化學(xué)反應(yīng)中的熱高一下學(xué)期化學(xué)蘇教版（2019）必修第二冊(cè)

專(zhuān)題6

化學(xué)反應(yīng)與能量變化

第二單元

化學(xué)反應(yīng)中的熱研究化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化，可以幫助我們更深刻地認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，更好地為生產(chǎn)和?；罘?wù)。天然氣燃燒放熱用氧炔焰焊接鋼軌古法高溫煅燒石灰石制得生石灰放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)化學(xué)上，我們把放出熱的反應(yīng)稱(chēng)為放熱反應(yīng)，把吸收熱的反應(yīng)稱(chēng)為吸熱反應(yīng)。例如，氫氣在氧氣中燃燒生成水的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，而水分解為氫氣和氧氣的反應(yīng)則是吸熱反應(yīng)，觀察思考完成下列實(shí)驗(yàn)，感受化學(xué)反應(yīng)中的熱。[實(shí)驗(yàn)1]向一支試管中放入用砂紙打磨光亮的鎂條，加入5mL2mol·L-1鹽酸，用手觸摸試管外壁，感受試管外壁的溫度變化。[實(shí)驗(yàn)2]在100mL燒杯中加入約20g經(jīng)研磨的八水合氫氧化鋇晶體[Ba(OH)2·8H2O]，然后加入約10g氯化銨晶體，用玻璃棒攪拌，使之充分混合。在燒杯下墊一塊沾有水的玻璃片，一段時(shí)間后提起燒杯，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。用手觸摸燒杯外壁，感受溫度變化。氫氧化鋇晶體與氯化銨晶體的反應(yīng)上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)反應(yīng)放熱使溫度升高，另一個(gè)反應(yīng)吸熱使溫度降低。此外，天然氣、酒精、汽油、木材等可燃物的燃燒反應(yīng)，酸堿中和反應(yīng)等都是放熱反應(yīng)；而高溫下煅燒石灰石等反應(yīng)則是吸熱反應(yīng)。1.反應(yīng)中化學(xué)能與其他能量的轉(zhuǎn)化：2.CaCO3的高溫分解：熱能

；3.植物的光合作用：

化學(xué)能；4.電解水：

化學(xué)能；5.木柴的燃燒：

熱能光能；光能化學(xué)能化學(xué)能電能

反應(yīng)(1)中，1molCaCO3吸收178.2kJ的熱，完全分解生成1molCaO和1molCO2氣體；反應(yīng)(2)中，1molC與1molO2完全反應(yīng)生成1molCO2氣體，放出393.6kJ的熱。請(qǐng)同學(xué)觀看實(shí)驗(yàn)視頻，完成下面的表格。實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2產(chǎn)生大量氣泡，混合液的溫度升高有刺激性氣體產(chǎn)生，玻璃片結(jié)冰鎂與鹽酸反應(yīng)有熱量放出氫氧化鋇與氯化銨反應(yīng)吸收熱量小結(jié)：1.每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化，有的釋放能量，有的吸收能量；2.化學(xué)上，把放出熱的反應(yīng)稱(chēng)為放熱反應(yīng)，如：天然氣、酒精、汽油、木材等可燃物的燃燒；把吸收熱的反應(yīng)稱(chēng)為吸熱反應(yīng)，如高溫下煅燒石灰石。3.分類(lèi)

化學(xué)反應(yīng)能量變化分為能量的釋放能量的吸收放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)

