化学能与热能 同步讲义.docx

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化学能与热能同步讲义

第二章化学反应与能量

第一节化学能与热能

能源、材料、信息被称为现代社会发展的三大支柱！

能源的利用与我们人类息息相关，如何更好的开发和利用能源是人类永恒的话题。

一、与化学反应中能量的变化关系

1．化学反应中能量变化的原因（微观角度）

（1）组成物质的原子（或原子团）之间是通过相结合的。

（2）当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要能量，而形成生成物中的化学键要能量。

（3）化学键的是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。

[例1]　在25℃、101kPa的条件下，断裂1molHH键吸收436kJ能量，断裂1molClCl键吸收243kJ能量，形成1molHCl键放出431kJ能量。

H2＋Cl2===2HCl的化学反应可用下图表示：

请回答下列有关问题：

（1）反应物断键吸收的总能量为_______________。

（2）生成物成键放出的总能量为________________________。

（3）1molH2和1molCl2反应生成2molHCl是________（填“吸收”或“放出”）能量的反应，其能量值为________。

小结：

1．从化学键角度分析

（1）当，化学反应吸收能量。

（2）当，化学反应放出能量。

2、根据例1可知，当已知反应物和生成物的键能时，化学反应的反应热（△H）可以

2．化学反应中能量变化的决定因素（宏观角度）

一个确定的化学反应是吸热还是放热，决定于能量的相对大小。

（1）反应物的总能量大于生成物的总能量，

则化学反应能量。

如图所示：

（2）反应物的总能量小于生成物的总能量，

则化学反应能量。

如图所示：

小结：

（1）放出能量的反应：

反应物的总能量生成物的总能量，反应过程中，反应物将其比生成物多的那部分能量释放出来，且主要以热能形式，部分以光能等形式释放。

（2）吸收能量的反应：

反应物的总能量生成物的总能量，反应过程中需要从外界吸收能量，且将这部分能量储存在生成物中。

（3）如果已知反应物的平均总能量（E反）和生成物的平均总能量（E生），

3．物质的稳定性与能量的关系

物质本身所具有的能量越高，该物质，物质本身具有的能量越低，该物质，即能量越低越稳定。

二、化学能与热能的相互转化

化学反应伴随着能量变化，这种能量变化可以表现为热能、光能、电能或者功的形式上。

通常情况下，主要以热效应的形式体现出来。

1．两条基本的自然定律

（1）质量守恒定律：

参加化学反应的各物质的质量总和反应后生成的各物质的质量总和。

（2）能量守恒定律：

自然界中一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，转化的途径和能量形式可以不同，但是体系包含的不变。

2．化学能与热能的相互转化

（1）化学能转化为热能：

①盐酸与铝反应后，溶液温度升高，说明该反应是反应；

②中和热：

在稀溶液中，强酸与强碱发生中和反应生成时所释放的热量。

反应的离子方程式为：

思考与交流：

如果通过实验来测定盐酸与氢氧化钠溶液反应的中和热，你认为在设计实验时应该注意哪些问题？

（2）热能转化为化学能：

Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl反应，烧杯变凉，玻璃片与烧杯间的水结成冰将它们粘在一起，说明该反应是反应。

化学方程式为

（3）放热反应与吸热反应：

①放热反应：

化学上把有热量的叫放热反应。

②吸热反应：

化学上把热量的叫吸热反应。

小结：

（1）常见的放热反应：

①金属和水或酸的反应；②金属氧化物和水或酸的反应；③可燃物的燃烧反应及缓慢氧化；④酸和碱的中和反应；⑤大部分化合反应。

（2）常见的吸热反应：

①大部分分解反应；②以碳、CO、H2为还原剂的氧化还原反应；③Ba（OH）2·8H2O和NH4Cl反应。

（3）有些放热反应常温下不能进行，只有在加热条件下才能反应，如碳的燃烧；有些吸热反应，在常温下就能进行，如Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应，因此不能根据判断一个反应是放热反应还是吸热反应。

