6.1.1化学反应与热能 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第六章 化学反应与能量 第一节 化学反应与能量变化 课时2 化学反应与热能 白磷的燃烧 氨的燃烧 A.化学反应的基本特征：一是物质发生了变化：即有新物质生成； 二是能量发生了变化：即吸收能量或放出能量。 B. 化学反应中能量的变化(吸收和放出)，可以以______ _____ 及其它形式的能量表现出来。 光能、热能、电能、声能 反应中的能量变化 物质发生化学反应的同时还伴随着能量的变化,而这种能量变化又通常表现为热量的变化。 因此化学反应可以分为：放热反应与吸热反应。 2 实验操作 [实验 6-1] [实验6-2] 实验现象 能量转化 实验结论 化学能与热能的实验探究[实验6-1]和[实验6-2] 镁条逐渐溶解,有气泡产生,温度计的示数升高 有刺激性气味气体产生,用手触摸杯壁下部,烧杯壁变凉,用手拿起烧杯,木片粘在烧杯上 一、化学反应与热能转化 该反应产生气体,放出热量 该反应产生NH3,吸收热量 化学能 热能 化学能 热能 Mg+2HCl==MgCl2+H2↑ 反应时能量以热量变化，则释放热量的化学反应称为放热反应。吸收热量的化学反应称为吸热反应。 常见的放热反应和吸热反应 ①燃料的燃烧(与O2的反应） ②中 和 反 应 ③活泼金属与水或酸的反应 ④大部分化合反应（H2O+CaO） ⑤物质的缓慢氧化 ⑥H2O2分解、铝热反应 吸热反应 放热反应 ①多数分解反应 ②C + CO2 = 2CO ③C+H2O = CO + H2 ④Ba(OH)2.8H2O + NH4Cl ⑤CaCO3 = CaO +CO2↑（高温分解） ⑥NaHCO3与盐酸的反应; 高温 高温 ∆ 注意： ①反应条件判断不了是吸热反应还是放热反应； ②吸热反应和放热反应都是化学变化。 （NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。多数铵盐溶于水是物理变化） 二、吸热反应和放热反应 4 2.生活中每时每刻都发生着各种化学反应，下列反应不一定属于放热反应的是（ ） A. H2SO4与Ba (OH)2溶液的反应 B.燃烧反应 C.复分解反应 D.中和反应 C 3.下列物质放入水中，会显著放热的有( ) A.烧碱 B.硝酸铵 C.氯化钾 D.金属钠 AD 吸热反应：Ba(OH)2 · 8H2O + 2NH4Cl = BaCl2+ 2NH3↑+ 10H2O 放热反应：中和反应 吸热反应和放热反应都是化学变化。（NaOH固体溶于水是放热过程，但不是放热反应；升华、蒸发等过程是吸热过程，但不是吸热反应。） 习题 问题2:硝酸铵溶于水时吸热,氢氧化钠固体溶于水和浓硫酸稀释时会放热,能说它们分别是吸热反应或放热反应吗?请说明理由。 提示:不能。这些物质溶于水时伴有吸热或放热现象,但不属于化学变化,因此不是吸热反应或放热反应。 问题3:装置没有加热装置,是否只能用来验证放热反应? 提示:不是。反应放热或吸热与反应的条件无关,有些放热反应必须加热才能发生,如木炭的燃烧;而有些吸热反应常温下就能发生,如Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应。 问题4:很多放热反应需要加热、高温或者点燃条件,采取这些操作的目的是什么? 提示:目的一般是引发反应或增大反应速率。 问题5:做实验时,吸热反应和放热反应都可能需要用酒精灯加热,怎样判断该反应是吸热反应还是放热反应? 提示:持续用酒精灯加热,撤掉酒精灯反应就停止的是吸热反应;开始用酒精灯加热,反应开始后,撤去酒精灯仍能继续反应的是放热反应。 化学反应的过程，可以看成是 能量 的“贮存”或“释放”的过程。 例如热能转化为化学能被生成物“储存” 物质都具有能量，物质的组成、结构与状态不同，所具有的能量不同。 教材33页 三态变化（物理变化） 等物质的量的同一物质 能量 gas > liquid > solid 化学能 热、光、电能等 贮存 释放 多种形式 二、探究化学反应过程中能量变化的原因 放热反应 反应物的总能量 > 生成物的总能量 E (反应物) > E (生成物) 大气球 小气球 放出气体 二、探究化学反应过程中能量变化的原因 吸热反应 反应物的总能量 < 生成物的总能量 E (反应物) < E (生成物) 吸收气体 宏观层面：( 用 E 表示物质能量 ) 宏观层面： 能 量 反应过程 0 反应物总能量 生成物总能量 释放能量 能 量 反应过程 0 反应物总能量 生成物总能量 吸收能量 反应物总能量 > 生成物总能量 （E反 > E生 向外界释放能量--放热反应） 反应物总能量 < 生成物总能量 （E反 < E生 向外界吸收能量--吸热反应） 结论： 注意： 1.