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第一节化学能与热能
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___________上课日期:
_________________
知识要点:
第一节化学能与热能
一、化学键与化学反应中能量变化的关系
1化学反应与体系的能量的变化:
化学反应过程中伴随着体系能量的变化,物质的化学反应与体系的能量变化是同时发生的。
2
化学反应中能量变化的本质原因:
是化学键的断裂与形成。
断开反应物中的化学键→吸收能量
(1)化学反应过程中能量发生变化
形成生成物中的化学键→放出能量
例如:
H2(g)+Cl2(g)====2HCl(g)
断开1molH2分子中的H—H键时需要吸收436kJ的热量
断开1molCl2分子中的Cl—Cl键时需要吸收243kJ的热量
形成2molHCl分子中的H—Cl键时要释放2×431kJ的热量
此反应中:
生成物分子形成时释放的总能量>反应物分子断裂时吸收的总能量
反应中放出能量==2×431kJ-(436kJ+243kJ)==184.6kJ
(反应中放出能量后,体系的能量降低。
)
若反应中:
生成物分子形成时释放的总能量<反应物分子断裂时吸收的总能量,反应中就要吸收能量。
(反应中吸收能量后,体系的能量升高。
)
(2)化学反应完成后的结果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。
图示如下:
二、化学能与热能的相互转化
1.质量守恒和能量守恒定律(两条基本自然定律):
(1)质量守恒定律:
参加反应的各物质的质量总和等于生成物的各物质的质量总和。
(2)能量守恒定律:
能量可以互相转化,但是体系包含的总能量不变。
(3)质能守恒定律:
质量与能量是相互联系的,公式:
E===mc2(C:
光速)
2.能量的相互转化:
水由高处向低处流原电池
势能
动能化学能
电能
降雨电解池
3.化学能与热能的相互转化物质燃烧
化学能
热能
加热KClO3分解
※化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化——吸热或放热(反应热)。
(1)反应热:
①定义:
化学反应过程中放出或吸收的热量,通常叫做反应热。
②符号:
△H
③单位:
kJ·mol-1
④计算:
△H==生成物的总能量-反应物的总能量。
(2)放热反应:
和吸热反应
①放热反应:
化学反应过程中释放能量的反应叫放热反应.。
②吸热反应:
化学反应过程中吸收能量的反应叫吸热反应.。
[实验2—1]在一支试管中加入2~3mL6mol·L-1的盐酸,再插入用砂纸打磨光的铝条,观察现象并用温度计测量温度变化,填表:
反应
现象
测量温度变化
结论
铝与盐酸
铝条溶解,有气泡产生
温度升高
铝与盐酸反应是放热反应
【实验2—2】将约20gBa(OH)2·8H2O晶体研细后与10gNH4Cl晶体,一起放入烧杯中,并将烧杯放在敌有几滴水的玻璃片(或小木板上),用玻璃棒搅拌,闻气味,用手触摸杯壁下部,试着用手拿起烧杯,观察现象,填表:
反应
现象
结论
Ba(OH)2·8H2O晶体
与NH4Cl晶体反应
有刺激性气味气体产生,烧杯壁下部很凉,拿起烧杯时,玻璃片粘在
烧杯底部。
此反应是吸热反应
反应的化学方程式:
Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl==BaCl2+2NH3↑+10H2O
[实验2—3]在50mL烧杯中加入20mL2mol·L-1的盐酸,测其温度。
再另用一支量筒取20mL2mol·L-1的NaOH溶液,测其温度,并缓缓地倾入烧杯中,边加边用玻璃棒搅拌,
观察反应中溶液温度变化,并作好记录。
反应
盐酸温度
NaOH溶液
温度
中和反应后溶液的温度
结论
盐酸与NaOH溶液
16℃
16℃
最高温度:
28℃
中和反应是放热反应
(3)常见的放热反应和吸热反应
☆常见的放热反应:
①所有的燃烧反应
②酸碱中和反应
③大多数的化合反应
④金属与酸的反应
⑤生石灰和水反应
☆常见的吸热反应:
①晶体Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
②大多数的分解反应
③以H2、CO、C为还原剂的氧化还原反应
放出热量:
浓硫酸稀释、氢氧化钠固体溶解等(强酸、强碱的水化热大)
※溶解过程
吸收热量:
铵盐溶解等。
三、化学反应中的能量变化与键能变化及反应热的关系:
放热反应
吸热反应
表现形式
△H<0或△H为“-”
△H>0或△H为“+”
能量变化
生成物的总能量低于
反应物的总能量
生成物的总能量高于
反应物的总能量
键能变化
生成物总键能高于反应物总键能
生成物总键能低于反应物总键能
联系
键能越大,物质能量越低,越稳定;反之
键能越小,物质能量越高,越不稳定。
图示
反应热:
△H==生成物的总能量-反应物的总能量。
△H==反应物的总键能-生成物的总键能
中和热及测定
中和热:
在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1mol水时所释放的热量称为中和热。
中和热的测定:
(一)实验用品:
大烧杯(500mL)、小烧杯(100mL)、温度计、量筒(50mL)两个、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
(二)实验步骤:
