Cambios de energía en reacciones químicas

Cambios de energía en reacciones químicas 1. Cambios de energía en reacciones químicas (1) Dos características básicas de las reacciones químicas ① Cambios materiales: Los cambios químicos están marcados por la generación de nuevas sustancias. Cualquier cambio químico debe mostrar la recombinación de átomos para generar nuevas sustancias. ②Cambio de energía: La energía de las nuevas sustancias generadas es diferente a la de los reactivos, y el sistema de reacción obedece a la conservación de energía, por lo que cualquier cambio químico debe mostrar la absorción y liberación de energía. Generalmente, el cambio de energía de una reacción química. se presenta principalmente en forma de energía térmica (además, también puede haber energía eléctrica, energía luminosa, energía sonora, etc.). (2) Reacciones exotérmicas y reacciones endotérmicas La energía liberada por reacciones químicas es una de las principales fuentes de energía moderna. Las reacciones químicas generalmente intercambian energía con el mundo exterior en forma de calor y trabajo, principalmente en forma de calor. La energía interna de diferentes sustancias es diferente y la energía se conserva durante todo el proceso de reacción. La diferencia de energía entre reactivos y productos a menudo se manifiesta como liberación de calor y endotermia en forma de calor. Si las energías de los reactivos y los productos son similares, las endotermas y las endotermas no serán obvias. Cuando la energía total de los reactivos es mayor que la energía total de los productos, se libera calor. Cuando la energía total de los reactivos es menor que la energía total de los productos, se absorbe calor. Según el cambio de calor durante la reacción, las reacciones químicas suelen dividirse en reacciones exotérmicas y reacciones endotérmicas. ①Reacción exotérmica: reacción química que libera calor. Razón: La energía total de los reactivos es mayor que la energía total de los productos. Reacciones exotérmicas comunes: combustión y oxidación lenta, reacciones de neutralización. La reacción del metal y el ácido produce hidrógeno, la reacción de la cal viva y el agua, etc. ② Reacción endotérmica: reacción química que implica absorción de calor. Razón: La energía total de los reactivos es menor que la energía total de los productos. Reacciones endotérmicas comunes: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2OC+CO2 2CO, reacción de Ba(OH)2·8H2O+NH4Cl. Y: descomposición de KClO3, KMnO4, CaCO3, etc. (3) Atención: Los cambios de energía en las reacciones químicas son principalmente exotérmicos y endotérmicos. El hecho de que la reacción sea exotérmica o endotérmica depende principalmente del tamaño relativo de la energía total de los reactivos y productos. Tanto las reacciones exotérmicas como las endotérmicas pueden ocurrir bajo ciertas condiciones. Las reacciones que requieren calentamiento al inicio de la reacción pueden ser endotérmicas o exotérmicas. El cambio de calor de la reacción no está necesariamente relacionado con si se requiere calentamiento para que ocurra la reacción. ¿Por qué muchas reacciones (como la combustión de carbón, la combustión de H2, etc.) requieren calentamiento durante la reacción? Esto se debe a que la energía de las sustancias que pueden existir de manera estable a temperatura ambiente no es muy alta. El calentamiento o la iluminación pueden aumentar la energía de los reactivos, aumentar la velocidad de movimiento de las moléculas de los reactivos y aumentar la posibilidad de colisiones entre moléculas y reacciones. Haga que la reacción sea más fácil de continuar. Después de que comienza la reacción, si la energía liberada por la reacción puede continuar manteniendo o excediendo la energía requerida para iniciar la reacción, la reacción continuará cuando se detenga el calentamiento, lo cual es una reacción exotérmica si el calor liberado durante la reacción no lo es; suficiente para proporcionar la energía necesaria para continuar la reacción, la reacción requiere calentamiento continuo, que es una reacción endotérmica. Ejemplo 1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta ( ) A. Una reacción que requiere calentamiento debe ser una reacción endotérmica B. Las reacciones exotérmicas deben ocurrir fácilmente a temperatura ambiente C. El hecho de que una reacción sea endotérmica o exotérmica depende de la magnitud relativa de la energía total de los reactivos y productos D. Las reacciones endotérmicas también pueden ocurrir bajo ciertas condiciones [Análisis] Aclarar los conceptos básicos es la clave para resolver el problema. Los cambios de energía de las reacciones químicas son principalmente exotérmicos o endotérmicos. El hecho de que una reacción sea exotérmica o endotérmica depende principalmente de las cantidades relativas de energía total que poseen los reactivos y los productos. Tanto las reacciones exotérmicas como las endotérmicas pueden ocurrir bajo ciertas condiciones. Las reacciones que requieren calentamiento al comienzo de la reacción pueden ser endotérmicas o exotérmicas. Es posible que las reacciones exotérmicas no necesariamente ocurran fácilmente a temperatura ambiente, como la combustión del carbón. La reacción solo puede continuar si se calienta primero. Respuesta: C, D 2. Quema total de combustible (1) División de la energía: Según la forma en que se proporciona la energía, la energía se puede dividir en energía primaria y energía secundaria. La energía que proporciona la naturaleza de forma ya preparada se llama energía primaria; la energía que debe producirse indirectamente apoyándose en la energía de otras fuentes de energía se llama energía secundaria. Los combustibles fósiles, incluidos el carbón, el petróleo, el gas natural, etc., son fuentes de energía primarias y también son fuentes de energía desechables y no renovables. Las fuentes de energía primaria como la energía eólica, la energía hidráulica, la leña y la madera también son fuentes de energía renovables, pero la energía eléctrica es una fuente de energía secundaria. (2) Condiciones para la combustión completa del combustible: ① Hay suficiente aire durante la combustión.