化学反应中的能量变化决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。 2.物质的能量高低决定物质稳定性强弱，能量越低，物质越稳定。 3. 化学反应中能量变化遵循能量守恒定律。 （能量变化=生成物能量 减 反应物能量 即ΔE=E生 – E反。正为吸热反应 负为放热反应 ） 1. 已知反应X+Y=M+N放出热量，下列说法正确的（ ） A. X的能量一定高于M的能量 B. Y的能量一定高于N的能量 C. X和Y的总能量一定高于M和N的总能量 D. M一定比X稳定 C 2.下列说法中不正确的是( ) A. 任何化学反应都伴有能量变化 B. 化学反应中的能量变化都表现为热能的变化 C. 反应物的总能量高于生成物的总能量时，化学反应放出能量 D. 反应物的总能量低于生成物的总能量时，化学反应吸收能量 B 习题 2. 某化学反应中,设反应物的总能量为E1,生成物的总能量为E2。 Ⅰ.若E1>E2,则该反应为　　    　　(填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图　　　　(填“甲”或“乙”)表示。  Ⅱ.若E1<E2,则该反应为　　　     　(填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图　　　　(填“甲”或“乙”)表示。  习题 微观角度上： 化学反应的本质是什么？ 化学反应的实质 旧键断裂 新键形成 吸收能量（ +） 放热能量（－） 键 键能 键 键能 H－H 436 C－H 415.0 Cl－Cl 242.7 O－H 462.8 断裂1mol H－H 键 _________436kJ能量，即+436 kJ能量。 ( H－H→2H 或1mol H2分子吸收变成2molH原子吸收436kJ能量); 形成1mol H－H键_______436kJ能量,即 － 436 kJ能量 (2H→H－H或2molH原子变成1mol H2分子吸收放出436kJ能量) 二、探究化学反应过程中能量变化的原因 键能：在标准状况下，将1mol 气态分子 AB 解离为气态原子A、B所需的能量。 2 ┇ H－H → 2H H2 → 2H 吸收 放出 12 以氢气在氯气中燃烧为例 H2 + Cl2 = 2HCl 点燃 H—H Cl —Cl 2H—Cl 断开 断开 形成 2 2 2 + → 吸收436 kJ的能量 吸收242 kJ的能量 放出2×431 kJ的能量 断键吸收总能量：679 kJ 成键释放总能量：862 kJ 该反应向外界放出862-679 kJ=183kJ能量 计算：反应能量变化=E断键吸– E成键放=(436 + 242) – 2×431＝ –184 kJ ∵断键吸收的总能量<成键释放的总能量，∴H2在Cl2 中燃烧是放热反应。 资料卡： 键能（kJ/mol） H-H 436 Cl-Cl 242 H-Cl 431 2 2 + → 计算时，规定吸热取正值，放热取负值。 微观层面： 化学反应中能量变化的原因 从化学键变化的角度——微观角度 E吸 E放 E吸>E放 E吸<E放 放热还是吸热取决于断键吸收的总能量与成键放出的总能量的相对大小 E断键总吸收>E成键总放出，反应向外界吸收能量--吸热反应）） E成键总放出<E断键总吸收，反应向外界放出能量--放热反应： 结论： 小结：化学反应中能量变化的原因 角度：比较旧化学键断裂吸收能量与新化学键形成放出的能量（微观） E E吸 生成物 反应过程 反应物 E放 放热反应 E断键吸 < E成键放 E E吸 生成物 反应过程 反应物 E放 E断键吸 > E成键放 吸热反应 断键吸收的能量 成键释放的能量 1. 已知下列信息， 化学键 键能/(kJ/mol) H—O 463 O=O 496 H—H 436 ①方程式：2H2 + O2 = 2H2O 计算：E断键总吸收=1368kJ能量 ； E成键总放出 =1852kJ能量 （放热反应） 反应向外界放出能量放出484kJ能量。 （E断键总吸收-E成键总放出=1368-1852= - 484kJ） ②结构式：2H—H +1 O=O → 2 H—O—H ③替换为键能：2H—H +1× O=O → 2 ×2H—O ④带入数据：2mol×436kJ/mol +1× 496kJ/mol → 2 ×2×463kJ/mol 键能：在标准状况下，将1mol 气态分子 AB 解离为气态原子A、B所需的能量。 1. 