1、第一节化学能与热能内容标准活动与探究建议1.知道化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。2.通过生产、生活中的实例了解化学能与热能的相互转化。1.查阅资料：化学能转化为热能、电能在生产、生活中的应用。2.实验：中和反应与中和热的测定。欧阳的妈妈天天给她用保温饭盒带午饭，可是到了中午饭菜就凉了。而夏丹用的即热饭盒却随时都能吃上热饭。你知道即热饭盒的原理吗？提示：夏丹用的即热饭盒底部分别装有一些化学物质，如CaO和H2O，使用时使其混合，发生反应可释放出热量。一、化学键与化学反应中能量变化的关系1化学反应中能量变化的原因(1)物质中的原子之间是通过_结合的。(2)断开反应物中的化学键要_
2、能量；形成生成物中的化学键要_能量。(3)化学键的_是物质在化学反应中发生能量变化的主要原因。2决定化学反应中能量变化的因素反应物总能量大于生成物总能量，反应_；反应物总能量小于生成物总能量，反应_。自主思考1：化学反应过程都伴随着能量变化，伴随能量变化的过程都是化学反应吗？二、化学能与热能的相互转化1两条基本的自然定律(1)质量守恒定律：自然界中的物质发生转化时，_不变。(2)能量守恒定律：一种形式的能量可以转化为另一种形式的能量，但是体系包含的_不变。2化学能与热能的相互转化(1)化学能转化为热能盐酸与铝反应后，溶液温度_，说明该反应是_反应。Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应，烧杯_
3、，玻璃片与烧杯黏在一起，说明该反应是_反应。中和热：酸与碱发生中和反应生成_时所释放的热量。(2)热能转化为化学能人们利用热能可以促使化学反应的发生，从而探索物质的_、_或_，如_、_。自主思考2：加热条件下进行的反应是否一定是吸收能量的反应，常温下进行的反应是否一定是释放能量的反应？三、人类利用能源的三个阶段1柴草时期该时期从火的发现至18世纪产业革命，以树枝杂草为主要能源。2化石能源时期从18世纪中期到现代，以_为主要能源。3多能源结构时期以可再生能源和清洁能源(_能源)为主要能源，主要包括_、_、_、生物质能等。答案：一、1.(1)化学键(2)吸收放出(3)断裂和形成2放热吸热自主思考1
4、提示：不一定。例如，物理学中的核反应，虽然伴有大量的能量变化，但它不属于化学反应。二、1.(1)总质量(2)总能量2(1)升高放热变凉吸热1 mol H2O(2)组成性质制备所需的物质高温冶炼金属分解化合物等自主思考2提示：化学反应是吸热还是放热，与反应条件无关，而是取决于反应过程中破坏旧化学键吸收总能量与形成新化学键放出总能量的相对大小。常温下进行的反应有的放热(如中和反应)，有的吸热如NH4Cl与Ca(OH)2的反应。加热条件下进行的反应有的放热(如FeSFeS)，有的吸热(如CCO22CO)。三、2.煤、石油、天然气3绿色太阳能氢能核能一、理解化学反应过程中的能量变化1从化学键的角度理解
5、化学反应过程中的能量变化来源于化学反应过程中旧化学键断裂与新化学键形成时的能量变化。(1)若反应物中的化学键断开时吸收的能量高于生成物成键释放的能量，则该反应吸收能量，吸收的能量反应物分解吸收的总能量生成物形成释放的总能量。(2)若反应物中的化学键断开时吸收的能量低于生成物成键释放的能量，则该反应放出能量，放出的能量生成物形成释放的总能量反应物分解吸收的总能量。以H2Cl22HCl为例，利用化学键的变化计算化学反应中的能量变化。1 mol H2和1 mol Cl2反应生成2 mol HCl的能量转化关系如图：反应过程中的能量变化：2 mol431 kJmol11 mol436 kJmol11
