第一节 化学能与热能学生版.docx
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第一节化学能与热能学生版
第2章化学反应与能量
第1节化学能与热能
1.化学键与化学反应过程中的能量变化关系
1.1化学反应的本质
化学反应的本质是原子(或原子团)的重新组合,即反应物中旧化学键的断裂和生成物中新化学键的形成。
【特别提醒】仅有化学键的断裂,不能称为化学反应。
如NaCl溶于水,NaCl中离子键断裂,但没有新化学键形成。
1.2化学反应中能量变化的根本原因
(1)物质中的原子之间是通过化学键结合的
(2)断开反应物中的化学键要吸收能量,形成生成物中的化学键要放出能量。
(3)化学键变化与能量关系举例
化学键变化
能量变化
拆开1molH-H键
吸收能量436KJ
形成1molH-H键
放出能量436KJ
拆开1molC-H键
吸收能量415KJ
形成1molC-H键
放出能量415KJ
(4)化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
(5)化学反应中的能量变化
一个反应在完成后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总能量的相对大小。
其关系如下所示:
还可以形象地用下图所示:
放出能量
吸收能量
【小结】①反应物的总能量>生成物的总能量放出能量
反应物的总键能<生成物的总键能
②反应物的总能量<生成物的总能量
反应物的总键能>生成物的总键能吸收能量
【特别提醒】①各种物质都储存有化学能。
不同的物质不仅组成不同、结构不同。
所具有的化学能也不同。
②在物质发生化学反应的过程中,破坏旧化学键时,需要吸收一定的能量来克服原子(或离子)间的相互作用;形成新化学键时,又要释放一定的能量。
因此,在化学反应中,不仅有新物质的生成,而且还伴随着能量的变化。
③在一个完整的化学反应过程中,究竟是放出能量还是吸收能量,要看破坏旧化学键吸收能量总和与形成新化学键放出能量总和的相对大小。
若破坏旧化学键吸收能量总和大于形成新化学键放出能量总和,整个化学反应过程就吸收能量;若破坏旧化学键吸收能量总和小于形成新化学键放出能量总和,整个化学反应过程就放出能量。
④反应物与生成物的总能量的相对大小决定整个化学反应是放热还是吸热。
若反应物的总能量比生成物的总能量高,则该反应就是放热反应;反之则是吸热反应。
对应练习1:
化学反应中通常伴随着能量变化,下列说法中错误的是()
A.煤燃烧时将部分化学能转化为热能
B.电解水时将部分化学能转化为电能
C.TNT爆炸时将部分化学能转化为动能
D.镁条燃烧时将部分化学能转化为光能
对应练习2:
在25℃、101kPa的条件下,断裂1mol H-H键吸收436kJ 能量,断裂1mol Cl-Cl键吸收243kJ能量,形成1mol H-Cl键放出431kJ能量.H2+Cl2═2HCl的化学反应可用如图表示:
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)判断H2+Cl2═2HCl是_________(填“吸收”或“放出”)能量.
(4)反应物的总能量___________(填“>”或“<”)生成物的总能量.
对应练习3:
下列说法中,正确的是()
A.物质发生化学反应时不一定伴随着能量变化
B.伴随能量变化的物质变化都是化学变化
C.在一个确定的化学反应中,反应物的总能量与生成物的总能量一定不同
D.在一个确定的化学反应中,反应物的总能量总是高于生成物的总能量。
2.化学能与热能的相互转化
2.1两条基本的自然定律
(1)质量守恒定律:
自然界的物质可以发生转化,但是总质量保持不变。
(2)能量守恒定律:
一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量,但是总能量保持不变。
【特别提醒】①质量守恒定律和能量守恒定律是两条基本的自然定律
②能量的形式有多种,化学能是其中之一。
化学能同样可以转化为其他形式的能量,如热能、光能和电能等。
2.2实验验证化学能与热能的转化
(1)铝与盐酸的放热反应
实验
现象
结论
①有气泡产生
②用手触摸反应后的试管,手感到热
③用温度计测得反应后温度升高
化学方程式:
__________
反应过程放出热量
(2)Ba(OH)2.8H2O与NH4Cl的吸热反应
实验
实验步骤
实验现象
得出结论
将晶体混合,立即快速搅拌
有刺激性气味的气体产生,该气体能使湿润的红色湿润试纸变蓝
有NH3
用手烧杯下部
感觉烧杯变凉
反应吸热
用手拿起烧杯
烧杯与玻璃片粘到一起
反应吸收热量使体系温度降低,使水结冰
将粘有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上
玻璃片脱离上面烧杯底部
冰融化
结论
化学方程式:
_____________________
反应过程吸收热量
对应练习1:
关于化学反应中的能量变化,下列说法不正确的是()
A.化学反应中的能量变化,除热量外,还可以是光能、电能等。
B.化学反应中的能量变化,遵循能量守恒定律
C.所有的燃烧反应都是放热反应
D.反应物总能量大于生成物总能量,该反应不遵循能量守恒定律。
对应练习2:
如图所示,把试管放入盛有25℃的饱和石灰水的烧杯中,试管中放入几小块镁片,再用滴定管滴入5mL硫酸于试管中.试回答下列问题:
(1)实验过程中,试管中产生的现象是:
,烧杯中产生的现象是:
