化学反应与能量-PPT

●内容概述本章内容是在学习了“物质结构元素周期律”之后，应用物质结构理论指导化学反应原理学习的开始，也是对在第一章中所学内容的应用和深化。通过本章内容的学习，能基本理解物质的化学变化与能量变化的关系，认识通过物质的化学反应获取能源的原理和方法；能认识物质化学反应快慢和限度变化的规律，掌握控制物质化学反应快慢和限度的基本方法。本章在选材上尽量将化学原理与实验实例相结合，对化学概念或术语，采用直接使用或叙述含义而不下定义的方式出现，以降低学习的难度。本章中的许多内容与人们的生产、生活之间的关系比较密切，对于推动人类社会的可持续发展具有重要的意义；这些知识及其应用也是高考的重点、热点。初中化学从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在选修模块《化学反应原理》中将从科学概念的层面和定量的角度比较系统深入地学习化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡的原理。本章内容既是对初中化学相关内容的提升与拓展，又是为选修《化学反应原理》的学习奠定必要的基础。●重点难点本章学习重点1．化学键与化学反应中能量变化的关系。2．放热反应和吸热反应。3．原电池。4．化学反应速率和限度。本章学习难点1．化学反应中能量变化观点的建立。2．原电池。●学习目标1．知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。2．通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。3．举例说明化学能与电能的转化关系及其应用。4．通过实验认识化学反应的速率和化学反应的限度，了解控制反应条件在生产和科学研究中的作用。●学法点拨本章内容可分为两部分：一是化学反应与能量；二是化学反应速率和限度。它们都属于化学反应原理范畴，是化学学科最重要的原理性知识之一，也是深入认识和理解化学反应特点和进程的入门性知识。本章知识的特点是概念多、理论性强，比较抽象，学习本章时应注意以下几点：1．学习时应注意把化学反应与物质结构紧密结合。例如，化学反应中的能量变化，可利用物质结构理论来揭示它们的实质，总结规律，并加深认识和理解。2．紧密联系工农业生产实际，加强对实验的观察、思考、分析和归纳，把抽象的理论知识具体化、形象化，有利于对所学知识的理解和巩固。3．准确理解和把握相关概念。如原电池，化学反应速率、化学平衡等。本章内容是中学化学中的重要基本理论之一，它既是对初中相关内容的提升与拓展，又为选修“化学反应原理”奠定必要的基础，所以在历年高考中的重现率是100%。考查的热点主要有：(1)化学能与热能的相互转化，吸热反应、放热反应的判断及计算；(2)原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式；(3)分析金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施；(4)化学反应速率的有关计算及判断；(5)利用化学反应的可逆性进行判断与有关计算。化学能与热能从前，古罗马帝国的一支庞大船队耀武扬威地出海远征。船队驶近红海，突然，一艘最大的给养船上冒出了滚滚浓烟，遮天蔽日。远征的战船只好收帆转舵，返航回港。统帅并不甘心，费尽心机要查出给养船起火的原因。可查来查去，从司令官一直查到伙夫，没有任何人去点火、放火。这桩历史奇案还是后来的科学家们研究出了起火的原因。原来是给养船的底舱里堆积得严严实实的柴草自发燃烧起来。柴草怎么会自燃呢？原来给养船底舱的柴草塞得密不透风，有的开始缓慢地氧化，这实际上是一种迟缓的“燃烧”，放出热来，热散不出去，热量越聚越多，温度升高，终于达到草的着火点，就自发地着火了。现代人大量利用化学反应的能量变化来服务于生产、生活甚至战争：利用植物的秸秆、树木生火取暖；开采埋藏了数十万年的煤炭、石油、天然气作为燃料，开动大型机器上天、入地、下海，改造利用大自然；发明炸药——利用炸药爆炸产生的能量开山、筑路甚至战争……化学反应释放的能量，渗透在我们生活的方方面面。