高中化學 2.1 化學能與熱能課件 新人教版必修2.ppt

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成才之路 · 化學,路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索,人教版 · 必修2,化學反應與能量,第二章,第一節(jié) 化學能與熱能,第二章,700多年前，著名的意大利旅行家馬克·波羅到過中國，看見中國人燒煤煉鐵，這是他生平第一次看到煤做燃料，馬克·波羅在他的游記里記載了這件新鮮事。書中寫到，中國有一種黑色石頭，能燃燒，著起火來像火柴一樣，而且終夜不滅?，F(xiàn)代科學可以這樣解釋，煤中含有大量的碳，燃燒時放出熱能。你一定想知道，這種能量從何而來？它與化學物質(zhì)和化學反應有什么關(guān)系？請隨我一起走進教材第二章第一節(jié)：化學能與熱能。,●學習目標 1．知道化學鍵的斷裂與形成是化學反應中能量變化的主要原因。 2．知道反應物與生成物總能量的相對高低是反應過程中能量變化的決定因素。 3．了解化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。 4．了解能量轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)、生活中的應用。,●新知預習 1．化學反應過程包括化學鍵的______ (吸收能量)和化學鍵的______ (放出熱量)，所以化學反應在發(fā)生物質(zhì)變化的同時必定伴隨著______變化。 2．對于繁多、復雜的化學反應，人們從不同的角度可以有不同分類： (1)從反應的形式上可以分為__________________________四種基本反應類型。 (2)從反應進行的程度分為________與____________。,破壞,形成,能量,化合、分解、置換、復分解,可逆反應,不可逆反應,(3)從反應過程是否存在電子的得失或轉(zhuǎn)移分為______________和__________________。 (4)從能量的變化來看有__________與__________。 3．吸熱反應和放熱反應 (1)吸熱反應和放熱反應 放熱反應：__________的化學反應。 吸熱反應：__________的化學反應。 (2)中和熱 酸與堿發(fā)生中和反應生成________時所釋放的熱量。,氧化還原反應,非氧化還原反應,吸熱反應,放熱反應,放出熱量,吸收熱量,鹽和水,4．化學能與熱能相互轉(zhuǎn)化的應用 (1)化學物質(zhì)中的________通過反應轉(zhuǎn)化成_______，是人類生存和發(fā)展的動力之源。 (2)______轉(zhuǎn)化成__________是人們進行化學科學研究，創(chuàng)造新物質(zhì)不可缺少的條件和途徑。,化學能,熱能,熱能,化學能,5．人類利用能源的三個階段 (1)柴草時期 該時期從火的發(fā)現(xiàn)至18世紀產(chǎn)業(yè)革命，以___________為主要能源。 (2)化石能源時期 從18世紀中期到現(xiàn)代，以____、______、__________為主要能源。 (3)多能源結(jié)構(gòu)時期 以可再生能源和清潔能源(______能源)為主要能源，主要包括_______、_____、______、__________、__________等。,樹枝、雜草,煤,石油,天然氣,綠色,太陽能,氫能,核能,生物質(zhì)能,地殼地表能,●自主探究 1．化學反應中為什么會有能量變化？ 提示：在化學反應中，從反應物分子轉(zhuǎn)變?yōu)樯晌锓肿?，各原子?nèi)部并沒有發(fā)生變化，但原子間的結(jié)合方式發(fā)生了改變。在這個過程中，反應物分子中的化學鍵部分或全部遭到破壞，生成物分子中的化學鍵形成。實驗證明，在破壞舊化學鍵時，需要能量來克服原子間的相互作用；在形成新化學鍵時，由于原子間的相互作用而放出能量。