4.常見(jiàn)的放熱、吸熱反應(yīng)a.所有的燃燒反應(yīng)；b.酸堿中和反應(yīng)；c.金屬與酸生成氣體的反應(yīng)；d.大多數(shù)的化合反應(yīng)（1）放熱反應(yīng)（2）吸熱反應(yīng)a.大多數(shù)分解反應(yīng)；b.鹽水解反應(yīng)；c.電離反應(yīng)；d.少數(shù)化合反應(yīng)熱化學(xué)方程式：1.定義：表反應(yīng)中放出和吸收熱量的化學(xué)方程式。2.意義：不表明了化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化，也表明化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。3.書(shū)寫(xiě)熱化學(xué)方程式的注意事項(xiàng)：（1）熱化學(xué)方程式中要標(biāo)明物質(zhì)的狀態(tài)，用g、l、s分別表示氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)；參加化學(xué)反應(yīng)的每一種物質(zhì)內(nèi)部都貯存著一定的能量。當(dāng)反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量時(shí)，反應(yīng)物需要吸收能量才能轉(zhuǎn)化為生成物；當(dāng)反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量時(shí)，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物就會(huì)放出能量。如果化學(xué)反應(yīng)中的能量變化主要表現(xiàn)為熱的形式，反應(yīng)就伴隨著熱的吸收或釋放。如下圖。化學(xué)反應(yīng)中的能量變化化學(xué)反應(yīng)中的能量變化是宏觀上的變化，不僅可以用反應(yīng)物與生成物的總能量的變化來(lái)說(shuō)明，還可以用微觀上化學(xué)鍵的斷裂與形成來(lái)解釋。研究表明，物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，需要吸收能量以斷開(kāi)反應(yīng)物中的化學(xué)鍵，在形成生成物中的化學(xué)鍵時(shí)放出能量。若反應(yīng)過(guò)程中斷開(kāi)化學(xué)鍵所吸收的總能量大于形成化學(xué)鍵所放出的總能量，則反應(yīng)過(guò)程中吸收能量；反之，若反應(yīng)過(guò)程中斷開(kāi)化學(xué)鍵所吸收的能量小于形成化學(xué)鍵所放出的能量，則反應(yīng)過(guò)程中放出能量。交流討論化學(xué)反應(yīng)中為什么會(huì)有能量的變化？宏觀：反應(yīng)物和生成物所具有的能量不同；微觀：舊的化學(xué)鍵斷裂所吸收的能量與新的化學(xué)鍵形成時(shí)所放出的能量不同。拓展視野利用鍵能估算化學(xué)反應(yīng)中的能量變化斷開(kāi)氣態(tài)物質(zhì)中1mol某種共價(jià)鍵生成氣態(tài)原子需要吸收的能量，就是該共價(jià)鍵的鍵能。共價(jià)鍵的鍵能越大，該共價(jià)鍵越牢固。部分共價(jià)鍵的鍵能如下表所示:某些共價(jià)鍵的鍵能氯化氫形成過(guò)程中化學(xué)鍵的變化

所以該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式可以表示為:

思考：反應(yīng)熱與鍵能存在什么關(guān)系？1.鍵能：斷開(kāi)氣態(tài)物質(zhì)中1mol某種共價(jià)鍵生成氣態(tài)原子需要吸收的能量就是該共價(jià)鍵的鍵能。2.鍵能與物質(zhì)的穩(wěn)定性：鍵能越大，共價(jià)鍵越牢固，形成的物質(zhì)越穩(wěn)定，則該物質(zhì)本身所具有的能量越低。

