化学必修21《化学能与热能》PPT课件.ppt

化学能与热能 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。16.6%2.1%5.1%76.2%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？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思考：思考：不同的燃料其组成不同，燃烧后放出的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热量会不同？燃料在燃烧反应中产生的热能来自哪里？哪里？1、化学反应中能量的变化化学反应中能量的变化、化学反应的本质是什么？、化学反应的本质是什么？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、化学反应中能量变化的主要原因、化学反应中能量变化的主要原因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是化学反应中能量变化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。化的主要原因。. 从化学键的观点来分析能量的变化从化学键的观点来分析能量的变化 一个化学反应的过程，本质上就是旧化学键一个化学反应的过程，本质上就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程。的过程。吸收能量吸收能量放出能量放出能量所以：一个化学反应所以：一个化学反应是否是否为为放热放热还是还是吸热吸热取决于什么呢？取决于什么呢？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想一想：想一想： 在化学反应中，随着在化学反应中，随着物质的变化，既有反应物物质的变化，既有反应物中化学键的断裂，又有生中化学键的断裂，又有生成物中化学键的形成，化成物中化学键的形成，化学能也随之而改变。那么，学能也随之而改变。那么，一个化学反应吸收能量还一个化学反应吸收能量还是放出能量是由什么决定是放出能量是由什么决定的呢？的呢？ 实验测得，在实验测得，在25,101KPa条件条件下，将下，将1molH2(H-H)变为变为2molH原子原子需吸收需吸收436kJ能量，而能量，而2molH原子变原子变成成1molH2(H-H)放出放出436kJ能量，这能量，这个能量就是个能量就是H-H的的键能键能。某些化学键的键能某些化学键的键能某些键的键能某些键的键能(kJ/mol)键键键能键能键键键能键能HH436CH415.0ClCl242.7OH462.8BrBr193.7NH390.8II152.7HCl431.8CC347.7HI298.7对于某个确定的化对于某个确定的化学反应，如何判断学反应，如何判断它是放出能量还是它是放出能量还是吸收能量呢？吸收能量呢？键能越大键能越大含该键的分子越稳定含该键的分子越稳定化学键越牢固化学键越牢固在反应在反应H2 + Cl2 2HCl中，已知中，已知HH 键能为键能为436kJ/mol，ClCl键能为键能为247kJ/mol，HCl键能为键能为431kJ/mol，判断该反应，判断该反应是是 反应反应 放热放热课堂练习一课堂练习一v则则(1)化学键断裂时需要吸收能量。吸收总能量为：化学键断裂时需要吸收能量。吸收总能量为：436kJ247kJ683 kJ，v (2)化学键形成时需要释放能量。释放总能量为：化学键形成时需要释放能量。释放总能量为：431kJ431kJ862 kJ，v (3)反应中放出的热量的计算：反应中放出的热量的计算：v862kJ683kJ=179kJ小结：小结： 一个确定的化学反应在发生过程中是吸收能量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。总能量的相对大小。看图讨论：看图讨论：分析化学反应：分析化学反应：反应物的总能量反应物的总能量 生成物的总能量生成物的总能量化学反应放出能量化学反应放出能量看图讨论：看图讨论： 将水由低处抽向高处需提供能量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）（电能转换为机械能，再转换为势能）分析化学反应：分析化学反应：反应物的总能量反应物的总能量 0为吸热反应为吸热反应H 4Q3 B. 2Q1 + Q2 4Q3 C. Q1 + Q2 Q3 D. Q1 + Q2 = Q3B 问题交流问题交流【学与问学与问】 这里所列举的两类反应说明了化学反应与热能这里所列举的两类反应说明了化学反应与热能 之间的辩证关系以及它们之间的相互转化：之间的辩证关系以及它们之间的相互转化： 化学反应化学反应热能热能煤、石油、天然气的燃烧（产生）煤、石油、天然气的燃烧（产生）CaCOCaCO3 3经过高温煅烧分解成经过高温煅烧分解成CaOCaO（动力）（动力）热能对化学反应的支持作用热能对化学反应的支持作用，利用热能来完成常温下很，利用热能来完成常温下很难发生的化学反应。难发生的化学反应。获取能量获取能量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燃料的燃烧燃料的燃烧(与与O2的反应）的反应）中中 和和 反反 应应活泼金属与水或酸的反应活泼金属与水或酸的反应大部分化合反应（生石灰大部分化合反应（生石灰和水）和水）物质的缓慢氧化物质的缓慢氧化吸热反应吸热反应C+CO2H2+CuOC+H2OBa(OH)2.8H2O+NH4ClCaCO3高温分解高温分解大部分分解反应大部分分解反应多数铵盐溶于水多数铵盐溶于水反应过程中的能量变化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、人类文明与能源开发、利用的关系人类文明史人类文明史引出引出燃料燃料充分充分燃烧燃烧化石化石 燃料燃料 合理合理 利用利用能源能源开发开发新技新技术的术的开发开发能源能源能量能量利用利用化学化学反应反应中的中的能量能量变化变化能源的利用反映着人类进步能源的利用反映着人类进步放热放热反应反应吸热吸热反应反应足够足够的空的空气气燃料与燃料与空气充空气充分接触分接触充分充分燃烧燃烧科学利科学利用减少用减少污染污染 2. 