化學反應的能量就來源于舊化學鍵的破壞和新化學鍵的形成所發(fā)生的能量變化。,2．研究化學反應中的能量變化有什么意義？ 提示：人類研究利用化學反應，有時是為了獲取所需要的物質(zhì)，有時是為了利用化學反應中釋放的能量。人類所需能量的主要來源是煤、石油、天然氣等化石燃料的燃燒。這些能源的開發(fā)利用帶來了很多弊端。如：煤的開采造成地面塌陷；煤的燃燒產(chǎn)生有毒氣體和煙塵，對環(huán)境造成嚴重污染；而且化石燃料不可再生，儲量都極其有限。因而節(jié)能是國民經(jīng)濟建設(shè)中一項長期的戰(zhàn)略任務(wù)。 最有希望的是新能源的開發(fā)；太陽能、燃料電池、風能、氫能、生物能，地熱能、海洋能等。這些新能源的特點：資源豐富、可以再生，對環(huán)境沒污染或污染很輕。,化學鍵與化學反應中能量變化的關(guān)系,●思維導圖,,妙招巧記：化學反應中的能量變化 化學反應有能量，放熱吸熱兩方面，反應物的能量高，放出熱量是必然。,●教材點撥,(2)反應放出能量：反應物中化學鍵斷裂時所吸收的能量＜生成物中化學鍵形成時所釋放的能量。 放出的能量＝形成新化學鍵釋放的總能量－斷裂舊化學鍵吸收的總能量。,3．從物質(zhì)儲存化學能的角度來理解化學反應過程中的能量變化 各種物質(zhì)都儲存有化學能。不同的物質(zhì)不僅組成不同，結(jié)構(gòu)不同，所包含的化學能也不同。 在化學反應中，物質(zhì)發(fā)生了變化，化學能也隨之改變。化學反應過程中吸收或放出能量可形象地表示如下：,溫馨提示：物質(zhì)具有的能量越低越穩(wěn)定，參加反應時，化學鍵斷裂時吸收的能量就越多，而新化學鍵形成時放出的能量也越多。 同樣，物質(zhì)具有的能量越高越不穩(wěn)定，參加反應時化學鍵斷裂所需的能量就越低，而形成該物質(zhì)時，放出的能量就越少。,4．利用化學鍵計算化學反應中的能量變化 (1)化學反應中的能量變化的主要原因 化學反應中的能量變化的主要原因是化學鍵的斷裂和形成。 (2)化學鍵的特點 同一個化學鍵斷裂時吸收的能量和形成時放出的能量相等。 (3)計算公式的推導 以H2＋Cl2===2HCl為例：,①圖示分析。,,②計算分析。,溫馨提示：計算公式的說明 (1)若反應物分子斷裂時吸收的總能量＞生成物分子成鍵時放出的總能量，即反應吸收的熱量多，屬于吸熱反應，此時ΔQ＞0； (2)若反應物分子斷裂時吸收的總能量＜生成物分子成鍵時放出的總能量，即反應放出的熱量多，屬于放熱反應，此時ΔQ＜0。,(2014·江陰市高一期中)對于反應中的能量變化，表述正確的是( ) A．斷開化學鍵的過程會放出能量 B．放熱反應中，反應物的總能量大于生成物的總能量 C．加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應 D．氧化反應均為吸熱反應,●典例透析,【解析】 破壞舊化學鍵需要吸收能量來克服原子間的相互作用，所以斷開化學鍵的過程會吸收能量，A項錯誤；在化學反應中，如果反應物的總能量高于生成物的總能量，發(fā)生化學反應時要放出能量，這樣的化學反應為放熱反應，B項正確；任何化學反應都經(jīng)歷了舊鍵斷裂(吸收能量)和新鍵形成(放出能量)的過程，都伴隨著能量的變化，但釋放能量還是吸收能量，不是由反應條件確定的。如：合成氨需要在高溫下進行，但它卻是釋放能量的反應，C項錯誤；燃燒氧化反應、緩慢氧化反應為放熱反應，D項錯誤。 【答案】 B,(2014·經(jīng)典習題選萃)肼(H2NNH2)是一種高能燃料，有關(guān)化學反應的能量變化如圖所示，已知斷裂1 mol化學鍵所需的能量(kJ)：N≡N為942、O===O為500、N—N為154，則斷裂1 mol N—H鍵所需的能量(kJ)是( ) A．194 B．391 C．516 D．658,,,,【解析】 利用圖示可知肼和氧氣變成原子時斷鍵需要的能量為2 752 kJ－534 kJ＝2 218 kJ。肼和氧氣斷鍵變?yōu)樵訒r要斷裂1個N—N鍵，4個N—H鍵，1個O===O鍵，所以1×154＋4×(N—H鍵能)＋1×500＝2 218，解得N—H鍵能為391，單位為kJ，選B。 