物质能量变化课件

4.1 4.1 物质在溶解过程中有能量变化吗物质在溶解过程中有能量变化吗能量的转变与人类生活息息相关能量的转变与人类生活息息相关v能量是物质能量是物质运动运动的一种的一种度量度量。自然界一切物质都具。自然界一切物质都具有能量，能量具有各种不同的形式，能够从一种形有能量，能量具有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，体，在转换和传递的过程中，各种形式能量的总量在转换和传递的过程中，各种形式能量的总量保持不变保持不变。这就是。这就是能量守恒定律能量守恒定律。一、能量守恒和转化能量的形式：能量的形式：机械能、光能、热能、电能、电机械能、光能、热能、电能、电磁能、化学能磁能、化学能等。等。那么，能量从哪里来呢？那么，能量从哪里来呢？(阅读书阅读书p74)p74)人类常利用的人类常利用的煤、石油、天然气煤、石油、天然气和和食物食物的能量，的能量，归根到底都是由太阳能转化而来的，归根到底都是由太阳能转化而来的，并以化学能的形式储存下来。并以化学能的形式储存下来。拓展视野：拓展视野：p75能源的种类和储量能源的种类和储量 （关注当今世界的三大问题之一（关注当今世界的三大问题之一 能源问题）能源问题）能源能源1、能源定义：、能源定义：能产生机械能、光能、热能、电磁能、化学能产生机械能、光能、热能、电磁能、化学能等各种能量的自然资源。能等各种能量的自然资源。2、能源分类：、能源分类：（1）形成和来源角度：来自太阳、来自地球内部、来）形成和来源角度：来自太阳、来自地球内部、来自核反应和来自天体间引力等自核反应和来自天体间引力等4种。种。（2）利用状况：常规能源、新能源。）利用状况：常规能源、新能源。（3）原有形态是否改变：一次能源，二次能源。）原有形态是否改变：一次能源，二次能源。（4）循环再生角度：再生能源，不可再生能源。）循环再生角度：再生能源，不可再生能源。v 自然界中能量转化的形式多种多样，自然界中能量转化的形式多种多样，物质的物质的三态变化三态变化是一种常见的能量转化方式是一种常见的能量转化方式。固态物质固态物质(s)solid液态液态(l)liquid气态气态(g)gas吸收能量吸收能量放出能量放出能量三态变化的规律对日常生活和生产发展有着重要的影响！二、溶解的过程和溶解热现象实验实验1:1:观察高锰酸钾溶于水的现象观察高锰酸钾溶于水的现象复习提问：什么是溶液？复习提问：什么是溶液？溶液溶液(solution)是由一种或一种以上的物质是由一种或一种以上的物质溶质溶质(solute)分散到另一种物质分散到另一种物质溶剂溶剂(solvent)里，里，而形成的而形成的均匀、稳定均匀、稳定的混合物。的混合物。实验实验2:2:观察氯化铵、氢氧化钠，氯化钠氯化铵、氢氧化钠，氯化钠晶体溶于水时，溶液的温度变化。结论：NaOH溶于水，溶液温度升高升高。NH4Cl溶于水，溶液温度降低降低。NaCl溶于水时，溶液温度基本不变。不变。思考：思考：为什么不同溶质在溶解时表现出不同的热效应呢？为什么不同溶质在溶解时表现出不同的热效应呢？即即：物质在溶于水的过程中伴有温度变化。溶解的两个溶解的两个过程过程v1.扩散扩散：溶质的分子或离子受到：溶质的分子或离子受到水分子的作用向水中扩散的过程。水分子的作用向水中扩散的过程。吸收热量吸收热量，物理过程物理过程。v2.水合水合：溶质分子或离子和水溶质分子或离子和水 分子结合构成水合分子或水合离分子结合构成水合分子或水合离子的过程。子的过程。放出热量放出热量，化学过程化学过程。例：糖分子在水中的溶解过程。例：糖分子在水中的溶解过程。1把糖分子放入水中把糖分子放入水中糖分子糖分子水分子水分子糖分子克服分子间作用力，糖分子克服分子间作用力，从外界吸收能量，从外界吸收能量，扩散扩散到水中。到水中。3 3糖分子和水分子糖分子和水分子 结合形成结合形成水合水合分子。分子。