教师提升版 4.docx
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教师提升版4
化学能与热能
能源与人类
能源是人类赖以生存和发展的物质基础,我们每时每刻、分分秒秒都离不开它。
迄今为止,人类所能利用的能源主要是化学能、电能、以及核能等等。
但是,由于人类大量开发和浪费资源,造成了资源的不合理利用从而引发了不可回避的能源危机。
我国化石燃料和水电能源消耗构成图:
你知道吗?
煤、石油、天然气的主要化学成分是烃类等有机物(煤中含有大量的碳),它们燃烧时放出热能。
你一定想知道,这种能量从何而来?
它与化学物质和化学反应有什么关系?
石灰石(主要成分是碳酸钙)要经过高温煅烧才能变成生石灰,高温提供的热能在石灰石的分解反应中起到什么作用?
知识点一、化学键与化学反应中能量变化的关系
1.微观
Ø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。
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过程。
化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
查阅资料可知:
结论:
一个化学反应的过程,本质上就是旧化学键断裂和新化学键形成的过程。
化学键断裂需要吸收能量,化学键的形成需要放出能量。
思考?
一个化学反应是否为放热还是吸热取决于什么呢?
取决于所有断键吸收的总能量与所有形成新键放出的总能量的相对大小
2.宏观上
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,决定于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
化学反应放出能量化学反应吸收能量
总结:
(1)如果反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量,那么在发生化学反应时,就有部分能量以热的形式释放出来;
(2)如果反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量,那么在发生化学反应时,反应物就需要吸收能量,才能转化为生成物。
例1.已知反应物的总能量高于产物的总能量,则反应是()
A.放热反应B.吸热反应C.有催化剂作用D.无法判断
【答案】A
例2.对于放热反应2H2+O2点燃2H2O,下列说法中正确的是()
A.产物H2O所具有的总能量高于反应物H2和O2所具有的总能量
B.反应物H2和O2所具有的总能量高于产物H2O所具有的总能量
C.反应物H2和O2所具有的总能量等于产物H2O所具有的总能量
D.反应物H2和O2具有的能量相等
【答案】B
例3.已知化学反应2C(s)+O2(g)点燃2CO(g)、2CO(g)+O2(g)点燃2CO2(g)都是放热反应。
下列说法中不正确的是()
A.12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量
B.56gCO和32gO2所具有的总能量大于88gCO2所具有的总能量
C.12gC和32gO2所具有的总能量大于44gCO2所具有的总能量
D.将一定质量的C燃烧,生成CO2比生成CO时放出的热量多
【解析】考察一个反应的分步判断和综合判断比较。
【答案】A
例4.下列对于化学键与化学反应中能量变化的关系叙述正确的是()
A.物质发生化学反应时,断开反应物中的化学键要放出能量
B.物质发生化学反应时,形成生成物中的化学键要吸收能量
C.断开1molC-H键要放出415kJ能量,那么断开1molCH4中所有C-H键则要放出
4mol×415kJ/mol=1660kJ
D.化学键的断裂和形成是化学反应中的能量变化的主要原因
【解析】断开反应物中的化学键要吸收热量,形成生成物中的化学键要放出热量,故AB选项错误;C选项中是吸收热量。
【答案】D
例5.下图中,表示反应是吸热反应的是()
【解析】生成物的总能量大于反应物的总能量为吸热反应,故A选项正确
【答案】A
知识点二、化学能与热能的相互转化
实验2-1铝与盐酸反应
实验2-2氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应
实验2-3酸碱中和反应
总结
常见的吸热反应和放热反应
例6.下列反应中,属于吸热反应的是()
A.活泼金属跟酸反应B.制造水煤气C.酸碱中和反应D.镁条燃烧
【答案】B
例7.下列变化中属于吸热反应的是()
①液态水汽化;②将胆矾加热变为白色粉末;
③浓硫酸稀释;④氯酸钾分解制氧气;⑤生石灰跟水反应生成熟石灰
A.①④B.②③C.①④⑤D.②④
【解析】将放热过程和放热反应区分开。
【答案】D
知识点三、化学能的应用
1、利用热量进行生活、生产和科研。
2、利用热能使很多化学反应得以发生。
随堂练习:
1.下列过程有热量放出的是( )
A.断开氢气中的H—H键
B.Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体反应
C.C与H2O(g)反应
D.Zn与稀H2SO4反应
2.下列反应能量变化与右图一致的是
A.金属钠与水的反应
B.盐酸与氢氧化钠的反应
C.铝与氧化铁的铝热反应
D.电解水制H2和O2
