12燃烧热能源学案人教版选修4.docx

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12燃烧热能源学案人教版选修4

第二节　燃烧热　能源

重难点一关于燃烧热的理解

1．对“稳定的化合物”的理解

常温、常压下，1mol纯可燃物燃烧时生成不稳定的化合物时，放出的热量不是燃烧热。

“稳定的化合物”是指在常温、常压能稳定存在且不能再燃烧的物质。

如，C燃烧的稳定产物是CO2而不是CO；H2燃烧的稳定产物是液态水，而不是气态水。

2．燃烧热的表述方法

燃烧热是反应热的一种。

由于燃烧是放热反应，故用文字表述时用“正值”，但用ΔH表示时必须注明符号。

如：

CH4的燃烧热为890.31kJ/mol或ΔH＝－890.31kJ/mol。

特别提醒　①中和热的表述方法和燃烧热相似。

②一般反应的反应热表述时，无论用文字还是ΔH，都必须注明“＋”“－”。

3．燃烧热的热化学方程式的书写：

书写表示燃烧热的热化学方程式时，应以燃烧1mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。

例如：

C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）　ΔH＝－5518kJ/mol，即C8H18的燃烧热为5518kJ/mol。

4．燃料燃烧放出热量的计算

Q＝可燃物物质的量×燃烧热。

重难点二燃烧热和中和热的区别与联系

燃烧热

中和热

相同点

能量变化

放热反应

ΔH及其单位

ΔH<0，kJ/mol

不同点

反应物的量

1mol

不一定为1mol

生成物的量

不一定为1mol

1mol

反应热

的含义

25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物时所放出的热量

在稀溶液里，强酸与强碱发生中和反应生成1mol水时所释放的热量

注意　中和热是以生成1mol水所放出的能量来测定的，因此书写它们的热化学方程式时，应以生成1molH2O为标准来配平其余物质的化学计量数；而燃烧热是以1mol可燃物质为标准，故书写燃烧热的热化学方程式时，应以此为标准配平，其他反应物、生成物的化学计量数既可用整数表示，也可用分数来表示。

重难点三能源

1．能源的类型

凡是能提供某种形式能量的物质，或是物质的运动，统称为能源。

它是人类取得能量的来源，包括已开采出来的可供使用的自然资源与经过加工或转移的能量的来源。

能源的分类方法有多种：

（1）一次能源和二次能源

从自然界直接取得的天然能源叫一次能源，如原煤、原油、流过水坝的水等；一次能源经过加工转换后获得的能源称为二次能源，如各种石油制品、煤气、蒸汽、电力、氢能、沼气等。

（2）常规能源与新能源

在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛利用的能源称为常规能源，如煤、石油、天然气、水能、生物质能等；随着科技的不断发展，才开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发展的利用先进技术所获得的能源都是新能源，如核聚变能，用以发电的风能、太阳能、海洋能等。

（3）可再生能源和非再生能源

可连续再生、永久利用的一次能源称为可再生能源，如水能、风能等；经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称之为非再生能源，如石油、煤、天然气等。

2．新能源的特点及开发应用

为应对能源危机，满足不断增大的能源需求，现在正探索的新能源有：

太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等。

新能源

优点

缺点

太阳能

能量巨大、清洁、充足，不需要开采、运输

能量密度低

开发成本高

稳定性差

氢能

燃烧热值高

资源丰富

无毒、无污染

储存、运输困难

地热能

蕴藏量丰富

正开发之中

风能

能量巨大

不稳定，受地区、季节、气候影响甚大

例1

　下列关于热化学反应的描述中正确的是（　　）

A．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ/mol，则H2SO4和Ca（OH）2反应的中和热

ΔH＝2×（－57.3）kJ/mol

B．CO（g）的燃烧热是283.0kJ/mol，则2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）反应的ΔH＝2×283.0kJ/mol

C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

D．1mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热

答案　B

解析　中和热是以生成1molH2O作为标准的，因此A不正确；燃烧热是指1mol燃料完全燃烧生成稳定化合物所放出的热量，因此B正确，D不正确；有些反应需加热才能发生，但却是放热反应，例如燃料的燃烧需点燃引发才能发生，但却是放热反应。

