化學能及熱能 從化學鍵角度計算化學反應熱

1、學習目標學習目標知道化學鍵的斷裂和形成是化學反應中知道化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因。能量變化的主要原因。通過生產、生活中的實例了解化學能與通過生產、生活中的實例了解化學能與熱能的相互轉化。熱能的相互轉化。探究化學能轉化為熱能在生產、生活中探究化學能轉化為熱能在生產、生活中的應用。的應用。 能源是人類賴以生存和能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎，我們每時發(fā)展的物質基礎，我們每時每刻、分分秒秒都離不開它。每刻、分分秒秒都離不開它。迄今為止，人類所能利用的迄今為止，人類所能利用的能源主要是化學能、電能、能源主要是化學能、電能、以及核能等等。但是，由于以及核能等等。但是，由于人類大

2、量開發(fā)和浪費資源，人類大量開發(fā)和浪費資源，造成了資源的不合理利用從造成了資源的不合理利用從而引發(fā)了不可回避的能源危而引發(fā)了不可回避的能源危機。機。16.6%2.1%5.1%76.2%我國化石燃料和水電能源消耗構成圖我國化石燃料和水電能源消耗構成圖你知道嗎你知道嗎? 煤、石油、天然氣的主要化學成分是烴煤、石油、天然氣的主要化學成分是烴類等有機物（煤中含有大量的碳），它們燃類等有機物（煤中含有大量的碳），它們燃燒時放出熱能。你一定想知道，這種能量從燒時放出熱能。你一定想知道，這種能量從何而來何而來?它與化學物質和化學反應有什么關它與化學物質和化學反應有什么關系？石灰石（主要成分是碳酸鈣）要經過高系

3、？石灰石（主要成分是碳酸鈣）要經過高溫煅燒才能變成生石灰，高溫提供的熱能在溫煅燒才能變成生石灰，高溫提供的熱能在石灰石的分解反應中起到什么作用？石灰石的分解反應中起到什么作用？一、化學鍵與化學反應中能量變化的關系一、化學鍵與化學反應中能量變化的關系思考：思考：不同的燃料其組成不同，燃燒后放出的不同的燃料其組成不同，燃燒后放出的熱量也不相等。為什么不同的燃料燃燒時放出的熱量也不相等。為什么不同的燃料燃燒時放出的熱量會不同？燃料在燃燒反應中產生的熱能來自熱量會不同？燃料在燃燒反應中產生的熱能來自哪里？哪里？1、化學反應中能量的變化化學反應中能量的變化、化學反應的本質是什么？、化學反應的本質是什么？

4、以氫氣在氯氣中燃燒為例，用化學以氫氣在氯氣中燃燒為例，用化學鍵的觀點分析反應的本質過程。鍵的觀點分析反應的本質過程。H Cl ： Cl H H2 + Cl2 = 2HClHH Cl ClHCl斷開斷開斷開斷開點燃點燃 一個化學反應的的過程，本質上就一個化學反應的的過程，本質上就是舊化學鍵是舊化學鍵斷裂斷裂和新化學鍵和新化學鍵形成形成的過的過程。程。形成形成、化學反應中能量變化的主要原因、化學反應中能量變化的主要原因H Cl ： Cl H H2 + Cl2 = 2HClHH Cl ClHCl吸收能量吸收能量斷開斷開斷開斷開吸收能量吸收能量形成形成放出能量放出能量點燃點燃化學鍵的斷裂和形成是化學反

5、應中能量變化學鍵的斷裂和形成是化學反應中能量變化的主要原因?；闹饕颉? 從化學鍵的觀點來分析能量的變化從化學鍵的觀點來分析能量的變化 一個化學反應的的過程，本質上就是舊化學鍵一個化學反應的的過程，本質上就是舊化學鍵斷裂斷裂和新化學鍵和新化學鍵形成形成的過程。的過程。吸收能量吸收能量放出能量放出能量所以：一個化學反應所以：一個化學反應是否是否為為放熱放熱還是還是吸熱吸熱取決于什么呢？取決于什么呢？取決于所有取決于所有斷鍵吸收的總能量斷鍵吸收的總能量與所有與所有形成新鍵放出的總能量形成新鍵放出的總能量的相對大小的相對大小想一想：想一想： 在化學反應中，隨著在化學反應中，隨著物質的變化，既有反

