《化学能与热能》课件.ppt

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1、化学变化的特征化学变化的特征化化学学变变化化中中除除有有新新物物质质生生成成外外，常常伴伴随随着着放放热热、发发光光、变变色色、放放出出气气体体、生生成成沉沉淀淀等现象发生。等现象发生。利用化学反应：一是制取物质、二是利用反利用化学反应：一是制取物质、二是利用反应中的能量应中的能量2.1 化学能与热能化学能与热能一方面，用煤、石油、天然气的燃烧放热来说一方面，用煤、石油、天然气的燃烧放热来说明化学能向热能的转化，人们利用这些化学反明化学能向热能的转化，人们利用这些化学反应获取能量；另一方面，用应获取能量；另一方面，用CaCO3经过高温煅经过高温煅烧分解生成烧分解生成CaO来阐述热能对化学反应的

2、支持来阐述热能对化学反应的支持作用，人们利用热能来完成常温下很难发生的作用，人们利用热能来完成常温下很难发生的化学反应。化学反应。煤、石油和天然气等化石燃料或它们的制品的燃煤、石油和天然气等化石燃料或它们的制品的燃烧所产生的热能从何而来？与化学物质及化学反应烧所产生的热能从何而来？与化学物质及化学反应有什么关系？石灰石经高温煅烧生成生石灰，高温有什么关系？石灰石经高温煅烧生成生石灰，高温提供的热能在分解反应中起什么作用？提供的热能在分解反应中起什么作用？问题探究：问题探究：化学键：化学键：复习提问：复习提问：相邻原子间的强烈的相互作用。相邻原子间的强烈的相互作用。拆开拆开1 mol1 mol某

3、键所需的能量叫键能。某键所需的能量叫键能。单位：单位：kJ/molkJ/mol。*键能：键能：2HH2HH2 2中能量如何变化？中能量如何变化？1mol H1mol H2 2中含有中含有1molH1molHH H，在在25250 0C C 101kPa101kPa条件下，由条件下，由H H原子形成原子形成1molH1molHH H要放出要放出436kJ436kJ的能量，而断开的能量，而断开1molH1molHH H重重新变为新变为H H原子要吸收原子要吸收436kJ436kJ的能量。的能量。一、一、化学键与化学反应中能量变化的关系化学键与化学反应中能量变化的关系 H21molH2的的共价键断裂

4、共价键断裂吸收吸收436kJ能量能量1/2molO2的共价键断裂的共价键断裂1/2O2吸收吸收249kJ能量能量2HO形成形成1molH2O的的共价键共价键释放释放930kJ能量能量H2O在在化学反应过程中，破坏旧化学键，需要吸收一定的能化学反应过程中，破坏旧化学键，需要吸收一定的能量来克服原子间的相互作用；形成新化学键时，又释放量来克服原子间的相互作用；形成新化学键时，又释放一定的能量。一定的能量。思考：思考：吸收能量和释放能量的反应中，反应物本身所吸收能量和释放能量的反应中，反应物本身所具有的能量和生成物本身所具有的能量之间的具有的能量和生成物本身所具有的能量之间的大小关系分别如何？大小关

5、系分别如何？吸热反应：吸热反应：反应物反应物生成物生成物+能量能量放热反应：放热反应：反应物反应物生成物生成物+能量能量 E E（反应物）反应物）E E（生成物）生成物）放出能量放出能量 E E（反应物）反应物）E E（生成物）生成物）吸收能量吸收能量小结：小结：1 1、化化学学反反应应的的特特点点是是有有新新物物质质生生成成，新新物物质和反应物总能量不同质和反应物总能量不同2 2、反应中要遵循能量守恒。、反应中要遵循能量守恒。3 3、反反应应物物与与生生成成物物的的能能量量差差若若以以热热能能形形式式表表现现即即为为放放热热和和吸吸热热。如如果果二二者者能能量量比比较较接近则放热和吸热不明显

6、。接近则放热和吸热不明显。反应物的总能量高反应物的总能量高生成物的总能量低生成物的总能量低生成物的总能量高生成物的总能量高反应物的总能量低反应物的总能量低放放出出能能量量吸吸收收能能量量化学反应的过程化学反应的过程,可以看成是能量的可以看成是能量的“贮存贮存”或或“释放释放”的过程的过程反应物反应物的能量的能量生成物生成物的能量的能量能量的释放能量的释放反应物反应物的能量的能量生成物生成物的能量的能量能量的吸收能量的吸收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+放出的能量放出的能量生成物的总能量生成物的总能量=反应物的总能量反应物的总能量+吸收的能量吸收的能量12g石墨与石墨