3.将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中,然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。
由此可见()
A.该反应中,热能转化为产物内部的能量
B.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应
C.反应物的总能量高于生成物的总能量
D.反应的热化学方程式为:
NH4HCO3+HCl=NH4Cl+CO2↑+H2O△H>0
4.下列反应属于吸热反应的是
①锌粒与稀H2SO4反应制取H2②氢气在氧气中燃烧
③碳酸钙高温分解成氧化钙和二氧化碳④氢氧化钾和硫酸中和
⑤Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应⑥氢气还原氧化铜
⑦葡萄糖在人体内氧化分解⑧钢铁制品生锈的反应
A.③⑤⑥⑦⑧B.③⑤⑥C.①③④⑤⑥⑧D.①②③④⑤⑥
5.如图是H2和Cl2反应生成HCl,Q=184.6KJ,由图可知()
A.反应物的能量总和小于生成物的能量
B.生成1molHCl(g)需要吸收92.3KJ的热量
C.H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)+184.6KJ
D.常温下,H2(g)与Cl2(g)混合就能反应生成HCl
6.硝酸铵晶体溶于水中,扩散过程吸收了aKJ的热量,水合过程中放出了bKJ的热量。
下列判断正确的是()
A.a>bB.a=bC.a 7.已知热化学方程式: ,可据此得出的结论正确的是() A.等量的金刚石储存的能量比石墨高 B.金刚石比石墨稳定 C.该反应是个放热反应 D.这个变化过程中没有新物质生成 8.已知白磷和P4O6的分子结构如图所示,又知化学键的键能是形成(或断开)1mol化学键时释放(或吸收)的能量,现查知P—P键能为198kJ·mol-1、P—O键能为360kJ·mol-1、O===O键能为498kJ·mol-1。 若生成1molP4O6,则反应P4(白磷)+3O2=P4O6中的能量变化为() A.吸收1638kJ能量B.放出1638kJ能量 C.吸收126kJ能量D.放出126kJ能量 9.已知反应: X+Y=M+N为吸热反应,对该反应的下列说法中正确的是 A.X的能量一定低于MB.Y的能量一定低于N C.X和Y的总能量一定低于M和N的总能量D.因为该反应为吸热反应,故必须加热才能发生 10.下列反应中,属于吸热反应同时又是氧化还原反应的是( ) A.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应B.铝与稀盐酸 C.灼热的炭与水蒸气生成一氧化碳和氢气的反应D.铝热反应 11.为了研究化学反应A+B===C+D的能量变化情况,某同学设计了如图所示装置。 当向盛有A的试管中滴加试剂B时,看到U形管中甲处液面下降乙处液面上升。 试回答下列问题: (1)该反应为____________(填“放热”或“吸热”)反应。 (2)A和B的总能量比C和D的总能量____________(填“高”或“低”)。 (3)物质中的化学能通过________转化成________释放出来。 (4)反应物化学键断裂吸收的能量________(填“高”或“低”)于生成物化学键形成放出的能量。 (5)写出一个符合题中条件的化学方程式: ________________________________。 12.在1×105Pa和298K时,将1mol气态AB分子分离成气态A原子和B原子所需要的能量称为键能(kJ·mol-1)。 下面是一些共价键的键能: (已知氨分子中有三个等价的氮氢共价键) 共价键 H-H键 N三N键 N-H键 键能(kJ·mol-1) 436 945 391 工业合成氨的化学方程式: N2+3H2 2NH3, 断开1molN2中的化学键需_____(填“吸收”或“放出”)945kJ能量,形成2molNH3中的化学键需_____(填“吸收”或“放出”)________kJ能量; 在298K时,取1molN2和3molH2放入一密闭容器中,在催化剂存在下进行反应。 理论上放出或吸收的热量为Q1,则Q1为____________kJ。 根据上表中的数据判断工业合成氨的反应是______(填“吸热”或“放热”)反应。 13.烟气中的氮氧化物(NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收,可减少烟气污染。 在25℃,101kPa下,1molO3与烟气中的NO完全反应生成NO2,同时放热317.3kJ。 请计算: (1)标准状况下,1m3烟气中含NO0.224L,要处理3m3烟气中的NO,需O3的体积。 (2)上述O3与NO在25℃,101kPa下,完全反应时产生的热量。 14. (1)下列变化: ①碘的升华;②氧气溶于水;③氯化钠溶于水;④烧碱熔化;⑤氯化氢溶于水;⑥氯化铵受热分解。 (填序号) 化学键没有被破坏的是________;仅发生离子键破坏的是_______;仅发生共价键破坏的是________;既发生离子键又发生共价键破坏的是_______。 (2)已知1molSi中含1molSi—Si键。 