专题6 第二单元 化学反应中的热 课件 2023-2024学年高一下学期化学苏教版（2019）必修第二册

专题6 化学反应与能量变化 第二单元 化学反应中的热 研究化学反应中的能量转化，可以帮助我们更深刻地认识化学反应，更好地为生产和牛活服务。 天然气燃烧放热 用氧炔焰焊接钢轨 古法高温煅烧石灰石制得生石灰 放热反应与吸热反应 化学上，我们把放出热的反应称为放热反应，把吸收热的反应称为吸热反应。例如，氢气在氧气中燃烧生成水的反应是放热反应，而水分解为氢气和氧气的反应则是吸热反应， 观察思考 完成下列实验，感受化学反应中的热。 [实验1] 向一支试管中放入用砂纸打磨光亮的镁条，加入5mL 2 mol·L-1盐酸，用手触摸试管外壁，感受试管外壁的温度变化。 [实验2]在100 mL烧杯中加入约20 g经研磨的八水合氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O]，然后加入约10 g氯化铵晶体，用玻璃棒搅拌，使之充分混合。在烧杯下垫一块沾有水的玻璃片，一段时间后提起烧杯，观察实验现象。用手触摸烧杯外壁，感受温度变化。 氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应 上述两个实验中，一个反应放热使温度升高，另一个反应吸热使温度降低。此外，天然气、酒精、汽油、木材等可燃物的燃烧反应，酸碱中和反应等都是放热反应；而高温下煅烧石灰石等反应则是吸热反应。 1.反应中化学能与其他能量的转化： 2.CaCO3的高温分解：热能 ； 3.植物的光合作用： 化学能； 4.电解水： 化学能； 5.木柴的燃烧： 热能光能； 光能 化学能 化学能 电能 通过触摸反应容器可以感受到化学反应伴随的放热或吸热现象。但如何定量地表示一个特定的反应放出或吸收的热呢？用热化学方程式可以帮助我们解决这一问题。在热化学方程式中，要标明所有物质在反应条件下的状态(气态、液态、固态分别用g、l、s表示 )，反应放出或吸收的热用H表示，负值表示在该条件下反应放热，正值表示在该条件下反应吸热。例如: CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g) H=178.2 kJ·mol-1(1) C(s)+O2(g)===CO2 (g) H= -393.6 kJ·mol-1 (2) 反应(1)中，1mol CaCO3吸收178.2 kJ的热，完全分解生成1mol CaO和1mol CO2气体； 反应(2)中，1mol C与1mol O2完全反应生成1 mol CO2气体，放出393.6 kJ的热。 请同学观看实验视频，完成下面的表格。 实验操作 实验现象 实验结论 实验1 实验2 实验操作 实验现象 实验结论 实验1 实验2 产生大量气泡，混合液的温度升高 有刺激性气体产生，玻璃片结冰 镁与盐酸反应有热量放出 氢氧化钡与氯化铵反应吸收热量 小结： 1.每一个化学反应都伴随着能量的变化，有的释放能量，有的吸收能量； 2.化学上，把放出热的反应称为放热反应，如：天然气、酒精、汽油、木材等可燃物的燃烧；把吸收热的反应称为吸热反应，如高温下煅烧石灰石。 3.分类 化学反应 能量变化分为 能量的释放 能量的吸收 放热反应 吸热反应 （1）用H标明反应放出或吸收热量；负值表示在该条件下反应放热，正值表示在该条件下反应吸热； （2）热化学方程式中各物质前的化学计量数不表示分子个数，只表示物质的量。因此，它可以用整数，还可以用简单分数表示。对于相同物质的反应，当化学计量数不同时，其H不同。 （3）书写热化学方程式时应注明反应的温度和压强。如果不注明温度和压强，则表示在25℃、101KPa条件下的反应热。 （4）热化学反应方程式中都用“=”不用标反应条件。 4.常见的放热、吸热反应 a.所有的燃烧反应；b.酸碱中和反应；c.金属与酸生成气体的反应；d.大多数的化合反应 （1）放热反应 （2）吸热反应 a.大多数分解反应；b.盐水解反应；c.