(Pero no debe haber demasiado aire, de lo contrario quitará parte del calor y provocará desperdicio) ② El combustible y el aire deben estar completamente en contacto. (Puede cambiar el grado de dispersión del combustible o adoptar el "principio de contraflujo", etc.) (3) Daño por falta de combustible: ① El calor generado se reduce, lo que resulta en un desperdicio de recursos. ②Produce contaminantes y causa contaminación ambiental (como lluvia ácida, etc.). (4) Aprovechamiento total del carbón: ① Nuevo quemador de carbón pulverizado (eficiencia de combustión ≥ 95%) ② Gasificación y licuefacción del carbón. ③Convertir en gas agua o gas de retorta: (C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)). Ejemplo 2． Cuando el carbón esté muy caliente en la estufa, agregue un trozo de carbón y séllelo inmediatamente. En condiciones de oxígeno, a veces verá que el fuego se apaga. [Análisis] La combustión de sustancias requiere dos condiciones: (1) La temperatura alcanza el punto de ignición de los combustibles. (2) Contacto con oxígeno. Ya hay oxígeno en este problema, por lo que se debe considerar en términos de temperatura. Considere C+O2 CO2 desprende calor, mientras que CO2+C 2CO absorbe calor. Cuando se absorbe más calor del que se libera, la temperatura del sistema disminuirá. Cuando la temperatura descienda por debajo del punto de ignición de C, el fuego se apagará. 3. Aprovechamiento Integral del Carbón El carbón es una mezcla compleja compuesta de materia orgánica e inorgánica y desempeña un papel importante en la economía nacional. La combustión directa del carbón no sólo produce una gran cantidad de humo, monóxido de carbono, óxidos que contienen nitrógeno y otros contaminantes atmosféricos, sino que también contiene azufre, que al quemarse genera dióxido de azufre, que es la principal causa de la lluvia ácida. Al mismo tiempo, como el carbón contiene una gran cantidad de materia orgánica, la combustión directa provocará un enorme desperdicio de recursos. Por lo tanto, el desarrollo de tecnología limpia del carbón, la reducción de las emisiones contaminantes, la mejora de la utilización del carbón y el ahorro de energía se han convertido en importantes temas de investigación internacional. La utilización integral del carbón incluye principalmente las siguientes formas. (1) Principio de gasificación y licuefacción del carbón: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) Uso: Industrial Método importante para preparar hidrógeno. El CO y el H2 también pueden sintetizar metanol combustible líquido (un importante combustible y materia prima química) CO+2H2 CH3OH (líquido) (2) Carbonización a alta temperatura: aísle el carbón del aire e intensifique el calor para descomponerlo y producir coque. alquitrán de hulla y gas de coque. El coque se utiliza en metalurgia, como en la fabricación de hierro, carburo de calcio, etc. El alquitrán de hulla se puede procesar aún más para obtener una variedad de materias primas químicas, que pueden usarse para preparar tintes, pesticidas, medicamentos, etc. El gas de coquería se puede utilizar como combustible gaseoso. (3) Agregar cal viva para la desulfuración: Para el carbón bituminoso, si se quema directamente, a menudo se agrega un poco de cal viva para la desulfuración para evitar que el SO2 contamine la atmósfera. La ecuación de reacción es: CaO+SO2 CaSO3, 2CaSO3+O2 2CaSO4 Ejemplo 3. . La energía se puede dividir en energía primaria y energía secundaria. La energía que proporciona la naturaleza de forma ya preparada se llama energía primaria; la energía que debe producirse indirectamente apoyándose en la energía de otras fuentes de energía se llama energía secundaria. El hidrógeno es una fuente de energía secundaria eficiente y no contaminante. Se puede producir a partir de agua que existe en grandes cantidades en la naturaleza: 2H2O(1) 2H2(g)+O2(g) Esta reacción requiere una gran cantidad de calor. Responda las siguientes preguntas con base en el contenido anterior: (1) ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? ( ) A. La energía eléctrica es una fuente de energía secundaria B. La energía hidráulica es una fuente de energía secundaria C. El gas natural es una fuente de energía primaria D. El gas de agua es una fuente de energía primaria (2) Con respecto a la producción de hidrógeno de energía secundaria a partir del agua, ¿cuál de las siguientes direcciones de investigación es incorrecta ( ) ① El hidrógeno y el oxígeno que constituyen el agua son sustancias combustibles, por lo que se pueden estudiar sin descomposición del agua? , haciendo del hidrógeno una fuente de energía secundaria; ② Intente concentrar la luz solar para generar alta temperatura, de modo que el agua pueda descomponerse para producir hidrógeno ③ Encuentre catalizadores eficientes para descomponer el agua para producir hidrógeno y liberar energía al mismo tiempo; Para el desarrollo de energía barata, producir hidrógeno mediante la división del agua. A. ①B. ②③C. ②④D. ①③ [Análisis] Las cuestiones energéticas son un tema candente en la comunidad química actual, y las preguntas de los exámenes en esta área también se han convertido en un tema candente. (1) A partir de la información proporcionada en la pregunta, podemos saber que la energía hidráulica y el gas natural son fuentes de energía de primer nivel. La energía eléctrica se obtiene convirtiendo la energía térmica procedente de la combustión del carbón o del agua, energía eólica, energía nuclear, etc., en gas agua, es una mezcla de CO y H2, que se genera por la reacción del coque y el vapor de agua a altas temperaturas. Por lo tanto, la electricidad, el agua y el gas son fuentes de energía secundarias. Respuesta: AC (2) El agua por sí sola no puede quemarse. Solo el H2 generado después de que el agua se descompone puede quemarse para liberar calor. La descomposición del agua es una reacción endotérmica. Cuando ocurre una reacción endotérmica, los reactivos necesitan absorber energía para convertirse en. productos.

