第一节化学能与热能3课时.ppt

新课标人教版化学必修新课标人教版化学必修 第二章第一节第二章第一节 化学能与热能化学能与热能( (第课时）第课时） 能源是人类赖以生存和能源是人类赖以生存和发展的物质基础，我们每时发展的物质基础，我们每时每刻、分分秒秒都离不开它。每刻、分分秒秒都离不开它。迄今为止，人类所能利用的迄今为止，人类所能利用的能源主要是化学能、电能、能源主要是化学能、电能、以及核能等等。但是，由于以及核能等等。但是，由于人类大量开发和浪费资源，人类大量开发和浪费资源，造成了资源的不合理利用从造成了资源的不合理利用从而引发了不可回避的能源危而引发了不可回避的能源危机。机。我国化石燃料和水电能源消耗构成图我国化石燃料和水电能源消耗构成图16.6%2.1%5.1%76.2%你知道吗你知道吗? 煤、石油、天然气的主要化学成分是烃煤、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），它们燃类等有机物（煤中含有大量的碳），它们燃烧时放出热能。你一定想知道，这种能量从烧时放出热能。你一定想知道，这种能量从何而来何而来?它与化学物质和化学反应有什么关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？石灰石的分解反应中起到什么作用？ 生活中哪些事实说明了在化学反应中生活中哪些事实说明了在化学反应中伴随着能量的变化？伴随着能量的变化？【思考与交流思考与交流】物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化,而这种能量变化又通常表现为热能变化。而这种能量变化又通常表现为热能变化。第一节第一节 化学能与热能化学能与热能一、化学键与化学反应中能量变化的关系一、化学键与化学反应中能量变化的关系1、化学反应的本质是？、化学反应的本质是？ 以氢气在氯气中燃烧为例，用化学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。键的观点分析反应的本质过程。H Cl ： Cl H H2 + Cl2 = 2HClHH Cl ClHCl断开断开断开断开点燃点燃 一个化学反应的的过程，本质上就一个化学反应的的过程，本质上就是旧化学键是旧化学键断裂断裂和新化学键和新化学键形成形成的过的过程。程。形成形成H Cl ： Cl H H2 + Cl2 = 2HClHH Cl ClHCl吸收能量吸收能量断开断开断开断开吸收能量吸收能量形成形成放出能量放出能量点燃点燃化学键的断裂和形成化学键的断裂和形成是化学反应中能量变是化学反应中能量变化的主要原因。化的主要原因。【思考与交流】在化学反应中，随着物质的变化，既有反在化学反应中，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，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一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定的呢？什么决定的呢？2、一个化学反应吸收能量还是、一个化学反应吸收能量还是放出能量的决定因素放出能量的决定因素看图讨论分析化学反应放出能量放出能量看图讨论分析化学反应吸收能量吸收能量规律规律v如果反应物所具有的总能量高于生成物所具如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量有的总能量,那么在发生化学反应时那么在发生化学反应时,就有部分就有部分能量以热的形式释放出来能量以热的形式释放出来;v如果反应物所具有的总能量低于生成物所具如果反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量有的总能量,那么在发生化学反应时那么在发生化学反应时,反应物就反应物就需要吸收能量需要吸收能量,才能转化为生成物。才能转化为生成物。能能量量反应过程反应过程反应过程反应过程反应物反应物生成物生成物能能量量放 热放 热反应反应吸 热吸 热反应反应反应物反应物生成物生成物规律规律【归纳小结归纳小结】一个化学反应一个化学反应是是为为放热反应放热反应还是还是吸热反应吸热反应取决于：取决于：一、从化学键的角度：一、从化学键的角度： 取决于所有取决于所有断键吸收的总能量断键吸收的总能量与所有与所有形成形成新键放出的总能量新键放出的总能量的相对大小的相对大小二、从物质本身具有的能量角度：二、从物质本身具有的能量角度： 取决于反应物的总能量与生成物的总能量取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。