【答案】 B,1．(2014·北京六十六中高一下學期期末)下列說法正確的是( ) A．由H原子形成1 mol H－H鍵要吸收熱量 B．所有燃燒反應都是放熱反應 C．據(jù)能量守恒定律，反應物的總能量一定等于生成物的總能量 D．凡經(jīng)加熱而發(fā)生的化學反應都是吸熱反應 答案：B,●變式訓練,點撥：原子形成化學鍵時要放出能量，A項不正確；反應物總能量高于或低于生成物總能量，這部分能量通常以熱量的形式放出或吸收，C項不正確；任何化學反應都經(jīng)歷了舊鍵斷裂(吸收能量)和新鍵形成(放出能量)的過程，都伴隨著能量的變化，但釋放能量還是吸收能量，不是由反應條件確定的。如：合成氨需要在高溫下進行，但它卻是釋放能量的反應，D項不正確。,2．(2014·經(jīng)典習題選萃)下表中的數(shù)據(jù)是破壞1 mol物質(zhì)中的化學鍵所消耗的能量(kJ)： 根據(jù)上述數(shù)據(jù)回答下列問題： (1)下列物質(zhì)本身具有的能量最低的是________。 A．H2 B．Cl2 C．Br2 D．I2,(2)X2＋H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反應是放熱反應還是吸熱反應？________。 (3)相同條件下，X2(X代表Cl、Br、I)分別與氫氣反應，當消耗等物質(zhì)的量的氫氣時，放出或吸收的熱量最多的是________。 (4)若無上表中的數(shù)據(jù)，你能回答問題(3)嗎？________(填“能”或“不能”)。你的依據(jù)是_________________________ ________________________________________________。,答案：(1)A (2)放熱反應 (3)Cl2 (4)能 生成物越穩(wěn)定，放出的熱量越多，在HX中，元素的非金屬性越強，形成氫化物的穩(wěn)定性越強 點撥：破壞1 mol物質(zhì)中的化學鍵所消耗的能量越高，物質(zhì)所具有的能量越低，由表中數(shù)據(jù)可知能量最低的是H2；根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算可知，反應X2＋H2===2HX，X無論是Cl、Br、I，該反應中舊鍵斷裂吸收的能量都小于新鍵形成放出的能量，故該反應為放熱反應，放出熱量最多的為Cl2；判斷生成氫化物放出熱量的多少，可根據(jù)氫化物的穩(wěn)定性強弱，氫化物越穩(wěn)定，所含能量越低，形成該氫化物所放出的熱量越多。,化學能與熱能的相互轉(zhuǎn)化,●思維導圖,,1．能量守恒定律 一種形式的能量可以轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，轉(zhuǎn)化的途徑和能量形式可以不同，但是體系包含的總能量不變，這就是“能量守恒定律”。 (1)化學能可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，如熱能、電能等，在轉(zhuǎn)化時，遵循能量守恒定律。 (2)初中學過的“質(zhì)量守恒定律”與“能量守恒定律”是兩條基本的自然定律。,●教材點撥,2．吸熱反應與放熱反應 (1)兩種反應的區(qū)別,(2)化學反應與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系,可用圖示表示如下：,,溫馨提示：(1)“三個不一定”。需加熱才能發(fā)生的反應不一定是吸熱反應，如碳和氧氣的反應；放熱反應常溫下不一定容易發(fā)生，如鋁熱反應；吸熱反應也不一定需要加熱，如Ba(OH)2·8H2O晶體和NH4Cl晶體的反應。 (2)吸熱反應和放熱反應都是化學反應，如NaOH固體溶于水是放熱過程，但不是放熱反應；如升華、蒸發(fā)等過程是吸熱過程，但不是吸熱反應。,3．