7、与O2反应生成反应生成CO2放出放出393.51KJ热量；热量；12g金刚石与金刚石与O2反应生成反应生成CO2放出放出395.41KJ热量，热量，试比较，石墨与金刚石哪个稳定？试比较，石墨与金刚石哪个稳定？比较相同状态、相同数量的金刚石和石墨，比较相同状态、相同数量的金刚石和石墨，与与O2完全反应，生成相同状态、相同数量完全反应，生成相同状态、相同数量的的CO2，金刚石释放出的热量更多，说明金金刚石释放出的热量更多，说明金刚石具有的总能量高，不稳定刚石具有的总能量高，不稳定思考：思考：1、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。2、化学键的断裂和

8、形成是化学反应中能量变化的主、化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。要原因。3、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，取决于反应物的总能量与生成物的还是放出能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。总能量的相对大小。小结：小结：二、化学能与热能的相互转化二、化学能与热能的相互转化1、两条基本的自然定律、两条基本的自然定律质量守衡定律：自然界的物质可以发生相互质量守衡定律：自然界的物质可以发生相互转化，但是其总质量保持不变。转化，但是其总质量保持不变。能量守衡定律：一种能量可以转变为另一种能量守衡定律：一种能量可以

9、转变为另一种能量，但是能量的总量保持不变。能量，但是能量的总量保持不变。质能守恒定律：质量与能量是相互联系的。质能守恒定律：质量与能量是相互联系的。（E=mc2）化学上把有热量放出的化学反应叫做化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应放热反应。吸收热量的化学反应叫做吸收热量的化学反应叫做吸热反应吸热反应。化学反应中的能量变化，通常表现为热量的变化化学反应中的能量变化，通常表现为热量的变化吸热或放热。吸热或放热。2、放热反应和吸热反应、放热反应和吸热反应实验实验1、铝条和盐酸的反应铝条和盐酸的反应实验步骤实验步骤眼睛看到的眼睛看到的现象现象用手触摸的用手触摸的感觉感觉在一支试管中加入在一支试管中

10、加入23mL6mol/L的盐酸的盐酸溶液溶液向含有盐酸溶液的试向含有盐酸溶液的试管中插入用砂纸打磨管中插入用砂纸打磨光的铝条光的铝条结论结论实验步骤实验步骤实验现象实验现象得出结论得出结论将将20gBa(OH)28H2O晶体晶体研研细细后与后与10gNH4Cl在烧杯中混在烧杯中混合，并将烧杯放在滴有几滴合，并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片上，立即用玻璃水的玻璃片上，立即用玻璃棒棒快速搅拌快速搅拌混合物混合物用手触摸烧杯下部用手触摸烧杯下部用手拿起烧杯用手拿起烧杯实验实验2、氢氧化钡晶体和氯化铵晶体的反应、氢氧化钡晶体和氯化铵晶体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？反应物反应

11、物及用量及用量酸酸HNO350mL1mol/LHCl50mL1mol/LHCl50mL1mol/L碱碱NaOH50mL1mol/LNaOH50mL1mol/LKOH50mL1mol/L混合前温度混合前温度室温室温室温室温室温室温混合后温度混合后温度t1t2t3结结论论HNO3与与NaOH发生发生中和反应时中和反应时放热放热HCl与与NaOH发生发生中和反应时中和反应时放热放热HCl与与KOH发生发生中和反应时放热中和反应时放热对实验进行对实验进行归纳和概括归纳和概括强酸与强碱发生中和反应时放出热量强酸与强碱发生中和反应时放出热量实验实验23为什么强酸与强碱发生反应时都会放出热量？为什么强酸与强

12、碱发生反应时都会放出热量？思考与交流思考与交流1 1：三个反应的化学方程式和离子方程式分别为：三个反应的化学方程式和离子方程式分别为：HNO3+NaOH=NaNO3+H2O，H+OH-=H2OHCl+NaOH=NaCl+H2O，H+OH-=H2OHCl+KOH=KCl+H2O，H+OH-=H2O由此可见，三个反应的化学方程式虽然不同，但是由此可见，三个反应的化学方程式虽然不同，但是它们的反应本质相同，都是它们的反应本质相同，都是H+与与OH-离子反应生成水离子反应生成水的反应，属于中和反应，其离子方程式都是：的反应，属于中和反应，其离子方程式都是：H+OH-=H2O。所以，可提出推测，即中和反

13、应都放热。所以，可提出推测，即中和反应都放热。由于三个反应中由于三个反应中H+和和OH-离子的量都相等，则生成水离子的量都相等，则生成水的量也相等，故放出的热量也相等（在上述三个实验的量也相等，故放出的热量也相等（在上述三个实验中，温度上升的幅度接近）。酸与碱发生中和反应生中，温度上升的幅度接近）。酸与碱发生中和反应生成成1molH2O时所释放的热量称为中和热。时所释放的热量称为中和热。思考与交流思考与交流2 2：酸与碱发生中和反应生成酸与碱发生中和反应生成1molH1molH2 2OO时所释放的热量时所释放的热量称为中和热。如果要通过实验来测定盐酸与氢氧化称为中和热。如果要通过实验来测定盐酸

