化学反应与能量.ppt
第六章 化学反应与能量,教学目的与要求：了解化学能与热能的相互转化和应用（重点）了解化学反应中能量变化的主要原因认识化学反应速率和限度及其影响因素（重点、难点）了解控制反应条件对生产、生活及科学研究的意义,第六章 化学反应与能量,第一节 化学能与热能第二节 化学反应的速率和限度,思考1：一起被称为现代 社会发展的三大支柱，其中居于首 要地位的是。,思考2：解决能源枯竭危机的两个主要方向是。,能源、材料与信息,能源,提高能源的利用率和开辟新能源,很早以前，人们就对化学反应孜孜不倦的探索,究竟化学反应的魅力何在?,1.化学反应产生出的许多新物质，可以满足人们的物质生活需要！,2.化学反应提供的能量 推动人类社会不断的进步。,第一节 化学能与热能,反应中的能量变化（1）,白磷的燃烧,氨的燃烧,化学反应 伴随着热量的放出,结论（1）：,CaCO3 CaO+CO2,高温,CuO+H2 Cu+H2O,加热,C+H2O CO+H2,高温,产生水煤气的反应,氢气还原氧化铜,生产生石灰的反应,高温,加热,结论（2）：以上反应需要吸收一定能量，才能发生。,注意反应条件,一、化学能与热能的相互转化,实验 1：盐酸与铝片的反应,实验 2：Ba(OH)2 8H2O与NH4Cl的反应,反应放出热量。,有气泡放出，温度升高。,有刺激性气味，烧杯底部很冷，烧杯下面的玻璃片被冻在一起。,反应吸收热量。,实验 3：酸与碱的中和反应,HCl与NaOH发生中和反应时放热。,HNO3与KOH发生中和反应时放热。,强酸和强碱发生反应时放出热量。,中和热：是指酸碱中和反应生成 1mol H2O（液态）所释放的热量，即放出热量为57.3kJ,Al、Mg与HCl的反应，酸碱中和反应,放出热量,Ba（OH）2 8H2ONH4Cl晶体反应。,吸收热量,1.化学反应,归纳与整理,化学能和热能可以相互转化,质量守恒定律：自然界中的物质可以发生转化，但是总质量保持不变。能量守恒定律：一种能量可以转化成另一种能量，但是总能量保持不变。,2.两个定律,2、化学反应有新物质生成，伴有能量变化，常表现为热量 变化(还有光能、电能等)。,小 结,放热反应：有热量放出的化学反应,吸热反应：有热量吸收的化学反应,1、化学反应的过程,可以看成是能量的“贮存”或“释放”的过程,（1）常见的放热反应：,所有的燃烧反应，所有的中和反应，大部分化合反应，大部分置换反应，小部分分解反应,（2）常见的吸热反应：,大部分分解反应，小部分化合反应，小部分置换反应,巩固练习：,1.下列物质加入水中显著放热的是：,A.生石灰 B.酒精,C.固体NaCl D.固体NaOH,2.下列反应中既属于氧化还原反应同时又是吸热反应的是：,A.Ba(OH)2 8H2O与NH4Cl反应,B.镁与稀盐酸 C.灼热的炭与CO2,D.甲烷与O2反应,巩固练习：,3.下列反应属于放热反应的是:,A.NaOH与HCl反应 B.C和CO2共热,C.碳酸钙的分解 D.制备水煤气的反应,4、1molBa(OH)2 和1mol H2SO4反应放出的热量为Q，则Q为它们的中和热,错,其中和热为1/2 Q,例题：在同温、同压下，比较下列反应放出热量Q1、Q2的大小,A：2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)+Q1 2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)+Q2,分析：反应物的状态，数量和生成物的数量都相同，但由于气态水转化为液态要放出一定数量的热量,Q2Q1,例题：在同温、同压下，比较下列反应放出热量Q1、Q2的大小,B:S(g)+O2(g)=SO2(g)+Q1 S(S)+O2(g)=SO2(g)+Q2,两式数量相同，S由固态吸收热量转化为气态，再氧化燃烧生成SO2。其放出热量的总和小于由气态S直接燃烧所放出的热量，Q2Q1,C:C(S)+1/2O2(g)=CO(g)+Q1 C(S)+O2(g)=CO2(g)+Q2,例题：在同温、同压下，比较下列反应放出热量Q1、Q2的大小,固态C氧化为CO，释放出热量Q1，CO是气体燃料，和O2反应生成CO2，又释放热量Q3，两次释放热量的总和Q1+Q3，等于固态C氧化为气态CO2释放的热量Q2，Q2Q1,D:H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)+Q1 1/2H2(g)+1/2Cl2(g)=HCl(g)+Q2,状态相同，但数量后式仅是前式的一半，释放的热量也应是前式的一半，Q2Q1,思考与讨论,化学反应伴随着能量变化，有的反应放出热量，有的反应却需要不断的加热，吸收热量反应才能进行。