（4）NaOH固体溶于水、水蒸气转化为液态水是放热过程而不是；NH4NO3固体溶于水、碘的升华、水的蒸发是吸热过程，而不是。

例2

3．化学能与热能相互转化的应用

（1）化学物质中的通过化学反应转化成，提供了人类生存和发展所需要的能量和动力。

（2）热能转化为化学能是人们进行化工生产、研制新物质不可缺少的条件和途径。

4．人类利用能源的三个阶段

（1）柴草时期。

（2）化石能源时期。

从18世纪中期到现代，以为主要能源。

（3）多能源结构时期。

以可再生能源和清洁能源（绿色能源）为主要能源，主要包括、生物质能等。

本节小结：

课后练习

7.根据右图提供的信息，下列所得结论不正确的是（　　）

A．该反应为吸热反应

B．该反应一定有能量转化成了化学能

C．反应物比生成物稳定

D．因为生成物的总能量高于反应物的总能量，所以该反应不需要加热

8．在下列化学变化中，反应物的总能量低于生成物总能量的是（　　）

A．2H2＋O2

2H2OB．CaCO3

CaO＋CO2↑

C．CaO＋CO2===CaCO3D．C2H5OH＋3O2

2CO2＋3H2O

9．下列说法正确的是（　　）

A．由H原子形成1molHH键要吸收热量

B．N2性质非常稳定，是因为N2分子中含有氮氮三键，要破坏氮氮三键需吸收更多的能量

C．在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成H2O时所释放的热量称为中和热

D．伴有能量变化的物质变化都是化学变化

10．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在SF键。

已知：

1molS（s）转化为气态硫原子吸收能量280kJ，断裂1molFF、SF键需吸收的能量分别为160kJ、330kJ。

则反应S（s）＋3F2（g）===SF6（g）的能量变化为（　　）

A．放出1780kJ的能量B．放出1220kJ的能量

C．放出450kJ的能量D．吸收430kJ的能量

11．氢气在氯气中燃烧时发出苍白色火焰，在反应过程中，破坏1mol氢气中的化学键消耗的能量为akJ，破坏1mol氯气中的化学键消耗的能量为bkJ，形成1molHCl中的化学键释放的能量为ckJ。

下列关系中正确的是（　　）

A．a＋b>cB．a＋b>2c

C．a＋b

12．在一定条件下A与B反应可生成C和D，其能量变化如下图：

体系（反应前）体系（反应后）

（1）若E1>E2，反应体系的总能量________（填“升高”或“降低”），为________（填“吸热”或“放热”）反应。

（2）若E1

13．用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。

利用反应A，可实现氯的循环利用。

催化剂

反应A：

4HCl＋O2=====2Cl2＋2H2O

已知：

反应A中，4molHCl被氧化，放出115.6kJ的热量。

回答下列问题：

（1）H2O的电子式是________。

（2）断开1molH—O键与断开1molH—Cl键所需能量相差约为________kJ，H2O中H—O键比HCl中H—Cl键（填“强”或“弱”）________。

14．为了探究化学能与热能的转化，某实验小组设计了如下三套实验装置：

（1）上述3个装置中，不能证明“铜与浓硝酸反应是吸热反应还是放热反应”的是________。

（2）某同学选用装置Ⅰ进行实验（实验前U形管里液面左右相平），在甲试管里加入适量氢氧化钡溶液与稀硫酸，U形管中可观察到的现象是_________________________________

________________________________________________________________________，

说明该反应属于________（填“吸热”或“放热”）反应。

（3）为探究固体M溶于水的热效应，选择装置Ⅱ进行实验（反应在甲中进行）。

①若M为钠，则实验过程中烧杯中可观察到的现象是___________________________

_________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②若观察到烧杯里产生气泡，则说明M溶于水____________________（填“一定是放热反应”“一定是吸热反应”或“可能是放热反应”），理由是_________________________

________________________________________________________________________。

③若观察到烧杯里的玻璃管内形成一段水柱，则M可能是________________________。

（4）至少有两种实验方法能证明超氧化钾与水的反应（4KO2＋2H2O===4KOH＋3O2↑）是放热反应还是吸热反应。

方法①：

选择上述装置________（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）进行实验。

方法②：

取适量超氧化钾粉末用脱脂棉包裹并放在石棉网上，向脱脂棉上滴加几滴蒸馏水，片刻后，若观察到棉花燃烧，则说明该反应是________反应。

参考答案

一、1、

（1）化学键

（2）吸收放出（3）断裂和形成

例1、

（1）679kj/mol

（2）862kj/mol（3）放出183

小结：

1、

（1）Q1>Q2

（2）Q1

2、反应物和生成物总

（1）放出

（2）吸收

小结：

（1）高于

（2）低于

3、越活泼越稳定

二、一定

1、等于总能量

2、

（1）放热1molH2OH++OH-==H2O

思考：

装置隔热效果好，防止热量损失；准确测量反应的酸和碱的量。

（2）吸热Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O

（3）放出化学反应吸收化学反应

小结：

（3）反应条件放热反应吸热反应

例2、①③⑦⑤⑥⑧⑨②④

3、化学能热能

4、

（2）煤石油天然气（3）太阳能氢能核能

课后练习：

2-1-1C2-1-2B2-2-3C2-2-54702-4-1C2-4-2A

7至11题：

DBBBD

12、降低放热升高吸热

13、

（1）H

H　

（2）32　强

14、

（1）Ⅲ

（2）左端液柱降低，右端液柱升高　放热

（3）①产生气泡，反应完毕后，冷却至室温，烧杯里的导管内形成一段液柱　②可能是放热反应　某些物质（如浓硫酸）溶于水放热，但不是放热反应　③硝酸铵（或其他合理答案）

（4）Ⅰ（或Ⅱ）　放热