熱C.碳酸鈣的分解D.制備水煤氣的反應(yīng)4、1molBa(OH)2

和1molH2SO4反應(yīng)放出的熱量為Q，則Q為它們的中和熱錯(cuò)其中和熱為1/2Q練習(xí)

已知拆開1molH2中的化學(xué)鍵要吸收436kJ的能量，拆開1molO2中的化學(xué)鍵要吸收496kJ的能量，形成水分子中的1molH—O鍵要放出463kJ的能量，試說明2H2O===2H2+O2

中的能量變化。三、化學(xué)能的應(yīng)用利用熱量進(jìn)行生活、生產(chǎn)和科研。利用熱能使很多化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生?？茖W(xué)視野——太陽能與人類生存科學(xué)視野——社會(huì)發(fā)展與能源利用科學(xué)視野—