1.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。
然后再在大、小烧杯之间填满泡沫塑料(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。
2用一个量筒量取50mL0.50mol/L盐酸,倒入小烧杯中,并用温度计测量盐酸的温度,记入下表。
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/LNaOH溶液,并用温度计测量NaOH溶液的温度,记入下表。
4.把温度计和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐
酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小烧杯(注意不要洒到外面)。
用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液,并准确读取混合液的最高温度,记为终止温度,记入下表。
5.重复实验两次,取测量所得数据的平均值作为计算依据。
(三)实验数据处理:
根据实验数据计算中和热,中和热计算公式:
△H
其中(m1+m2)表示溶液质量,c为比热容c=4.18J·(g℃)—1
(四)误差分析:
下列操作会使所测得中和热有何影响?
(偏高、偏低、无影响)
1.俯视法量取50mL盐酸和50mL氢氧化钠溶液--------------------------(↓)
2.量取盐酸溶液未用水洗涤,马上量取氢氧化钠溶液----------------------(↓)
3.未使用环形玻璃棒搅拌不均匀,未完全中和----------------------------(↓)
4.实验时天气冷室温低,中和时放出的热量被烧杯吸收或散失到空气中------(↓)
5.用50mL0.50mol/L的NaOH溶液--------------------------------------------------------(↓)
6.未将NaOH溶液一次倒入烧杯中---------------------------------------------------------(↓)
7.用50mL0.1mol/L的HAc代替盐酸----------------------------------------------------(↓)
8.未盖严纸板-----------------------------------------------------------------------------------(↓)
【随堂练习】
1、已知化学反应2C(s)+O2(g)=2CO(g)、2CO(g)+O2=2CO2(g)都是放热反应据此判断,下列说法不正确的是(其他条件相同)
A、12gC所具有的能量一定高于28gCO所具有的能量-----------------------------------------(A)
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、将一定量的C燃烧、生成CO2比生成CO时放出的热量多
2、下列说法正确的是--------------------------------------------------------------------------------------(AC)
A、物质发生化学变化都伴随着能量变化
B、伴有能量变化的物质变化都是化学变化
C、在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量与生成物的总能量一定不同
D、在一个确定的化学反应关系中,反应物的总能量总是高于生成物的总能量
3、下列过程中△H小于零的是--------------------------------------------------------------------------(A)
A.NO2转化为N2O4B.醋酸的电离
C.硝酸铵的水解D.氯酸钾分解制氧气
4、下列说法正确的是---------------------------------------------------------------------------------------(C)
A.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B.放热反应在常温下一定很容易发生
C.化学反应除了生成新物质外,还伴随着能量的变化
D.1mol硫酸与足量氢氧化钠发生中和反应生成水所释放的热量称为中和热。
5.1molH-H键的键能是436KJ,1molI–I键的键能是151KJ,1molH-I键的健能是299KJ。
则H2(g)+I2(g)=2HI(g)的反应是------------------------------------------------------(B)
A.吸热反应 B.放热反应C.分解反应 D.可逆反应
6.指出下列说法的正确的是-------------------------------------------------------------------------------(AB)
A.生物体内进行的缓慢氧化反应是放热反应。
B.化学键断裂吸收的能量越多,化学键越牢固。
C.植物光合作用吸收太阳能,与化学能无关。
D.柴草的燃烧与化学能无关。
7.下列反应中属吸热反应的是--------------------------------------------------------------------------(D)