放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的比較類(lèi)型放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)能量變化反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量反應(yīng)物的總能量小于生成物的總能量鍵能變化生成物的總鍵能大于反應(yīng)物的總鍵能生成物的總鍵能大于反應(yīng)物的總鍵能圖示ΔH＜0ΔH＞0燃料燃燒釋放的能量人類(lèi)自從學(xué)會(huì)了用火，便以草、木等作為燃料，利用燃燒放出的熱從事各種活動(dòng)。而后，煤、石油等化石燃料相繼被開(kāi)采出來(lái)，供人類(lèi)使用，燃料的更替為人類(lèi)工業(yè)文明的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。生活中常見(jiàn)的燃料有煤、石油、天然氣等。為什么質(zhì)量相同的不同燃料，完全燃燒后放出的熱不相等?這與燃料的熱值有關(guān)。熱值是指一定條件下單位質(zhì)量的可燃物完全燃燒所放出的熱。常見(jiàn)燃料的熱值如下表所示。幾種燃料的熱值物質(zhì)煤炭石油天然氣氫氣熱值/kJ·g-1約33約48約56143由上表的數(shù)據(jù)可知，熱值最大的是氫氣，其次是天然氣，較小的是石油、煤炭。但由于氫氣在制備、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、開(kāi)采成本等方面存在諸多的問(wèn)題，煤、石油等化石燃料仍然是當(dāng)今較為主要的能源。我國(guó)是非常依賴(lài)化石燃料的國(guó)家，尤其是煤，它在我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)了相當(dāng)大的比例，約為60%，遠(yuǎn)高于世界平均水平(約27%)。煤等化石燃料的燃燒常常伴隨著大量煙塵、CO、SO2、氮氧化物(NOx)等有毒有害物質(zhì)的排放，后兩者還能導(dǎo)致酸雨，對(duì)環(huán)境的破壞非常嚴(yán)重。而且，燃料燃燒過(guò)程中，一般只有約1/3的能量可以實(shí)現(xiàn)有效轉(zhuǎn)化，其他部分則轉(zhuǎn)化為廢熱排出或損耗掉，燃料使用效率不高。當(dāng)今環(huán)境問(wèn)題突出，環(huán)境保護(hù)刻不容緩。為了解決燃料燃燒中存在的問(wèn)題，化學(xué)工作者在許多方面進(jìn)行了卓有成效的努力與探索。一是節(jié)約現(xiàn)有的能源，尤其是減少作為燃料的煤和石油的開(kāi)采，將更多的化石燃料留給后人；二是提高燃料的使用效率，減少對(duì)環(huán)境的污染，利用化學(xué)方法將化石燃料轉(zhuǎn)化為清潔燃料，如將煤經(jīng)氣化轉(zhuǎn)化成煤氣，或使煤經(jīng)液化形成液體燃料，降低氧、氮、硫元素含量，減少污染，增大其中氫元素含量，提高燃燒效率;三是確保能源安全，積極開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)的新能源，氫能、水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等都是更清潔、更高效的能源。水力發(fā)電大陽(yáng)能發(fā)電風(fēng)力發(fā)電氫燃料的應(yīng)用前景氫氣的熱值在普通燃料中是最高的，燃燒1g氫氣能釋放出143kJ的熱，是汽油的3倍多。氫氣燃燒的產(chǎn)物只有水，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的污染物，是一種清潔燃料。因此，氫氣被普遍認(rèn)為是未來(lái)理想的綠色燃料。目前，制氫和儲(chǔ)氫已成為全球矚目的課題。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再將水催化電解獲得氫氣，其中最關(guān)鍵的高效、廉價(jià)、綠色的催化技術(shù)已有突破性的進(jìn)展。氫氣密度小，熔點(diǎn)低，難液化，貯存液氫的容器要求高。科學(xué)家正致力于研究具備良好吸收和釋放氫氣性能的合金(如鑭鎳合金等)，這將為解決氫氣貯存問(wèn)題開(kāi)辟新的方向。貯氫合金在一定條件下吸收氫氣形成金屬氫化物，在加熱時(shí)又可釋放出氫氣。氫氣作為燃料，已有廣泛的應(yīng)用。發(fā)射人造衛(wèi)星和載人飛船的運(yùn)載火箭常用液氫作燃料。我國(guó)于1980年研制成功低溫條件下也容易發(fā)動(dòng)、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕作用小的氫動(dòng)力汽車(chē)。2017年10月，我國(guó)的氫燃料混合動(dòng)力有軌電車(chē)在世界上首次成功投入商業(yè)運(yùn)行，最高運(yùn)行時(shí)速70km。這種零排放、無(wú)污染、低噪聲、能源可再生、轉(zhuǎn)化效率高的新型軌道交通工具，將給人類(lèi)文明帶來(lái)新的機(jī)遇。世界首列氫燃料有軌電車(chē)?yán)脷淙剂想姵匕l(fā)電，逐步取代當(dāng)前污染環(huán)境、不可再生的化石燃料，穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和，最終形成“無(wú)碳”的清潔能源產(chǎn)業(yè)。化學(xué)科學(xué)發(fā)展將在極大程度上促進(jìn)現(xiàn)有的石油經(jīng)濟(jì)體系向氫經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展目標(biāo)。拓展視野太陽(yáng)能及其利用大自然利用太陽(yáng)能最成功的是植物的光合作用，地球上每年通過(guò)光合作用儲(chǔ)藏的太陽(yáng)能相當(dāng)于全球能源年消耗量的10倍左右，這就是光—生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化。植物體內(nèi)的葉綠素等物質(zhì)將水、二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖，進(jìn)而生成淀粉、纖維素，其本質(zhì)是發(fā)生了光—化學(xué)能的轉(zhuǎn)換。6H2O+6CO2光葉綠素C6H12O6+6O2動(dòng)物攝入體內(nèi)的淀粉、纖維素能水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，釋放出熱，供給生命活動(dòng)的需要。(C6H10O5)n+nH2O催化劑nC6H12O6C6H12O6(s)+6O2(g)===6H2O(l)+6CO2(g)

人類(lèi)直接利用太陽(yáng)能，有兩種常見(jiàn)的方式:1.光—熱轉(zhuǎn)換這是目前技術(shù)最成熟、成本最低廉、應(yīng)用最廣泛的形式。其基本原理是利用太陽(yáng)輻射能加熱物體而獲得熱能，如地膜、大棚、溫室、太陽(yáng)能熱水器、反射式太陽(yáng)灶、高溫太陽(yáng)爐等。太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化2.光—電轉(zhuǎn)