Q吸吸Q Q放放 溶液温度溶液温度无明显变化无明显变化Q Q吸吸Q Q放放 溶液温度溶液温度下降下降Q Q吸吸Q Q放放 溶液温度溶液温度升高升高溶解溶解扩散过程扩散过程水合过程水合过程：吸收热量吸收热量吸收热量吸收热量：放出热量放出热量放出热量放出热量温度变化取决于温度变化取决于吸收热量和放出吸收热量和放出热量的热量的差值差值。物质在溶解过程中总是伴随着能量的变化。物质在溶解过程中总是伴随着能量的变化。表现出来的放热或吸热现象，则是表现出来的放热或吸热现象，则是溶质微粒溶质微粒在扩在扩散过程和水和过程中能量变化的散过程和水和过程中能量变化的总总效应。效应。解释解释1 1：氯化铵晶体溶于水溶液温度降低？氯化铵晶体溶于水溶液温度降低？解释解释2 2：氯化钠晶体溶于水溶液温度为氯化钠晶体溶于水溶液温度为何无显著的变化？何无显著的变化？练习练习硝酸铵溶于水，溶液温度显著降低，这是由于硝酸铵溶于水，溶液温度显著降低，这是由于（）A.A.硝酸铵溶解时只发生扩散过程。硝酸铵溶解时只发生扩散过程。B.B.硝酸铵溶解时只发生水合过程。硝酸铵溶解时只发生水合过程。C.C.硝酸铵溶于水时，扩散过程吸收的热量大于水合硝酸铵溶于水时，扩散过程吸收的热量大于水合过程放出的热量。过程放出的热量。D.D.硝酸铵溶于水时，扩散过程吸收的热量小于水合硝酸铵溶于水时，扩散过程吸收的热量小于水合过程放出的热量。过程放出的热量。C C三、溶解和结晶三、溶解和结晶固体溶质固体溶质（未溶解的溶质）溶解溶解结晶结晶溶液中的溶质溶液中的溶质（已溶解的溶质）结晶和溶解是结晶和溶解是同时进行同时进行的的相反的两个过相反的两个过程。程。结晶结晶1、定义：将固体溶质的水溶液放在敞口的容器中让水、定义：将固体溶质的水溶液放在敞口的容器中让水慢慢地蒸发，或改变溶液的温度，都可能使慢慢地蒸发，或改变溶液的温度，都可能使晶态溶质晶态溶质从从溶液中析出，这个过程称为结晶。溶液中析出，这个过程称为结晶。讨论：讨论：当溶质溶解速率和结晶速率的相对大小不同时，当溶质溶解速率和结晶速率的相对大小不同时，看到的现象和溶液所处状态有何不同？看到的现象和溶液所处状态有何不同？溶解速率与溶解速率与结晶速率结晶速率看到的看到的现象现象溶液状态（饱和、溶液状态（饱和、不饱和）不饱和）不饱和溶液不饱和溶液溶解溶解溶解速率溶解速率 结晶速率结晶速率溶解平衡溶解平衡(solution equilibrium)定义：当溶液达到饱和状态时，溶质的溶解速率等于溶质的结晶速率，从表面看，固体溶质不再减少，也不再增加。此时溶液达到溶解平衡状态。2.溶解平衡溶解平衡3.溶解度与温度溶解度与温度（2）溶解度受温度影响改变较大的固体物质，一般溶解度受温度影响改变较大的固体物质，一般 用用冷却热饱和溶液冷却热饱和溶液的方法使溶质结晶析出的方法使溶质结晶析出 （如：（如：CuSO4，明矾明矾，KNO3）（1）溶解度受温度影响变化不大的物质，一般用溶解度受温度影响变化不大的物质，一般用 蒸发溶剂蒸发溶剂的方法使溶质结晶析出的方法使溶质结晶析出 （如：晒盐）（如：晒盐）应用应用:复习：在一定温度下复习：在一定温度下,某物质在某物质在100100克溶剂克溶剂里达到里达到饱和状态饱和状态时所溶解的克数时所溶解的克数,叫做这叫做这种物质在这种溶剂里的溶解度种物质在这种溶剂里的溶解度.（S S）即即蒸发结晶蒸发结晶即即降温结晶降温结晶定义：定义：自发形成自发形成且具有且具有规则几何形状规则几何形状的固体叫做晶体的固体叫做晶体其中，含有其中，含有水分子水分子的晶体叫结晶水合物的晶体叫结晶水合物(crystalline hydrate)胆矾（又称蓝矾）胆矾（又称蓝矾）胆矾（又称蓝矾）胆矾（又称蓝矾）绿矾绿矾绿矾绿矾 明矾明矾明矾明矾 （CuSOCuSOCuSOCuSO4 4 4 4 5H5H5H5H2 2 2 2O O O O）（FeSOFeSOFeSOFeSO4 4 4 4 7H7H7H7H2 2 2 2O O O O）KAlKAlKAlKAl（SOSOSOSO4 4 4 4）2 2 2 2 12H12H12H12H2 2 2 2O O O O）生石膏生石膏生石膏生石膏 