2013-2014学年高一化学人教版必修二辅导与检测课件 第2章 第1节 化学能与热能

第一节化学能与热能化学反应与能量情境导入课标点击典例精析课时训练知识导学第一节化学能与热能“十一”长假期间，小明和爸爸妈妈一起到野外旅游。临到中午时，他们一家围在一起准备就餐，只见小明爸爸拿出一个包装盒，轻轻一拉露在外面的绳头，几分钟后打开盒盖，热气腾腾的饭菜便呈现在眼前。周围的人惊叹不已：他们没有生火为什么吃的饭是热的呢？原来，盒底部有夹层，内部设有水袋和氧化钙加热袋，当拉起开关时，水袋中的水和氧化钙接触，反应放出的热量使饭菜变热。反应过程中反应物结构发生了怎样的变化？该反应为什么能够放热？所有反应都能够放热吗？1．知道化学键的断裂与形成是化学反应中能量变化的主要原因。2．知道反应物与生成物总能量的相对高低是反应过程中能量变化的决定因素。3．了解化学能与热能的相互转化。4．了解能量转化在生产、生活中的应用。化学键与化学反应中能量变化的关系1．化学反应的实质化学反应的实质是_______________________，即反应物中________的断裂和生成物中________的形成。2．化学反应中能量变化的直接原因(1)物质中的原子之间是通过______结合的。原子或原子团的重新组合旧化学键新化学键化学键(2)断开反应物中的化学键要______能量；形成生成物中的化学键要______能量。(3)化学键的______和______是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。3．化学反应中能量变化的根本原因反应物总能量与生成物总能量____。吸收释放断裂形成不同4．化学键与化学反应中能量变化的关系吸收放出5．化学反应过程中的能量变化＜＞应用思考：1.液态HCl不导电，但HCl溶于水能导电，该过程有化学键断裂吗？属于化学变化吗？2.化学反应中都有能量变化吗？为什么？提示：都有，因为在化学反应过程中，破坏旧化学键，需要吸收一定的能量来克服原子(或离子)间的相互作用；形成新化学键时，又要释放一定的能量。因此，在化学反应中，不仅有新物质生成，而且伴随着能量变化。提示：当HCl溶于水时，在水分子的作用下，H—Cl化学键被破坏，但无新化学键的形成，故不属于化学变化。化学能与热能的相互转化1．两条基本的自然定律(1)质量守恒定律：自然界的物质发生转化时，______不变。(2)能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，但是体系包含的________不变。2．吸热反应和放热反应(1)吸热反应：______热量的化学反应。(2)放热反应：______热量的化学反应。总质量总能量吸收放出3．化学能与热能的相互转化(1)化学能转化为热能。实验现象反应方程式结论Al＋HCl(aq)①产生________②溶液温度_______________________________气泡升高2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑化学能转化为热能释放出来(2)热能转化为化学能。实验现象反应方程式结论Ba(OH)2·8H2O(s)＋NH4Cl(s)①产生______________②固体温度____Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===__________________________刺激性气味气体降低BaCl2＋2NH3↑＋10H2O热能转化为化学能储存起来4.中和热在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成_________________________称为中和热，单位为kJ·mol－1。5．化学能与热能相互转化的应用(1)化学物质中的________通过反应转化成________，是人类生存和发展的动力之源。(2)______转化成________是人们进行化学科学研究，创造新物质不可或缺的条件和途径。1molH2O时所释放的热量化学能热能热能化学能6．人类利用能源的三个阶段(1)柴草时期。该时期从火的发现至18世纪产业革命，以树枝杂草为主要能源。(2)化石能源时期。从18世纪中期到现代，以__________________为主要能源。煤、石油、天然气(3)多能源结构时期。以______能源和______能源(绿色能源)为主要能源，主要包括__________________、生物质能、地壳地表能等。太阳能、氢能、核能可再生清洁应用思考：3.水蒸气液化时向环境释放热量，该变化是放热反应吗？提示：吸热反应和放热反应是针对化学反应而言的，水蒸气液化是放热过程，但无化学变化，故不是放热反应。综合拓展一、化学键与能量变化的关系1．判断化学反应吸收或放出能量的依据化学反应放出能量还是吸收能量取决于反应物中化学键断裂时所吸收的能量和生成物中化学键形成时所放出的能量的相对大小。(1)若反应物中的化学键全部或部分断开时所吸收的能量高于生成物成键时所释放的能量，即E总吸E总放，则该反应吸收能量，吸收的能量为ΔE＝E总吸－E总放。(2)若反应物中的化学键全部或部分断开时所吸收的能量低于生成物成键时所释放的能量，即E总吸E总放，则该反应放出能量，放出的能量为ΔE＝E总放－E总吸。2．利用键能计算化学反应吸收或放出能量的多少ΔH——表示化学反应吸收或放出能量的多少，E反应物——表示反应物的总键能，E生成物——表示生成物的总键能，则有以下关系成立：ΔH＝E反应物－E生成物。二、物质总能量与化学反应中能量变化的关系各种物质都储存有化学能，不同的物质所储存的化学能不同。化学反应中，物质发生了变化，化学能也随之而改变，化学反应过程中吸收或放出能量可用下表形象地表示。（续上表）化学反应过程中是吸收能量还是放出能量，取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。当反应物的总能量生成物的总能量时，化学反应放出能量，反之，化学反应吸收能量。三、物质具有的能量与其稳定性之间的关系1．物质具有的能量越低越稳定，参加反应时，化学键断裂吸收的能量就越多，而如果是通过新键形成而生成该物质，则放出的能量就越多。2．物质具有的能量高，则其不稳定，参加反应时断键所需能量低，该物质性质活泼，而形成该物质时，放出的能量较少。四、放热反应和吸热反应1．