放熱反應與吸熱反應的幾個實驗探究活動 【探究活動1】鋁與鹽酸的反應 實驗步驟：在一支試管中加入2～3 mL 6 mol ·L－1的鹽酸，向含有鹽酸的試管中插入用砂紙打磨光的鋁條。 實驗現(xiàn)象：開始時反應進行緩慢，產(chǎn)生少量氣泡，過一會兒反應逐漸加快，氣泡增多，試管發(fā)熱，溫度計液面明顯升高，試管溫度上升。 結(jié)論：鋁與鹽酸反應的過程中放出熱量，該反應屬于放熱反應?；瘜W方程式為： 2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑,【探究活動2】Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl晶體的反應 實驗步驟：將約20 g Ba(OH)2·8H2O晶體研細后與約10 g NH4Cl晶體一起放入燒杯中，并將燒杯放在滴有幾滴水的玻璃片上，用玻璃棒快速攪拌，聞氣味，用手觸摸杯壁下部，試著用手拿起燒杯，觀察現(xiàn)象。 實驗現(xiàn)象及結(jié)論：,【探究活動3】酸堿中和反應中的能量變化 實驗步驟：如圖所示，在50 mL燒杯中加入20 mL 2 mol·L－1的鹽酸，測其溫度。另用量筒量取20 mL 2 mol·L－1的NaOH溶液，測其溫度，并緩緩地傾入燒杯中，邊加邊用環(huán)形玻璃攪拌棒攪拌。觀察反應中溶液溫度的變化過程，并做好記錄。 實驗現(xiàn)象：溫度計顯示溫度逐漸升高。,,結(jié)論：酸堿中和反應是放熱反應。 歸納總結(jié)：我們可以從以下兩個角度來理解吸熱反應和放熱反應。(1)化學鍵角度：在化學反應過程中，如果新化學鍵形成時釋放的能量大于破壞舊化學鍵所需要吸收的能量，即E放＞E吸，則為放熱反應；若破壞舊化學鍵所需吸收的能量大于形成新化學鍵時放出的能量，即E吸＞E放，則為吸熱反應。,(2)從物質(zhì)本身所具有的能量角度：各種物質(zhì)所具有的能量不同。若發(fā)生化學反應時，反應物所具有的總能量高于生成物所具有的總能量，那么有一部分能量就會以熱能形式釋放出來，這就是放熱反應。若反應物所具有的總能量低于生成物所具有的總能量，在發(fā)生化學反應時，反應物需吸收一定的能量才能轉(zhuǎn)化成生成物，這就是吸熱反應。 4．化學能與熱能相互轉(zhuǎn)化的意義 (1)化學物質(zhì)中的化學能通過化學反應轉(zhuǎn)化成熱能，提供了人類生存和發(fā)展所需要的能量和動力。 (2)熱能轉(zhuǎn)化為化學能是人們進行化學科學研究、創(chuàng)造新物質(zhì)不可或缺的條件和途徑。,5．人類利用能源的三個階段 柴草時期、化石能源時期、多能源結(jié)構(gòu)時期。目前，最有希望的新能源是太陽能、風能與氫能等，這些新能源的特點是資源豐富、可再生、對環(huán)境沒有污染或污染少。,(2014·經(jīng)典習題選萃)已知反應X＋Y===M＋N為吸熱反應，對這個反應的下列說法中正確的是( ) A．X的能量一定低于M的，Y的能量一定低于N的 B．因為該反應為吸熱反應，故一定要加熱，反應才能進行 C．破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量小于形成生成物中化學鍵所放出的能量 D．X和Y的總能量一定低于M和N的總能量,●典例透析,,,【解析】 吸熱反應中反應物的總能量＜生成物的總能量，不能單指某一種反應物與某一種生成物的能量大小，A錯誤，D正確；吸熱反應不一定必須加熱才能發(fā)生，B錯誤；從微觀角度解釋，吸熱反應中破壞反應物中的化學鍵所吸收的能量大于形成生成物中化學鍵所放出的能量，C錯誤。 【答案】 D,3．(2014·西安市一中高一第一次考試)下圖表示H2和Br2反應的歷程，其中虛線表示的是使用催化劑的反應歷程，下列說法正確的是( ) A．正反應為吸熱反應 B．正反應為放熱反應 C．加入催化劑，該化學 反應的反應熱增大 D．從圖中可以看出，該 反應的反應熱與反應途徑有關(guān),●變式訓練,,答案：A 點撥：圖中生成物總能量高于反應物總能量，反應為吸熱反應，A項正確，B項不正確；加入催化劑影響反應速率，但不能影響反應熱，C項不正確；反應熱與反應途徑無關(guān)，D項不正確。