常见的能源主要有以下十种常见的能源主要有以下十种:太阳能、化石能源、水能、太阳能、化石能源、水能、 风能、潮汐能、地热能、生风能、潮汐能、地热能、生物质能、核能以物质能、核能以 及氢能。及氢能。1 1、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ） A.A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B.B.任何放热反应在常温条件下一定能发生反应任何放热反应在常温条件下一定能发生反应 C.C.反应物和生成物所具有的总能量决定了反应反应物和生成物所具有的总能量决定了反应 结果是放热还是吸热结果是放热还是吸热 D.D.吸热反应在一定条件下才能发生反应吸热反应在一定条件下才能发生反应CD 2 2、判断：、判断：（1 1）加热的反应一定是吸热反应。）加热的反应一定是吸热反应。（2 2）一个反应是吸热或放热与反应条件）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。的总能量的相对大小有关。（3 3）化学反应中的能量变化都表现为热）化学反应中的能量变化都表现为热 能变化。能变化。科学视野科学视野1、社会发展与能源利用、社会发展与能源利用2、人类利用能源的三个阶段、人类利用能源的三个阶段柴草时期柴草时期化石能源时期化石能源时期多能源结构时期多能源结构时期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与体外的燃烧本质相同，都是本质相同，都是放热反应放热反应。只是二者条件。只是二者条件不同，且前者更加不同，且前者更加合理有效合理有效。实验实验2 2现象现象结论结论有刺激性气味气体产生；玻璃片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；用手触摸杯壁被冰粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉。下部，有凉的感觉。Ba(OH)28H2O与与NH4Cl反应的过程吸收热量。反应的过程吸收热量。化学反应方程式：化学反应方程式：Ba(OH)28H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3 +10H2O玻璃棒的作用：玻璃棒的作用：搅拌，使混合物充分接触搅拌，使混合物充分接触反应物成糊状的原因：反应物成糊状的原因： 结冰粘结结冰粘结结论：该反应是结论：该反应是吸热反应吸热反应思考：思考：酸与碱的中和反应是吸热反应还是放热反应？酸与碱的中和反应是吸热反应还是放热反应？实验实验3 3 酸碱反应的本质就是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。可得出推论：酸碱中和反应都是放热反应。反应中反应中H+和和OH-离子的量相等离子的量相等 ，生成水的，生成水的量相等，放出的热量也相等量相等，放出的热量也相等 现象现象结论结论中和反应后溶液的温度比中和反应后溶液的温度比反应前盐酸和氢氧化钠溶反应前盐酸和氢氧化钠溶液的温度高。液的温度高。盐酸和氢氧化钠溶液的反盐酸和氢氧化钠溶液的反应过程中放出热量，使溶应过程中放出热量，使溶液混合物的温度升高。液混合物的温度升高。分析：分析： 中和热的概念中和热的概念: 酸与碱发生中和反应生成酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为时所释放的热量称为中和热中和热。思考与交流：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 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（或纸条），大烧杯上用泡沫平。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，在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻塑料板（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、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，如上璃搅拌棒通过，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。该实验也可在保温杯中进行。图所示。该实验也可在保温杯中进行。思考与交流：思考与交流： 在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？（1 1）用隔热装置，尽量减少热量散失；）用隔热装置，尽量减少热量散失；（2 2）酸碱的量要准确：）酸碱的量要准确：n nC CV Va a、浓度要越精确越好、浓度要越精确越好b b、量体积的容器越精确越好，最好用移液管、量体积的容器越精确越好，最好用移液管（3 3）温度计越精确越好）温度计越精确越好（4 4）注意控制反应时间）注意控制反应时间（5 5）多做几次，取平均值）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，在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑，一是注重一是注重“量量”的问题，如的问题，如 反应物的浓度和体反应物的浓度和体积取定值；积取定值； 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。二是尽量减小实验误差，如实验取平均值。二是尽量减小实验误差，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； 及时散及时散热，使混合液温度均衡；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 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。1L1mol/L的硫酸溶液与2L2mol/L的NaOH溶液完全反应，放出114.6KJ的热量，有人由此得出强酸与强碱反应的中和热为114.6KJ/mol。这种结论是否正确，为什么？