熟石膏熟石膏熟石膏熟石膏 皓矾皓矾皓矾皓矾 芒硝芒硝芒硝芒硝（CaSOCaSOCaSOCaSO4 4 4 4 2H2H2H2H2 2 2 2O O O O）（）（）（）（2CaSO2CaSO2CaSO2CaSO4 4 4 4 H H H H2 2 2 2O O O O）（ZnSOZnSOZnSOZnSO4 4 4 4 7H7H7H7H2 2 2 2O O O O）(Na(Na(Na(Na2 2 2 2SOSOSOSO4 4 4 4 10H10H10H10H2 2 2 2O)O)O)O)例：常见的结晶水合物例：常见的结晶水合物4.晶体和结晶水合物晶体和结晶水合物注：并不是所有的晶体都含有结晶水，如食盐、硝酸钾等。注：并不是所有的晶体都含有结晶水，如食盐、硝酸钾等。问问：结晶水合物是混合物？纯净物？结晶水合物是混合物？纯净物？食盐晶体食盐晶体硝酸钾晶体硝酸钾晶体注意：注意：（1）纯净物，组成固定、性质稳定）纯净物，组成固定、性质稳定（2）结晶水是该化合物组成一部分，）结晶水是该化合物组成一部分，“干干”的的5.风化，潮解风化，潮解 在在室温和干燥室温和干燥的空气里，结晶水合物失去一部分或全的空气里，结晶水合物失去一部分或全部结晶水，这种现象称为风化部结晶水，这种现象称为风化 （如：（如：石碱石碱 NaNa2COCO310H10H2O,O,胆矾胆矾CuSOCuSO4 45H5H2O O）1.风化风化NaNa2COCO310H10H2O NaO Na2COCO3xH H2O+(10-x)HO+(10-x)H2 2O O常温、干燥空气中常温、干燥空气中想一想：如何检验酒精中含有水分？想一想：如何检验酒精中含有水分？可作干燥剂可作干燥剂 晶体吸收晶体吸收空气里空气里的水蒸气，在晶体表面逐渐形成溶液。的水蒸气，在晶体表面逐渐形成溶液。（如：（如：CaCl2，NaOH固体固体）2.潮解潮解问：问：蓝色硫酸铜晶体受热是不是风化？蓝色硫酸铜晶体受热是不是风化？向无水硫酸铜滴几滴水是不是潮解向无水硫酸铜滴几滴水是不是潮解?上述这两个实验的变化过程属于物理变化还是化学变化？上述这两个实验的变化过程属于物理变化还是化学变化？探究：请描述探究：请描述NaOH固体在空气中经过的固体在空气中经过的所有变化所有变化氢氧化钠氢氧化钠潮解后的氢氧化钠潮解后的氢氧化钠碳酸钠晶体碳酸钠晶体碳酸钠粉末碳酸钠粉末吸收空气水分潮解吸收空气水分潮解吸收水和二氧化碳吸收水和二氧化碳常温、干燥空气中风化常温、干燥空气中风化4.2 4.2 化学变化中的能量变化学变化中的能量变化化 化学反应中，除有化学反应中，除有新物质新物质生成外，常伴随着生成外，常伴随着 能量的变化。能量的变化。n制取所需物质；制取所需物质；n利用化学反应所释放的能量。利用化学反应所释放的能量。光能光能 电能电能 热能热能（主要形式）（主要形式）一、化学反应中的热效应一、化学反应中的热效应 有热量放出的化学反应叫做有热量放出的化学反应叫做放热反应放热反应；反应时所放出或吸收的热量，叫做反应的热效应。反应时所放出或吸收的热量，叫做反应的热效应。定义定义大多数化合反应大多数化合反应 酸碱中和反应酸碱中和反应 燃烧燃烧金属与酸的反应：金属与酸的反应：铝与盐酸反应温度升高铝与盐酸反应温度升高常常见见的的放放热热反反应应 吸收热量的化学反应叫做吸收热量的化学反应叫做吸热反应吸热反应。大多数分解反应是吸热反应大多数分解反应是吸热反应;二氧化碳与碳的反应，二氧化碳与碳的反应，C和水蒸气；和水蒸气；氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应氢氧化钡晶体与氯化铵固体的反应表示方法表示方法 C+O2 CO2 +Q点燃 C+CO2 2CO Q高温高温需要加热的反应一定需要加热的反应一定是吸热反应？是吸热反应？NO！+Q表示放热反应。表示放热反应。Q表示吸热反应表示吸热反应取取决决于于反应物和生成物能量的相对高低程度反应物和生成物能量的相对高低程度为什么有的化学反应放热，有的反应吸热？为什么有的化学反应放热，有的反应吸热？