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1、第二章化学反应与能量第二章化学反应与能量第一节第一节 化学反应与热能化学反应与热能1 1化石燃料燃烧时释放热能，这种热能化石燃料燃烧时释放热能，这种热能从何而来？石灰石分解要不断加热，从何而来？石灰石分解要不断加热，这种热能向何处而去这种热能向何处而去?思考思考2 2化学反应中的能量变化化学反应中的能量变化白磷的燃烧白磷的燃烧氨的燃烧氨的燃烧3 3 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,而这种能量变化又通常表现为热能变化。而这种能量变化又通常表现为热能变化。4 4一、化学键和化学反应一、化学键和化学反应 中能量变化的关系中能量变化的关系5 51、化学
2、反应中能量变化与键能的关系、化学反应中能量变化与键能的关系 分子或化合物里的分子或化合物里的原子原子之间之间是通过是通过 相结合的，化学相结合的，化学反应的本质是反应的本质是_而化学键是与能量联系在一起的而化学键是与能量联系在一起的,所以化所以化学反应的同时一定伴随着能量的变化。学反应的同时一定伴随着能量的变化。6 6断开旧键断开旧键 吸收能量吸收能量形成新键形成新键 放出能量放出能量H-H= H+H 吸收吸收 436kJ/molH-F= H+ F 吸收吸收 565kJ/mol 化学键的化学键的断裂断裂和和形成形成是化学是化学反应中能量变化的主要原因反应中能量变化的主要原因在在25和和101k
3、Pa的条件的条件H+H = H-H 放出放出 436kJ/molH+F = H-F 放出放出 565kJ/mol7 7问题问题 如何知道一个反应是如何知道一个反应是吸收能量还是放出能量吸收能量还是放出能量呢？呢？8 89 9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+ +放出的热量放出的热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+ +吸收的热量吸收的热量1010n n物质内部的键能越大，物质的能量越低物质内部的键能越
4、大，物质的能量越低1111在在25和和101kPa的条件下，的条件下，H2 + F2 2HF kJ的能量的能量F - F F + F 吸收吸收155kJ/molH-H H + H 吸收吸收436kJ/molH + F H-F 放出放出565kJ/mol例如例如1212在在25和和101kPa的条件下，的条件下，即即：由由1mol的的H2和和1mol的的F2，生成，生成2molHF会会释放释放出出 2 565kJ-436kJ-155kJ=539kJH2 + F2 2HF kJ的能量的能量F - F F + F 吸收吸收155kJ/molH-H H + H 吸收吸收436kJ/molH + F H
5、-F 放出放出565kJ/mol例如例如1313 氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中，氢气在氧气中燃烧产生蓝色火焰，在反应中， 破坏破坏1molH1molHH H键消耗的能量为键消耗的能量为Q Q1 1kJkJ， 破坏破坏1molO = O1molO = O键消耗的能量为键消耗的能量为Q Q2 2kJkJ， 形成形成1molH1molHO O键释放的能量为键释放的能量为Q Q3 3kJkJ。 下列关系式中正确的是（下列关系式中正确的是（ ） A. 2Q A. 2Q1 1 + Q + Q2 2 4Q 4Q3 3 B. 2QB. 2Q1 1 + Q + Q2 2 4Q 4Q3 3 C. QC.