6、應物物質的變化，既有反應物中化學鍵的斷裂，又有生中化學鍵的斷裂，又有生成物中化學鍵的形成，化成物中化學鍵的形成，化學能也隨之而改變。那么，學能也隨之而改變。那么，一個化學反應吸收能量還一個化學反應吸收能量還是放出能量是由什么決定是放出能量是由什么決定的呢？的呢？ 實驗測得，在實驗測得，在25,101KPa條件條件下，將下，將1molH2(H-H)變?yōu)樽優(yōu)?molH原子原子需吸收需吸收436kJ能量，而能量，而2molH原子變原子變成成1molH2(H-H)放出放出436kJ能量，這能量，這個能量就是個能量就是H-H的的鍵能鍵能。某些化學鍵的鍵能某些化學鍵的鍵能某些鍵的鍵能某些鍵的鍵能(kJ/m

7、ol)鍵鍵鍵能鍵能鍵鍵鍵能鍵能HH436CH415.0ClCl242.7OH462.8BrBr193.7NH390.8II152.7HCl431.8CC347.7HI298.7鍵能越大鍵能越大含該鍵的分子越穩(wěn)定含該鍵的分子越穩(wěn)定化學鍵越牢固化學鍵越牢固對于某個確定的化對于某個確定的化學反應，如何判斷學反應，如何判斷它是放出能量還是它是放出能量還是吸收能量呢？吸收能量呢？在反應在反應H2 + Cl2 2HCl中，已知中，已知HH 鍵能為鍵能為436kJ，ClCl鍵能為鍵能為247kJ，HCl鍵能為鍵能為431kJ，判斷該反應是判斷該反應是 反應反應 放熱放熱課堂練習一課堂練習一 則則(1)化學鍵

8、斷裂時需要吸收能量。吸收總能量為：化學鍵斷裂時需要吸收能量。吸收總能量為：436kJ247kJ683 kJ， (2)化學鍵形成時需要釋放能量。釋放總能量為：化學鍵形成時需要釋放能量。釋放總能量為：431kJ431kJ862 kJ， (3)反應中放出的熱量的計算：反應中放出的熱量的計算： 862kJ683kJ=179kJ小結：小結： 一個確定的化學反應在發(fā)生過程中是吸收能量一個確定的化學反應在發(fā)生過程中是吸收能量還是放出能量，決定于反應物的總能量與生成物的還是放出能量，決定于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小。總能量的相對大小?？磮D討論：看圖討論：水由高處水由高處向低處流向低處流要釋放能要

9、釋放能量（勢能量（勢能轉換為動轉換為動能）能）分析化學反應：分析化學反應：反應物的總能量反應物的總能量 生成物的總能量生成物的總能量化學反應放出能量化學反應放出能量看圖討論：看圖討論： 將水由低處抽向高處需提供能量將水由低處抽向高處需提供能量（電能轉換為機械能，再轉換為勢能）（電能轉換為機械能，再轉換為勢能）分析化學反應：分析化學反應：反應物的總能量反應物的總能量 0為放熱反應為放熱反應Q 4Q3 B. 2Q1 + Q2 4Q3 C. Q1 + Q2 Q3 D. Q1 + Q2 = Q3B二、化學能與熱能的相互轉化二、化學能與熱能的相互轉化1、兩條基本的自然定律、兩條基本的自然定律（1）質量守

10、恒定律：質量守恒定律：（2）能量守恒定律：能量守恒定律：一種能量可以轉化為另一種能量，一種能量可以轉化為另一種能量， 總能量保持不變。總能量保持不變。2、吸熱反應和放熱反應、吸熱反應和放熱反應根據能量變化情況角度分：根據能量變化情況角度分：（1 1）化學上把有熱量放出的化學反應叫做化學上把有熱量放出的化學反應叫做放熱反應放熱反應（2 2）化學上把吸收熱量的化學反應叫做化學上把吸收熱量的化學反應叫做吸熱反應吸熱反應小結：小結：（1）放熱反應（2）吸熱反應思考：思考：酸與堿的中和反應是吸熱反應還是放熱反應？酸與堿的中和反應是吸熱反應還是放熱反應？實驗實驗3 3 酸堿反應的本質就是酸堿反應的本質就是

11、H+ + OH- = H2O ?？傻贸鐾普摚核釅A中和反應都是放熱反應?？傻贸鐾普摚核釅A中和反應都是放熱反應。反應中反應中H+和和OH-離子的量相等離子的量相等 ，生成水的，生成水的量相等，放出的熱量也相等量相等，放出的熱量也相等 現象現象結論結論中和反應后溶液的溫度比中和反應后溶液的溫度比反應前鹽酸和氫氧化鈉溶反應前鹽酸和氫氧化鈉溶液的溫度高。液的溫度高。鹽酸和氫氧化鈉溶液的反鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應過程中放出熱量，使溶應過程中放出熱量，使溶液混合物的溫度升高。液混合物的溫度升高。分析：分析： 中和熱的概念中和熱的概念: 酸與堿發(fā)生中和反應生成酸與堿發(fā)生中和反應生成1molH2O時所釋放的熱量