6、mol243 kJmol1183 kJ。2从总能量的角度理解一个确定的化学反应完成后的结果是吸收能量还是放出能量取决于反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。具体情况见下表：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小于反应物的总键能图示常见实例金属与水或酸的反应；金属氧化物与水或酸的反应；可燃物的燃烧反应及缓慢氧化；酸与碱的中和反应；大部分化合反应大部分分解反应；Ba(OH)28H2O和NH4Cl反应高温下焦炭与水的反应NaOH固体溶于水、浓硫酸溶于水，不属于放热反应；NH4NO3固体溶于水
7、，升华、蒸发、分子形成原子等属于吸热过程，不属于吸热反应。二、中和热的测定1原理中和热cmt其中：c为体系的比热容，m指体系的质量，t为反应前后的温度差。2所用仪器及主要操作(1)在大烧杯底部垫碎泡沫塑料(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、小烧杯之间填满碎泡沫塑料(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搅拌棒通过，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。中和热的测定(2)将酸和碱倒入中间小烧杯中，并用环形玻璃搅拌棒搅拌，使之迅速混合，测量反应前后的温差，即可计算中和热。3注意事项(1)酸碱溶液应当用
8、强酸、强碱的稀溶液。(2)要使用同一支温度计。(3)实验中所用的盐酸和氢氧化钠溶液配好后要充分冷却至室温，才能使用。(4)操作时动作要快，尽量减少热量散失。知识点1 化学反应过程中的能量变化【例题1】 下列说法正确的是()。A任何化学反应都伴随着能量的变化BH2O(g)H2O(l)该过程放出大量的热，所以该过程是化学变化C化学反应中能量的变化都表现为热量的变化D对于如图所示的过程，是吸收能量的过程解析：任何化学反应都有能量的变化，但有能量变化的过程不一定是化学变化，如物质的三态变化，虽然存在能量变化，但不存在旧化学键的断裂与新化学键的形成，故不是化学变化，所以A项正确，B项错误；化学反应中能量
9、变化的形式有多种，除热能外，还有光能、电能等，C项错误；由图像知，该过程中反应物的总能量大于生成物的总能量，故该过程中放出了能量，D项错误。答案：A点拨：判断一个过程是否是化学反应过程，不能仅从能量角度分析，应该从化学反应的实质来看，既要从宏观看是否有新物质生成，又要从微观看是否存在旧化学键的断裂与新化学键的形成过程。知识点2 吸热反应和放热反应的判断【例题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()。AH2SO4与Ba(OH)2溶液的反应B燃烧反应C复分解反应D中和反应解析：H2SO4与Ba(OH)2溶液混合，酸与碱发生中和反应，是放热反应；燃烧是指剧烈的发光
10、、发热的反应，因而都是放热反应；复分解反应，有的是放热反应，如酸碱中和反应，有的是吸热反应，如氢氧化钡晶体与氯化铵晶体的反应。答案：C点拨：金属与酸的置换反应、酸碱中和反应、燃烧反应都是放热反应。复分解反应，有的是放热反应，有的是吸热反应。吸热反应除了Ba(OH)2与NH4Cl的反应以外，还有一些需要持续加热或在高温下进行的反应，如碳酸钙的分解、焦炭与水蒸气的反应等。知识点3 探究化学反应中能量变化的实验【例题3】 在研究化学反应中的能量变化时，我们通常做下面的实验：在一只小烧杯里，加入20 g已研磨成粉末的Ba(OH)28H2O，将小烧杯放在事先已滴有34滴水的玻璃片上，然后向烧杯中加入约1
11、0 g NH4Cl晶体，根据实验步骤，填写下表，并回答问题。实验步骤实验现象及结论将晶体混合，立即快速搅拌有具有刺激性气味并能使湿润的紫色石蕊试纸变蓝的_产生用手摸烧杯下部感觉烧杯变凉说明此反应是_反应用手拿起烧杯烧杯下面带有几滴水的玻璃片黏到了烧杯底部将黏有玻璃片的烧杯放在盛有热水的烧杯上玻璃片与上一烧杯的底部脱离反应后移走多孔塑料片，观察反应物混合物呈糊状，证明有_生成(1)写出实验过程中发生反应的化学方程式：_。(2)实验中要立即用玻璃棒迅速搅拌的原因是_。(3)在上述实验过程中，你认为是否有不妥之处？若有，请指出并写出改进方法，若没有，此问不用回答：_。解析：该实验成功的关键是在短时间