6、 Q1 1 + Q + Q2 2 Q Q3 3 D. QD. Q1 1 + Q + Q2 2 = Q = Q3 3B1414n n试通过计算说明试通过计算说明3molH3molH2 2与与1molN1molN2 2反应的能量变化反应的能量变化n n已知已知H-HH-H的键能为的键能为436kJ/mol436kJ/mol，n nN-HN-H的键能为的键能为391kJ/mol391kJ/mol，n nN N三三N N的键能为的键能为946kJ/mol946kJ/mol15151、物质发生化学反应的同时还伴随着能量的、物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化变化,而这种能量变化又通常表现为热能变化。
7、而这种能量变化又通常表现为热能变化。2、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。3、一个确定的化学反应在发生过程中是吸收、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能量还是放出能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。与生成物的总能量的相对大小。4、可以利用键能数据估算反应的能量变化、可以利用键能数据估算反应的能量变化小结小结1616二、化学能与热能的相互转化二、化学能与热能的相互转化n n质量守恒定律质量守恒定律n n能量守恒定律能量守恒定律n n一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量
8、，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，但是体系包含转化的途径和能量形式可以不同，但是体系包含的总能量不变的总能量不变n n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n n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。 n n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。1717现象现象结论结论实验实验 1 1：盐酸与铝片的反应：盐酸与铝片的反应 实验实验 2 2：Ba(OH)Ba(OH)2 2 8H2O与与NH4Cl的的反应反应 现象现象结论结论1818现象现象结论
9、结论化学能与热能的相互转化化学能与热能的相互转化实验实验 1 1：盐酸与铝片的反应：盐酸与铝片的反应 实验实验 2 2：Ba(OH)Ba(OH)2 2 8H2O与与NH4Cl的的反应反应 现象现象结论结论反应放出热量。反应放出热量。反应放出热量。反应放出热量。有气泡放出，温度升高。有气泡放出，温度升高。有气泡放出，温度升高。有气泡放出，温度升高。有刺激性气味，烧杯底部有刺激性气味，烧杯底部有刺激性气味，烧杯底部有刺激性气味，烧杯底部很冷，烧杯下面的玻璃片很冷，烧杯下面的玻璃片很冷，烧杯下面的玻璃片很冷，烧杯下面的玻璃片被冻在一起。被冻在一起。被冻在一起。被冻在一起。反应吸收热量。反应吸收热量。
10、反应吸收热量。反应吸收热量。1919n nBa(OH)2.8H20+2NH4Cl =BaCl2+2NH3+10H2O2020实验实验 3 3 ：酸与碱的中和反应：酸与碱的中和反应 反应物及反应物及反应物及反应物及其用量其用量其用量其用量酸酸酸酸HClHCl 20mL 2mol/L20mL 2mol/L碱碱碱碱NaOH 20mL2mol/LNaOH 20mL2mol/L 混合前温度混合前温度混合前温度混合前温度室温室温室温室温 混合后温度混合后温度混合后温度混合后温度 结结结结 论论论论 归纳与概括归纳与概括归纳与概括归纳与概括HCl与与NaOH发生中发生中和反应时和反应时放热放热。强酸和强碱发
11、生反应时放出强酸和强碱发生反应时放出热量热量。2121中和热：中和热：是指酸碱中和反应生成是指酸碱中和反应生成 1mol H2O（液态）所（液态）所释放的热量，（放出热量为释放的热量，（放出热量为57.3kJ）22222323中和热的测定步骤：中和热的测定步骤：n n用用用用大大大大、小小小小烧烧烧烧杯杯杯杯、泡泡泡泡沫沫沫沫塑塑塑塑料料料料、温温温温度度度度计计计计和和和和环环环环形形形形搅搅搅搅拌拌拌拌棒组装反应装置。棒组装反应装置。棒组装反应装置。棒组装反应装置。( (也可在保温杯中进行也可在保温杯中进行也可在保温杯中进行也可在保温杯中进行) )n n用用用用量量量量筒筒筒筒量量量量取取
