1、第二章 化学反应与能量 第一节 化学能与热能 第1课时 化学键与化学反应中能量变化的关系三维目标,思维激活寒冷的冬天，有时会禁不住打一个寒战，此时人体内会产生部分热量，那么这些热量来自哪里？实验课上用酒精灯将镁条点燃，镁条发出耀眼的强光，那么这种光能来源于哪里？人类社会的发展一刻也离不开能源，且要不断地开发出新能源以满足生活与社会发展的需求。,自学导引一、化学键与能量物质中的原子之间是通过化学键相结合的。当物质发生化学反应时，断开反应物中的化学键要吸收能量，而形成生成物中的化学键要放出能量。化学键的断裂和形成是物质在化学反应中能量发生变化的主要原因。物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的。
2、思考题1 形成1 mol CH键要放出415 kJ能量，则断开1 mol CH4中所有的CH键要吸收多少能量？答案 1660 kJ。二、化学反应中的吸热与放热各种物质都储有化学能。一个化学反应完成后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。思考题2 若反应物的总能量大于生成物的总能量，则反应_能量；若反应物的总能量小于生成物的总能量，则反应_能量。答案 放出；吸收,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。,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
3、过程。,形成,、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。,名师解惑一、从微观结构角度理解化学反应中的能量变化从微观分析看，化学反应是原子(或离子)重新组合的过程。即在一定条件下，分子(或其他形式的微粒)中的化学键吸收能量后被破坏，形成原子(或离子)，而后又相互结合成新的分子，在此过程中由于原子间(或离子间)的相互结合而放出能量。 下图为N2(g)和O2(g)生成NO(g)过程的能量变化示意图，由图可知，当1 mol N2(g)与1 mol O2
4、(g)在一定条件下反应生成 2 mol NO(g)时，1 mol N2 分子中的化学键断裂需要吸收946 kJ能量，1 mol O2分子中的化学键断裂需吸收498 kJ能量，形成2 mol NO分子中的化学键要释放632 kJmol12 mol1264 kJ能量。,反应N2(g)O2(g)2NO(g)是吸收能量还是放出能量，要看断键时吸收的能量与成键时放出的能量的相对大小。由上可知，断裂反应物分子中的化学键吸收的总能量为946 kJmol1498 kJmol11444 kJmol1，形成生成物分子中的化学键放出的总能量为1264 kJmol1，即反应吸收能量180 kJmol1。上述过程说明化
5、学反应中，化学键的断裂与形成是反应过程中有能量变化的本质原因。特别提醒任何化学反应都伴随着能量的变化，但伴有能量变化的不一定是化学变化，例如水由液态变为气态需要吸收热量，但没有发生化学变化。,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,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,二、决定吸收能量或放出能量的因素一个反应在完成后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。其关系如下图所示：,图中反应物的总能量大于生成物的总能量，反应过程中反应物将比生成物多的那部分能量释放出来，这样的反应为放出能量的反应；图中反应物的总能量比
6、生成物的总能量低，反应过程中需要从外界吸收能量，这部分能量便储存在生成物中，这样的反应为吸收能量的反应。(1)反应物的总能量大于生成物的总能量，反应放出能量。(2)反应物的总能量小于生成物的总能量，反应吸收能量。特别提醒物质所具有的能量越低越稳定。要注意断键吸收能量、成键放出能量与物质所具有的能量之间的区别。,问题探究,整个反应过程（放出/吸收） kJ热量,1368,1852,放出484,典例导析知识点1：化学键与能量变化的关系例1 已知破坏1 mol HH键、ClCl键、HCl键分别需要吸收436 kJ、243 kJ、432 kJ能量，则由H2与Cl2生成1 mol HCl总的过程需要( )
7、A放热185 kJ B吸热185 kJC放热92.5 kJ D吸热92.5 kJ解析 破坏1 mol HH键、ClCl键、HCl分别需要吸收436 kJ、243 kJ、432 kJ能量，对反应：H2Cl22HCl，H2和Cl2生成2 mol HCl放出的热量为2432 kJ436 kJ243 kJ185 kJ，则H2与Cl2生成1 mol HCl总的过程需要放热92.5 kJ。答案 C,跟踪练习1 下列变化过程中需要吸收能量的是( )AHHH2 BHClHClCI2II DSO2SO2答案 C知识点2：化学反应过程中能量变化的分析例2 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