例2

　25℃、1.01×105Pa，下列哪个反应放出的热量表示乙炔的燃烧热（单位：

kJ/mol）（　　）

A．2C2H2（g）＋5O2（g）===4CO2（g）＋2H2O（g）

ΔH＝akJ·mol－1

B．C2H2（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）

ΔH＝bkJ·mol－1

C．C2H2（g）＋

O2（g）===2CO（g）＋H2O（g）

ΔH＝ckJ·mol－1

D．C2H2（g）＋

O2（g）===2CO（g）＋H2O（l）

ΔH＝dkJ·mol－1

答案　B

解析　只有1mol乙炔完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量才能表示乙炔的燃烧热。

燃烧热和中和热是特定的反应热，前者是以1mol可燃物为基础，后者是以生成物H2O为1mol作为基准；反应热以热化学方程式为基准，对反应物和生成物没有固定的要求。

例3

　信息背景：

我国面临着常规能源资源约束、过分依赖煤炭污染严重、能源利用效率低等问题，我国每吨标准煤的产出效率仅相当于欧盟的16.8%。

据报道，国家重点工程“安庆油改煤”的煤气化装置于11月18日一次投料点火成功。

阅读以上信息，解答下列问题：

（1）2006年6月5日是第35个世界环境日。

联合国环境规划署（UNEP）确定2006年世界环境日的主题为：

“沙漠和荒漠化”。

中国国家环保总局近日对外发布了2006年世界环境日中国主题——“生态安全与环境友好型社会”，下列措施不符合这一主题的是（　　）

A．氢气是清洁的能源，可以利用丰富的煤发电，然后电解水得到氢气作为能源

B．改革传统采煤时将煤层气（瓦斯，主要成分是甲烷）直接排入空气的做法，采用先开采和综合利用煤层气，然后再采煤的方法

C．推广使用液化石油气（LPG）替代汽油和柴油作公交车和出租车的燃料

D．逐渐在全国各省推广使用乙醇汽油

（2）“油改煤”的关键技术是煤的气化，而目前煤的气化主要是煤中的碳和水蒸气的反应：

C＋H2O===CO＋H2，该反应是一个吸热反应，反应所需的能量一般是由间歇进行的碳的燃烧（氧气用空气代替）来提供的：

C＋O2===CO2。

关于该过程的说法不正确的是（　　）

A．第一个反应需要吸热，所以煤的气化从能量角度来看，得不偿失

B．煤的气化可以减少煤直接燃烧对环境造成的粉尘污染

C．煤气化后作为燃料，燃烧充分，热利用率高

D．上述两个反应后的混合气体中除去CO、CO2就是合成氨的两种原料气

答案　

（1）A　

（2）A

解析　

（1）不符合“生态安全与环境友好”主题的选项是A，因为人们对能源的利用率不是100%，所以用煤燃烧发电，再用电来电解水经过两步，热必造成大量能源的浪费和因为燃烧煤而造成的环境污染。

（2）虽然在煤的气化过程中，会有一部分煤的潜在能量受到损失，但由于加工后得到的气态燃料的热利用率高，而且比较清洁，因此从总体来看，将煤气化或液化后再使用，还是比较合理的，故A错误，B、C正确；由于反应C＋O2===CO2中的氧气是用空气代替的，所以反应后的混合气体中有N2、CO2、CO和H2等，其中含有合成氨的原料气N2和H2，故D正确。