的相对大小。反应物的能量之和反应物的能量之和 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，（2）若）若E反反生成物的总能量，生成物的总能量， 化学反应化学反应 能量。能量。 若反应物的总能量若反应物的总能量 4Q3 B. 2Q1 + Q2 4Q3 C. Q1 + Q2 E生生若若E反反 E生生化学键的断裂和形成化学键的断裂和形成二、化学能与热能的相互转化二、化学能与热能的相互转化v质量守恒定律质量守恒定律v能量守恒定律能量守恒定律v化学反应中的能量变化，通常主要表现为热化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化。量的变化。v热量的变化：吸热和放热热量的变化：吸热和放热 怎样设计实验来了解反应中的怎样设计实验来了解反应中的热量变化情况？热量变化情况？ 下面我们一起通过实验来认识和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感受一下化学能与热能的相互转化！化！实验探究实验探究21 铝片与盐酸的反应铝片与盐酸的反应在一支试管中加入在一支试管中加入2-3mL2-3mLmol/Lmol/L的的盐酸，再插入用砂纸打磨光的铝条，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观察现象，并用温度计测量溶液温度的变化的变化实验实验v1.铝与盐酸反应的化学方程铝与盐酸反应的化学方程 式式： 。v2.在反应过程中你将能看到什么现象？在反应过程中你将能看到什么现象？v3.用眼睛不能直接观察到反应中的热量变化，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你将采取哪些简单易行的办法来了解反应中的热量变化？的热量变化？思考与讨论：思考与讨论：实验实验21现象现象结论结论铝与盐酸反应，放出大量气泡，铝与盐酸反应，放出大量气泡，温度升高温度升高该反应是该反应是放热放热反应反应实验实验22探究探究 ：Ba(OH)Ba(OH)2 28H8H2 2O O与与NHNH4 4ClCl的反应的反应.整个实验中有哪些创新之处？整个实验中有哪些创新之处？1.整个实验的现象、反应化学方程式和结论？整个实验的现象、反应化学方程式和结论？实验实验22现象：现象：1、玻璃片（小木板）会与小烧杯粘结在一起、玻璃片（小木板）会与小烧杯粘结在一起 2、有少许刺激性气味气体产生、有少许刺激性气味气体产生 3、有水生成、有水生成Ba(OH)2 8H2O + 2NH4ClBaCl2 +2NH3 +10H2O结论：该反应是结论：该反应是吸热反应吸热反应实验探究实验探究盐酸温度盐酸温度NaOH溶液温度溶液温度中和反应后温度中和反应后温度盐酸与氢氧化钠溶液反应，观察反应中溶盐酸与氢氧化钠溶液反应，观察反应中溶液温度的变化。液温度的变化。实验实验23盐酸温度盐酸温度/NaOH溶液温度溶液温度/ 中和反应后温度中和反应后温度/ 结论：中和反应是放热反应。结论：中和反应是放热反应。实质：实质：H+ + OH H2O反应后温度升高反应后温度升高室温室温室温室温中和热：酸与碱发生中和反应生成中和热：酸与碱发生中和反应生成1molH2O时时 所释放的热量称为中和热所释放的热量称为中和热【思考与交流思考与交流】v酸与碱发生中和反应生成酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所时所释放的热量称为中和热释放的热量称为中和热。如果要通过实验如果要通过实验来测定盐酸与氢氧化钠反应的中和热，你认来测定盐酸与氢氧化钠反应的中和热，你认为在设计实验装置和操作时应该注意哪些问为在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？你准备如何设计并进行实验？请与同学题？你准备如何设计并进行实验？请与同学讨论、交流。讨论、交流。中和热的测定中和热的测定 装置装置在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条），使放入的小烧杯杯口与大在大烧杯底部垫泡沫塑料（或纸条），使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸烧杯杯口相平。