12、取取50mL0.5mol50mL0.5mol的的的的盐盐盐盐酸酸酸酸倒倒倒倒入入入入小小小小烧烧烧烧杯杯杯杯中并用温度计测量温度，记入表格。中并用温度计测量温度，记入表格。中并用温度计测量温度，记入表格。中并用温度计测量温度，记入表格。n n用用用用另另另另一一一一量量量量筒筒筒筒量量量量取取取取50mL0.55mol50mL0.55mol的的的的NaOHNaOH溶溶溶溶液并测量温度，记入表格。液并测量温度，记入表格。液并测量温度，记入表格。液并测量温度，记入表格。n n把把把把温温温温度度度度计计计计和和和和环环环环形形形形搅搅搅搅拌拌拌拌棒棒棒棒放放放放入入入入小小小小烧烧烧烧杯杯杯杯的的
13、的的盐盐盐盐酸酸酸酸中中中中，并并并并把把把把量量量量筒筒筒筒中中中中的的的的NaOHNaOH溶溶溶溶液液液液一一一一次次次次倒倒倒倒入入入入小小小小烧烧烧烧杯杯杯杯，用用用用环环环环形形形形搅搅搅搅拌拌拌拌棒棒棒棒轻轻轻轻轻轻轻轻搅搅搅搅动动动动溶溶溶溶液液液液，并并并并准准准准确确确确读读读读取取取取混混混混合合合合溶溶溶溶液液液液的的的的最高温度，记为最终温度，记入表格。最高温度，记为最终温度，记入表格。最高温度，记为最终温度，记入表格。最高温度，记为最终温度，记入表格。n n重重重重复复复复实实实实验验验验两两两两次次次次，取取取取测测测测量量量量所所所所得得得得数数数数据据据据的的的
14、的平平平平均均均均值值值值作作作作为为为为计算依据。计算依据。计算依据。计算依据。2424思考与交流思考与交流测量中和反应热应该注意哪些问题？测量中和反应热应该注意哪些问题？1、保温隔热的效果一定要好。、保温隔热的效果一定要好。2、酸碱浓度要准确。、酸碱浓度要准确。3、温度计要读准，水银球要全浸在、温度计要读准，水银球要全浸在4、实验操作时动作要快，以尽量、实验操作时动作要快，以尽量溶液中，且要稳定一段时间再读。溶液中，且要稳定一段时间再读。减少热量的散失。减少热量的散失。2525n n根根据据实实验验数数据据计计算算中中和和热热。已已知知：50mL0.5mol50mL0.5mol的的 盐盐
15、酸酸 和和 50mL0.55mol50mL0.55mol的的NaOHNaOH溶溶 液液 密密 度度 都都 是是 1.0g/mL1.0g/mL， 比比 热热C=4.1810C=4.1810-3-3KJ/(g)KJ/(g)，反反应应前前后后的的温度分别是温度分别是t t1 , 1 , t t2 2中和热中和热H = H = 2626n nH=-0.418(tH=-0.418(t2 2-t-t1 1)/0.025 kJ/mol)/0.025 kJ/mol2727 n n需要加热的反应一定是吸热反应吗？需要加热的反应一定是吸热反应吗？n n不需要加热的反应一定是放热反应吗？不需要加热的反应一定是放热反
16、应吗？2828 Al Al、MgMg与与与与HClHCl的反应，的反应，的反应，的反应， 酸碱中和反应酸碱中和反应酸碱中和反应酸碱中和反应 放出热量放出热量 Ba（OH）2 8H2ONH4Cl晶体反应。晶体反应。吸收热量吸收热量1.化学反应化学反应 归纳与整理归纳与整理化学能和热能可以相互转化化学能和热能可以相互转化质量守恒定律质量守恒定律能量守恒定律能量守恒定律2.两个定律两个定律2929 放热反应是放热反应是化学能化学能转化为转化为热能热能。 吸热反应是吸热反应是热能热能转化为转化为化学能化学能。3030吸热反应吸热反应CaCO3 CaO + CO2高温CuO + H2 Cu + H2O加
17、热C + H2O CO + H2高温产生水煤气的反应产生水煤气的反应氢气还原氧化铜氢气还原氧化铜生产生石灰的反应生产生石灰的反应高温加热以上反应需要吸收一定能量，才能发生以上反应需要吸收一定能量，才能发生。注意反应条件注意反应条件3131练习：练习：1. 下列物质加入水中显著放热的是：下列物质加入水中显著放热的是：A.生石灰生石灰 B.酒精酒精C.固体固体NaCl D.浓浓NaOH溶液溶液2. 下列反应中既属于氧化还原反应同时又下列反应中既属于氧化还原反应同时又是吸热反应的是：是吸热反应的是：A.Ba(OH)2 8H2O与与NH4Cl反应反应B.镁与稀盐酸镁与稀盐酸C.灼热的炭与灼热的炭与CO
18、2D.甲烷与甲烷与O2反应反应32323. 下列反应属于放热反应的是下列反应属于放热反应的是:A. NaOH与与HCl反应反应 B. C和和CO2共热共热C. 碳酸钙的分解碳酸钙的分解 D. 制备水煤气的反制备水煤气的反应应4、判断：、判断：1molBa(OH)2 和和1mol H2SO4反应放出反应放出的热量为的热量为Q，则，则Q为它们的中和热。为它们的中和热。1molNaOH 和和1mol HAc反应放出的热反应放出的热量为量为Q，则，则Q为它们的中和热。为它们的中和热。33335.在同温、同压下，比较下列反应放出热在同温、同压下，比较下列反应放出热量量Q1、Q2的大小的大小 2H2(g)