A.镁与盐酸反应放出氢气B.氢氧化钠与盐酸的反应
C.硫在空气或氧气中燃烧D.Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应
8.下列反应既是氧化还原反应,又是放热反应的是----------------------------------------------------(A)
A.铝与稀盐酸的反应B.Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应
C.灼热的碳与二氧化碳的反应D.生石灰溶于水
11.面粉厂必须严禁烟火的主要原因是-----------------------------------------(D)
A.防止火灾发生B.防止污染面粉C.吸烟有害健康
D.面粉颗粒极小,当其扩散在空气中与空气充分接触,一旦引发反应,极易发生爆炸
12.已知反应:
X+Y==M+N为放热反应,对该反应的下列说法中正确的是------------(B)
A.X的能量一定高于M B.X和Y的总能量一定高于M和N的总能量
C.Y的能量一定高于ND.因为该反应为放热反应,故不必加热反应就可发
经典例题:
一、选择题
1.近年来,科学家在海洋中发现了一种冰状物质——可燃冰,其有效成分为甲烷。
下列说法正确的是-----------------------------------------------------------------------------------------------------()
①甲烷属于烃类②在相同条件下甲烷的密度大于空气
③甲烷难溶于水④可燃冰是一种极具潜力的能源
A.①②③B.②③④C.①③④D.①②④
2.绿色能源是指使用过程中不排放或排放极少污染物的能源,如一级能源中的水能、地热、天然气等;二级能源中电能、氢能等。
下列能源属于绿色能源的是--------------------------()
①太阳能②风能③石油④煤⑤潮汐能⑥木材
A.①②③B.③④⑤C.④⑤⑥D.①②⑤
3.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
4.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
5.为了更好的解决能源问题,人们一方面研究如何提高燃料的燃烧效率,另一方面寻找新能源。
以下做法不能提高燃料效率的是----------------------------------------------------------------------()
A煤的汽化与液化B液体燃料呈雾状喷出
C通入大大过量的空气D将煤粉粉碎
6.石墨炸弹爆炸时能在方圆几百米范围内撒下大量石墨纤维,造成输电线、电厂设备损坏。
这是由于石墨----------------------------------------------------------------------------------------------()
A.有放射性B.易燃易爆C.能导电D.有剧毒
7.下列反应既属于氧化还原反应,又是吸热反应的是-------------------------------------------()
A.铝片与稀盐酸的反应B.Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl的反应
C.灼热的炭与CO2的反应D.甲烷在氧气中的燃烧反应
8.对于放热反应
,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
9.“摇摇冰”是一种即冷即用的饮料。
吸食时将饮料罐隔离层中的物质和水混合后摇动即会制冷,该化学物质是------------------------------------------------------------------------------------()
A.氯化钠B.固体硝酸铵C.生石灰D.固体氢氧化钠
10.有三个热化学方程式:
①2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1kJ;
②2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2kJ;
③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)+Q3kJ;其中Q1、Q2、Q3的大小关系为-------()
第7页
A.Q1=Q2=Q3B.2Q3=Q1 11.在25℃,101kPa下,1mol的白磷(化学式为P4)完全燃烧放出的热量比4mol的红磷(化学式为P)完全燃烧放出的热量多。 反应方程式分别为: P4(s)+5O2(g)=P4O10(s); 4P(s)+5O2(g)=P4O10(s) 由此判断,下列说法正确的是-----------------------------------------------------------------------() A.由红磷转化为白磷是吸热反应,等质量时红磷能量比白磷高 B.由红磷转化为白磷是放热反应,等质量时红磷能量比白磷低 C.由红磷转化为白磷是放热反应,等质量时红磷能量比白磷高 D.由红磷转化为白磷是吸热反应,等质量时红磷能量比白磷低 12.