________,请你解释出现这种现象的原因:
______.由此你可以推测,MgSO4溶液和H2的总能量__________(填“大于”、“小于”或“等于”)镁片和硫酸的总能量.
(2)写出有关反应的离子方程式____________________________.
2.3中和热的测定
实验原理
在稀溶液中,酸跟碱发生中和反应生成1mol水时的反应热叫做中和热
1.反应原理:
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l);△H=-57.3kJ/mol
2.计算方法:
(强酸和强碱反应)Q=mCΔt
(1)其中Q:
中和反应放出的热量。
m:
反应混合液的质量。
C:
反应混合液的比热容。
△t:
反应前后溶液温度的差值
实验步骤
1.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,如上一页图形所示。
(实验装置图)
2.2.用一个量筒最取50mL0.50mol/L盐酸,倒入小烧杯中,并用温度计测量盐酸的温度,记入下表。
然后把温度计上的酸用水冲洗干净。
3.3.用另一个量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液,并用温度计测量NaOH溶液的温度,记入下表。
4.把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯(注意不要洒到外面)。
用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确读取混合溶液的最高温度,记为终止温度,记入上表。
5.重复实验两次,取测量所得数据的平均值作为计算依据。
6.根据实验数据计算中和热
3.生物体中的能量转化
(1)太阳能与人类的生存
(2)生物体内能量的变化和转移
【特别提醒】①能量转化在生物界是普遍存在的
②物质在人体内的氧化还原反应与体外燃烧相比本质相同,即产物相同,放出能量也相同。
但反应条件和反应方式不同
③物质在人体内氧化,能量的转化率和利用率都很高。
而在体外燃烧,能量很难
4.人类对能源的利用
人类利用能源的三个阶段
(1)柴草时期:
以树枝杂草为重要能源
(2)化学能源时期:
以煤、石油、天然气为主要能源。
(3)多能源结构时期:
可再生能源和清洁能源(绿色能源)将成为新能源的主力军。
太阳能、氢能、核能、生物质能、地壳地表能将成为能源家族的重要成员。
5.放热反应和吸热反应的一般规律
(1)放热反应
①一切燃烧反应
②活泼金属与酸或水的反应
③酸碱中和反应
④大多数化合反应(有些化合反应是吸热反应,如N2+O2==放电2NO)
⑤物质的缓慢氧化
(2)吸热反应
①大多数的分解反应
如NH4Cl==NH3↑+HCl↑
②一些晶体的反应
如Ba(OH)2.8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O
③C+CO2==CO
④以C、H2、CO为还原剂的氧化还原反应
6.能源的分类
形成条件
利用历史
性质
举例
一次能源
常规能源
可再生资源
水能
不可再生资源
煤、石油、天然气等化石能源
新能源
可再生资源
太阳能、地热能、潮汐能、氢能、沼气、风能、生物质能
不可再生资源
核能
二次能源
(一次能源经过加工、转化得到得能源成为二次能源)电能(水电、火电、核电)、蒸汽、工业余热、酒精、汽油、焦炭等
综合练习
1.对下列化学反应的热现象的说法不正确的是( )
①化学反应中的能量变化都表现为热量变化
②化学反应发生过程中一定有能量变化
③吸热反应需要加热后才能发生
④化学反应吸收或放出热量的多少与参加反应的物质的多少有关
A.①②B.②③C.①③D.②④
2.已知反应X+Y===M+N为放热反应,对该反应的说法正确的是( )
A.X的能量一定高于MB.Y的能量一定高于N
C.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
D.因为该反应为放热反应,故不必加热就可发生
3.下列属于吸热反应的是( )
A.金属钠与水的反应B.氢气燃烧
C.浓硫酸的稀释D.Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl(固体)混合
4.下列关于化学反应说法中不正确的是( )
A.化学反应过程中一定有热量释放出来
B.化学反应的特征是有新物质生成
C.化学反应的过程实际上是一个旧键断裂,新键生成的过程
D.在一确定的化学反应关系中,反应物的总能量与生成物的总能量一定不相等
5.下列各图中,表示吸热反应的图是( )
6.下列反应既属于氧化还原反应,又是吸热反应的是( )
A.锌粒与稀硫酸的反应B.灼热的木炭与CO2反应
C.甲烷在氧气中的燃烧反应D.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应
7.电视上有一“自热米饭”的广告播得很火,它介绍在食用时,将一无色液体加入到一白色固体中,放上装米饭的盒子,过几分钟米饭马上就热气腾腾,可以食用了,非常方便。
请你推测其白色固体和无色液体可能是如下哪个组合( )