然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条），大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板，在板中间开条），大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，以达到保温、两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，如上图所示。该实验也隔热、减少实验过程中热量损失的目的，如上图所示。该实验也可在保温杯中进行。可在保温杯中进行。 v在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑，在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑，一一是注重是注重“量量”的问题，的问题，如如 反应物的浓度和体积反应物的浓度和体积取定值；取定值； 测量反应前后的温度值；测量反应前后的温度值； 做平行做平行实验取平均值。实验取平均值。二是尽量减小实验误差，二是尽量减小实验误差，如如 用用经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液；经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液； 量液器最好量液器最好使用移液管；使用移液管； 搅拌使反应充分进行；搅拌使反应充分进行； 及时及时散热，使混合液温度均衡；散热，使混合液温度均衡； 温度计的精确度高，温度计的精确度高，最好使用精度为最好使用精度为0.1 或更高的温度计；或更高的温度计； 盐酸盐酸跟氢氧化钠溶液混合后液面上方的空间尽可能小；跟氢氧化钠溶液混合后液面上方的空间尽可能小； 使用绝缘装置，避免热量散发到反应体系之外；使用绝缘装置，避免热量散发到反应体系之外； 温度计要读准确。温度计要读准确。思考与交流随堂练习随堂练习 1. 下列说法正确的是下列说法正确的是 ( )v A. 大多数的化合反应是释放能量的反应大多数的化合反应是释放能量的反应v B. 大多数分解反应是吸收能量的反应大多数分解反应是吸收能量的反应v C. 释放能量的反应都不需要加热释放能量的反应都不需要加热v D. 吸收能量的反应都需要加热吸收能量的反应都需要加热AB2. 下列反应既属于氧化还原反应下列反应既属于氧化还原反应,又又属于吸热反应的是属于吸热反应的是 ( )vA.铝片与稀盐酸的反应铝片与稀盐酸的反应vB.Ba(OH)28H2O和和NH4Cl的反应的反应vC.灼热的炭与灼热的炭与CO2的反应的反应vD.甲烷在氧气中的燃烧反应甲烷在氧气中的燃烧反应C C3 3、 如右图所示，把试管放入盛有如右图所示，把试管放入盛有2525时饱时饱 和和石灰水石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，镁片，再用滴管滴入再用滴管滴入5mL5mL盐酸盐酸于试管中于试管中. .试回试回答下列问题：答下列问题：(1)(1)实验中观察到的实验中观察到的现象现象是是 (2)(2)产生上述现象的产生上述现象的原因原因是是 (3)(3)写出有关反应的写出有关反应的离子方程式离子方程式 (4)(4)由实验推知，由实验推知，MgClMgCl2 2溶液和溶液和H H2 2的的总能量总能量 ( (填填“大于大于”、“小于小于”、“等于等于”) )镁片和镁片和盐酸的总能量盐酸的总能量. .(1)镁片上有大量气泡产生；镁片逐渐溶解；烧杯中析出晶体镁片上有大量气泡产生；镁片逐渐溶解；烧杯中析出晶体.(2)镁与盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，镁与盐酸反应产生氢气，该反应为放热反应，Ca(OH)2在水中的溶解度随在水中的溶解度随温度升高而减小，故析出温度升高而减小，故析出Ca(OH)2晶体晶体.(3)Mg+2H+=Mg2+H2 (4)小于小于常见的放热反应和吸热反应常见的放热反应和吸热反应放热反应放热反应所有燃烧所有燃烧中和反应中和反应金属与酸的置换金属与酸的置换一般的化合反应一般的化合反应 吸热反应吸热反应一般的分解一般的分解Ba(OH)2 8H2O与与2NH4Cl 的反应的反应以以C、H2、CO、为还原剂、为还原剂 的氧化还原反应的氧化还原反应三、化学能的应用三、化学能的应用v利用热量进行生活、生产和科研。利用热量进行生活、生产和科研。v利用热能使很多化学反应得以发生。利用热能使很多化学反应得以发生。