放热反应和吸热反应的比较类型比较放热反应吸热反应定义有热量放出的化学反应吸收热量的化学反应形成原因反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量与化学键强弱的关系生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断裂时吸收的总能量生成物分子成键时释放出的总能量小于反应物分子断裂时吸收的总能量表示方法ΔH0ΔH0图示（续上表）2.常见的吸热反应和放热反应(1)吸热反应①大部分分解反应②较典型的反应：BaOH2·8H2O和NH4Cl反应、C＋CO2=====高温2CO、C＋H2Og=====高温CO＋H2等(2)放热反应①大部分化合反应②金属和水或酸的反应③可燃物的燃烧反应及缓慢氧化④酸和碱的中和反应特别关注：吸热反应和放热反应均是化学反应。NaOH固体溶于水、浓H2SO4溶于水，属于放热过程，不属于放热反应；NH4NO3固体溶于水、升华、蒸发、分子形成原子等属于吸热过程，不属于吸热反应。五、设计实验测定中和热【实验用品】大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)、温度计、量筒(50mL)两个、碎泡沫塑料或纸条、泡沫塑料板或硬纸板(中心有两个小孔)、环形玻璃搅拌棒；0.50mol/L盐酸、0.55mol/LNaOH溶液。【实验装置】【实验步骤】①在大烧杯底部垫上碎泡沫塑料(或纸条)，使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。然后再在大、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，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的。②用一个量筒量取50mL0.50mol/L的盐酸，倒入小烧杯中，并用温度计测量盐酸的温度，记入实验记录表。然后把温度计上的酸用水冲洗干净。③用另一个量筒量取50mL0.55mol/L的NaOH溶液，并用温度计测量NaOH溶液的温度，记入实验记录表。④把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯中(注意不要洒到外面)，并把套有盖板的温度计和环形玻璃搅拌棒放入盛有盐酸的小烧杯中，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，并准确读取混合溶液的最高温度，作为终止温度，记入实验记录表。⑤重复实验两次，取测量所得温度数据的平均值作为计算依据。实验记录表温度实验次数起始温度t1/℃终止温度t2/℃温度差(t2－t1)/℃HClNaOH平均值123【数据处理】根据实验数据计算中和热。为了使计算更简便一些，我们近似地认为0.50mol/L的盐酸和0.55mol/L的NaOH溶液的密度都是1g/cm3，所以50mL0.50mol/L的盐酸的质量m1＝50g,50mL0.55mol/L的NaOH溶液的质量m2＝50g。近似认为中和后生成的溶液的比热容c＝4.18J/(g·℃)，由此可以计算出50mL0.50mol/L的盐酸与50mL0.55mol/L的NaOH溶液发生中和反应时放出的热量为(m1＋m2)·c·(t2－t1)特别关注：“中和热”测定实验的注意事项：1．注意“量”的问题(1)反应物的浓度和体积取定值。(2)测量反应前后的温度值。(3)做平行实验取平均值。＝0.418(t2－t1)kJ。又因50mL0.50mol/L的盐酸中含有0.025mol的HCl,0.025molHCl与足量NaOH发生中和反应，生成0.025molH2O，放出的热量是0.418(t2－t1)kJ，所以，生成1molH2O时放出的热量，即中和热为ΔH＝－kJ/mol。0.418t2－t10.0252．尽量减小实验误差(1)用经过标定的盐酸和氢氧化钠溶液。(2)量液器最好用移液管或滴定管(量筒误差大)。(3)搅拌使反应充分进行。(4)及时散热，使混合液温度均衡。(5)温度计的精确度高，最好使用精度优于0.1℃的温度计。(6)盐酸和氢氧化钠混合液上方的空间尽可能小。(7)使用绝缘装置，避免热量散发到反应体系之外。(8)温度计要读准确。尝试应用1．下列变化过程中吸热的是()A．H＋HH2B．H＋ClHClC．I2I＋ID．S＋O2SO2解析：分子断开化学键变成原子，需要吸收能量；原子结合成分子，需要放出能量。A、B放热，C吸热，D是S燃烧生成SO2，放出热量。答案：C2．下列说法不正确的是()A．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B．化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因C．分子的稳定性与化学键强弱有关D．任何分子或化合物都是通过原子间形成化学键相结合的解析：稀有气体是单原子分子，无化学键。答案：D3．下列说法中正确的是()A．凡是物质的化学变化都伴随着能量的变化B．凡是物质的化学变化就一定伴随着化学能与热能的转化C．凡是放热反应都不需要人为加热D．凡是吸热反应都需要人为加热A一、有关反应能量的计算已知1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出121kJ的能量，且氧气中1molO===O键完全断裂时需要吸收496kJ的能量，水蒸气中1molH—O键形成时放出463kJ的能量，则氢气中lmolH—H键断裂时吸收的能量为()A．920kJB．557kJC．436kJD．181kJ解析：由“1g氢气完全燃烧生成水蒸气时放出121kJ的能量”可知，2gH2(含1molH—H键)完全燃烧生成水蒸气时放出的能量为121kJ×2＝242kJ。由化学方程式H2(g)＋O2(g)12H2O(g)，可设1molH—H键断裂吸收的能量为Q，则Q＋×496kJ－2×463kJ＝－242kJ，解得Q＝436kJ。答案：C=====点燃12名师点睛：化学反应中能量的变化值＝反应物的总键能－生成物的总键能。利用这一公式进行计算时，要特别注意：(1)既可以利用所有化学键的键能计算具体反应中的能量变化，又可以根据化学反应中的能量变化计算某一个具体的化学键的键能。(2)计算得到的数值如果为正值，则该反应为吸热反应；如果是负值，则该反应为放热反应。变式应用1．断开1molH—H键、1molN—H键、1molNN键分别需要吸收