19、+O2(g)=2H2O(g)+Q1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q234345.在同温、同压下，比较下列反应放出热在同温、同压下，比较下列反应放出热量量Q1、Q2的大小的大小 2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2分析：反应物的状态，数量和生成物的分析：反应物的状态，数量和生成物的数量都相同，但由于气态水转化为液态数量都相同，但由于气态水转化为液态要放出一定数量的热量要放出一定数量的热量Q2Q13535 S(g)+O2(g)=SO2(g)+Q1 S(S)+O2(g)=SO2(g)+Q26、在同温、同压下，比较下列反应放出、在
20、同温、同压下，比较下列反应放出热量热量Q1、Q2的大小的大小3636 S(g)+O2(g)=SO2(g)+Q1 S(S)+O2(g)=SO2(g)+Q26、在同温、同压下，比较下列反应放出、在同温、同压下，比较下列反应放出热量热量Q1、Q2的大小的大小S由固态由固态吸收热量转化为气态，在氧化燃吸收热量转化为气态，在氧化燃烧生成烧生成SO2时。其放出热量的时。其放出热量的总和小于由总和小于由气态气态S直接燃烧所放出的热量直接燃烧所放出的热量. Q2 Q13737 C(S)+1/2O2(g)=CO(g)+Q1 C(S)+O2(g)=CO2(g)+Q27、在同温、同压下，比较下列反应、在同温、同压下
21、，比较下列反应放出热量放出热量Q1、Q2的大小的大小3838 C(S)+1/2O2(g)=CO(g)+Q1 C(S)+O2(g)=CO2(g)+Q27、在同温、同压下，比较下列反应、在同温、同压下，比较下列反应放出热量放出热量Q1、Q2的大小的大小固态固态C氧化为氧化为CO，释放出热量，释放出热量Q1，CO是气是气体燃料，和体燃料，和O2反应生成反应生成CO2，又释放热量，又释放热量Q3，两次释放热量的总和，两次释放热量的总和Q1+Q3，等于固态，等于固态C氧氧化为气态化为气态CO2释放的热量释放的热量Q2，Q2Q13939 H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)+Q1 1/2H2(g)+1
22、/2Cl2(g)= HCl(g)+Q28、在同温、同压下，比较下列反应、在同温、同压下，比较下列反应放出热量放出热量Q1、Q2的大小的大小4040 H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)+Q1 1/2H2(g)+1/2Cl2(g)= HCl(g)+Q2状态相同，但数量后式仅是前式的一半，释状态相同，但数量后式仅是前式的一半，释放的热量也应是前式的一半，放的热量也应是前式的一半，Q2Q18、在同温、同压下，比较下列反应、在同温、同压下，比较下列反应放出热量放出热量Q1、Q2的大小的大小4141三、化学反应提供的热能对人类社会意义三、化学反应提供的热能对人类社会意义1.利用热量进行生活、生产、和
23、科研。利用热量进行生活、生产、和科研。2.利用热能使许多化学反应得以发生利用热能使许多化学反应得以发生4242科学视野科学视野1、生物体中的能量变化、生物体中的能量变化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。化石燃料的使用推动了工业革命的发展。化石燃料的使用推动了工业革命的发展。多能源结构化学仍是主要角色之一。多能源结构化学仍是主要角色之一。4343生物生物质质能的概念能的概念n n生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植物通过叶生物质能是蕴藏在生物质中的能量，是绿色植
24、物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：的。生物质能是可再生能源，通常包括以下几个方面：一是木材
25、及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水一是木材及森林工业废弃物；二是农业废弃物；三是水生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；生植物；四是油料植物；五是城市和工业有机废弃物；六是动物粪便。在世界能耗中，生物质能约占六是动物粪便。在世界能耗中，生物质能约占六是动物粪便。在世界能耗中，生物质能约占六是动物粪便。在世界能耗中，生物质能约占1414，在不发达地区占在不发达地区占在不发达地区占在不发达地区