14、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题？你准备如何设计并进行实验？应该注意哪些问题？你准备如何设计并进行实验？原理：原理：酸碱中和反应是放热反应，中和酸碱中和反应是放热反应，中和后放出的热量等于后放出的热量等于溶液和容器吸收的热溶液和容器吸收的热量量。可以通过测定一定量酸与碱中和时。可以通过测定一定量酸与碱中和时溶液温度的变化，求算中和热。溶液温度的变化，求算中和热。1摩摩/升盐酸和升盐酸和1.1摩摩/升氢氧化钠溶液的密升氢氧化钠溶液的密度可以近似作为度可以近似作为1克克/毫升。所以毫升。所以50毫升毫升1摩摩/升盐酸的

15、质量升盐酸的质量m1=50克，克，50毫升毫升1.1摩摩/升氢氧化钠溶液的质量升氢氧化钠溶液的质量m2=50克，中和克，中和后生成的溶液质量为后生成的溶液质量为m1+m2=100克，它克，它的比热为的比热为c，量热器（测定热量的仪器，量热器（测定热量的仪器，有保温隔热的作用）的热容为有保温隔热的作用）的热容为C0（焦（焦/开）开）。若溶液温度的变化是。若溶液温度的变化是t2-t1，在中和时放，在中和时放出的热量为：出的热量为：Q=（m1+m2）c+mC0（t2-t1）（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）酸碱的量要准确：）酸碱的量要准确：a、浓度要越精确越好

16、浓度要越精确越好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）温度计越精确越好）温度计越精确越好（4）注意控制反应时间）注意控制反应时间（5）多做几次，取平均值）多做几次，取平均值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物质与氧气的反应物质与氧气的反应燃料的燃烧燃料的燃烧中和反应中和反应金属与酸金属与酸活泼金属与水的反应活泼金属与水的反应 生石灰和水反应生石灰和水反应大部分化合反应大部分化合反应 吸热反应吸热反应C+CO2C+H2OH2+CuOBa(OH)28H2O+NH4ClFe+H2O（g）Na2CO310H2O+NH4NO3大部

17、分分解反应大部分分解反应科学视野：生物体中的能量转化科学视野：生物体中的能量转化人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧本质相同，都是放热反应。只是二者条件本质相同，都是放热反应。只是二者条件不同，且前者更加合理有效。不同，且前者更加合理有效。人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧有人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧有何相同点和不同点？何相同点和不同点？阅读教材：阅读教材：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多能源结构时期能源结构时期煤、石油和天然气等是世界上最重要

18、的三种化煤、石油和天然气等是世界上最重要的三种化石燃料。石燃料。煤煤，也叫煤炭，是世界上最古老的化石燃料之，也叫煤炭，是世界上最古老的化石燃料之一，被称为一，被称为“工业的粮食工业的粮食”。石油石油被人们誉为被人们誉为“工业的血液工业的血液”。石油不仅是。石油不仅是重要的化石燃料，还是宝贵的工业原料。重要的化石燃料，还是宝贵的工业原料。天然气天然气一般是指在底下形成的可燃性气体。天一般是指在底下形成的可燃性气体。天然气主要成分是甲烷。然气主要成分是甲烷。核能英国的原子能发电站英国的原子能发电站太阳能电池实质上是一种半导体器件，它的典型特征是可以把光能直接转换成电能。其工作原理是，当太阳光照射到

19、硅电池板后，产生光生电子-空穴对，在电池内建静电场的作用下，由于电子、空穴分带不同的电荷而被分离在两边形成“光生电压”，即“光电效应”。太阳能太阳能发电装置太阳能发电装置太阳能太阳能汽车太阳能汽车太阳能太阳能发电站太阳能发电站风能其他新能源其他新能源阿里地区地热田阿里地区地热田其他新能源羊八井地热电站羊八井地热电站其他新能源江厦潮汐试验电站江厦潮汐试验电站1、当物质发生化学反应时，断开反应物中、当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要的化学键要；而形成生成物中；而形成生成物中的化学键要的化学键要。一个化学反应是。一个化学反应是释放能量还是吸收能量取决于释放能量还是吸收能量取决于。吸收能量吸收能量放出能量放出能量反应物总能量与生成物总能量的相对大小反应物总能量与生成物总能量的相对大小练习：练习：2、若反应物的总能量、若反应物的总能量生成物的总能量，生成物的总能量，化学反应化学反应能量。能量。若反应物的总能量若反应物的总能量4Q3B.2Q1+Q24Q3C.Q1+Q2Q3D.Q1+Q2=Q3B