水在光照下分解有能量產生嗎?

【專家解說】：化學反應中的能量變化 1.化學反應中的能量變化 (1)化學反應的2個基本特征 ①物質變化:化學變化是以新物質的生成為標志，任何一個化學變化一定表現(xiàn)出原子重新組合而生成新物質。 ②能量變化:生成的新物質與反應物的能量不同，而反應體系又遵守能量守恒，故任何一個化學變化一定表現(xiàn)出能量的吸收和放出，通常化學反應的能量變化又主要是以熱能形式變化(除此之外還可能有電能、光能、聲能等)。 (2)放熱反應、吸熱反應 化學反應所釋放的能量是現(xiàn)代能量的主要來源之一?；瘜W反應一般以熱和功的形式與外界進行能量交換，而主要以熱的形式。 不同物質內部能量是不同的，而整個反應過程中能量又是守恒的。反應物和生成物的能量差異常以熱量的形式表現(xiàn)出放熱和吸熱，如果反應物和生成物兩者能量相近，則吸、放熱不明顯。 當反應物的總能量高于生成物的總能量，則放出熱量。 當反應物的總能量低于生成物的總能量，則吸收熱量。 按反應過程中熱量的變化，通常把化學反應分為放熱反應、吸熱反應。 ①放熱反應:有熱量放出的化學反應。 原因:反應物具有的總能量高于生成物具有的總能量。 常見放熱反應: 燃燒與緩慢氧化，中和反應。 金屬與酸反應制取氫氣，生石灰和水反應等。 ②吸熱反應:有熱量吸收的化學反應。 原因:反應物具有的總能量低于生成物具有的總能量。 常見的吸熱反應: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2O C+CO2 2CO，Ba(OH)2·8H2O+NH4Cl的反應。 以及:KClO3、KMnO4、CaCO3的分解等。 (3)注意問題: 化學反應中的能量變化主要表現(xiàn)為放熱和吸熱，反應是放熱還是吸熱主要取決于反應物、生成物所具有的總能量相對大小。放熱反應和吸熱反應在一定條件下都能發(fā)生。反應開始時需加熱的反應可能是吸熱反應，也可能是放熱反應。反應的熱量變化與反應發(fā)生是否需要加熱沒有必然聯(lián)系。 為什么許多反應(如煤的燃燒、H2的燃燒等)在反應時要加熱呢?這是因為，在常溫下能穩(wěn)定存在的物質，其自身能量不是很高，加熱或光照可提高反應物的能量，使反應物分子運動速率增大，分子間相互碰撞發(fā)生反應的機會增大，使反應容易進行。當反應開始后，若反應放出的能量夠繼續(xù)維持或超過開始反應所需要能量，則停止加熱時反應繼續(xù)進行，這就是放熱反應;若反應時放出的熱量不足以提供繼續(xù)反應所需要的能量，則要持續(xù)不斷的加熱反應才能進行，這就是吸熱反應。 例1.下列說法正確的是( ) A.需加熱方能發(fā)生的反應一定是吸熱反應 B.放熱的反應在常溫下一定很易發(fā)生 C.反應是吸熱還是放熱必須看反應物和生成物具有的總能量的相對大小 D.吸熱反應在一定條件下也能發(fā)生 [解析] 明確基本概念是解決問題的關鍵?；瘜W反應的能量變化主要表現(xiàn)為放熱或吸熱。反應是放熱還是吸熱主要取決于反應物和生成物所具有的總能量的相對大小。 放熱反應和吸熱反應在一定條件下都能發(fā)生。反應開始需要加熱的反應，可能是吸熱反應，也可能是放熱反應，放熱的反應在常溫下不一定容易發(fā)生，如煤的燃燒，只有先加熱才能使反應進行。 答案:C、D 2.燃料的充分燃燒 (1)能源的劃分: 按能源提供的方式，能源可劃分為一級能源和二級能源。自然界以現(xiàn)成方式提供的能源稱為一級能源;需依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二級能源?；剂?，包括煤、石油、天然氣等，屬一級能源，同時也是一次性能源、非再生能源。而風能、水能、柴草、木材等一級能源，同時也是可再生能源;但電能屬于二級能源。 (2)燃料充分燃燒的條件: ①燃燒時有足夠的空氣。(但空氣不可過多，否則將帶走部分熱量，造成浪費) ②燃料和空氣要充分接觸。(可以改變燃料分散程度，或采用“逆流原理”等。) (3)燃料不充分的危害: ①產生的熱量減少，造成資源浪費。 ②產生污染物，造成環(huán)境污染(如產生酸雨等)。 (4)煤的充分利用: ①新型煤粉燃燒器(燃燒效率≥95%) ②煤的氣化、液化。 ③轉化為水煤氣或干餾煤氣:(C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g))。 例2.煤在爐子里燒的很旺時，續(xù)了一塊煤就立即封上了，在有氧氣的條件下，有時會看到爐火熄滅了，試解釋原因? [解析] 物質燃燒需要具備兩個條件: (1)溫度達到可燃物的著火點。 (2)與氧氣接觸。本題中已有氧氣，因此應從溫度方面考慮。考慮C+O2 CO2放出熱量，而CO2+C 2CO吸收熱量。當吸收熱量多于放出的熱量時，體系的溫度就會降低，當溫度降到C的著火點以下時，爐火就熄滅了。 3.煤炭的綜合利用 煤是由無機物和有機物組成的復雜的混合物，在國民經濟中占重要地位。煤炭直接燃燒，不僅產生大量煙塵、一氧化碳、含氮的氧化物等大氣污染物，而且煤中含有硫元素，燃燒時會生成二氧化硫，是產生酸雨的主要原因。