能量释放能量释放能量贮存能量贮存反应物的总能量高反应物的总能量高生成物的总能量低生成物的总能量低放放热热反反应应生成物的总能量高生成物的总能量高反应物的总能量低反应物的总能量低吸吸热热反反应应物质储存的能量高 低H2（g）+1/2O2（g）H2O（l）放出能量吸收能量应用应用用于判断生成物热稳定性的大小用于判断生成物热稳定性的大小 在化学反应中，生成在化学反应中，生成相等物质的量的生成物相等物质的量的生成物时，时，放出或吸收热量的大小是生成物放出或吸收热量的大小是生成物热稳定性热稳定性的有效标志的有效标志。放出热量大放出热量大生成物能量低生成物能量低生成物越稳定生成物越稳定热热 稳定性越大稳定性越大例例1：氢气和氧气化合生成氢气和氧气化合生成1mol水蒸气，放热水蒸气，放热241.8kJ;氢气和硫蒸汽化合生成氢气和硫蒸汽化合生成1mol硫化氢，放热硫化氢，放热20.1kJ.水的热稳定性水的热稳定性 硫化氢的热稳定性硫化氢的热稳定性二、热化学方程式二、热化学方程式表示化学反应所放出或吸收热量的化学方程式。表示化学反应所放出或吸收热量的化学方程式。定义定义2H2(g)O2(g)2H2O(l)+571.6kJ 2H2(g)O2(g)2H2O(g)+483.6kJ H2(g)1/2O2(g)H2O(l)+285.8kJ 不仅表明反应的反应物和生成物；不仅表明反应的反应物和生成物；还表明一定量物质在反应中放出或吸收的热量。还表明一定量物质在反应中放出或吸收的热量。意义意义书写要点：书写要点：(与化学方程式不同点与化学方程式不同点)(1)不在方程式中表明反不在方程式中表明反应条件条件(2)在方程式的右端注上在方程式的右端注上热量的数量的数值与符号，与符号，放出放出热量用量用“”，吸收，吸收热量用量用“”(3)必必须注明物注明物质(反反应物和生成物物和生成物)的聚集状的聚集状态，对于有不于有不同晶同晶态的物的物质，要注明晶，要注明晶态（如石墨和金（如石墨和金刚石）石）(气体：气体：g，液体：，液体：l，固体：，固体：s，稀溶液：，稀溶液：aq)。热化学方程式中，不用化学方程式中，不用“”和和“”(4)热化学方程式中，各物化学方程式中，各物质化学式前的化学化学式前的化学计量数，只量数，只表示表示该物物质的物的物质的量，可以是整数、分数、或小数。的量，可以是整数、分数、或小数。对相同化学反相同化学反应，化学，化学计量数不同，反量数不同，反应热也不同，与也不同，与热量成正比量成正比练习练习1.书写书写1mol 金刚石在氧气中燃烧金刚石在氧气中燃烧(放热放热395.0kJ)的热化学方的热化学方程式程式2.根据热化学方程式根据热化学方程式N2(g)O2(g)2NO(g)-180.5kJ,若反若反 应生成应生成8molNO，需，需_(“吸收吸收”或或“放出放出”)热量热量_。吸收吸收722kJ 3.250C ,1atm下，下，1g 硫粉在氧气中充分燃烧放出硫粉在氧气中充分燃烧放出 9.36kJ热热 量，写出硫燃烧的热化学方程式量，写出硫燃烧的热化学方程式。S(s)+O2(g)SO2(g)+299.52kJ 三、燃料的充分利用三、燃料的充分利用1、燃料的充分燃烧、燃料的充分燃烧2、热能的充分利用、热能的充分利用u改进设备、利用余热、防止热损失改进设备、利用余热、防止热损失;u采用热交换器采用热交换器(1)通入通入充足且适量充足且适量的空气；的空气；(2)增大燃料与空气的接触面增大燃料与空气的接触面:固体燃料固体燃料粉碎粉碎、液体燃料液体燃料喷雾喷雾(3)煤炭的气化和液化煤炭的气化和液化热交换原理热交换原理使一种反应物放出的热量，使一种反应物放出的热量，用于加热另一种反应物。用于加热另一种反应物。当一种流体在管道内流动，当一种流体在管道内流动，另一种流体在管道外逆向另一种流体在管道外逆向流动，它们通过管壁进行流动，它们通过管壁进行热交换，使热的流体得到热交换，使热的流体得到降温，冷的流体得到预热。降温，冷的流体得到预热。高温气体高温气体冷气冷气热气体热气体低温气体低温气体