实验目的:探究金属铝与盐酸反应放出热量的现象.
实验步骤:如图1-23所示,在试管里加入几小块铝片,再加入5ml盐酸,立即用手触摸试管外壁感受其温度,并用温度计测量溶液温度,做好记录.当反应进行到有大量气泡冒出时,再用手触摸试管外壁感受其温度,并用温度计测量溶液温度,做好记录.
实验现象:试管外壁、溶液的温度,化学反应进行一段时间后比反应刚开始时高.
实验结论:铝跟盐酸反应的过程放出热量.
注意使用温度计时要小心,防止打破温度计的玻璃泡.
实验1-5:化学反应中能量变化的探究(二)
实验目的:探究氢氧化钡晶体与氯化铵晶体反应吸收热量的现象.
实验步骤:在一个小烧杯里,加入约20g已研细的氢氧化钡晶体[化学式为 ba(oh)2·8h2o],将小烧杯放在事先已滴有3滴~ 4滴水的玻璃片上. 然后再向小烧杯内加入约10gnh4cl晶体,并立即用玻璃棒迅速搅拌.观察一段时间,看玻璃片 上的水是否结冰并将玻璃片与烧杯黏在一起(如图1-24所示).
实验现象:玻璃片上的水结成了冰,玻璃片与烧杯被冰黏在一起.
实验结论:ba(oh)2·8h2o在与nh4cl反应的过程中吸收热量.
归纳上述两个实验的结论可知:有的化学反应会放出热量,有的化学反应要吸收热量.
ⅰ反应热
(1)反应热:反应过程中放出或吸收的热量,叫反应热.
(2)放热反应:化学上把有热量放出的化学反应叫做放热反应.
(3)吸热反应:化学上把吸收热量的化学反应叫做吸热反应.
反应热是人类活动所需能量的主要来源.
ⅱ常见的放热反应和吸热反应的总结
(1)放热反应
①活泼金属置换水或酸中氢的反应.如:
2na 2h2o=2naoh h2↑
2al 6hcl=2alcl3 3h2↑
②酸碱中和反应.如:
naoh hcl=nacl h2o
2koh h2so4=k2so4 2h2o
③含碳燃料燃烧的反应.如:
2co o2 2co2
ch3ch2oh 3o2 2co2 3h2o
④易爆物质的爆炸反应.如爆竹的爆炸.
⑤多数的化合反应.如:
na2o h2o=2naoh
cao h2o=ca(oh)2
(2)吸热反应
①几个常见的反应.如:
2nh4cl(s) ba(oh)2·8h2o(s)=bacl2 2nh3↑ 10h2o
c(s) h2o(g) co h2
②多数的分解反应.如:
caco3 cao co2↑
cuso4·5h2o cuso4 5h2o
说明由于受所学知识的限制,上述总结还不够全面.
例如:下列反应中,属于吸热反应的是 ( )
a.盐酸和氢氧化钠溶液之间的中和反应
b.co2 c 2co
c.金属镁燃烧:2mg o2 2mgo
d.生石灰溶于水:cao h2o=ca(oh)2
〔分析〕 酸碱中和、燃烧、多数的化合反应均为放热反应,故a、c一定不正确. cao溶于水,放热,这是常识性知识.
答案:b
同类变式 下列物质加入水中,显著放热的是 ( )
a.固体氢氧化钠 b.生石灰
c.无水乙醇 d.固体硝酸铵
答案:ab
ⅲ化学反应中能量变化的原因(难点)
化学反应中能量变化的主要原因为:
(1)在可比条件下,各种物质所具有的能量是不同的,如在同温下,1个h2o分子和1个hcl分子、1个o2分子和1个h2分子所具有的能量是不同的.
(2)能量是不能再生、也不能消灭的,只能从一种形式转化为另一种形式,如电能转化为光能或热能等,或从一种物质中传递到另一种物质中去.即能量守恒.
