化学反应中的质量关系和能量关系在实际生产生活中的应用

如题所述

化学反应中的质量关系和能量关系在实际生产生活中的应用如下:

一、化学反应与化能

随着科学技术的进步和各种精密实验仪器的出现,人们对化学反应的研究逐渐深入,从宏观到微观都有了透彻的认识。化学反应实际上是分子分裂成原子,然后原子重新排列组合成新分子的过程,往往伴随着物质和能量的变化。

化学能是指隐藏在物质中的能量,平时是察觉不到的。物质一旦发生化学变化,就会以热能其他肉眼可见的形式释放出来。在化合物的化学反应中,其原子会重新分布,成为新的化合物,从而导致化学能的变化。

二、化学反应中的能量变化的本质及遵循的规律

能量以各种形式呈现在世人面前,最常见的有热能、电能、光能。我们常常可以通过化学反应实现化学能转化为这些常见形式的能量。

(一)反应热及焓变

化学反应中能量的变化大多数以热量的形式对外呈现,在化学反应体中,使反应产物的温度回到反应前始态的温度吸收或放出的热量称为反应热。如果系统处于同温同压的状态下,此时系统产生的反应热又叫做“焓变”,符号用ΔH表示。

是研究计算反应热的重要参数。ΔH:∑E(反应物)-∑E(生成物)。ΔH>0为吸热反应,ΔH<0为放热反应。

(二)能量转化

深入微观世界,我们发现化学反应中能量变化的本质在于微观力的破坏和形成。微观力包括分子间力和化学键。与化学键相比,分子间作用力很弱,可以忽略不计,所以我们认为化学反应中的能量变化实际上是化学键的变化。

反应物中的化学键断裂时,吸收一部分外界能量,形成产物时,化学键会重新形成,放出能量。

原电池是典型的将化学能转化为电能的装置,利用氧化还原反应,在两种活泼性相差较大的物质间产生电流。

煤在燃烧过程中,可燃成分(碳、氢、硫等)与空气中的氧进行剧烈的化学反应(C+O2→CO2S+O2→SOx(SO2)N+O2→NOx),煤在燃烧时,煤炭中的化学能便转变成了人们所需要的内能。

绿色植物在进行光合作用时,利用叶绿素的催化作用,吸收太阳光,把CO2和H2O转化为糖类和O2,这便是将光能转变为了生物体内的化学能。

(三)能量变化遵循的规律

万物皆有规律可循,物质在变化时也遵循质量守恒定律。同样,在化学反应过程中,能量的变化也需要遵循能量守恒定律。如果反应中新化学键的形成所释放的能量大于旧化学键的能量,多余的能量就会以其他形式释放出来。

三、化学反应能量变化在生活中的应用

知道了化学反应变化的本质,利用反应中的能量变化,就可以在工业生产过程中利用已有的旧东西创造出许多新东西。同时,利用化学反应催化,可以不断提高生产效率,让化学为人们提供便利的生活。

(一)新能源开发

随着煤、石油、天然气等自然能源的开采,人们的生活进入了一个新的阶段,提高了生产力,促进了人类社会的发展。然而,地球上的这些常规能源储量毕竟有限,其燃烧产生的废物也对环境造成了不可弥补的伤害。

因此,人们不得不寻找降低常规能源消耗的方法,并转向开发具有可再生和持久特性的新能源。氢气作为一种新型的挖掘能源,因其燃烧效率高、无污染而备受推崇。

随处可见的水就是我们制取氢气的原料,水由氢元素和氧元素组成,水分解后生成了氢气2H2O:2H2+O2(ΔH>0),点燃它就可放出热量。明白水的分解是吸热反应,可以设法聚集太阳能产生高温,来促使水分解产生氢气,或者使用特殊的化学物质,也能分解水产生氢气。

(二)制冷

我们知道许多无机盐在溶解时均有吸热效应,利用溶解度大,溶解吸热值高的无机盐(称为溶质盐)溶于另一带有结晶水且也有较高溶解吸热值的无机盐(称为溶剂盐)的结晶水中时,需吸收热量,周围环境温度就会降低,有了致冷效果。

如我们最常见的带八个结晶水的氢氧化钡与氯化铵反应Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl等于BaCl2+2NH3↑+10H2O,有非常明显的冷却效果。

氨和氟利昂(包括CFC、HCFC、HFC等)是最常用的两种工业制冷剂,广泛地用于冷藏、冷库等制冷设备中,家用电器冰箱和空调便运用到了此制冷原理。

(三)自热米饭

这些年市面上出现了自热米饭和自热火锅这样的速食食品与工具,对于工作忙碌的上班族或不想挤食堂的学生来说是相当方便的。

将包装盒中的发热包放入水中,等待一会儿,盒子里迅速升温,当蒸汽温度达到了200℃左右,生米差不多就煮成熟饭了,且其温度持续时间也较长,不用担心食物变凉的问题。自热米饭问世以来,也受到了无数人的青睐。

自热米饭的发热包就是其神奇之处所在,袋中主要有焙烧硅藻土、铁粉、铝粉、焦炭粉、活性炭、盐等成分,再加入生石灰、炭酸钠,遇水之后,发生剧烈化学反应就能放出大量的热量,这样就能把食物蒸熟了。

(四)金属冶炼

自古以来,金属对人类起着非常重要的作用,制造生活用具和武器等。因此,冶炼金属是人类社会必不可少的工作。熔炼金属的方法有很多,比如热分解:;

热还原法:电解法:前面的反应中Hg和Fe都是在高温的环境下通过热能实现物质的转化冶炼出的,Mg则是借助于电能实现物质转化得来。

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