化学键 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C 键能/ kJ·mol-1 460 360 436 431 176 347 请回答下列问题: ①已知Si、SiC、SiO2熔化时必须断裂所含化学键,比较下列物质的熔点高低(填“>”或“<”): SiC________Si。 ②工业上高纯硅可通过下列反应制取: SiCl4(g)+2H2(g) Si(s)+4HCl(g),则2molH2生成高纯硅需________(填“吸收”或“放出”)能量________kJ。 答案: 1.D2.D3.A4.B5.C6.A7.A8.B9.C10.C11.放热高化学反应热能低2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑(或2Na+2H2O=2NaOH+H2↑或NaOH+HCl=NaCl+H2O等合理答案均可)12.吸收放出234693放热13. (1)0.224L; (2)3.173kJ14.①②③④⑤⑥>吸收236 课后作业: 1.下列说法不正确的是( ) A.干冰蒸发要吸收大量的热,这不是化学反应中的吸热现象 B.酒精常被用作酒精灯和内燃机中的燃料,说明酒精燃烧是放热反应 C.木炭常温下不燃烧,加热才能燃烧,说明木炭燃烧是吸热反应 D.人们用氢氧焰焊接金属,主要是利用了氢气和氧气化 合时所放出的能量 2.下列说法中正确的是( ) A.物质发生反应时放出的热量来源于对反应的加热 B.化学反应除了生成新物质外,还发生能量变化,且总表现为吸热 C.化学反应过程中有时吸热,有时放热 D.化学反应总是放出热量 3.一种化学冰袋中含有Na2SO4·10H2O和NHNO3,使用时将它们混合用手搓揉就可制冷,且制冷效果能维持一段时间。 以下关于其制冷原因的推测错误的是( ) A.Na2SO4·10H2O脱水是吸热过程 B.较长时间制冷是由于Na2SO4·10H2O脱水是较慢的过程 C.铵盐在该条件下发生的复分解反应是吸热反应 D.NHNO3溶于 水会吸收热量 4.石墨和金刚石都是碳的单质,石墨在一定条件下可转化为金刚石。 已知12g石墨完全转化为金刚石时,要吸收EkJ的能量,下列说法正确的是( ) 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,金刚石放出的能量多 D.等质量的石墨与金刚石完全燃烧,石墨放出的能量多 5.下列反应既是氧化还原反应,又是吸热反应的是( ) A.铝片与稀H2SO4反应B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应 C.灼热的炭与CO2反应D.甲烷在O2中的燃烧反应 6.已知H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l);放出热量57.3kJ。 有以下4个化学方程式: ①H2SO4(aq)+2NaOH(aq)===Na2SO4(aq)+2H2O(l) ②H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===BaSO4(s)+2H2O(l) ③NH3·H2O(aq)+HCl(aq)===NH4Cl(aq)+H2O(l)[来源: Zxxk.] ④NH3·H2O(aq)+CH3COOH(aq)===CH3COONH4(aq)+H2O(l) 其中放出热量为57.3kJ的是( ) A.①② B.③C.④D.以上都不对 7.下列说法中,正确的是( ) A.干冰升华时要吸收热量,所以这是吸热反应 B.加热后才能发生的反应一定是吸热反应 C.1molBa(OH )2与1molH2SO4反应释放的热量为Q,则Q为它们反应的中和热 D.可燃物的燃烧都是放热反应 8.氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰。 在反应过程中,破坏1mol氢气中的化学键消 耗的能量为Q1kJ,破坏1mol氯气中的化学键消耗的能量为Q2kJ,形成1mol氯化氢中的化学键释放的能量为Q3kJ。 下列关系式中,正确的是( ) A.Q1+Q2>Q3B.Q1+Q2>2Q3C.Q1+Q2 9.一定量的氢气在一定条件下完全燃烧生成气态水,放出热量值为Q1,等量的H2在同样条件下完全燃烧生成液态水,放出热量值为Q2,则Q1与Q2的关系为( ) A.Q1>Q2B.Q1=Q2C.Q1 10.化学反应可视为旧键断裂和 新键形成的过程。 化学键的键能是形成(或折开)1mol化学键时释放(或吸收)的能量。 已知白磷和P4O6的分子结构如 下图所示,现提供以下化学键的键能(kJ/mol): P—P: 198,P—O: 360,O=O: 498,则反应P4(白磷)+3O2===P4O6的反应热ΔH为( ) A.-1638kJ/molB.+1 638kJ/molC.-126kJ/molD.+126kJ/mol 11.将V1mL1.00mol/LHCl溶液和V2mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度,实验结果如图所示(实验中始终保持V1+V2=50mL)。 下列叙述正确的是( ) A.做该实验时环境温度为22℃ B.该实验表明化学能可以转化为热能 C.NaOH溶液的浓度约是1.00mol/L D.该实验表明有水生成的反应都是放热反应 12.