Respuesta: D Explicación: Aunque el contenido de los cambios de energía en los cambios químicos es simple, dado que las cuestiones energéticas se han convertido en un tema social candente, las preguntas sobre la conversión de energía en los cambios químicos son el foco del examen de ingreso a la universidad. Y debido a que esta parte del conocimiento está estrechamente relacionada con la vida, la producción y la investigación científica, así como con el "calor" en física y la "transferencia de energía" en biología, la síntesis interdisciplinaria de energía se convertirá en la unión de propuestas científicas integrales. Ejemplo 4. La mezcla de polvo de aluminio y perclorato de amonio (NH4ClO4) utilizada en los transbordadores espaciales es un combustible sólido. Cuando se enciende, el polvo de aluminio se oxida y libera calor para desencadenar la reacción del perclorato de amonio. La ecuación se puede expresar como: 2NH4ClO4=N2 ↑+4H2O. +Cl2 ↑+ 2O2 ↑+calor, cuál de las siguientes afirmaciones sobre esta reacción es incorrecta ( ) A. La reacción anterior es una reacción de descomposición B. La gran cantidad de gas a alta temperatura producida instantáneamente por la reacción anterior impulsa al transbordador espacial al vuelo C. En términos de cambios de energía, la reacción convierte principalmente energía química en energía térmica y la función D. El perclorato de amonio solo actúa como oxidante en la reacción [Análisis] Esta pregunta vincula los cambios de energía en las reacciones químicas con los conceptos básicos de reacciones químicas (reacciones de descomposición, reacciones redox) y energía cinética en física, y es completa. Análisis específico: 2NH4ClO4 = N2 ↑ + 4H2O + Cl2 ↑ + 2O2 ↑ + calor Esta reacción es una reacción de descomposición, y la gran cantidad de gas a alta temperatura producida al mismo tiempo es la fuerza impulsora para el vuelo del transbordador espacial. . Desde la perspectiva del cambio de energía, la energía química se convierte principalmente en energía térmica y energía cinética. En cuanto al papel del perclorato de amonio en la reacción, dado que la valencia del elemento Cl es →, la valencia del elemento N es → y la valencia del elemento O es →, NH4ClO4 es a la vez un oxidante y un agente reductor en la reacción. Respuesta: D [Síntesis intrasujeto] Las reacciones químicas deben ir acompañadas de dos cambios, ① cambios en la materia y ② cambios en la energía. Por lo tanto, los cambios de energía en los cambios químicos atraviesan todo el proceso de enseñanza de la química en la escuela secundaria. Ejemplo 5. El calor Q liberado cuando una cierta cantidad de alcohol absoluto (C2H5OH) se quema por completo. El CO2 generado es completamente absorbido por el exceso de agua de cal saturada para obtener 100 g de precipitación de CaCO3. Luego, el calor liberado cuando se queman por completo 46 g de alcohol absoluto es ( ). A . 0,5Q B. QC. 2T D． 5Q [Análisis] Las dos reacciones químicas en esta pregunta son: C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O, CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O De la reacción, se puede ver que la siguiente relación es C2H5OH→2CO2→. 2CaCO3 Por ejemplo, se generan 100 gCaCO3. La precipitación requiere alcohol xg, luego C2H5OH ~ 2CaCO3 46 200 x 100 46:200=x:100 Resuelva para obtener x=23g. Es decir: para generar 100g de precipitación de CaCO3, es necesario quemar 23g de alcohol, y el calor liberado es Q. Luego, cuando se queman 46g de alcohol absoluto, el calor liberado debe ser 2Q.