请思考：(1)为什么燃烧会放出巨大的能量？为什么不同的物质燃烧放出的热量差别会十分巨大？热量产生的根本原因是什么？(2)物质是原子结合的，原子的重组过程为什么有的释放热量而有的却需要吸收热量？●梳理导引1．化学反应过程＝化学键的____________(吸收能量)＋化学键的____________(放出热量)，所以化学反应在发生物质变化的同时必定伴随着____________变化。2．对于繁多、复杂的化学反应，人们从不同的角度可以有不同分类：(1)从反应的形式上可以分为____________________________四种基本反应类型。(2)从反应进行的程度分为________与________。(3)从反应过程是否存在电子的得失或转移分为____________和____________。(4)从能量的变化来看有__________与__________。答案：1.破坏、形成、能量2．(1)化合、分解、置换、复分解(2)可逆反应不可逆反应(3)氧化还原反应非氧化还原反应(4)吸热反应放热反应●问题探究1．怎样理解化学反应中的物质变化和能量变化？提示：化学反应过程＝破坏旧键(消耗能量)＋形成新键(释放能量)。每一个化学反应都伴随着能量的变化。2．化学反应中为什么会有能量变化？提示：在化学反应中，从反应物分子转变为生成物分子，各原子内部并没有发生变化，但原子间的结合方式发生了改变。在这个过程中，反应物分子中的化学键部分或全部遭到破坏，生成物分子中的化学键形成。实验证明，在破坏旧化学键时，需要能量来克服原子间的相互作用；在形成新化学键时，由于原子间的相互作用而放出能量。化学反应的能量就来源于旧化学键的破坏和新化学键的形成所发生的能量变化。3．物质具有的能量与其稳定性之间存在什么关系？提示：物质具的能量越低越稳定，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。反之，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。●细品教材1．感知化学变化与能量变化的关系我们在生活中利用煤、液化石油气、煤气、天然气等燃料燃烧放出的热能烧水、做饭或取暖，实验室中加热高锰酸钾或氯酸钾制取氧气，工业上高温锻烧石灰石制取生石灰，这些实例足以说明物质在发生化学变化的同时还伴随着能量的变化。2．化学键与化学反应中能量变化的关系物质发生化学变化的实质是旧化学键断裂和新化学键形成的过程，化学键是使离子或原子相互结合的作用力。科学研究证明，化学键的变化与能量变化之间具有一定的定量关系，如下表。3.化学键变化与能量变化的关系(25℃、101kPa)化学键变化能量变化拆开1molH—H键吸收能量436kJ形成1molH—H键放出能量436kJ拆开1molC—H键吸收能量415kJ形成1molC—H键放出能量415kJ例如：在25℃、101kPa的条件下，1molH2的共价键断裂要吸收436kJ能量，1molO2共价键的断裂要吸收498kJ能量，形成1molH2O的共价键释放930kJ能量。从化学键的角度看，化学反应的过程实际上是反应物分子中旧化学键的断裂和生成物分子中新化学键的形成。据此分析，化学反应的过程中，必然伴随着能量的变化。化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。●典例精析【例1】根据下面的信息，判断下列叙述中正确的是()A．氢气跟氧气反应生成水的同时释放能量B．氢气跟氧气反应生成水的同时吸收能量C．1molH2跟12molO2反应生成1molH2O一定释放能量245kJD．2molH2(g)跟1molO2(g)反应生成2molH2O(g)释放能量490kJ【解析】由图中信息可知，1molH2(g)的共价键断裂吸收能量436kJ，12molO2(g)的共价键断裂吸收能量249kJ，两项共吸收能量685kJ；2molH(g)与1molO(g)形成1molH2O(g)的共价键释放能量930kJ。