航天飞机用铝粉与高氯酸铵(NH4ClO4)的混合物为固体燃料,点燃时铝粉氧化放热引发氯酸铵反应,其化学方程式可表示为: 2NH4ClO4=N2↑+4H2O↑+Cl2↑+2O2↑+Q(该反应为放热反应) 下列对此反应的叙述中错误的是-------------------------------------------------------------------() A.上述反应属于分解反应 B.上述反应瞬间产生大量高温气体推动航天飞机飞行 C.反应从能量变化上说,主要是化学能转变为热能和动能 D.在反应中高氯酸铵只起氧化剂作用 13.已知中和热的数值是57.3kJ·mol–1。 下列物质反应时,产生57.3kJ热量的是---------() A.稀HCl和稀NaOH B.1.0mol·L-1HCl和1.0mol·L–1NaOH C.500mL2.0mol·L-1HCl和500mL2.0mol·L–1NaOH D.500mL2.0mol·L-1H2SO4和500mL2.0mol·L-1Ba(OH)2 14.人类对于能源的利用大致可以分为三个时代: 柴草能源、化石能源、多能源时代。 以下说法正确的是---------------------------------------------------------------------------------------------() A.原始社会人类学会利用火,他们以天然气取暖,吃熟食,从事生产活动 B.目前我国广大农村生活做饭使用的都是化石原料 C.多能源时代指的是新能源时代,包括核能、太阳能、氢能 D.化石燃料的燃烧没有污染 15.反应 是吸热反应,由此可知-----------------------------------------() A.石墨比金刚石更稳定B.金刚石和石墨可以相互转化 C.金刚石比石墨更稳定D.金刚石和石墨不能相互转化 16.下列说法正确的是--------------------------------------------------------------------------------------() A.由H原子形成1molH-H键要吸收热量 B.所有燃烧反应都是放热反应 C.在稀溶液中,酸与碱发生中和反应生成1molH2O时所释放的热量称为中和热 D.凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应 选择题答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 二、填空计算题 1.已知反应: 2H2+O2=2H2O+能量,请填写下列表格中空白处的总能量值,并注明消耗还是放出。 有关键能: H—H: 436kJ/molO—O: 496kJ/molH—O: 463kJ/mol 拆开化学键 形成化学键 能量变化 2molH2中的化学键 4molH—O键 4×463kJ—2×436kJ—496kJ=484kJ 1molO2中的化学键 2.(8分)1mol氢气燃烧时约放热286kJ,而1kg汽油燃烧时约放热46000kJ。 请回答: (1)等质量的氢气和汽油相比,哪种可以放出的热量多? 用计算和数据加以说明。 (2)氢气被公认是21世纪替代矿物燃料的理想能源,试简述氢气作为能源的三个主要优点: ; ; 。 3.美国《科学美国人》杂志在1971年7月刊登的“地球的能量资源”一文中提供了如下数据: 到达地球表面的太阳辐射能的几条主要去路: 直接反射 52,000×109kJ/s 以热能方式离开地球 81,000×109kJ/s 水循环 40,000×109kJ/s 大气流动 370×109kJ/s 光合作用 40×109kJ/s 请选用以上数据计算(写出计算过程): (1)地球对太阳能的利用率约为。 (2)通过光合作用,每年有千焦的太阳能转化为化学能(每年按365天计算)。 (3)设每年由绿色植物通过光合作用(6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2)为我们生存的环境除去二氧化碳的质量为A。 根据能量关系列出A的计算式,列式中缺少的数据用符号表示。 A=(千克) 所缺少的数据的化学含义为。 化学2第二章第一节化学能与热能练习卷答案 一、选择题 1 2 3 4 5 6 7 8 C D A B C C C B 9 10 11 12 13 14 15 16 B B D D C C AB BC 二、填空计算题 1.共消耗1368kJ共释放1852kJ放热484kJ 2. (1)解: 1molH2为2g,则1kgH2燃烧放热为: 286kJ×1000g×1/2g=1.43×105kJ>4.6×104kJ,故: 燃烧等质量的氢气,比汽油放出的热量多。 (2) 来源丰富; 单位质量的氢燃烧时发热量大; 燃烧后不产生污染(合理回答均给分)。 3. (1)地球对太阳能的利用率=[(水循环吸热+大气流动吸热+光合作用吸热)/太阳辐射能]×100%=[(40000+370+40)×109kJ/s]/[(52000+81000+40000+370+40)×109kJ/s]×100%=23.3% (2)通过光合作用,每年太阳能转化的化学能为: 365×24×60×60s×40×109kJ/s=1.26×1018kJ (3)设每生成1molC6H12O6(葡萄糖)所吸收的能量为QkJ,则: 6CO2+6H2O——→C6H12O6+6O2+Q 6×44×10—3kgQkJ A1.26×1018kJ 所以A=[(1.26×1018×6×4
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- 第一节 化学能与热能 化学能 热能