12、稱為時所釋放的熱量稱為中和熱中和熱。思考與交流：思考與交流：注：（1）中和反應都放出熱量 （2）稀溶液中，強酸與強堿的中和 熱為定值：57.3KJ/mol 在大燒杯底部墊泡沫塑料（或紙條），使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相在大燒杯底部墊泡沫塑料（或紙條），使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料（或紙條），大燒杯上用泡沫平。然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料（或紙條），大燒杯上用泡沫塑料板（或硬紙板）作蓋板，在板中間開兩個小孔，正好使溫度計和環(huán)形玻塑料板（或硬紙板）作蓋板，在板中間開兩個小孔，正好使溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒通過，以達到保溫、隔熱、減少實驗過程中熱

13、量損失的目的，如上璃攪拌棒通過，以達到保溫、隔熱、減少實驗過程中熱量損失的目的，如上圖所示。該實驗也可在保溫杯中進行。圖所示。該實驗也可在保溫杯中進行。思考與交流：思考與交流： 在設計實驗裝置和操作時應該注意哪些問題？在設計實驗裝置和操作時應該注意哪些問題？（1 1）用隔熱裝置，盡量減少熱量散失；）用隔熱裝置，盡量減少熱量散失；（2 2）酸堿的量要準確：）酸堿的量要準確：n nC CV Va a、濃度要越精確越好濃度要越精確越好b b、量體積的容器越精確越好，最好用移液管量體積的容器越精確越好，最好用移液管（3 3）溫度計越精確越好）溫度計越精確越好（4 4）注意控制反應時間）注意控制反應時間

14、（5 5）多做幾次，取平均值）多做幾次，取平均值 在設計實驗裝置和操作時應從兩個方面考慮，在設計實驗裝置和操作時應從兩個方面考慮，一是注重一是注重“量量”的問題，如的問題，如 反應物的濃度和體反應物的濃度和體積取定值；積取定值； 測量反應前后的溫度值；測量反應前后的溫度值； 做平行做平行實驗取平均值。二是盡量減小實驗誤差，如實驗取平均值。二是盡量減小實驗誤差，如 用用經過標定的鹽酸和氫氧化鈉溶液；經過標定的鹽酸和氫氧化鈉溶液； 量液器最好量液器最好使用移液管；使用移液管； 攪拌使反應充分進行；攪拌使反應充分進行； 及時散及時散熱，使混合液溫度均衡；熱，使混合液溫度均衡； 溫度計的精確度高，溫度

15、計的精確度高，最好使用精度為最好使用精度為0.1 0.1 或更高的溫度計；或更高的溫度計； 鹽酸鹽酸跟氫氧化鈉溶液混合后液面上方的空間盡可能小；跟氫氧化鈉溶液混合后液面上方的空間盡可能?。?使用絕緣裝置，避免熱量散發(fā)到反應體系之外；使用絕緣裝置，避免熱量散發(fā)到反應體系之外； 溫度計要讀準確。溫度計要讀準確。1L1mol/L的硫酸溶液與2L2mol/L的NaOH溶液完全反應，放出114.6KJ的熱量，有人由此得出強酸與強堿反應的中和熱為114.6KJ/mol.這種結論是否正確，為什么？常見的放熱反應和吸熱反應常見的放熱反應和吸熱反應放熱反應放熱反應燃料的燃燒燃料的燃燒(與與O2的反應）的反應）中

16、中 和和 反反 應應活潑金屬與水或酸的反應活潑金屬與水或酸的反應大部分化合反應（生石灰大部分化合反應（生石灰和水）和水）物質的緩慢氧化物質的緩慢氧化吸熱反應吸熱反應C+CO2H2+CuOC+H2OBa(OH)2.8H2O+NH4ClCaCO3高溫分解高溫分解大部分分解反應大部分分解反應多數銨鹽溶于水多數銨鹽溶于水練習：練習：1、在化學反應中，斷裂化學鍵需要、在化學反應中，斷裂化學鍵需要_，形成，形成化學鍵要化學鍵要_。化學反應是吸熱反應還是放?；瘜W反應是吸熱反應還是放熱反應決定于熱反應決定于_ 吸收能量吸收能量放出能量放出能量反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小反應物的總能量與生成物的總能

