化学反应中的能量变化课外拓展

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化学反应中的能量变化课外拓展

    一、化学反应的能量与化学电源
    化学反应都伴随着能量变化,但一般表现为热量变化。氧化还原反应的实质是电子转移,但是若将氧化还原反应的氧化剂、还原剂分别通过两个用导线连接的电极发生得、失电子反应,则这种电子转移就可形成电流,并产生对应电能,这样,化学能就转变成了电能,电池就是化学能转变为电能的装置。
    研究化学能的开发、利用,对工农业生产、科学技术和日常生活都十分重要。
    二、化石燃料的燃烧对大气的污染
    我们目前使用得最多的燃料,仍是化石燃料(包括石油、煤、天然气等),它们都是古代动植遗体埋在地下经过长时间复杂变化而形成的,除含有C、H等元素外,还有少量S、N等元素,它们燃烧产生的CO、SO2、氮的氧化物等会对环境造成污染,形成酸雨。此外,煤的不充分燃烧,还产生CO,既造成浪费也造成污染。
    (1)CO对大气的污染
    CO是排放量最大的污染物,既有自然排放也有人为排放。CO在大气体中很稳定,故能在大气中停留很久。
    CO能使人、畜中毒,其机理是它与血液中血红蛋白的结合能力远大于氧气跟血红蛋白的结合能力,CO吸入肺里跟血液中血红蛋白(用Hb表示)发生下述反应:
    CO+Hb·O2  Hb·CO+O2
    使血红蛋白减弱或失去传送氧气的能力,导致人体缺氧而中毒,甚至窒息死亡。CO的危害还在于它无色无味,使人在不知不觉中发生中毒。
    (2)汽车尾气的排放对大气的污染
    汽车燃烧的汽油是在发动机的气缸中气化后与空气混合再放电而点燃,若空气量不足,则排放的尾气中有大量CO及一些烟尘,若空气太多,则放电又会引起空气中的N2与O2反应生成氮的氧化物,这都将对环境造成污染。此外,为了减少汽车发动机工作时的振动性,往往使用含铅汽油以减少振动性,这也对环境造成污染。目前许多城市已经禁止使用含铅汽油,并对汽车尾气排放标准做出了规定,以防止汽车尾气对环境造成的污染。
    (3)CO2与温室效应
    太阳辐射能到达地球穿过大气层时,约有30%的辐射能发生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。其余约50%太阳辐射能,以可见光的形式到达地面,其中相当部分以地球长波辐射热能形式辐射出去。但地球大气层CO2和水蒸气等在允许太阳能透过并达到的地面的同时,还把部分地球的长波以辐射能又反射回地球表面,使地球表现温度升高,这就像给地球上空穿了一层“保暖衣”,允许太阳辐射能透过,但却阻止地面热量散发,使地面温度上升,这种作用叫“温室效应”。
    “温室效应”的积极作用是控制地球表现的温度适合于动植物的生存。如果没有“温室效应”,地球表现温度到夜间会下降到零下20℃,使地球表面昼夜温差太大。但是,由于地球上人口激增,大量含碳燃料的燃烧,森林植被大量破坏,都将导致大气层CO2含量增加,引起地球气温上升,“温室效应”加剧,又将给人类带来一系列不良后果:冰山融化,海平面上升,陆地面积减小,虫害泛滥。
    三、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+O22CO2
    CH3CH2OH+3O22CO2+3H2O
    ④易爆物质的爆炸反应。
    ⑤多数的化合反应,如:
    Na2O+H2O=2NaOH
    CaO+H2O=Ca(OH)2
    ⑥一些物质的溶解,如浓硫酸的稀释、氢氧化钠的溶解、氧化钙的溶解等。
    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+H2O(g)CO+H2
    ②多数的分解反应,如:
    CaCO3CaO+CO2↑
    CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O
    ③一些物质的溶解,如硝酸铵溶解等。
    说明:
    由于受所学知识的限制,上述总结还不够全面。
    [练习1]
    下列反应属于吸热反应的是(  )
    A.盐酸和氢氧化钠溶液之间的中和反应。
    B.CO2+C2CO
    C.金属镁燃烧:2Mg+O22MgO
    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
    [练习2]
    下列物质加入水中显着放热的是(  )
    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
    关于热量
    当两个不同温度的导热体互相接触时,温度高的导体的温度下降,温度低的导体的温度上升,这表明两种导体之间有能量的交换。这种能量交换的形式有别于功,它是由温度的差别而引起的。
    体系与环境之间由于温度不同而传递的能量,叫做热量。
    只有在体系与环境之间以热的形式交换能量时,才有热量存在。一个孤立体系与环境没有能量交换,即使体系内部发生了化学变化而引起温度的变化,这个体系与环境之间也无所谓热量存在。在热力学中,热量的概念是指变化过程中一种交换的能量。它跟通常说的“冷”“热”和体系内含有多少“热能”,都不是一回事。“冷”“热”是指物体温度的高低,“热能”是指体系的内能中跟温度有关的那部分能量。因此,不要将热量跟“冷”“热”“热能”混淆起来。
    在化学热力学里,所谓放出热量是指反应体系本身的能量降低了;所谓吸收热量是指反应体系本身的能量增加了。