如：科学视野科学视野 生物体中的能量转化生物体中的能量转化人体内发生的人体内发生的氧化还原反应氧化还原反应与体外的燃烧本质与体外的燃烧本质相同，最终产物一样（都是二氧化碳和水），相同，最终产物一样（都是二氧化碳和水），都是都是放热反应放热反应，所放出的能量也相等。只是二，所放出的能量也相等。只是二者反应条件不同。者反应条件不同。【自主学习自主学习】启示：启示：生物化学过程在利用生物化学过程在利用“能源能源”上更为合理、有效。上更为合理、有效。科学视野科学视野人类利用能源的三个阶段人类利用能源的三个阶段1 1、柴草时期：、柴草时期：以树枝杂草为主要能源以树枝杂草为主要能源2 2、化石能源时期：、化石能源时期：以煤、石油、天然以煤、石油、天然气为主要能源气为主要能源3 3、多能源结构时期：、多能源结构时期：可再生能源、清可再生能源、清洁能源洁能源练习练习：指出下列说法的正误：指出下列说法的正误v、生物体内进行的缓慢氧化反应是放热反、生物体内进行的缓慢氧化反应是放热反应。应。v、化学键断裂吸收的能量越多，化学键越、化学键断裂吸收的能量越多，化学键越牢固。牢固。v、植物光合作用吸收太阳能，与化学能无、植物光合作用吸收太阳能，与化学能无关。关。v、柴草的燃烧与化学能无关。、柴草的燃烧与化学能无关。v、人类的文明程度与人均耗能无关。、人类的文明程度与人均耗能无关。对对对对不对不对不对不对不对不对1、物质发生化学反应的同时还伴随着能、物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化量的变化,而这种能量变化又通常而这种能量变化又通常表现为表现为热能变化。热能变化。2、化学键的断裂和形成是化学反应、化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的中能量变化的主要原因主要原因。3、化学反应中能量转化遵循能量守衡、化学反应中能量转化遵循能量守衡原则。原则。【本节小结本节小结】【归纳小结归纳小结】一个化学反应一个化学反应是是为为放热反应放热反应还是还是吸热反应吸热反应取决于：取决于：一、从化学键的角度：一、从化学键的角度： 取决于所有取决于所有断键吸收的总能量断键吸收的总能量与所有与所有形成形成新键放出的总能量新键放出的总能量的相对大小的相对大小二、从物质本身具有的能量角度：二、从物质本身具有的能量角度： 取决于反应物的总能量与生成物的总能量取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。的相对大小。常见的放热反应和吸热反应常见的放热反应和吸热反应放热反应放热反应所有燃烧所有燃烧中和反应中和反应金属与酸的置换金属与酸的置换一般的化合反应一般的化合反应 吸热反应吸热反应一般的分解一般的分解Ba(OH)2 8H2O与与2NH4Cl 的反应的反应以以C、H2、CO、为还原剂、为还原剂 的氧化还原反应的氧化还原反应新课标人教版化学必修新课标人教版化学必修 第二章第一节第二章第一节 化学能与热能化学能与热能( (第第3 3课时）课时）一、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：KJ/molH 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：燃烧热，中和热3、分类：燃烧热，中和热燃烧热 在101KPa时，1mol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。室温下中和热约为57.3KJ/mol中和反应，燃烧反应均为放热反应有关反应热的计算【例1】25、101kPa时，使1.0 g钠与足量的氯气反应，生成氯钠晶体并放出17.87 kJ的热量，求生成1 mol氯化钠的反应热。【解】Na(g) + Cl2(g) =NaCl(s)17.87 kJ / 1g 23 g / mol = 411 kJ / mol答：生成1 mol NaCl时放出热量411 kJ。v有关燃烧热的计算【例2】乙醇的燃烧热H= -1366.8 kJ/ mol，在25、101kPa时，1 kg 乙醇充分燃烧后放出多少热量？【解】n(C2H5OH)= 1000 g / 46g/mol =21.74mol 1 kg C2H5OH燃烧后产生的热量： 1366.8 kJ/ mol 21.74mol=2.971 10 4kJ答： 1 kg C2H5OH燃烧后放出2.971 10 4kJ的热量。二、盖斯定律v1840年，瑞士化学家盖斯（GHHess）通过大量实验事实证明，不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是相同的。