17、量的相對大小2、兩位同學討論放熱和吸熱反應。甲說加熱后才能、兩位同學討論放熱和吸熱反應。甲說加熱后才能發(fā)生的化學反應是吸熱反應，乙說反應中要持續(xù)加熱發(fā)生的化學反應是吸熱反應，乙說反應中要持續(xù)加熱才能進行的反應是吸熱反應。你認為他們的說法正確才能進行的反應是吸熱反應。你認為他們的說法正確嗎？為什么？嗎？為什么？3 3、下列說法正確的是（、下列說法正確的是（ ） A.A.需要加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應需要加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應 B.B.任何放熱反應在常溫條件下一定能發(fā)生反應任何放熱反應在常溫條件下一定能發(fā)生反應 C.C.反應物和生成物所具有的總能量決定了反應反應物和生成物所具有的總

18、能量決定了反應 結果是放熱還是吸熱結果是放熱還是吸熱 D.D.吸熱反應在一定條件下才能發(fā)生反應吸熱反應在一定條件下才能發(fā)生反應CD4 4、判斷：判斷：（1 1）加熱的反應一定是吸熱反應）加熱的反應一定是吸熱反應（2 2）一個反應是吸熱或放熱與反應條件）一個反應是吸熱或放熱與反應條件 沒有直接聯(lián)系，與反應物與生成物沒有直接聯(lián)系，與反應物與生成物 的總能量的相對大小有關。的總能量的相對大小有關。（3 3）化學反應中的能量變化都表現為熱）化學反應中的能量變化都表現為熱 能變化能變化. .三、化學能的應用三、化學能的應用1、利用熱量進行生活、生產和科研。、利用熱量進行生活、生產和科研。2、利用熱能使很

19、多化學反應得以發(fā)生。、利用熱能使很多化學反應得以發(fā)生。如：如：NoImage能量變化能量變化化學能轉化為熱能化學能轉化為熱能放熱放熱 反應反應吸熱吸熱 反應反應類類型型反應物的總能量大于生成反應物的總能量大于生成物的總能量物的總能量反應物的總能量小于生成反應物的總能量小于生成物的總能量物的總能量遵 循遵 循能 量能 量守 恒守 恒原原 理理能量能量 利利用用燃料充分燃料充分燃燒燃燒新 能 源新 能 源 的開發(fā)的開發(fā)減少減少 污染污染小結： 問題交流【學與問】問題交流【學與問】 這里所列舉的兩類反應說明了化學反應與熱能這里所列舉的兩類反應說明了化學反應與熱能 之間的辯證關系以及它們之間的相互轉化

20、：之間的辯證關系以及它們之間的相互轉化： 化學反應化學反應熱能熱能煤、石油、天然氣的燃燒（產生）煤、石油、天然氣的燃燒（產生）CaCOCaCO3 3經過高溫煅燒分解成經過高溫煅燒分解成CaOCaO（動力）動力）熱能對化學反應的支持作用熱能對化學反應的支持作用，利用熱能來完成常溫下很，利用熱能來完成常溫下很難發(fā)生的化學反應。難發(fā)生的化學反應。獲取能量獲取能量反應過程中的能量變化反應過程中的能量變化1、人類文明與能源開發(fā)、利用的關系、人類文明與能源開發(fā)、利用的關系人類文明史人類文明史引出引出燃燒燃燒充分充分燃燒燃燒化石化石 燃料燃料 合理合理 利用利用能源能源開發(fā)開發(fā)新技新技術的術的開發(fā)開發(fā)能源能

21、源能量能量利用利用化學化學反應反應中的中的能量能量變化變化能源的利用反映著人類進步能源的利用反映著人類進步放熱放熱反應反應吸熱吸熱反應反應足夠足夠的空的空氣氣燃料與燃料與空氣充空氣充分接觸分接觸充分充分燃燒燃燒科學利科學利用減少用減少污染污染 2. 常見的能源主要有以下十種常見的能源主要有以下十種:太陽能、化石能源、水能、太陽能、化石能源、水能、 風能、潮汐能、地熱能、生風能、潮汐能、地熱能、生物質能、核能以物質能、核能以 及氫能。及氫能?？茖W視野科學視野1、社會發(fā)展與能源利用、社會發(fā)展與能源利用2、人類利用能源的三個階段、人類利用能源的三個階段柴草時期柴草時期化石能源時期化石能源時期多能源結構時期多能源結構時期生物體中的能量轉化生物體中的能量轉化人體內發(fā)生的人體