化學(xué)必修4——化學(xué)能與熱能.ppt

1、第二章化學(xué)反應(yīng)與能量,第一節(jié) 化學(xué)反應(yīng)與熱能,化石燃料燃燒時釋放熱能，這種熱能從何而來？石灰石分解要不斷加熱，這種熱能向何處而去?,思考,化學(xué)反應(yīng)中的能量變化,白磷的燃燒,氨的燃燒,物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時還伴隨著能量的變化, 而這種能量變化又通常表現(xiàn)為熱能變化。,一、化學(xué)鍵和化學(xué)反應(yīng) 中能量變化的關(guān)系,1、化學(xué)反應(yīng)中能量變化與鍵能的關(guān)系,分子或化合物里的原子之間是通過 相結(jié)合的，化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是_,而化學(xué)鍵是與能量聯(lián)系在一起的,所以化學(xué)反應(yīng)的同時一定伴隨著能量的變化。,斷開舊鍵 吸收能量,形成新鍵 放出能量,H-H= H+H 吸收 436kJ/mol,H-F= H+ F 吸收 565kJ/mo

2、l,化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因,在25和101kPa的條件,H+H = H-H 放出 436kJ/mol,H+F = H-F 放出 565kJ/mol,問題,如何知道一個反應(yīng)是吸收能量還是放出能量呢？,反應(yīng)物的總能量=生成物的總能量+放出的熱量,生成物的總能量=反應(yīng)物的總能量+吸收的熱量,物質(zhì)內(nèi)部的鍵能越大，物質(zhì)的能量越低,在25和101kPa的條件下，,H2 + F2 2HF kJ的能量,F - F F + F 吸收155kJ/mol,H-H H + H 吸收436kJ/mol,H + F H-F 放出565kJ/mol,例如,在25和101kPa的條件下，,即：由1m

3、ol的H2和1mol的F2，生成2molHF會釋放出 2 565kJ-436kJ-155kJ=539kJ,H2 + F2 2HF kJ的能量,F - F F + F 吸收155kJ/mol,H-H H + H 吸收436kJ/mol,H + F H-F 放出565kJ/mol,例如,氫氣在氧氣中燃燒產(chǎn)生藍色火焰，在反應(yīng)中， 破壞1molHH鍵消耗的能量為Q1kJ， 破壞1molO = O鍵消耗的能量為Q2kJ， 形成1molHO鍵釋放的能量為Q3kJ。 下列關(guān)系式中正確的是（ ） A. 2Q1 + Q2 4Q3 B. 2Q1 + Q2 4Q3 C. Q1 + Q2 Q3 D. Q1 + Q2

4、= Q3,B,試通過計算說明3molH2與1molN2反應(yīng)的能量變化 已知H-H的鍵能為436kJ/mol， N-H的鍵能為391kJ/mol， N三N的鍵能為946kJ/mol,1、物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時還伴隨著能量的變化,而這種能量變化又通常表現(xiàn)為熱能變化。,2、化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。,3、一個確定的化學(xué)反應(yīng)在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量，取決于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小。,4、可以利用鍵能數(shù)據(jù)估算反應(yīng)的能量變化,小結(jié),二、化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化,質(zhì)量守恒定律 能量守恒定律 一種形式的能量可以轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，轉(zhuǎn)化的途徑和能量形式可以不同

5、，但是體系包含的總能量不變 化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，通常表現(xiàn)為熱量的變化 化學(xué)上把有熱量放出的化學(xué)反應(yīng)叫做放熱反應(yīng)。 吸收熱量的化學(xué)反應(yīng)叫做吸熱反應(yīng)。,實驗 1：鹽酸與鋁片的反應(yīng),實驗 2：Ba(OH)2 8H2O與NH4Cl的反應(yīng),化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化,實驗 1：鹽酸與鋁片的反應(yīng),實驗 2：Ba(OH)2 8H2O與NH4Cl的反應(yīng),反應(yīng)放出熱量。,有氣泡放出，溫度升高。,有刺激性氣味，燒杯底部很冷，燒杯下面的玻璃片被凍在一起。,反應(yīng)吸收熱量。,Ba(OH)2.8H20+2NH4Cl =BaCl2+2NH3+10H2O,實驗 3 ：酸與堿的中和反應(yīng),HCl與NaOH發(fā)生中和反應(yīng)時放熱。,強酸