26、占6060以上。全世界约以上。全世界约以上。全世界约以上。全世界约2525亿人的生活能亿人的生活能亿人的生活能亿人的生活能源的源的源的源的9090以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容以上是生物质能。生物质能的优点是燃烧容易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积易，污染少，灰分较低；缺点是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为大而不易运输。直接燃烧生物质的
27、热效率仅为大而不易运输。直接燃烧生物质的热效率仅为1010一一一一3030。44441、下列说法正确的是（、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能进行放热反应在常温下一定能进行C.反应是放热还是吸热，必须看反应物和生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成物所具有的总能量的相对大小D.化学反应释放的能量一定是热量化学反应释放的能量一定是热量2、下列燃料中、下列燃料中,不属于化石燃料的是不属于化石燃料的是( ) A.煤煤 B.石油石油 C.天然气天然气 D.水煤水煤气气DC4545
28、n n3.将将1g氢氢气气和和4g氧氧气气混混合合点点燃燃，放放出出71.45kJ热热量量，同同样样条条件件下下1mol氢氢气气在在氧氧气气中中完完全全燃燃烧烧放放出的热量是出的热量是n nA 71.45kJ B 142.9kJ n n C 571.6kJ D 285.8kJ4646n n4.“能能源源分分类类相相关关图图”如如右右图图所所示示，四四组组能能源源选选项中，全部符合图中阴影部分的能源是项中，全部符合图中阴影部分的能源是n nA 煤炭、石油、潮汐能煤炭、石油、潮汐能n nB 水能、生物能、天然气水能、生物能、天然气n nC 太阳能、风能、沼气太阳能、风能、沼气n nD 地热能、海洋
29、能、核能地热能、海洋能、核能4747n n5.能能源源是是当当今今社社会会发发展展的的三三大大支支柱柱之之一一，是是制制约约国国民民经经济济发发展展的的瓶瓶颈颈。有有专专家家提提出出：如如果果对对燃燃料料燃燃烧烧产产物物如如CO2、H2O，N2等等利利用用太太阳阳能能让让它它们们重重新新组组合合，使使之之能能够够实实现现（如如右右图图），那那么么，不不仅仅可可以以消消除除对对大大气气的的污污染染，还还可可以以节节约约燃燃料料，缓缓解解能能源源危危机机。在此构想的物质循环中太阳能最终转化为在此构想的物质循环中太阳能最终转化为n nA 化学能化学能 B 热能热能 n n C 生物能生物能 D 电能
30、电能4848n n6. 6.把把把把下下下下列列列列物物物物质质质质分分分分别别别别加加加加入入入入装装装装有有有有水水水水的的的的锥锥锥锥形形形形瓶瓶瓶瓶里里里里，立立立立即即即即塞塞塞塞紧紧紧紧带带带带U U形形形形管管管管的的的的塞塞塞塞子子子子，已已已已知知知知U U形形形形管管管管内内内内预预预预先先先先装装装装有有有有少少少少量量量量水水水水（为为为为使使使使水水水水容容容容易易易易观观观观察察察察，预预预预先先先先染染染染成成成成红红红红色色色色）如如如如右右右右图图图图所所所所示，则加入的物质可能是示，则加入的物质可能是示，则加入的物质可能是示，则加入的物质可能是 n nNaO
31、HNaOH固体固体固体固体 18 mol/L H18 mol/L H2 2SOSO4 4溶液溶液溶液溶液 n nNHNH4 4NONO3 3晶体晶体晶体晶体n nNaNa2 2OO2 2固体固体固体固体 生石灰生石灰生石灰生石灰n nA A B B n nC C D D 4949n n7.质质量量为为1.20g的的某某气气体体，其其分分子子由由碳碳和和氢氢两两种种元元素素的的原原子子组组成成，含含有有4.501022个个分分子子。又又测测得得1mol该该气气体体完完全全燃燃烧烧（生生成成液液态态的的水水）能能放放出出890kJ的能量。的能量。1.20g该该气气体体完完全全燃燃烧烧放放出出的的热
32、热量量的的一一半半能能使使500g、20的的水水的的温温度度升升高高至至多多少少摄摄氏氏度度？已已知知水水的的比热容比热容c（H2O）4.20J/(g)5050n n8.氢氢氧氧化化铝铝和和氢氢氧氧化化镁镁的的分分解解温温度度分分别别是是200300和和340490，与与聚聚乙乙烯烯的的分分解解温温度度比比较较接接近近。将将上上述述两两种种氢氢氧氧化化物物添添加加于于聚聚乙乙烯烯制制品品中中，可可以以起起到到阻阻燃燃作作用（遇火难以燃烧）原理是用（遇火难以燃烧）原理是 。n n受受热热脱脱水水过过程程大大量量吸吸热热，阻阻止止制制品品温温度度上上升升；分分解解产产生生的的水水蒸蒸气气能能稀稀释释可可燃燃性性气气体体（受受热热分分解解所所产产生生）；形形成成氧氧化化物物覆盖于制品上，阻止延燃。覆盖于制品上，阻止延燃。 5151个人观点供参考，欢迎讨论