(3)化学反应都涉及到反应物和生成物,在任意一个化学反应中,各反应物所具有的总能量与各生成物所具有的总能量是不相等的,即有能量差.若反应物所具有的总能量高于生成物所具有的总能量,那么在发生化学反应时,这个能量差就会转化成热能等形式放出来,即反应放出热量,若反应物所具有的总能量低于生成物所具有的总能量,那么在发生化学反应时,就会通过吸收热能等形式的能量来补足这个能量差,即吸收热量.
(4)物质所具有的能量与放热反应、吸热反应关系的总结如图1-25所示,通过研究化学反应中能量变化的原理可知,化学反应的过程,可以看做是“贮存”在物质内部的能量转化为热能而被释放出来的过程,或者是热能转化为物质内部的能量而被 “贮存”起来的过程.
例如:在一定的条件下a与b反应生成c和d,其关系如图1-26所示:
体系(反应前)功尽弃 体系(反应前)
图1-26
(1)若e1>;;e2,反应体系的总能量(填“升高”或“降低”)_____,为(填“吸热”或“放热”)_____反应,其原因是____________.
(2)若e1〔分析〕 研究化学反应的能量变化,应从反应体系和环境两个方面进行分析(如图1-27所示).
答案:(1)降低;放热;反应物的部分内能通过化学反应转化为热能释放给环境
(2)升高,吸热;环境提供的能量转化成物质的内能“贮存”在生成物之中
同类变式1 吸热反应一定是 ( )
a.释放能量 b.贮存能量
c.反应物总能量高于生成物总能量 d.生成物总能量高于反应物总能量
答案:bd
同类变式2 知反应_ y=m n为放热反应,下列关于该反应的说法中,正确的是 ( )
a._的能量一定大于m
b.y的能量一定大于n
c._和y的总能量一定大于m和n的总能量
d.因该反应为放热反应,故不必加热就可发生反应
答案:c
同类变式3 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.放热的反应在常温下一定很容易发生
c.反应放热还是吸热必须看反应物和生成物所具有的总能量的大小
d.吸热反应在一定条件下也能发生
答案:cd
知识点2 燃料的充分燃烧
ⅰ燃料燃烧的概念
定义:燃料的燃烧,是组成燃料的物质(可燃物)与空气或氧气(助燃物)相互接触.在一定条件(如点燃)厂发生的化学反应.
思维拓展 空气或氧气不足,燃料能不能充分燃烧?燃料与空气或氧气的接触下充分,燃料能不能充分燃烧?
点拨 燃料燃烧的条件:有助燃剂;燃料和助燃刑的温度要达到或超过着火点.
燃烧充分燃烧的条件:有充足的助燃剂;燃料和助燃剂之间要有足够大的接触面积.
燃料发生燃烧足它充分燃烧的前提,但发生燃烧并不一定是充分燃烧。如:
2h2s o2 2s 2h2o h2s燃烧,但燃烧不充分.
2h2s 3o2 2so2 2h2o h2s燃烧,且燃烧充分.
ⅱ燃烧、充分燃烧的意义
(1)使有限的能源发挥的作用,节约能源.从如图1-28所示的曲线可知,在我国重视节约能源的必要性.
(2)降低环境污染的程度.现在用的燃料中都含有碳元素,这些燃料燃烧不充分 时会产生大量的co气体.co气体有毒,会污染环境,危害人体健康.当固体燃料不 充分燃烧时,还会增加烟尘的排放量而加重环境的污染.
注意 虽然燃烧需要足量的空气或氧气,但气体的通入量也要适当,否则,过 重的空气或氧气就会带走部分热量,同样会造成浪费.
说明 根据一定量的物质,其组成颗粒越小,则总表面积越大的原理,工业上常将固体燃料粉碎,或将液体燃料雾化,以增大燃料与空气或氧气的接触面积,提高 燃料燃烧的效率.
ⅲ煤炭加工后应用的重要意义
煤炭直接燃烧不仅产生大量的烟尘,而且煤中所含的硫在燃烧时会生成so2, so2是导致酸雨形成的主要原因之一.因此,发展洁净煤技术、减少污染物的排放、提高煤炭的利用率,已成为我国乃至国际上的一项重要研究课题.煤的气化和液化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径.一些城市使用的水煤气或干馏煤气,它们都是煤经过一系列处理后的产物.例如,使焦炭在高温下与水蒸气反应,则生成co和h2:
c(s) h2o(g) co(g) h2(g)
固体煤经处理变为气体燃料后,不仅在燃烧时可以大大减少so2和烟尘对大气造成的污染,而且燃烧效率高,也便于输送.
