化学能与热能 从化学键角度计算化学反应热[教师助手].ppt

第二章 化学反应与能量,第一节 化学能与热能,1,学校课堂,学习目标,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。 通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。 探究化学能转化为热能在生产、生活中的应用。,2,学校课堂,能源与人类,能源是人类赖以生存和发展的物质基础，我们每时每刻、分分秒秒都离不开它。迄今为止，人类所能利用的能源主要是化学能、电能、以及核能等等。但是，由于人类大量开发和浪费资源，造成了资源的不合理利用从而引发了不可回避的能源危机。,3,学校课堂,16.6%,2.1%,5.1%,76.2%,我国化石燃料和水电能源消耗构成图,4,学校课堂,你知道吗?,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），它们燃烧时放出热能。你一定想知道，这种能量从何而来?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？,5,学校课堂,一、化学键与化学反应中能量变化的关系,思考：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会不同？燃料在燃烧反应中产生的热能来自哪里？,1、化学反应中能量的变化,6,学校课堂,、化学反应的本质是什么？,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。,7,学校课堂,H ,H2 + Cl2 = 2HCl,HH,Cl Cl,HCl,断开,断开,点燃,一个化学反应的的过程，本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。,形成,8,学校课堂,、化学反应中能量变化的主要原因,H2 + Cl2 = 2HCl,HH,Cl Cl,HCl,吸收能量,断开,断开,吸收能量,形成,放出能量,点燃,化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。,9,学校课堂,. 从化学键的观点来分析能量的变化,所以：一个化学反应是否为放热还是吸热取决于什么呢？,取决于所有断键吸收的总能量与所有 形成新键放出的总能量的相对大小,10,学校课堂,想一想： 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什么决定的呢？,11,学校课堂,实验测得，在25,101KPa条件下，将1molH2(H-H)变为2molH原子需吸收436kJ能量，而2molH原子变成1molH2(H-H)放出436kJ能量，这个能量就是H-H的键能。,某些化学键的键能,12,学校课堂,某些键的键能(kJ/mol),键能越大,含该键的分子越稳定,化学键越牢固,对于某个确定的化学反应，如何判断它是放出能量还是吸收能量呢？,13,学校课堂,在反应H2 + Cl2 2HCl中，已知 HH 键能为436kJ，ClCl键能为247kJ， HCl键能为431kJ，判断该反应是 反应,放热,课堂练习一,则(1)化学键断裂时需要吸收能量。吸收总能量为：436kJ247kJ683 kJ， (2)化学键形成时需要释放能量。释放总能量为：431kJ431kJ862 kJ， (3)反应中放出的热量的计算： 862kJ683kJ=179kJ,14,学校课堂,小结：,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总能量的相对大小。,看图讨论：,水由高处向低处流要释放能量（势能转换为动能）,15,学校课堂,分析化学反应：,反应物的总能量 生成物的总能量,化学反应放出能量,16,学校课堂,看图讨论：,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）,17,学校课堂,分析化学反应：,反应物的总能量 < 生成物的总能量,化学反应吸收能量,18,学校课堂,反应物的总能量高,生成物的总能量低,生成物的总能量高,反应物的总能量低,放热反应,吸热反应,反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量,生成物的总能量=反应物的总能量+吸收的热量,化学反应的过程,可以看成是能量的“贮存”或“释放”的过程,小结：,19,学校课堂,规律：,（1）如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量，那么在发生化学反应时，就有部分能量以热的形式释放出来； （2）如果反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量，那么在发生化学反应时，反应物就需要吸收能量，才能转化为生成物。,20,学校课堂,小结：,能量公式化,E（反应物）E（生成物）Q,(能量守恒定律）,E（反应物）E（生成物）Q,Q0为放热反应,Q<0为吸热反应,21,学校课堂,问题探究,整个反应过程（放出/吸收） kJ热量,1368,1852,放出484,H2O,22,学校课堂,1、已知反应ABCD为放热反应，对该反 应的下列说法中正确的是（ ） A. A的能量一定高于C B. B的能量一定高于D C. A和B的总能量一定高于C和D的总能量 D. 该反应为放热反应，故不必加热就一定能发生,C,23,学校课堂,2、氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中， 破坏1molHH键消耗的能量为Q1kJ， 破坏1molO = O键消耗的能量为Q2kJ， 形成1molHO键释放的能量为Q3kJ。 下列关系式中正确的是（ ） A. 2Q1 + Q2 4Q3 B. 2Q1 + Q2 < 4Q3 C. Q1 + Q2 < Q3 D. Q1 + Q2 = Q3,B,24,学校课堂,25,学校课堂,二、化学能与热能的相互转化,1、两条基本的自然定律,（1）质量守恒定律：,（2）能量守恒定律：一种能量可以转化为另一种能量， 总能量保持不变。