,这是为什么呢？,这些能量又是如何变化的呢？能量从哪来又到哪里去了呢？,二、化学键和化学反应 中能量变化的关系,1、化学反应中能量变化与键能的关系,分子或化合物里的原子之间是通过 相结合的，而化学键是与能量联系在一起的。,化学键,断开旧键 吸收能量,形成新键 放出能量,H-H=H+H 吸收 436kJ/mol,H-F=H+F 吸收 565kJ/mol,化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因,在25和101kPa的条件,H+H=H-H 放出 436kJ/mol,H+F=H-F 放出 565kJ/mol,问题,如何知道一个反应是吸热还是放热呢？,一个简单的计算：,在25和101kPa的条件下，,即：由1mol的H2和1mol的F2，会释放出 2 565kJ-436kJ-155kJ=539kJ,H2+F2 2HF kJ,F-F F+F 吸收155kJ/mol,H-H H+H 吸收436kJ/mol,吸收还是放出热量？,放出539,H+F H-F 放出565kJ/mol,例如,小结,2.化学键断裂会，化学键形成要。,1.各种物质储存了。,4.化学反应过程是旧化学键 和新 化学键，并伴随能量变化。,3.化学键在断裂（或生成）时吸收（或释放）的能量。,5.反应是吸热还是放热，取决于。,化学能,释放能量,吸收能量,不同,不同,断裂,形成,反应物的总能量与生成物的总能量的相对大小。,若H2-H10反应吸热,H2,H1,H2,H1键断裂吸收的能量,H,t,H2键生成释放的能量,若H2-H10反应放热,H1,H,t,2、各种物质都储存化学能,不同物质,储有化学能不同,反应物能量高,生成物能量高,生成物能量低,反应物能量低,放出能量,吸收能量,放热反应是化学能转化为热能。吸热反应是热能转化为化学能。,总结：,人类利用能源的三个阶段：,1、柴草时期,2、化石能源时期（煤、石油、天然气）,3、多能源结构时期 可再生能源、清洁能源（即绿色能源）,目前，全球仍主要处于 时期。,化石能源,三、化学反应提供的热能对人类社会意义利用热量进行生活、生产、和科研利用热能使许多化学反应得以发生,生物体中的能量转化,人体内发生的氧化还原反应与体外的燃烧本质相同，都是放热反应。只是二者条件不同，且前者更加合理有效。,第二节 化学反应的速率和限度,一、化学反应的速率,在化学实验和日常生活中，我们经常观察到这样的现象：有的化学反应进行得快，有的化学反应进行得慢。,思考与交流,你了解以上反应进行的快慢吗？,炸药爆炸,金属锈蚀,食物腐败,离子反应,塑料老化,溶洞形成,快,快,慢,慢,慢,慢,化学反应的快慢是相对的！,定义：化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量（均取正值）来表示。,反应速率单位：,mol/(Lmin)或mol/(L s),注意：1、反应速率要指明具体物质并取正值 2、表示气体或溶液反应速率 3、指平均速率,练习1：,在某一化学反应里，反应物A的浓度在10s内从4.0mol/L变成1.0mol/L。在这10s内A的化学反应速率为多少？,=,0.3mol/(L s),注意：这里的反应速率指平均速率！,练习2：,在2L容器中发生反应：N2+3H2=2NH30.5min后，生成1.7gNH3，求v(NH3)，v(N2)，v(H2).,同理可求：v(N2)=0.05mol/(L min),v(H2)0.15mol/(L min),结论：同一化学反应，用不同的物质表示其化学反应速率，数值可能不相同，但意义相同，均表示这段时间内该反应的化学反应速率。且化学反应速率之比等于化学计量数之比！,影响化学反应速率的因素,浓 度：,温 度：,催化剂：,浓度大，反应速率快,温度高，反应速率快,催化剂一般加快反应速率,影响化学反应速率的外界因素除了浓度、温度、催化剂外，还有没有其他的因素？,1、烧柴煮饭，先将木柴劈小。,2、工业合成氨，通常在2107 5107 Pa的压强下进行。,反应物的表面积,压强,请看下面的例子：,结论2：影响化学反应速率的因素,除了：浓度、,温度、,催化剂,还有：固体的表面积,压强,反应物的状态 等等,影响反应速率的因素（外因）：,（1）温度：升高温度，增大反应速率,（2）催化剂：加入催化剂能改变（增大或减小）反应速率，自身不发生改变。