6、和強堿發(fā)生反應(yīng)時放出熱量。,中和熱： 是指酸堿中和反應(yīng)生成 1mol H2O（液態(tài)）所釋放的熱量，（放出熱量為57.3kJ）,中和熱的測定步驟：,用大、小燒杯、泡沫塑料、溫度計和環(huán)形攪拌棒組裝反應(yīng)裝置。(也可在保溫杯中進行) 用量筒量取50mL0.5mol的鹽酸倒入小燒杯中并用溫度計測量溫度，記入表格。 用另一量筒量取50mL0.55mol的NaOH溶液并測量溫度，記入表格。 把溫度計和環(huán)形攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯，用環(huán)形攪拌棒輕輕攪動溶液，并準確讀取混合溶液的最高溫度，記為最終溫度，記入表格。 重復(fù)實驗兩次，取測量所得數(shù)據(jù)的平均值作為計算依據(jù)。,思考與

7、交流,測量中和反應(yīng)熱應(yīng)該注意哪些問題？,1、保溫隔熱的效果一定要好。,2、酸堿濃度要準確。,3、溫度計要讀準，水銀球要全浸在,4、實驗操作時動作要快，以盡量,溶液中，且要穩(wěn)定一段時間再讀。,減少熱量的散失。,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算中和熱。已知：50mL0.5mol的鹽酸和50mL0.55mol的NaOH溶液密度都是1.0g/mL，比熱C=4.1810-3KJ/(g)，反應(yīng)前后的溫度分別是t1 , t2 中和熱H = ,H=-0.418(t2-t1)/0.025 kJ/mol,需要加熱的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)嗎？ 不需要加熱的反應(yīng)一定是放熱反應(yīng)嗎？,Al、Mg與HCl的反應(yīng)， 酸堿中和反應(yīng),放出熱量,Ba

8、（OH）2 8H2O NH4Cl晶體反應(yīng)。,吸收熱量,1.化學(xué)反應(yīng),歸納與整理,化學(xué)能和熱能可以相互轉(zhuǎn)化,質(zhì)量守恒定律 能量守恒定律,2.兩個定律,放熱反應(yīng)是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。 吸熱反應(yīng)是熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。,CaCO3 CaO + CO2,高溫,CuO + H2 Cu + H2O,加熱,C + H2O CO + H2,高溫,產(chǎn)生水煤氣的反應(yīng),氫氣還原氧化銅,生產(chǎn)生石灰的反應(yīng),高溫,加熱,以上反應(yīng)需要吸收一定能量，才能發(fā)生。,注意反應(yīng)條件,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NaCl D.濃NaOH溶液,2. 下列反應(yīng)中既屬于氧化還原反應(yīng)同時又是吸熱反應(yīng)的

9、是：,A.Ba(OH)2 8H2O與NH4Cl反應(yīng) B.鎂與稀鹽酸 C.灼熱的炭與CO2 D.甲烷與O2反應(yīng),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、判斷： 1molBa(OH)2 和1mol H2SO4反應(yīng)放出的熱量為Q，則Q為它們的中和熱。1molNaOH 和1mol HAc反應(yīng)放出的熱量為Q，則Q為它們的中和熱。,5.在同溫、同壓下，比較下列反應(yīng)放出熱量Q1、Q2的大小,2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2,5.在同溫、同壓下，比較下列反應(yīng)

10、放出熱量Q1、Q2的大小,2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2,分析：反應(yīng)物的狀態(tài)，數(shù)量和生成物的數(shù)量都相同，但由于氣態(tài)水轉(zhuǎn)化為液態(tài)要放出一定數(shù)量的熱量,Q2Q1,S(g)+O2(g)=SO2(g)+Q1 S(S)+O2(g)=SO2(g)+Q2,6、在同溫、同壓下，比較下列反應(yīng)放出熱量Q1、Q2的大小,S(g)+O2(g)=SO2(g)+Q1 S(S)+O2(g)=SO2(g)+Q2,6、在同溫、同壓下，比較下列反應(yīng)放出熱量Q1、Q2的大小,S由固態(tài)吸收熱量轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，在氧化燃燒生成SO2時。其放出熱量的總和小于由氣態(tài)S直接燃燒所放出