常温下,2 mol H2O分解生成 H2和 O2向外界吸收的热量与2mol H2和1mol O2化合生成2 mol H2O的热量有何关系? 2H2 + O2 = 2H2O 点燃 两者数值上相等 2H2O = 2H2 + O2 电解 2. 有化学键断裂或形成的变化是否一定是化学变化？ 不一定。如HCl溶于水发生电离断键，或从浓盐酸中挥发出氯化氢气体有化学键形成，但这些变化都是物理变化。 习题 化学反应中能量变化的原因 ——宏观、微观角度的角度 化学反应与能量变化关系示意图： E反 Q E生 宏观角度：E反 > E生 真实情况 微观角度：E断键吸收<E成键放出 放热反应 结论：化学反应中的能量变化决定于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。放热还是吸热取决于断键吸收的总能量与成键放出的总能量的相对大小。 反应物的总能量 > 生成物的总能量 化学反应中能量变化的原因 化学反应与能量变化关系示意图： E反 Q E生 吸热反应 真实情况 宏观角度：E反 < E生 微观角度：E成键放出<E断键吸收 天然气　 太阳　 地热　 氢　 三、人类利用能源的历史 化学反应与能源 （2）化石燃料利用过程面临的问题 ①短期内不可再生，储量有限； ②煤和石油产品燃烧排放的粉尘、SO2、NOx、CO等造成大气污染。 提高燃料的燃烧效率 提高能源利用率 节能 寻找新能源 （3） 解决 办法 特点：资源丰富、可以再生、对环境无污染 太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等 特点：资源丰富、可以再生、对环境无污染 放热反应 吸热反应 宏观 反应物总能量 > 生成物总能量 反应物总能量 < 生成物总能量 微观 反应物总键能 < 生成物总键能 反应物总键能 > 生成物总键能 化学变化 ①燃料的燃烧(与O2的反应） ②中 和 反 应 ③活泼金属与水或酸的反应 ④多数化合反应 （生石灰和水） ⑤H2O2分解 ⑥物质的缓慢氧化、铝热反应 ①多数分解反应 ②C + CO2 = 2CO ③C+H2O = CO + H2（制造水煤气） ④CaCO3 = CaO +CO2↑（高温分解） ⑤Ba(OH)2.8H2O + NH4Cl ⑥NaHCO3与盐酸的反应; 高温 ∆ 高温 物理变化： 放热：NaOH固体溶于水(物理变化) 吸热：多数铵盐溶于水(物理变化) 小结 1.宏观角度 小结 ①宏观： 反应物的总能量大于生成物的总能量。 (放热反应:E反总能量 >E生总能量) ②宏观： 反应物总能量小于生成物总能量 (吸热反应:E反总能量 <E生总能量) ①微观:断开化学键吸收的总能量小于形成化学键释放出的总能量。 (断键吸收总能量 <成键放出总能量) ②微观:断开化学键吸收的总能量大于形成化学键释放出的总能量 (断键吸收总能量 > 成键放出总能量) 小结 2.微观角度 A、该图像可以表示氯化铵与氢氧化钡晶体反应的能量变化 B、若反应物是石墨，生成物是金刚石，则金刚石更稳定 C、该反应过程中，形成新化学键释放的总能量大于断裂旧化学键吸收的总能量 D、因为生成物的总能量高于反应物的总能量，所以该反应一定需要加热才可进行 1、已知某反应中能量变化如图所示。下列所得结论正确的是( 　　) 习题 A 2、下列化学反应过程中的能量变化与如图所示相符的是(　　) A、HCl+NaOH==NaCl+H2O B、Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑ C、CH4 +2O2 CO2+2H2O D、Ca(OH)2+2NH4Cl==CaCl2+2NH3↑+2H2O 习题 D 2.科学家已获得了气态N4分子,其结构为正四面体形(如图所示)。已知断裂1 mol N—N吸收193 kJ能量,断裂1 mol N≡N吸收946 kJ能量。下列说法正确的是(　　) A.N4属于一种新型的化合物 B.N4(g) 4N(g)的过程中吸收772 kJ能量 C.1 mol N4转化为N2时要吸收734 kJ能量 D.N4和N2互为同素异形体,N4转化为N2属于化学变化 D 习题 课后思考 能否用一张能量变化关系示意图表示出H2(g)＋Cl2(g)==2HCl(g) 的反应历程与能量的变化关系? 反应历程 H2(g) + Cl2(g) 2H+2Cl 2HCl(g) 能量 放热反应 吸收能量 放出能量 （1）人类利用能源的三个阶段 eq \x(柴草时期)—杂草 ↓ eq \x(化石能源时期)—eq \a\vs4\al(煤、石油、　　　　) ↓ eq \x(新能源时期)—eq \a\vs4\al(　　　　能、风能、　　　　能、,海洋能和　　　　能等) $$