电离反应；d.少数化合反应 热化学方程式： 1.定义：表反应中放出和吸收热量的化学方程式。 2.意义：不表明了化学反应中的物质变化，也表明化学反应中的能量变化。 3.书写热化学方程式的注意事项： （1）热化学方程式中要标明物质的状态，用g、l、s分别表示气态、液态、固态； 参加化学反应的每一种物质内部都贮存着一定的能量。当反应物的总能量小于生成物的总能量时，反应物需要吸收能量才能转化为生成物；当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应物转化为生成物就会放出能量。如果化学反应中的能量变化主要表现为热的形式，反应就伴随着热的吸收或释放。如下图。 化学反应中的能量变化 化学反应中的能量变化是宏观上的变化，不仅可以用反应物与生成物的总能量的变化来说明，还可以用微观上化学键的断裂与形成来解释。研究表明，物质发生化学反应时，需要吸收能量以断开反应物中的化学键，在形成生成物中的化学键时放出能量。若反应过程中断开化学键所吸收的总能量大于形成化学键所放出的总能量，则反应过程中吸收能量；反之，若反应过程中断开化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量，则反应过程中放出能量。 交流讨论 化学反应中为什么会有能量的变化？ 宏观：反应物和生成物所具有的能量不同； 微观：旧的化学键断裂所吸收的能量与新的化学键形成时所放出的能量不同。 拓展视野 利用键能估算化学反应中的能量变化 断开气态物质中1 mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量，就是该共价键的键能。共价键的键能越大，该共价键越牢固。部分共价键的键能如下表所示: 某些共价键的键能 氯化氢形成过程中化学键的变化 对于化学反应H2+Cl22HCl，能量的变化可以表示为: 所以该反应的热化学方程式可以表示为: H2(g) + Cl2(g)===2HCl(g) H = -184.5 kJ·mol-1 思考：反应热与键能存在什么关系？ 1.键能：断开气态物质中1mol某种共价键生成气态原子需要吸收的能量就是该共价键的键能。 2.键能与物质的稳定性：键能越大，共价键越牢固，形成的物质越稳定，则该物质本身所具有的能量越低。 3.利用键能计算反应热：H =反应物的键能之和-生成物的键能之和。 放热反应与吸热反应的比较 类型 放热反应 吸热反应 能量变化 反应物的总能量大于生成物的总能量 反应物的总能量小于生成物的总能量 键能变化 生成物的总键能大于反应物的总键能 生成物的总键能大于反应物的总键能 图示 ΔH＜0 ΔH＞0 燃料燃烧释放的能量 人类自从学会了用火，便以草、木等作为燃料，利用燃烧放出的热从事各种活动。而后，煤、石油等化石燃料相继被开采出来，供人类使用，燃料的更替为人类工业文明的产生和发展奠定了基础。 生活中常见的燃料有煤、石油、天然气等。为什么质量相同的不同燃料，完全燃烧后放出的热不相等? 这与燃料的热值有关。热值是指一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热。常见燃料的热值如下表所示。 几种燃料的热值 物质 煤炭 石油 天然气 氢气 热值/kJ·g-1 约33 约48 约56 143 由上表的数据可知，热值最大的是氢气，其次是天然气，较小的是石油、煤炭。但由于氢气在制备、存储、运输、开采成本等方面存在诸多的问题，煤、石油等化石燃料仍然是当今较为主要的能源。 我国是非常依赖化石燃料的国家，尤其是煤，它在我国的能源消费结构中占据了相当大的比例，约为60%，远高于世界平均水平(约27%)。煤等化石燃料的燃烧常常伴随着大量烟尘、CO、SO2、氮氧化物(NOx) 等有毒有害物质的排放，后两者还能导致酸雨，对环境的破坏非常严重。而且，燃料燃烧过程中，一般只有约1/3的能量可以实现有效转化，其他部分则转化为废热排出或损耗掉，燃料使用效率不高。 当今环境问题突出，环境保护刻不容缓。