,决定反应速率的主要因素（内因）：,反应物本身的性质,（3）固体的表面积：增大固体的接触面积，能增大反应速率,（4）反应物状态：液态或气态比固态反应速率快,（5）溶液浓度：增大溶液浓度，能增大反应速率,思考与交流,1.人们为什么使用电冰箱储存食物？,温度越高，食物腐败变质的速率越快，电冰箱能提供较低的温度。,2.实验室通常要将两种块状或颗粒状的固体药品研细，并混匀后再进行反应。原因是什么？,能增大反应物的接触面积，使反应物充分接触，使反应速率加快。,3.实验室进行化学反应时，通常把一些固体物质溶于水配成溶液再进行反应。原因是什么？,配成溶液反应能增大接触面积，从而增大反应速率。,4.增大反应物浓度能增大反应速率。,二、化学反应的限度,一个化学反应在实际进行时，反应物能否完全转变为生成物？,科学史话：炼铁高炉尾气之谜,定义,可逆反应：在相同条件下能向正、反两个方向同时进行的化学反应称为可逆反应。可逆反应和一般的反应有什么区别呢？请看下面的讨论例子：,对于以上反应，请分析：（1）当反应刚开始时，反应物和生成物的浓 度哪个大？（2）当反应刚开始时，正反应与逆反应哪个 反应速率大？（3）随着反应的进行，反应物和生成物浓度 如何变化？（4）随着反应的进行，v(正)与v(逆)怎样变化？,在密闭容器中加入1molH2和1mol I2发生反应,H2(g)+I2(g)2HI(g),正向反应,逆向反应,请继续分析：（5）反应进行到什么时候会“停止”？,当正反应速率与逆反应速率相等时,（6）此时，反应物和生成物浓度如何变化？,反应物和生成物浓度均不再改变,（7）给这个状态命名,平衡状态,（8）反应真的停止了吗？,不是,处于动态平衡,0,(1)0t1：v(正)v(逆),(2)t1以后：v(正)=v(逆),t1以后反应处于平衡状态!,什么是化学平衡呢？,定义：化学平衡状态,在一定条件下的可逆反应里，正反应和逆反应的速率相等，反应物和生成物浓度保持不变的状态。化学平衡状态简称化学平衡。,注意：(1)条件：一定条件下(2)对象：可逆反应特征:(1)定：反应物和生成物浓度保持不变(2)动：动态平衡(3)等：v(正)v(逆),三、化学反应条件的控制,在生产和生活中，人们希望促进有利的化学反应抑制有害的化学反应，这就涉及到反应条件的控制,以“提高煤的燃烧效率”为例,(1)将煤气化比固态煤燃烧速率更快且使煤 充分燃烧。,(4)将废气通过装有冷却水的管道，充分吸收,还可以使用助燃剂等,(2)空气不足，煤得不到充分燃烧；且污染环境。空气过量，浪费能源，因为废气要带走能量,(3)应选择保温性能好，提高炉膛温度的材料,归纳：提高煤的燃烧效率的措施,（1）尽可能使燃料充分燃烧，提高能量的转化率.关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分地接触，且空气要适当过量。（2）尽可能充分地利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。,提高燃料的燃烧效率实质上是从多方面控制燃烧反应的条件（包括环境）,意义：节约能源、节省资源、减少污染（煤在气化过程中可以脱硫、除去灰分）,我们在生产、科研和生活中都需要控制化学反应的条件。,有利的反应，要想办法增大反应速率：,（1）升高温度，使用催化剂，增大反应物浓度,有害的反应，要设法降低反应速率：,（2）降低反应温度，使用负催化剂,（3）或隔离会引发反应的物质,知识应用,回顾小结,本章介绍化学能与热能相互转化及其应用、化学反应速率和限度等知识。通过学习，要求了解化学能与热能的相互转化，知道化学反应中能量变化的主要原因，认识化学反应速率和限度及其影响因素，认识控制反应条件的意义 本章重点 化学能与热能之间的内在联系 化学能与热能的相互转化 影响化学反应速率和限度的因素 本章难点 化学反应中能量变化的本质,1、下列说法中正确的是（）,A.需要加热方能发生的反应一定是吸热反应B.放热反应在常温下一定能进行C.反应是放热还是吸热，必须看反应物和生成物所具有的总能量的相对大小D.化学反应释放的能量一定是热量,思考练习题,2、已知燃烧1mol葡萄糖放出热量2840kJ，当它氧化生 成1g水时放出的热量是多少？,3、14CO2+C CO，达到化学平衡后，平衡混合物中含14C的粒子有。,4、通常人们把拆开 1mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱。,比较下列两组物质的熔点高低（填“”或“”）SiC Si；SiCl4 SiO2,5、在2L的容器中发生某化学反应，已知反应前A物质的物质的量为8mol，2min后A的物质的量变为4mol，问在这2min内A的平均反应速率？,
