4.2化学变化中的能量变化2016

§4.2化学变化中的能量变化任何化学变化中都有新物质生成，同时还伴随着能量的变化。化学反应可以释放出热能、光能、电能…多种形式的能量，但大多数是热能。物质的内部都储存着能量，只有在化学反应时才释放出来的能量，称为化学能。放热反应：放出热量的化学反应。（一）化学反应中的热效应化学能→热能•大多数反应都是放热的：例如：大多数化合反应，大多数置换反应,中和反应都是放热的，可燃物燃烧时都是放热的放热反应也需要点燃、加热等条件。C+CO2→2CO－Q高温个别化合、置换反应是吸热反应：2CO+O2→2CO2+Q点燃Mg+2HCl→MgCl2+H2↑+QC+H2O(g)→CO+H2－Q高温问题1：为什么有的化学反应会放热？有的化学反应会吸热？•少数反应是吸热反应：例如：大多是分解反应都是吸热反应2KClO3→2KCl+3O2↑－QMnO2极少数分解反应是放热反应：2H2O2→2H2O+O2↑+QMnO2Ba(OH)2·8H2O(s)+2NH4Cl(s)→BaCl2+2NH3·H2O+8H2O－Q一般来说，吸热反应都需要持续加热，但有些不需要加热也能反应。吸热反应：吸收热量的化学反应。反应物的总能量高生成物的总能量低生成物的总能量高反应物的总能量低放热反应吸热反应放热反应：反应物的总能量—生成物的总能量0化学反应中能量变化示意图：吸热反应：反应物的总能量—生成物的总能量01.反应热化学反应中放出或吸收的热量，即反应物的总能量与生成物的总能量的差值。反应物的总能量—生成物的总能量Q0放热反应Q0吸热反应反应热(Q)=问题2：放热反应中有没有吸热的过程？吸热反应中有没有放热过程？2.化学反应进程中能量变化化学反应进程中能量变化示意图：E1反应进程能量0反应物生成物E3E2反应进程能量0反应物生成物A反应进程能量0反应物生成物B化学反应一般总是：先吸热破坏反应物化学键，再形成新的化学键（新物质生成）放热。反应热是这两个过程的总的效应。是放热反应反应热=E2-E1是吸热反应是放热反应解释：为何放热反应还需要点燃或加热？例如：金刚石与石墨可以相互转化：C(石墨)C(金刚石)－Q是吸热石墨能量低，稳定物质的能量越低越稳定问题3：能量越低越稳定，能否从反应热判断物质的稳定性？在化合反应中生成相等物质的量的生成物时，放出的热量越多，生成物越稳定。3.反应热与物质的热稳定性F2(g)+H2(g)→2HF(g)+271.2KJCl2(g)+H2(g)→2HCl(g)+92.4KJBr2(g)+H2(g)→2HBr(g)+36.4KJ物质的能量越低越稳定气态氢化物的稳定性：HFHClHBr问题4：如何表示一个化学反应中的热量变化？练习册：P1641.概念：表示化学反应所放出或吸收热量的化学方程式叫做热化学方程式。（二）热化学方程式2.特点：热化学方程式：2H2(气)+O2(气)→2H2O(液)+571.6kJH2(g)+1/2O2(g)→H2O(l)+285.8kJH2(g)+1/2O2(g)→H2O(g)+241.8kJ化学方程式：2H2+O2→2H2O点燃①表示出热量的数值、单位,吸热用“－”放热用“+”②注明物质的状态③化学式前的计量数表示物质的量.可以用分数表示，而且系数与热量数据有对应关系。④不用注明反应条件为何生成H2O(l)放出热量多？例1:在一定条件下，氢气和甲烷的热化学方程式为：2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)+572kJCH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)+890kJ（1）1m3甲烷在标况时完全燃烧放出的热量是多少？（2）由1mol氢气和3mol甲烷组成的混合气体在上述条件下完全燃烧时放出的热量为多少?（1）根据热化学方程式求反应热解：Q=(572÷2)+(890×3)=2956kJ3.有关计算例2:在一定条件下，1g氢气燃烧生成液态水时时放出的热量为143kJ写出H2燃烧的热化学方程式。标准状况下5.6L甲烷燃烧生成液态水时，放出的热量为222.5kJ写出甲烷燃烧的热化学方程式。2H2(g)+O2(g)→2H2O(1)+572kJH2(g)+1/2O2(g)→H2O(g)+286kJCH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(1)+890kJ（2）书写热化学方程式课本：P911234.物质完全燃烧放出的热量多②2CO(g)+O2(g)→2CO2(g)+566kJ①2C(s)+O2(g)→2CO(g)+221kJ③C(s)+O2(g)→CO2(g)+393.5kJ2C(s)+2O2(g)→2CO2(g)+787kJ①+②=2×③若是一个反应可以分几步进行，则各步反应的反应热总和与这个反应一步发生时的反应热相同。