8、定于_ _。如果化学反应表现为吸收能量，则有_(填不等式，下同)，如果化学反应表现为放出能量， 则有_ _，请作出化学反应放出能量的示意图。,答案 反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小；反应物的总能量生成物的总能量；反应物的总能量生成物的总能量；如图所示：跟踪练习2 下列关于放出能量的反应：ABCD的说法中正确的是(EA、EB、EC、ED分别表示A、B、C、D所具有的能量)( )AEAEC BEAECEDCEAEBECED DEAEBECED答案 C,第2课时 化学能与热能的相互转化三维目标思维激活日本人发明了一种即时加热的方便面，只要将杯子底部隔层中的固体加水混合就可以产生热量，一段时间
9、后一碗热腾腾的面就煮好了。你想知道这是如何实现的吗？,自学导引一、化学能与热能1质量守恒定律和能量守恒定律是两条基本的自然定律。化学能是能量的一种形式，它同样可以转化为其他形式的能量，如热能、电能等。2化学反应中的能量变化，通常表现为热量的变化吸热和放热。思考题 写出下列反应的化学方程式，并指出是放热反应还是吸热反应。天然气(CH4)燃烧：_ 。高温煅烧石灰石(主要成分CaCO3)：_ 。铁丝在氧气中燃烧：_。钠与水的反应：_。,答案 CH42O2 CO22H2O，放热反应CaCO3 CaOCO2，吸热反应3Fe2O2 Fe3O4，放热反应2Na2H2O2NaOHH2，放热反应3酸与碱发生中和
10、反应生成1 mol H2O时所释放的热量称为中和热。二、化学能与热能相互转化的应用化学反应伴随着能量的变化是化学反应的基本特征之一。化学物质中的化学能通过反应转化成热能，是人类生存和发展的动力之源；而热能转化为化学能又是人们进行化学科学研究和创造新物质不可或缺的条件和途径。,名师解惑一、吸热反应和放热反应的判断反应过程中放出热量的反应为放热反应，吸收热量的反应为吸热反应。1根据实例判断。常见的放热反应有：所有的燃烧反应，如C、H2、CH4等在氧气或空气中的燃烧，H2在氯气中的燃烧等；酸碱中和反应；大多数的化合反应；金属与酸的反应，如镁条和盐酸的反应。常见的吸热反应有：大多数的分解反应；氢氧化钡
11、晶体和氯化铵晶体的反应；C和CO2、C和水的反应等。,2根据生成物和反应物总能量的相对大小判断。若生成物的总能量大于反应物的总能量，则为吸热反应，反之为放热反应。实际上，反应放热就是因为反应物的总能量大于生成物的总能量；而反应吸热是因为反应物的总能量小于生成物的总能量。3根据生成物和反应物的相对稳定性判断。由稳定的物质生成不稳定的物质的反应为吸热反应，反之为放热反应。特别提醒一个反应是放热反应还是吸热反应与其是否需要加热无关，需要加热的反应不一定是吸热反应，不需要加热的反应也不一定是放热反应。如H2、CO等大多数气体需要点燃才能进行燃烧，Ba(OH)28H2O 和NH4Cl属吸热反应但在常温下
12、就能进行。,二、溶解过程中的热效应一些物质溶于水，也会有吸热和放热现象。如浓硫酸、NaOH(s)等溶于水会放热；NH4NO3(s)、NH4Cl(s)等溶于水要吸热；NaCl、酒精等溶于水，热效应不大。三、物质“三态”变化过程中的热效应四、中和热的测定1实验用品大烧杯(500 mL)、小烧杯(100 mL)、温度计、2个量筒(50 mL)、泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)、环形玻璃搅拌棒。0.50 molL1盐酸、0.55 molL1NaOH溶液。2实验原理在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1 mol H2O，这时的反应热叫中和热。实验中通过测定酸碱中和反应过程中所放出的热量
13、来计算中和热的大小。,3实验步骤在大烧杯底部垫泡沫塑料(或纸条)，使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(或纸条)，大烧杯上用泡沫塑料板(或硬纸板)作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和玻璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的，如图所示(该实验也可在保温杯中进行)：,用一个量筒量取50 mL 0.50 molL1盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记录并填入下表，然后把温度计上的酸用水冲洗干净。用另一个量筒量取50 mL 0.55 molL1 NaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记录并填入下表。,把温度计和环形玻璃