,2、吸热反应和放热反应,根据能量变化情况角度分：,（1）化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应,（2）化学上把吸收热量的化学反应叫做吸热反应,小结：,（1）放热反应,（2）吸热反应,26,学校课堂,思考：,酸与碱的中和反应是吸热反应还是放热反应？,实验3,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。 反应中H+和OH-离子的量相等 ，生成水的量相等，放出的热量也相等 ,中和反应后溶液的温度比反应前盐酸和氢氧化钠溶液的温度高。,盐酸和氢氧化钠溶液的反应过程中放出热量，使溶液混合物的温度升高。,分析：,27,学校课堂,中和热的概念: 酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热。,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,28,学校课堂,29,学校课堂,思考与交流： 在设计实验装置和操作时应该注意哪些问题？,（1）用隔热装置，尽量减少热量散失；,（2）酸碱的量要准确：nCV,a、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,（3）温度计越精确越好,（4）注意控制反应时间,（5）多做几次，取平均值,30,学校课堂,在设计实验装置和操作时应从两个方面考虑，一是注重“量”的问题，如 反应物的浓度和体积取定值； 测量反应前后的温度值； 做平行实验取平均值。二是尽量减小实验误差，如 用经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液； 量液器最好使用移液管； 搅拌使反应充分进行； 及时散热，使混合液温度均衡； 温度计的精确度高，最好使用精度为0.1 或更高的温度计； 盐酸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； 温度计要读准确。,31,学校课堂,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？,32,学校课堂,探索与总结,常见的放热反应和吸热反应,放热反应,燃料的燃烧(与O2的反应） 中 和 反 应 活泼金属与水或酸的反应 大部分化合反应（生石灰和水） 物质的缓慢氧化,吸热反应,C+CO2 H2+CuO C+H2O Ba(OH)2.8H2O+NH4Cl CaCO3高温分解 大部分分解反应 多数铵盐溶于水,33,学校课堂,练习：,1、在化学反应中，断裂化学键需要_，形成化学键要_。化学反应是吸热反应还是放热反应决定于_,吸收能量,放出能量,反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小,2、两位同学讨论放热和吸热反应。甲说加热后才能发生的化学反应是吸热反应，乙说反应中要持续加热才能进行的反应是吸热反应。你认为他们的说法正确吗？为什么？,34,学校课堂,3、下列说法正确的是（ ） A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 B.任何放热反应在常温条件下一定能发生反应 C.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 D.吸热反应在一定条件下才能发生反应,CD,35,学校课堂,4、判断： （1）加热的反应一定是吸热反应 （2）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 的总能量的相对大小有关。 （3）化学反应中的能量变化都表现为热 能变化.,36,学校课堂,三、化学能的应用,1、利用热量进行生活、生产和科研。 2、利用热能使很多化学反应得以发生。,如：,37,学校课堂,38,学校课堂,39,学校课堂,小结：,40,学校课堂,化学反应,热能,煤、石油、天然气的燃烧（产生）,CaCO3经过高温煅烧分解成CaO（动力）,热能对化学反应的支持作用，利用热能来完成常温下很难发生的化学反应。,获取能量,41,学校课堂,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,人类文明史,引出,燃烧充分燃烧,化石 燃料 合理 利用,新技术的开发,化学反应中的能量变化,能源的利用反映着人类进步,42,学校课堂,2. 常见的能源主要有以下十种:,太阳能、化石能源、水能、 风能、潮汐能、地热能、生物质能、核能以 及氢能。,43,学校课堂,科学视野,1、社会发展与能源利用,2、人类利用能源的三个阶段,柴草时期,化石能源时期,多能源结构时期,44,学校课堂,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 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。,45,学校课堂,实验,1.铝与盐酸反应的化学方程式： 。 2.在反应过程中你将能看到什么现象？ 3.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的热量变化？ 4.要明显的感知或测量反应中的热量变化，你在实验中应注意哪些问题？,思考与讨论：,实验记录：,有气泡冒出，溶液的温度明显升高。,铝与盐酸反应的过程放出热量。,返回,46,学校课堂,实验2,有刺激性气味气体产生；玻璃片上的水结成冰，玻璃片与烧杯底被冰粘在了一起；用手触摸杯壁下部，有凉的感觉。,Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应的过程吸收热量。,47,学校课堂,化学反应方程式： Ba(OH)28H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3 +10H2O,玻璃棒的作用：,搅拌，使混合物充分接触,反应物成糊状的原因：,结冰粘结,结论：该反应是吸热反应,返回,48,学校课堂,