煤、液化气、汽油、酒精、木柴等.化石燃料:煤、石油、天然气（三）燃料的充分利用1.常见的燃料2.燃料的充分利用充分利用燃料的方法使燃料充分燃烧充分利用热能充足而适量的空气增大燃料与空气的接触面积改进设备利用余热（采用热交换器）3.燃料的充分利用举例•①为什么燃料燃烧时应鼓入适量的空气（过少？过量？）•②为什么固体燃料粉碎，液体燃料喷成雾状为什么蜂窝煤要打孔？•③煤直接燃烧有何危害？如何高效、洁净的利用煤？•④为什么燃气热水器圈状水管•⑤什么煤炉要设置挡风圈、酒精灯要防风罩？•⑥热交换器的原理?将煤①脱硫②加氢液化③气化:C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g)-131.3kJ化学能→电能（四）原电池及其工作原理（1）把一块锌片和一块铜片平行插入到稀硫酸溶液中，观察现象（2）用导线把铜片和锌片连接起来，观察现象（3）在导线中接入一个电流表，观察现象实验稀H2SO4ZnCuZnCuG两个烧杯中的现象相同吗？Zn溶解，Zn棒上有气泡Zn溶解，Cu棒上有气泡，电流计指针偏转总反应相同:讨论:右烧杯Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑2e（1）铜片上为何有气体产生，这是什么气体？（2）为什么会产生电流？（3）在整个过程中能量发生怎样变化？1.原电池:把化学能转化为电能的装置2.组成原电池的条件（1）两电极：两种不同的金属（或一种为非金属C）两种金属相互接触（或用导线连接）相对活泼金属作电池的负极（2）有电解质（酸、碱、盐）溶液（3）构成闭合电路ZnCuH2SO4负极要与电解质溶液发生氧化还原反应（4）从氧化－还原反应角度分析两电极各发生什么反应?讨论Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑2e﹡通过原电池装置，将氧化还原反应分成两个半反应，氧化反应在负极发生，还原反应在正极发生离子反应方程式：Zn+2H+→Zn2++H2↑2eZnCuH2SO4负极(Zn)：Zn—2e→Zn2+氧化反应正极(Cu)：2H++2e→H2↑还原反应电流方向:从铜极经导线到锌极,铜是正极,锌是负极；电子的流动方向怎样?（5）如何判断此装置中的电流方向?提示:用一节干电池与电流表相连,来确定电流表指针偏转方向和电流方向的关系讨论Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑离子反应方程式：Zn+2H+→Zn2++H2↑2eZnCuH2SO43.原电池工作原理负极(Zn)：电极反应：Zn—2e→Zn2+氧化反应正极(Cu)：2H++2e→H2↑还原反应总反应：Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑电子流向：负极→正极（Zn→导线→Cu）电流方向：正极→负极（Cu→导线→Zn）离子反应方程式：Zn+2H+→Zn2++H2↑现象：铜片上有气泡，锌片溶解，电流计指针发生偏转。讨论:下列装置是否是原电池装置?为什么?是原电池的说明现象。H2SO4FeFe酒精ZnCuH2SO4CFeCuSO4CuFe1.2.3.4.√√××写出下列原电池装置电极反应式，总反应方程式。H2SO4CFeCuSO4CuFe负极：负极：正极：正极：总反应：总反应：Fe—2e→Fe2+2H++2e→H2↑Fe+H2SO4→FeSO4+H2↑Fe—2e→Fe2+Cu2++2e→CuFe+CuSO4→FeSO4+Cu铁棒溶解碳棒上有气泡铁棒溶解铜棒质量增加﹡原电池与电解池的比较A饱和食盐水铁钉碳棒ZnCuG稀H2SO4ab原电池电解池能量电极饱和食盐水石墨石墨cd加少量酚酞现象方程式化学能→电能电能→化学能a负极b正极c阳极d阴极电子流向电流方向铜片上有气泡，锌片溶解，电流计指针发生偏转。阳极上有黄绿色气体，阴极有无色气体，溶液变红。Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑通电负极→正极正极→负极负极：氧化反应正极：还原反应阳极：氧化反应阴极：还原反应﹡形成原电池电子转移的速率加快，化学反应速率加快。即电化学反应速率比化学反应速率快。例如：酸与粗锌(含有铜或碳)反应速率比纯锌快。酸与锌反应的溶液中加少量的CuSO4，可加快反应速率。Zn/Cu/酸形成原电池Zn+CuSO4→ZnSO4+CuZn/Cu/酸形成原电池Zn+H2SO4→ZnSO4+H2↑