14、搅拌棒放入小烧杯中的盐酸中，并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯(注意不要洒在外面)，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读出混合溶液的最高温度，作为终止温度，记录并填入表格。重复实验三次，取测量所得数据的平均值作为计算的依据。根据实验数据计算中和热。4注意事项装置的保温隔热效果要尽可能的好。使碱稍微过量以保证盐酸完全被中和。,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
15、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。,思考：,酸与碱的中和反应是吸热反应还是放热反应？,实验,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：,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
16、。,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,典例导析知识点1：吸、放热反应与加热进行反应的关系例1 下列叙述中正确的是( )A需要加热的反应都是吸热反应B放热反应不要加热或点燃等条件即可发生C化学能只能以热能的形式释放D燃烧反应都是放热反应解析 有些放热反应需要加热使其发生，如碳的燃烧等。A、B项不正确。化学能可以转化成多种形式的能，如光能、电能、热能等，C项错误。燃烧反应都是放热反应。答案 D,跟踪练习1 下列说法中正确的是( )A吸热反应在发生过程中需要不断地从外界获得能量，放热反应在发生过程中均不需要外界的能量B是放热反
17、应还是吸热反应主要由反应条件决定C液氨汽化时放出热量D化学反应除生成新的物质外，还伴随着能量的变化答案 D,知识点2：吸热反应和放热反应的综合分析判断例2 石墨和金刚石都是碳元素的单质，石墨在一定条件下可转化为金刚石，已知12 g石墨完全转化为金刚石时，要吸收E kJ能量。下列说法中正确的是( )A石墨不如金刚石稳定B金刚石不如石墨稳定C等质量的石墨与金刚石完全燃烧，二者放出的热量一样多D等质量的石墨与金刚石完全燃烧,石墨放出的热量多解析 一般某物质具有的能量越高，这种物质就越不稳定，反之就越稳定。由题意知石墨转化为金刚石需吸收热量，则金刚石具有的能量应大于石墨具有的能量，故稳定性石墨大于金刚
18、石，当然等质量的金刚石完全燃烧时放出热量多于石墨完全燃烧时放出的热量。答案 B,跟踪练习2 北京奥运会期间，志愿者使用的快餐饭盒内层是用铝箔包裹并已加工好的真空包装食品，外层则是分别包装的两包化学物质，吃饭前拉动预留在外的拉线使这两种化学物质接触反应，放出的热量便可对食物进行加热，最适合做这两包化学物质的是( )A浓硫酸和水 B生石灰和水C熟石灰和水 D氯化钠和水答案 B,知识点3：能量变化中的实验问题例3 将V1 mL 1.0 molL1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液的温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1V250 mL)。下列叙述中不正确的是(
19、),A当V130 mL时，盐酸和NaOH溶液恰好完全反应BNaOH溶液的浓度约为1.5 molL1C做该实验时环境温度为22 D该实验表明化学能可以转化为热能解析 当加入30 mL盐酸时，热效应最大，表明此时盐酸和NaOH 溶液恰好完全反应，所以NaOH溶液的浓度为 1.5 molL1，A、B、D三项均正确；当V10时，温度为21 ，所以实验时环境温度为21 ，C项错误。答案 C,跟踪练习3 如图所示，在一个小烧杯里加入研细的20 g Ba(OH)28H2O晶体。将此小烧杯放在事先滴有34滴水的玻璃片上，然后向小烧杯中加入10 g NH4Cl晶体，并用玻璃棒快速搅拌。(1)实验中要用玻璃棒搅拌
20、的原因是_。(2)写出有关反应的化学方程式：_，该反应_(填“是”或“不是”)氧化还原反应。,(3)该实验中观察到的现象除产生刺激性气味的气体及反应混合物呈糊状以外，还有_。(4)通过最后一个现象可以说明该反应为_(填“吸”或“放”)热反应，这是由于反应物的总能量_(填“大于”或“小于”)生成物的总能量。答案 (1)该反应是固体之间的反应，搅拌可使混合物充分接触并发生反应(2)Ba(OH)28H2O2NH4Cl BaCl22NH310H2O；不是(3)玻璃片上因结冰而与小烧杯黏在一起(4)吸；小于,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,探索与总结,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,