,1．(2014·洋河實驗中學高一期末)對于化學反應中的能量變化，表述正確的是( ) A．中和反應是吸熱反應 B．燃燒屬于放熱反應 C．斷開化學鍵的過程會放出能量 D．加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應 答案：B,2．(2014·臨沂一中高一期中)下列反應中，屬于氧化還原反應同時又是吸熱反應的是( ) A．Ba(OH)2·8H2O與NH4Cl反應 B．鋁與稀鹽酸 C．灼熱的炭與水蒸氣生成一氧化碳和氫氣的反應 D．煤與O2的燃燒反應 答案：C 點撥：A為非氧化還原反應，B、C、D為氧化還原反應，其中C為吸熱反應，B和D為放熱反應。,3．(2014·嘉祥一中5月質(zhì)檢)下列各圖中，表示Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)===BaCl2(s)＋2NH3(g)＋10H2O(l)能量變化的是( ),,答案：A 點撥：題中所給反應為吸熱反應，即反應物的總能量低于生成物的總能量，A項正確。,4．(2014·衡陽市八中高一聯(lián)賽)已知2SO2＋O22SO3為放熱反應，關(guān)于該反應的下列說法正確的是( ) A．O2的能量一定高于SO2的能量 B．SO2和O2的總能量一定高于SO2的總能量 C．SO2的能量一定高于SO3的能量 D．因該反應放熱，故不必加熱反應就可發(fā)生 答案：B 點撥：放熱反應中反應物總能量大于生成物總能量，該反應為放熱反應，故SO2和O2的總能量一定高于SO3的總能量，該反應需加熱且有催化劑存在才能進行。,5．(2014·四川新津中學高一月考)化學反應A2＋B2===2AB的能量變化如圖所示，則下列說法正確的是( ) A．該反應是吸熱反應 B．斷裂1 mol A—A鍵和1 mol B—B鍵能放出x kJ的能量,,C．斷裂2 mol A—B鍵需要吸收y kJ的能量 D．2 mol AB的總能量高于1 mol A2和1 mol B2的總能量 答案：C 點撥：由圖知1 mol A2和1 mol B2的總能量大于2 mol AB的總能量，該反應為放熱反應，A、D錯誤；化學鍵斷裂時吸熱，B錯誤；由圖知2 mol A—B鍵斷裂吸收y kJ的能量，C正確。,6．(2014·試題調(diào)研)某同學做如下實驗，以檢驗反應中的能量變化。 (1)實驗中發(fā)現(xiàn)反應后，(a)中溫度升高，由此可以判斷(a)中反應是________熱反應；(b)中溫度降低，由此可以判斷(b)中反應是________熱反應。,,(2)寫出鋁與鹽酸反應的離子方程式_________________。 (3)根據(jù)能量守恒定律，(b)中反應物的總能量應該________其生成物的總能量。 答案：(1)放 吸 (2)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ (3)低于 點撥：(1)反應后(a)中溫度升高，(b)中溫度降低，說明(a)中反應為放熱反應，(b)中反應為吸熱反應。 (2)鋁與鹽酸反應的離子方程式為 2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。 (3)(b)中反應為吸熱反應，根據(jù)能量守恒定律，(b)中反應物的總能量應該低于其生成物的總能量。,多角度認識化學反應的過程 從原子與分子關(guān)系的角度來說，化學反應過程是舊的分子分裂成原子，原子又重新結(jié)合為新的分子的過程。 從化學鍵的角度來說，化學反應過程是舊化學鍵斷裂和新化學鍵形成的過程，這是化學反應過程的實質(zhì)。 從能量變化的角度來說，化學反應過程是熱能、電能或光能等轉(zhuǎn)化為物質(zhì)內(nèi)部的能量(化學能)被“儲存”起來，或者說“儲存”在物質(zhì)內(nèi)部的能量(化學能)轉(zhuǎn)化為熱能、電能或光能等釋放出來的過程。,