12、内使反应充分进行，使体系温度快速降低，玻璃片上的水凝固。该反应属于固体之间的反应，且要求反应时间短，故一定将Ba(OH)28H2O晶体研磨成粉末，便于与NH4Cl充分接触，另外，晶体混合后要立即用玻璃棒快速搅拌混合物。在反应过程中有刺激性气味的NH3产生，会造成环境污染，所以要吸收NH3，但不能用挥发性酸吸收，故选用稀硫酸。答案：NH3吸热水(1)Ba(OH)28H2O2NH4Cl=BaCl22NH310H2O(2)使反应物迅速混合而充分反应，使温度迅速下降(3)反应过程中产生对人体有害的气体，会对环境造成污染，故应用浸有稀硫酸的棉花覆盖在多孔塑料片上来吸收产生的NH3点拨：化学反应中的能量变
13、化既可以定性地研究(如若验证反应是否放热，可以直接用手触摸试管壁或观察反应液是否沸腾；若验证反应是否吸热，可以通过结冰现象确定)，也可以利用专门的量热仪器(量热计)进行定量的测定。1下列说法中不正确的是()。A任何化学反应都伴随着能量的变化B化学反应的特征是有新物质生成C经过加热而发生的化学反应不一定都是吸热反应D只要有化学键的断裂，一定发生化学反应2对下列化学反应的热现象的说法正确的是()。化学反应中的能量变化都表现为热量变化化学反应发生过程中一定有能量变化吸热反应需要加热后才能发生化学反应吸收或放出热量的多少与参加反应的物质的多少有关A B C D3下列属于吸热反应的是()。A金属钠与水的
14、反应B氢气燃烧C浓硫酸的稀释DBa(OH)28H2O和NH4Cl(固体)混合4氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。下列不是氢能优点的是()。A原料来源广B易燃烧，放出热量多C产物无污染D制取H2简单易行5如图所示，把试管小心地放入盛有(20 )碳酸饮料的烧杯中，试管中开始放入几小块铝片，再用滴管滴加5 mL 浓NaOH溶液于试管中。试回答下列问题：(1)实验中观察到的现象是_。(2)产生上述现象的原因是_。(3)写出有关反应的离子方程式：_。(4)由实验推知，反应所得溶液和氢气的总能量_(填“大于”“小于”或“等于”)铝片和NaOH溶液的总能量。答案
15、：1D任何化学反应都伴随着能量的变化，A正确；有新物质生成的反应为化学反应，B正确；很多放热反应需要加热或点燃才能发生，如碳的燃烧，C正确；化学反应中既要有反应物中旧化学键的断裂，也要有生成物中新化学键的形成，D不正确。2D化学反应中的能量变化，通常主要表现为热量的变化，还有可能表现为光能、电能等，错误；不同的物质所具有的能量不同，只要物质发生变化，能量就会变化，且能量变化的多少与参加反应的物质多少成正比，正确；吸、放热反应与反应条件无关，错误。3D活泼金属与水(或酸)的反应、燃烧反应均为放热反应；浓硫酸溶于水为放热过程；Ba(OH)28H2O与NH4Cl反应为吸热反应，D正确。4D工业制取H2的原料是H2O，来源广，H2易燃烧且等质量物质中放出的热量较多，产物为H2O，无污染，A、B、C正确；工业上利用水制取H2还存在技术上的难度，D错误。5答案：(1)铝片上有大量气泡产生，铝片逐渐溶解；烧杯内液体放出气泡变快(2)铝与NaOH溶液反应生成氢气，且反应放热，碳酸饮料中CO2在水中的溶解度随温度升高而减小，CO2从饮料中逸出变快(3)2Al2OH2H2O=3H2(4)小于解析：金属与酸或碱溶液的反应是放热反应，铝与碱液的反应放热更为显著，放出的热量使烧杯中饮料的温度升高，使CO2的溶解度减小。根据反应的热效应与化学键的关系可知，放热反应生成物的总能量小于反应物的总能量。