1.1 化学反应与能量变化 第1课时（教学课件）化学沪科版2020选择性必修1

第1章 化学反应的热效应 1.1 化学反应与能量变化 第1课时 沪教版2020选择性必修1 系统的内能 2 环境与系统 1 本节重点 本节难点 知识导航 世界是物质的，物质是运动的，化学变化是物质运动的一种形式。物质在运动变化过程中会伴随着能量的变化，化学变化过程也伴随着能量的变化。 炸裂黑蛇 铝汞齐 法老之蛇 我们将通过学习物质的内能来认识化学反应中能量变化的本质。 ——体现了哲学和科学的基本原理(辩证唯物主义) 新课导入 示例：盐酸与氢氧化钠溶液的反应 溶液(试管中的盐酸、NaOH溶液及发生的反应等)就是系统 盛溶液的烧杯和溶液周围的空气等便是环境 系统 被研究的对象 环境 与系统相关的其他部分 系统的内能 系统与环境 研究反应热时，需要明确系统和环境 系统与环境可以根据需要来划分，有一定的人为性 新课讲授 示例：水的蒸发 系统的内能 系统与环境 研究反应热时，需要明确系统和环境 系统 水和水蒸气 周边的其他部分 环境 新课讲授 三种热力学体系 新课讲授 当系统处于一定状态时， 系统就具有确定的内能， 当温度、压强、物质的聚集状态等发生改变，内能也随之改变。 系统的内能 内能 内能是系统内物质各种能量的总和，用符号 U 表示。 在研究和讨论能量变化时， 往往需要注明和注意状态。 新课讲授 问题01：一定压强下，0℃时 1.0 mol 的水和 0℃时 1.0 mol 的冰，哪个系统的内能更大? 问题02：一定压强下，25℃时 1.0 mol 的水和25℃时 10.0 mol 的水，哪个系统的内能更大? 【分析】等物质的量的同一物质内能的大小为：气态>液态>固态； (2)条件相同的同一物质，物质的量越多，内能越大，故10.0 mol的水内能更大。 (1)相同量的同一物质，内能的大小为：气态>液态>固态，故1.0 mol的水内能更大。 【分析】状态条件相同的同一物质，物质的量越多，内能越大。 典例精讲 若将水作为研究的系统，相同压强下，下列选项中内能最大的是( ) A.273K时10.0g冰 B.273K时1.0 mol水蒸气 C.273K时10.0 g水 D.373K时10.0g水蒸气 C 【详解】质量相同的情况下，水的温度越高，内能越大，同时，相同温度和质量的情况下，物质的内能气态>液态>固态，1mol水的质量为18g大于10g，因此，373K时1.0mol水蒸气的内能最大，故答案选C 典例精讲 系统因体积变化所做的功称为体积功 除热以外，其他各种形式传递的能量都称为功， 用符号W表示 系统 环境 温度差交换 或传递的能量 热( Q ) 除体积功以外，其他的功如电功、机械功、光能等都称为非体积功，或称其他功 系统的内能 化学反应的内能变化 根据能量守恒定律：____________________________________________ ΔU ＝Q ＋ W 新课讲授 系统的内能 化学反应的内能变化 由于物质内部微观粒子运动及相互作用很复杂，系统内能的绝对值无法直接获得，但内能的变化可以体现在状态变化的过程中。 ②反应物转化为生成物的过程中系统内能的变化 ①物质温度、聚集状态变化前后系统内能的变化 内能的变化 ( ΔU ) 系统内能的变化用符号 ΔU 来表示 ΔU＝U(生成物)－U(反应物) 新课讲授 系统的内能 化学反应的内能变化 几乎所有化学反应的发生，都伴随着能量的变化，能量通过功和热这两种形式在系统与环境之间实现转化或传递。 我们可以通过测定系统变化过程中的功和热得到系统内能的变化量。 温度差交换 或传递的能量 系统 环境 除热以外，其他各种形式传递的能量都称为功， 用符号W表示 热( Q ) (ΔU ＝Q ＋ W ) 新课讲授 问题01：为什么夏天走在沙滩上会感觉沙子很烫，而海水却凉快许多? 