在1molH2(g)＋12O2molH2O(g)的过程中，放出的能量比吸收的能量多245kJ。C项所陈述的内容中缺少物质的状态，所以释放的能量不一定是245kJ。【答案】A、D【点拨】化学反应的热效应的大小决定于断键吸收的能量和成键放出的能量的相对大小。研究物质变化时，人们可以从不同的角度、不同的层面来认识物质变化时所引起的化学键及能量变化。据此判断以下叙述中错误的是()A．金属钠与氯气反应生成氯化钠后，其结构的稳定性增强，体系的能量降低B．物质燃烧可看成“储存”在物质内部的能量(化学能)转化为热能释放出来C．氮分子内部存在着很强的共价键，故通常状况下氮气化学性质很活泼D．需要加热才能发生的反应不一定是吸收能量的反应【解析】钠原子最外层只有一个电子，当它失去1个电子后可以形成8电子稳定结构，使体系的能量降低，所以A正确；物质燃烧放热，化学能转化为热能，B正确；氮分子内部存在着很强的共价键，很难被破坏，所以在通常状况下氮气的化学性质很稳定，故C错误。任何化学反应都经历了旧键断裂(吸收能量)和新键形成(放出能量)的过程，都伴随着能量的变化，但释放能量还是吸收能量，不是由反应条件确定的。如：合成氨需要在高温下进行，但它却是释放能量的反应，D正确。【答案】C●细品教材如果反应物所具有的总能量大于生成物具有的总能量，反应物转化为生成物时化学反应放出能量，反之，化学反应吸收能量。如下图所示：1．当反应物断键所吸收的能量高于生成物成键所释放的能量，反应吸收热量，即E(总吸)E(总放)，则该反应过程吸收热量，且吸收的热量值为：E(总吸)－E(总放)；当反应物断键所吸收的能量低于生成物成键所释放的能量，反应放出热量，即E(总吸)E(总放)，则该反应过程放出热量，且放出的热量值为：E(总放)－E(总吸)。2．物质具有的能量越低，其分子越稳定，化学键断裂时，吸收的能量越多；化学键形成时，放出的能量越多。物质具有的能量越高，其分子越不稳定，化学键断裂时，吸收的能量越少；化学键形成时，放出的能量越少。3．反应放热或吸热的实质：反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。若E(反应物总)E(生成物总)时，则反应放热；若E(反应物总)E(生成物总)时，则反应吸热。●典例精析【例2】下列有关化学反应中能量变化的理解，正确的是()A．凡是伴有能量的变化都是化学变化B．在化学反应过程中，总是伴随着能量的变化C．在确定的化学反应中，反应物的总能量一定不等于生成物的总能量D．在确定的化学反应中，反应物的总能量总是高于生成物的总能量【解析】在化学变化中，既有物质的变化，又有能量的变化；但有能量的变化不一定是化学变化，如NaOH固体溶于水中放出热量，NH4NO3晶体溶于水吸收热量，核反应的能量变化等。在确定的化学反应中，E(反应物总)≠E(生成物总)，当E(反应物总)E(生成物总)时，反应放出热量；当E(反应物总)E(生成物总)时，反应吸收热量。B、C正确，A、D错误。【答案】B、C在化学反应中，反应前与反应后相比较，肯定不变的是()①元素的种类②原子的种类③分子数目④原子数目⑤反应前物质的质量总和与反应后物质的质量总和⑥如果在水溶液中反应，则反应前与反应后阳离子所带的正电荷总数⑦反应前反应物的总能量与反应后生成物的总能量A．①②③④B．①②⑤⑥C．①②④⑤D．②③⑤⑥【解析】依据质量守恒定律可知：①②④⑤正确，但化学变化中物质的分子数会变化，且一定伴随着能量的变化。【答案】C●资料备选化学键的键能与放热反应或吸热反应的关系1．化学键与化学反应中能量变化的关系当E1E2，反应吸收能量；当E1E2，反应释放能量。2．化学反应中能量变化的计算以H2＋Cl2点燃2HCl为例：特别提示：运用键能可以计算化学反应热效应，也可以判断是吸热反应还是放热反应。若E断－E成0，则为吸热反应；若E断－E成0，则为放热反应。在计算中一定要数准反应物和生成物中化学键的个数。如1molP4中有6molP—P键