已知H++OH-===H2O生成1molH2O放出热量57.3kJ,下列反应中符合该特点的是( ) A.1mol稀H2SO4与足量NaOH溶液反应 B.稀盐酸与氨水反应生成1molH2O C.稀盐酸与稀Ba(OH)2溶液反应生成1mol水 D.稀NaOH与95%浓硫酸反应生成1mol水 13.在一个小烧杯里,加入20gBa(OH)2·8H2O粉末,将小烧杯放在已滴有4~5滴水的玻璃片上,然后加入10gNH4Cl晶体,并用玻璃棒迅速搅拌。 回答下列问题: (1)实验中玻璃棒的作用是____________________________________。 (2)反应方程式是_____________________________________________, 该反应属于________(填反应类型)。 (3)实验中观察到的现象有________,反应混合物呈现糊状的原因是_____________________________。 (4)通过________现象,说明该反应为________热反应,这是由于反应物的总能量________生成物的总能量。 14.下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量: 物质 Cl2 Br2 I2 HCl HBr HI H2 能量(kJ) 243 193 151 432 366 298 436 根据上述数据回答下列问题: (1)下列物质本身具有的能量最低的是( ) A.H2B.Cl2C.Br2D.I2 (2)下列氢化物中最稳定的是( ) A.HCl B.HBr C.HI (3)X2+H2===2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是吸热反应还是放热反应? ________。 (4)相同条 件下,X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应,当消耗等物质的量的氢气时,放出或吸收的热量最多的是________。 15.50mL0.50mol·L-1盐酸与50mL0.55mol·L-1NaOH溶液在如图所示的 装置中进行中和反应。 通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。 回答下列问题: (1)从实验装置上看,图中尚缺少的一种玻璃仪器有________。 (2)烧杯间填满碎纸条的作用是________ ______________。 (3)大烧杯上如不盖硬纸板,求得的中和热数值________(填“偏大”“偏小”“无影响”) (4)实验中改用60mL0.50mol·L-1盐酸跟50mL0.55mol·L-1NaOH溶液进行反应,与上述实验相比,所放出的热量________(填“相等”“不相等”),所求中和热________(填 “相等”“不相等”),简述理由____________________。 (5)用相同浓度和体积的氨水代替NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会________;用50mL0.50mol·L-1NaOH溶液进行上述实验,测得的中和热的数值会________。 (均填“偏大”“偏小”“无影响”) 16.能源是人类生存和发展的重要因素。 常规能源(煤、石油、天然气等)日益减少,促进人们去研究能源的利用率和新能源(如太阳能、氢能、核能等)开发。 (1)我国目前最主要的能源品种是________,能源利用中存在的主要问题有________。 (2)为减少污染,提高燃料 利用率,下列措施可以达到目的的是________。 ①将城市居民燃煤改为使用气体燃料 ②若将原来烧天然气的灶具改烧石油液化气,应增大空气进入量和减少液化气的进入量 ③研制燃料电池 ④在农村大力发展沼气 (3)某些科学家对以下3个化学反应很感兴趣: ①3FeCl2+4H2OFe3O4+6HCl+H2 ②2Fe3O4+3Cl2+12HCl===6FeCl3+6H2O+O2 ③6FeCl36FeCl2+3Cl2 科学家想利用上述反应来制取的一种很有意义的物质是________,该物质作为燃料的优 点有________、________、________。 参考答案 1、【答案】C 2、【答案】C 3、【答案】C 4、【答案】BC 5、【答案】C 6、【答案】D 7、【答案】D 8、【答案】D 9、【答案】C 10、【答案】A 11、【答案】B 12、【答案】C 13、【答案】 (1)使混合物充分接触并起反应 (2)Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O;复分解反应 (3)玻璃片上的水结冰,与小烧杯黏结在一起;反应发生时有水生成 (4)结冰;吸;小于 14、【答案】 (1)A (2)A (3)放热反应 (4)Cl2 15、【答案】 (1)环形玻璃搅拌棒 (2)减少实验过程中的热量损失 (3)偏小 (4)不相等 相等 因为中和热是指酸跟碱发 生中和反应生成1molH2O所放出的能量,与酸碱的用量无关 (5)偏小 偏小 16、【答案】 (1)煤 人均能源占有量小,能源利用率低,单位产值能耗高 (2)①②③④ (3)H2 单位质量燃烧发热量高 燃烧产物只有水,对环境无污染 来源(水)较为丰富
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