为了解决燃料燃烧中存在的问题，化学工作者在许多方面进行了卓有成效的努力与探索。一是节约现有的能源，尤其是减少作为燃料的煤和石油的开采，将更多的化石燃料留给后人；二是提高燃料的使用效率，减少对环境的污染，利用化学方法将化石燃料转化为清洁燃料，如将煤经气化转化成煤气，或使煤经液化形成液体燃料，降低氧、氮、硫元素含量，减少污染，增大其中氢元素含量，提高燃烧效率;三是确保能源安全，积极开发优质的新能源，氢能、水能、太阳能、风能等都是更清洁、更高效的能源。 水力发电 大阳能发电 风力发电 氢燃料的应用前景 氢气的热值在普通燃料中是最高的，燃烧1 g 氢气能释放出143 kJ的热，是汽油的3倍多。氢气燃烧的产物只有水，不会产生对环境有害的污染物，是一种清洁燃料。因此，氢气被普遍认为是未来理想的绿色燃料。目前，制氢和储氢已成为全球瞩目的课题。将太阳能转化为电能，再将水催化电解获得氢气，其中最关键的高效、廉价、绿色的催化技术已有突破性的进展。 氢气密度小，熔点低，难液化，贮存液氢的容器要求高。科学家正致力于研究具备良好吸收和释放氢气性能的合金(如镧镍合金等)，这将为解决氢气贮存问题开辟新的方向。贮氢合金在一定条件下吸收氢气形成金属氢化物，在加热时又可释放出氢气。 氢气作为燃料，已有广泛的应用。发射人造卫星和载人飞船的运载火箭常用液氢作燃料。我国于1980年研制成功低温条件下也容易发动、对发动机腐蚀作用小的氢动力汽车。2017年10月，我国的氢燃料混合动力有轨电车在世界上首次成功投入商业运行，最高运行时速70 km。这种零排放、无污染、低噪声、能源可再生、转化效率高的新型轨道交通工具，将给人类文明带来新的机遇。 世界首列氢燃料有轨电车 利用氢燃料电池发电，逐步取代当前污染环境、不可再生的化石燃料，稳妥推进碳达峰、碳中和，最终形成“无碳”的清洁能源产业。化学科学发展将在极大程度上促进现有的石油经济体系向氢经济结构转型，实现绿色发展目标。 拓展视野 太阳能及其利用 大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用，地球上每年通过光合作用储藏的太阳能相当于全球能源年消耗量的10倍左右，这就是光—生物质能的转化。植物体内的叶绿素等物质将水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，其本质是发生了光—化学能的转换。 6H2O +6CO2 光 叶绿素 C6H12O6+6O2 动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，释放出热，供给生命活动的需要。 (C6H10O5)n +nH2O 催化剂 nC6H12O6 C6H12O6(s) + 6O2(g)=== 6H2O(l) + 6CO2(g) H = -2803 kJ·mol-l 人类直接利用太阳能，有两种常见的方式: 1.光—热转换 这是目前技术最成熟、成本最低廉、应用最广泛的形式。其基本原理是利用太阳辐射能加热物体而获得热能，如地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等。 太阳能的转化 2.光—电转换 光—电转换主要用于发电，有两种方式：一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电转换方式。 (1) 光—热—电转换是利用太阳能发电，一般是由太阳能集热器发电，太阳能集热器吸收的热能使水转化为水蒸气，再驱动汽轮机发电。 (2) 光-电直接转换是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换为电能。光—电转换的基本装置是太阳能电池，它适用于电子仪表、光电信号器件、无人中继站、高山气象站等方面。 光—电转换 Lavf59.6.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.63 $$