同時因煤中含有大量的有機物，直接燃燒會造成資源的巨大浪費。因此，發(fā)展?jié)崈裘杭夹g，減少污染物的排放，提高煤炭利用率，節(jié)約能源，成為國際上的重要研究課題。 煤炭的綜合利用主要有以下途徑。 (1)煤的氣化，液化 原理: C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) 用途: 工業(yè)制備氫氣的一種重要方法。 CO和H2還可以合成液體燃料甲醇(重要的燃料和化工原料) CO+2H2 CH3OH(液體) (2)高溫干餾: 把煤隔絕空氣加強熱，使其分解生成焦炭，煤焦油和焦爐氣。焦炭用于冶金，如煉鐵、制電石等。 煤焦油進一步處理可得多種化工原料，用于制備染料、農藥、醫(yī)藥等。焦爐氣可做氣體燃料。 (3)加生石灰脫硫: 對于煙煤，如直接燃燒常常加少許生石灰脫硫，以防止SO2污染大氣，反應方程式是:CaO+SO2 CaSO3, 2CaSO3+O2 2CaSO4 例3.能源可劃分為一級能源和二級能源。自然界以現(xiàn)成方式提供的能源稱為一級能源;需依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二級能源。氫氣是一種高效而沒有污染的二級能源，它可以由自然界中大量存在的水來制取: 2H2O(1) 2H2(g)+O2(g) 該反應要吸收大量的熱。 根據(jù)上述內容回答下列問題: (1)下列敘述正確的是( ) A.電能是二級能源 B.水力是二級能源 C.天然氣是一級能源 D.水煤氣是一級能源 (2)關于用水制取二級能源氫氣，以下研究方向不正確的是( ) ①構成水的氫和氧都是可以燃燒的物質，因此可研究在水不分解的情況下，使氫氣成為二級能源; ②設法將太陽光聚焦，產生高溫，使水分解產生氫氣; ③尋找高效催化劑，使水分解產生氫氣，同時釋放能量; ④尋找特殊催化劑，用于開發(fā)廉價能源，以分解水制取氫氣。 A.① B.②③ C.②④ D.①③ [解析] 能源問題是當今化學界研究的熱點問題，這方面的考查題目也成為熱點。 (1) 由題給信息可知:水力、天然氣是一級能源。電能是依靠煤燃燒的熱能或水風能、核能等轉化而制得能源;水煤氣是CO和H2的混合氣，它是由焦炭和水蒸氣在高溫下反應生成。故電能和水煤氣均是二級能源。 答案:AC (2) 水本身并不能燃燒，水分解后生成的H2才可以燃燒放出熱量，而水的分解是吸熱反應，在發(fā)生吸熱反應時，反應物需要吸收能量才能轉化為生成物。 答案:D 說明: 化學變化中的能量變化，雖然內容淺顯，但由于能源問題已成為社會熱點問題，因此，有關化學變化中的能量轉換方面試題是高考命題的焦點。又由于這部分知識與生活、生產、科研，與物理學中的“熱”，與生物學中的“能量傳遞”密切相關，有關能量的學科間綜合將成為理科綜合命題的結合點。 例4.航天飛機用鋁粉與高氯酸銨(NH4ClO4)的混合物為固體燃料，點燃時，鋁粉氧化放熱引發(fā)高氯酸銨反應，其方程式可表示為:2NH4ClO4=N2↑+4H2O+Cl2↑+2O2↑+熱量，下列對此反應敘述錯誤的是( ) A.上述反應屬于分解反應 B.上述反應瞬間產生的大量高溫氣體推動航天飛機飛行 C.反應從能量變化上說，主要是化學能轉變?yōu)闊崮芎凸δ?D.在反應中高氯酸銨只起氧化劑作用 [解析] 本題把化學反應中的能量變化與化學反應基本概念(分解反應，氧化還原反應)以及物理學中的動能聯(lián)系起來，有一定的綜合性。 具體分析: 2NH4ClO4=N2↑+4H2O+Cl2↑+2O2↑+熱量這個反應，它是分解反應，同時產生的大量高溫氣體是推動航天飛機飛行的動力。從能量變化的角度分析，主要是化學能轉變?yōu)闊崮芎蛣幽?。至于高氯酸銨在反應中的作用，由于Cl元素的化合價由 → ，N元素的化合價從 → ，O元素的化合價從 → ，故NH4ClO4在反應中既是氧化劑，又是還原劑。 答案:D 〔學科內綜合〕 化學反應一定伴有2個變化，①物質的變化，②能量的變化。因此，化學變化中的能量變化，貫穿于整個高中化學教學的全過程。 例5.一定量的無水酒精(C2H5OH)完全燃燒時放出的熱量Q，它所生成的CO2用過量的飽和石灰水完全吸收可得100gCaCO3沉淀，則完全燃燒46g無水酒精時放出的熱量是( ) A.0.5Q B.Q C.2Q D.5Q [解析] 此題的兩個化學反應為: C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O， CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O， 由反應可知有以下關系式 C2H5OH→2CO2→2CaCO3， 如設生成100gCaCO3沉淀需酒精xg 則 C2H5OH ~ 2CaCO3 46 200 x 100 46∶200=x∶100 解得x=23g。 即:生成100gCaCO3沉淀需燃燒23g酒精，放出的熱量為Q，則燃燒46g無水酒精時，放出的熱量應為2Q。