煤经过处理后,除了可以得到气体燃料外,还可以得到液体燃料,如甲醇等.ⅳ煤炭燃烧所产生的大气污染物
(1)co对大气的污染
大气中co的主要来源是矿物燃料的不完全燃烧,如石油炼制、钢铁冶炼等.co 是排放量的大气污染物,目前每年人为排放的co的总量约为3亿吨~4亿吨, 其中一半以上来自汽车排放出的废气.过去曾认为co大部分来自人类活动,近年来的研究表明:co的自然排放量比人为排放量要大几倍,主要来自森林火灾、ch4的氧化、动植物的代谢等.co可被土壤中的微生物所吸收,但在大气中很稳定,不能被氧化成co2,故能在大气中停留很久.
co使人中毒的机理是它跟血液中血红蛋白的结合能力,比氧跟血红蛋白的结合能力大200倍~300倍.co被吸进肺里,跟血液中的血红蛋白(用hb表示)化合发生下述反应:
co hb·o2=hb.co o2
使血红蛋白携氧和向体内供氧的能力减弱或失去,导致慢性或急性中毒,出现一系列缺氧症状或窒息死亡.
(2)co2与“温室效应”
太阳辐射能到达地面前途经大气层时,大约有30%的辐射能经反射作用返回宇 宙空间,约有20%的辐射能被大气层吸收后,再反射回宇宙空间去.其余的约50太 阳辐射能以可见光的形式到达地面,其中相当大的一部分以地球长波辐射能的形式,又重新反射回大气层中,使地球表面平均温度不变.但是,当太阳辐射能到达地球表面时,地球大气层中的co2和水蒸气等在允许太阳能透过并到达地面的同时,它们还把部分长波辐射能反射回地球表面,使地球表面温度升高,这犹如在地球上空壤上了“玻璃层”,“玻璃层”允许太阳辐射能透过,但却阻止地面热量散发,致使地面温度上升,这种作用叫做“温室效应”.
“温室效应”的积极作用是控制地球表面的温度,适合于动植物的生存、繁衍.它是人类赖以生存的必要条件.如果没有“温室效应”,在夜间地球表面的温度就会下降到零下20℃,使地球表面昼夜温差悬殊.但是由于地球上人口激增,现代工业大量燃烧矿物燃料,使大气中的co2不断增加,致使co2吸收及反射回地面的长波辐射能增多,引起地面气温上升,因而造成“温室效应”加剧.
例如:下列说法中,不正确的是 ( )
a.化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的co、so2等有害气体
b.煤的气化和液化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径
c.在使用化石燃料时,为使之充分燃烧,需通人过量的空气
d.增大燃料与空气的接触面积可提高燃料的燃烧效率
〔分析〕 燃料燃烧时,由于空气不足、燃料与空气接触面积有限等因素会导致燃料燃烧不充分,这样造成的后果是产生的热量少,造成资源的浪费,同时还会产生有害气体污染环境.要除去这些缺点;一是增大燃料与空气的接触面积;二是发展洁净技术,如煤的气化和液化;三是通入足量的空气(如图1-29所示),但是过量空气又会带走部分热量造成损失,综上所述,只有c不正确.
答案:c
同类变式1 将煤处理后变为气体燃料的目的是 ( )
a.提高燃烧效率,减少大气污染 b.提高煤的价格
c.主要是为了更好地保管 d.减少运输环节
答案:ad
同类变式2 下列措施:①固体燃料粉碎;②液体燃料雾化;③煤经液化或气化处理;④通入尽可能多的空气。可提高燃料燃烧效率的是 ( )
a.①②④ b.①②③ c.①③④ d.全部
答案:b
实验研究
实验二 化学实验基本操作