A.硝酸铵和水B.浓硫酸和水C.氧化钙和水D.固体酒精和水
8.(双选)下列说法正确的是( )
A.煅烧石灰石可得生石灰和二氧化碳,该反应是一个放出能量的反应
B.水分解产生氢气和氧气时吸收能量
C.相同状况下,反应2SO2+O2===2SO3是一个放热反应,则反应2SO3===2SO2+O2是一个吸热反应
D.氯化氢分解成氢气和氯气时需要放出能量
9.关于吸热反应的说法正确的是()。
A.凡需加热的反应一定是吸热反应
B.只有分解反应才是吸热反应
C.使用催化剂的反应是吸热反应
D.C02与CaO化合是放热反应,则CaC03分解是吸热反应
10.(双选)已知金刚石在一定条件下转化成石墨是放热的。
据此,以下判断或说法正确的是(
A.需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
B.放热反应在常温下一定很容易发生
C.反应是放热还是吸热,必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D.吸热反应在一定条件下也能发生
11.有关下列能量转化的认识不正确的是()。
A.植物的光合作用使得太阳能转化为了化学能
B.人类使用照明设备是将电能转化为了光能
C.生物体内的化学变化过程在能量转化上比在体外发生的一些能量转化更为合理、有效
D.燃料燃烧时只是将化学能转化为了热能
12.近年来,广州市的大部分公交车及部分出租车已采用LPG(液化石油气)作为汽车的燃料,其主要目的在于()。
A.防止石油短缺B.降低成本C.减少对大气的污染D.加大发动机的动力
13.航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4C104)的混合物为固体燃料,点燃时铝粉氧化放热引发高氯酸铵反应。
其方程式可表示为:
下列对此反应的叙述中错误的是()。
A.上述反应属于分解反应
B.上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行
C.反应从能量变化上说,主要是化学能转变为热能和动能
D.在反应中高氯酸铵起氧化剂作用
14.(双选)下列说法正确的是
A.需要加热方能发生的反应一定是吸热反应
B.放热反应在常温下一定很容易发生
C.反应是放热还是吸热,必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
D.化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化
15.(双选)下列叙述正确的是
A.化学键存在所有物质中
B.化学键的断裂和形成是化学反应能量变化的主要原因
C.无论强酸还是弱酸与NaOH溶液反应测得中和热的数值是相等的
D.当反应物的总能量高于生成物的总能量时,该反应放出能量
16(双选).1molB2中的化学键消耗的能量为Q2kJ,形成1molAB中1的化学键释放的能量为Q3kJ,则下列说法正确的是( )
A.若A2和B2的总能量例1
已知反应A2+B2===2AB,破坏1molA2中的化学键消耗的能量为Q1kJ,破坏之和大于生成的AB的总能量,则反应放热
B.若A2和B2的总能量之和小于生成的AB的总能量,则反应放热
C.若该反应为放热反应,则Q1+Q2 D.若该反应为吸热反应,则Q1+Q2>2Q3 5.如图所示,把试管小心地放入盛有(20℃)碳酸饮料的烧杯中,试管中开始放入几小块铝片,再用滴管滴加5mL浓NaOH溶液于试管中,试回答下列问题: (1)实验中观察到的现象是 ______________________________________________________________________。 (2)产生上述现象的原因是 ___________________________________________________________________。 (3)写出有关反应的离子方程式: _____________________________________________________________。 (4)由实验推知,反应所得溶液和氢气的总能量________(填“大于”、“小于”或“等于”)铝片和NaOH溶液的总能量。 6.把煤作为燃料可通过下列两种途径: 途径Ⅰ: C(s)+O2(g) CO2(g)(放热Q1kJ) 途径Ⅱ: 先制水煤气 C(s)+H2O(g)==CO(g)+H2(g)(吸热Q2kJ) 再燃烧水煤气 (共放热Q3kJ) 2CO(g)+O2(g) 2CO2(g) 2H2(g)+O2(g) 2H2O(g) 试回答下列问题: (1)判断两种途径放热: 途径Ⅰ放出的热量_________(填“大于”、“等于”或“小于”)途径Ⅱ放出的热量。 (2)Q1、Q2、Q3的数学关系式是__________________。 (3)由于制取水煤气反应里,反应物所具有的总能量________生成物所具有的总能量,那么在化学反应时,反应物就需要_______能量才能转化为生成物,因此其反应条件为______。 (4)简述煤通过途径Ⅱ作为燃料的意义: 。
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