v换句话说，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。这就是盖斯定律。看下面的图理解盖斯定律v某人从山下A到达山顶B，无论是翻山越岭攀登而上，还是坐缆车直奔山顶，其所处的海拔都高了300mv即山的高度与A、B点的海拔有关，而与由A点到达B点的途径无关v这里的A相当于反应体系的始态，B相当于反应体系的终态.山的高度相当于化学反应的反应热用能量守恒定律论证盖斯定律v先从始态S变化到到终态L，体系放出热量（H10)。v经过一个循环，体系仍处于S态，因为物质没有发生变化，所以就不能引发能量变化，即H1+H20盖斯定律在科学研究中的重要意义v有些反应进行得很慢v有些反应不容易直接发生v有些反应的产品不纯（有副反应发生）v这些都给测量反应热造成了困难v利用盖斯定律可以间接地把它们的反应热计算出来vC（s）+ O2（g）=CO（g）因为C燃烧时不可能完全生成CO，总有一部分CO2生成，因此这个反应的H无法直接测得，请同学们自己根据盖斯定律设计一个方案计算该反应的H。v提示（1) C (s) + O2(g) = CO2(g) H1=-393.5 kJ/mol (2) CO (g) + O2(g) = CO2(g) H3=-283.0 kJ/molvH1= H2+ H3 v H2 = H1- H3 = -393.5 kJ/mol -(-283.0 kJ/mol) = -110.5 kJ/molvC (s) + O2 (g) = CO2(g) H=-110.5 kJ/mol v应用盖斯定律的计算【例3】已知下列反应的反应热为 CH3COOH (l) + 2O2(g) = 2CO2(g) + 2H2O(l) H1= -870.3 kJ/mol C(s) + O2 (g) = CO2(g) H2= -393.5 kJ/mol H2(g) + O2(g) = H2O(l) H3= -285.8 kJ/mol试计算下述反应的反应热：2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l) v【解】分析各方程式的关系，知 将方程式按2 + - 组合得上述反应方程式即：H = 2H 2 + H3 - H1H =2(-393.5kJ/mol) + (-285.8kJ/mol) -(-870.3kJ/mol) = - 488.3kJ/mol答：反应2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l) 反应热为- 488.3kJ/mol 1、下列物质加入水中，显著放热的是（ ） A、生石灰 B、固体NaOH C、无水乙醇 D、固体NH4NO32、在相同温度下，下列两个反应放出的热量分别一Q1和Q2表示： （ ） 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2 A、 Q1 Q2 B、 Q1 Q2 C、 Q1 = Q2 D、无法计算ABB3、电解质电离要吸收热量，分别用40g氢氧化钠和盐酸、醋酸溶液完全反应，放出的热量 （ ）A、相等B、前者大于后者C、前者小于后者D、无法判断B学习目标学习目标知道化学键的断裂和形成是化学反应中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。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通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。热能的相互转化。探究化学能转化为热能在生产、生活中探究化学能转化为热能在生产、生活中的应用。的应用。一飞冲天：一飞冲天：“神舟神舟”五号发射实况回放五号发射实况回放 【归纳小结归纳小结】一个化学反应一个化学反应是是为为放热反应放热反应还是还是吸热反应吸热反应取决于：取决于：取决于所有取决于所有断键吸收的总能量断键吸收的总能量与所有与所有形成新键放出的总能量形成新键放出的总能量的相对大小，的相对大小，即取决于反应物的总能量与生成物的即取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。总能量的相对大小。常见的放热反应和吸热反应常见的放热反应和吸热反应放热反应放热反应所有燃烧所有燃烧中和反应中和反应溶液里的置换溶液里的置换一般的化合反应一般的化合反应 特殊的分解特殊的分解吸热反应吸热反应电离电离强碱与铵盐强碱与铵盐一般的分解一般的分解特殊的化合特殊的化合