这是因为沙子与海水相比，海水的比热容更大，吸收相同的热量时，由Q＝cmΔT可知，沙子上升的温度更高，因此会感觉到沙子很烫，而海水凉快许多。 已知水和沙(主要成分为二氧化硅)的比热容分别为4.18 kJ · K-1· kg-1 和0.84 kJ · K-1· kg-1。 典例精讲 问题02：假设1kg 海水和等质量的沙子同时在阳光中暴晒，若都获取了100 kJ热量(不考虑热量散失)，则海水和沙子的温度分别升高了多少? 1kg的海水获取100k的热量，同样也不考虑热量的散失，上升的温度为: 1kg的沙子获取100k的热量，同样也不考虑热量的散失，上升的温度为: Q＝cmΔT ΔT＝ Q cm ＝ 100 kJ 1 kg× 4.18 kJ · K-1· kg-1 已知水和沙(主要成分为二氧化硅)的比热容分别为4.18 kJ · K-1· kg-1 和0.84 kJ · K-1· kg-1。 ≈23.92K ΔT＝ Q cm ＝ 100 kJ 1 kg× 0.84 kJ · K-1· kg-1 ≈119.05K 典例精讲 热力学第一定律是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律，反映了不同形式的能量在传递与转换过程中守恒。表述为：物体内能的增加等于物体吸收的热量和对物体所作的功的总和。即热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。其推广和本质就是著名的能量守恒定律。 詹姆斯·普雷斯科特·焦耳 热力学第一定律 尤利乌斯·罗伯特·迈尔 拓展延伸 1．等物质的量的下列物质中，内能最大的是 (　　) 水蒸气 B. 液态水 C. 冰 D. 冰水混合物 A 随堂演练 2．下列有关乙烷燃烧时能量转化的认识中正确的是 (　　) A．化学能转化为内能 B．化学能全部转化为热能 C．化学能主要转化为热能 D．乙烷的能量全部转化为CO2和H2O的能量 C 随堂演练 3．在相同温度和压强下，2 mol氢气和1mol氧气，分别以点燃(反应①)和氢氧燃料电池(反应②)两种不同的方式反应生成2mol液态水。下列说法正确的是 。 A．反应的焓变①>②       B．体系内能变化①<②      C．放出的热量①>② C 随堂演练 4．体系和内能 (1)体系和环境：________的物质系统称为体系，体系以外的________称为环境或外界。 (2)内能：物质的量确定的体系中，物质的_____________称为内能。 (3)内能的影响因素：内能受_____、______、________________和 ______的影响。状态发生改变时，内能就会发生变化。 (4)内能的特点：内能的绝对值_________测得，______________可以通过变化过程中体系吸收(或放出)的热对内(或外)所做的功的形式表现出来。 被研究 其他部分 各种能量总和 温度 压强 物质的聚集状态 组成 无法直接 内能的变化 随堂演练 5．如果一个静止的化学反应体系从环境吸收了60J的热量，而体系的内能却增加了240J，那么体系从环境得到了多少功_________?如果该反应体系体积发生膨胀，膨胀过程中对环境做了8kJ的功，同时吸收了30kJ的热量，求体系的内能变化值_____________。 按照热力学第一定律△U=Q+W 180kJ 22kJ 同理可知△U=Q+W=30kJ-8kJ=22kJ 所以W=△U-Q=240kJ-60kJ=180kJ 随堂演练 课时1 系统的内能 环境与系统 概念 概念 系统的内能 ΔU ＝Q(热能) ＋ W（功） 拓展：三种热力学体系 符号：U ΔU=U(生成物)-U(反应物) 内能变化的体现 课堂小结 感谢 您的聆听 THANKS 沪教版2020选择性必修1 $$