11、的熱量. Q2 Q1,C(S)+1/2O2(g)=CO(g)+Q1 C(S)+O2(g)=CO2(g)+Q2,7、在同溫、同壓下，比較下列反應(yīng)放出熱量Q1、Q2的大小,C(S)+1/2O2(g)=CO(g)+Q1 C(S)+O2(g)=CO2(g)+Q2,7、在同溫、同壓下，比較下列反應(yīng)放出熱量Q1、Q2的大小,固態(tài)C氧化為CO，釋放出熱量Q1，CO是氣體燃料，和O2反應(yīng)生成CO2，又釋放熱量Q3，兩次釋放熱量的總和Q1+Q3，等于固態(tài)C氧化為氣態(tài)CO2釋放的熱量Q2，Q2Q1,H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)+Q1 1/2H2(g)+1/2Cl2(g)= HCl(g)+Q2,8、在同

12、溫、同壓下，比較下列反應(yīng)放出熱量Q1、Q2的大小,H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)+Q1 1/2H2(g)+1/2Cl2(g)= HCl(g)+Q2,狀態(tài)相同，但數(shù)量后式僅是前式的一半，釋放的熱量也應(yīng)是前式的一半，Q2Q1,8、在同溫、同壓下，比較下列反應(yīng)放出熱量Q1、Q2的大小,三、化學(xué)反應(yīng)提供的熱能對人類社會意義 利用熱量進行生活、生產(chǎn)、和科研。 利用熱能使許多化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生,科學(xué)視野,1、生物體中的能量變化 2、人類利用能源的三個階段,柴草時期。 化石燃料的使用推動了工業(yè)革命的發(fā)展。 多能源結(jié)構(gòu)化學(xué)仍是主要角色之一。,生物質(zhì)能的概念,生物質(zhì)能是蘊藏在生物質(zhì)中的能量，是綠色植物通

13、過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。煤、石油和天然氣等化石能源也是由生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變而來的。生物質(zhì)能是可再生能源，通常包括以下幾個方面：一是木材及森林工業(yè)廢棄物；二是農(nóng)業(yè)廢棄物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工業(yè)有機廢棄物；六是動物糞便。在世界能耗中，生物質(zhì)能約占14，在不發(fā)達地區(qū)占60以上。全世界約25億人的生活能源的90以上是生物質(zhì)能。生物質(zhì)能的優(yōu)點是燃燒容易，污染少，灰分較低；缺點是熱值及熱效率低，體積大而不易運輸。直接燃燒生物質(zhì)的熱效率僅為10一30。,1、下列說法正確的是（ ）,A.需要加熱方能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng)B.放熱反應(yīng)在常溫下一定能進行 C.反應(yīng)是放

14、熱還是吸熱，必須看反應(yīng)物和生 成物所具有的總能量的相對大小 D.化學(xué)反應(yīng)釋放的能量一定是熱量,2、下列燃料中,不屬于化石燃料的是( ) A.煤 B.石油 C.天然氣 D.水煤氣,D,C,3.將1g氫氣和4g氧氣混合點燃，放出71.45kJ熱量，同樣條件下1mol氫氣在氧氣中完全燃燒放出的熱量是 A 71.45kJ B 142.9kJ C 571.6kJ D 285.8kJ,4.“能源分類相關(guān)圖”如右圖所示，四組能源選項中，全部符合圖中陰影部分的能源是 A 煤炭、石油、潮汐能 B 水能、生物能、天然氣 C 太陽能、風(fēng)能、沼氣 D 地?zé)崮?、海洋能、核?5.能源是當今社會發(fā)展的三大支柱之一，是制約

15、國民經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸。有專家提出：如果對燃料燃燒產(chǎn)物如CO2、H2O，N2等利用太陽能讓它們重新組合，使之能夠?qū)崿F(xiàn)（如右圖），那么，不僅可以消除對大氣的污染，還可以節(jié)約燃料，緩解能源危機。在此構(gòu)想的物質(zhì)循環(huán)中太陽能最終轉(zhuǎn)化為 A 化學(xué)能 B 熱能 C 生物能 D 電能,6.把下列物質(zhì)分別加入裝有水的錐形瓶里，立即塞緊帶U形管的塞子，已知U形管內(nèi)預(yù)先裝有少量水（為使水容易觀察，預(yù)先染成紅色）如右圖所示，則加入的物質(zhì)可能是 NaOH固體 18 mol/L H2SO4溶液 NH4NO3晶體 Na2O2固體 生石灰 A B C D ,7.質(zhì)量為1.20g的某氣體，其分子由碳和氫兩種元素的原子組成，含有4.501022個分子。又測得1mol該氣體完全燃燒（