　应根据什么标准来选择燃料？

举例说明。

点拨　选择燃料可以从以下几个方面确定其优劣：

①物质的燃烧热；②燃料的储量；③燃料的开采、运输；④燃料储存的条件、价格；⑤燃料对生态环境的影响。

例如：

液化石油气中的丙烷，燃烧热值高，地下石油储量丰富，开采较容易，燃烧时产生CO2和H2O，对环境污染小，缺点是储存、运输不方便。

1．燃烧热的数据可帮助人们：

（1）选择燃料；

（2）根据燃料的储量及对生态环境的影响去选择；（3）考虑燃料的开采、运输费用；（4）考虑储存的条件及燃料的价格去选择。

如甲烷、乙烷、丙烷、甲醇、乙醇、氢气的燃烧热值均很高，它们都是良好的燃料。

2．

（1）甲醇、乙醇的燃烧热值较大；

（2）其燃烧产物对环境污染小；（3）两者充分燃烧，能源利用率高；（4）乙醇可以再生。

3．优点：

（1）燃烧热值高；

（2）资源丰富；（3）燃烧产物无毒、无污染。

问题：

以水为资源获得廉价、丰富的氢能的技术以及存储、运输等技术还有待突破。

前景：

H2将成为未来的主要能源。

4．甲烷是一种优质的燃料，它存在于天然气中，但探明的天然气矿藏有限，这是人们所担心的。

现已发现海底存在大量水合甲烷，其储量约是已探明的化石燃料的2倍。

如果找到了适用的开采技术，将大大缓解能源危机。

5．如图所示，可以看出生产1t铝消耗的能源大于同时生产1t锌、铅、铁和钢、铜、水泥的能源。

在上述工业原料中，能源单耗最大的是铝；水泥和钢铁产量最大，因而总耗能最大的是水泥和钢铁。

在生产过程中可以节约原料，加强废旧钢铁、铝、铜、锌器件的回收、利用。

6．以载50人计算，耗油量：

私人汽车为

×公交车×25＝5公交车；排出的污染物：

私人汽车为

×公交车×25＝5公交车。

即从耗油量及排出的污染物来看，在城市交通中应更多发展公交车，减少私人汽车的拥有量，以便更好地节约能源、减少污染、保护环境。

1．21世纪人类正由“化石能源时代”逐步向“多能源时代”过渡，下列不属于新能源的是（　　）

A．电力　　　B．核能　　　C．太阳能　　D．氢能

答案　A

2．已知热化学方程式

①H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ/mol

②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）　ΔH＝－483.6kJ/mol

③H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）　ΔH＝－285.8kJ/mol

④2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ/mol

则H2的燃烧热为（　　）

A．241.8kJ/mol　　　B．483.6kJ/molC．285.8kJ/molD．571.6kJ/mol

答案　C

3．下列说法中不正确的是（　　）

A．化石燃料在任何条件下都能充分燃烧

B．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

C．直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效果好

D．固体煤变为气体燃料后，燃烧效率将提高

答案　A

解析　充分燃烧必须有一定的条件，如：

足够且适量的空气，固体粉碎等。

化石燃料燃烧不充分会产生CO，且含有S元素，不经处理燃烧产物中含有的SO2等而污染空气。

将煤综合利用，可通过煤的气化和液化，即可防止污染，又提高燃烧效率。

4．我国首条纤维乙醇生产线——河南天冠集团3000吨级纤维乙醇项目，在镇平开发区开工奠基。

这一项目打破了过去单纯以粮食类原料生产乙醇的历史，使利用秸秆类纤维质原料生产乙醇成为现实。

下列有关说法中不正确的是（　　）

A．用这种纤维乙醇部分替代成品油，有助于缓解日益增长的成品油需求

B．这一项目不仅使秸秆类废物得到科学利用，而且能为国家节约大量粮食

C．乙醇能部分替代汽油作车用燃料是因为乙醇与汽油组成元素相同，化学成分相似

D．掺入10%燃料乙醇的乙醇汽油可以使汽车尾气中一氧化碳排放量下降

答案　C

解析　乙醇是烃的含氧衍生物，组成元素有C、H、O，而石油主要是烃类物质，组成元素只有C、H，故C项错误。

5．已知3.0g乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98kJ，则下列乙烷燃烧热的热化学方程式书写正确的是（　　）

A．2C2H6（g）＋7O2（g）===4CO2（g）＋6H2O（l）

ΔH＝－2119.6kJ/mol

B．C2H6（g）＋

O2（g）===2CO（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1559.8kJ/mol

C．C2H6（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）

ΔH＝－1559.8kJ/mol

D．C2H6（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1559.8kJ/mol

答案　D

解析　1mol乙烷完全燃烧放出的热量为

×155.98kJ＝1559.8kJ，则其燃烧热为

1559.8kJ/mol，A项C2H6是2mol，B项中C2H6未完全燃烧，C项中水是气态，故A、B、C项均不正确。

6．化学反应过程中发生物质变化的同时，常常伴有能量的变化。

这种能量的变化常以热量的形式表现出来，叫做反应热。

由于反应的情况不同，反应热可以分为许多种，如燃烧热和中和热等。

（1）下列ΔH表示物质燃烧热的是__________；表示物质中和热的是E。

（填“ΔH1”、“ΔH2”或“ΔH3”等）

A．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH1

B．C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH2

C．CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH3

D．C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH4

E．C6H12O6（s）＋6O2（g）===6CO2（g）＋6H2O（l）　ΔH5

F．NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）　ΔH6

G．2NaOH（aq）＋H2SO4（aq）===Na2SO4（aq）＋2H2O（l）　ΔH7

H．CH3COOH（aq）＋NaOH（aq）===CH3COONa（aq）＋H2O（l）　ΔH8

（2）2.00gC2H2气体完全燃烧生成液态水和CO2气体，放出99.6kJ的热量，写出该反应的热化学方程式

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）充分燃烧一定量的丁烷，放出的热量大小为Q，生成的CO2恰好与100mL5mol/L的KOH溶液完全反应，则燃烧1mol丁烷放出的热量为____________。

答案　

（1）ΔH4、ΔH5　ΔH6

（2）C2H2（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）

ΔH＝－1294.8kJ/mol

（3）8Q或16Q

城市使用的燃料，现大多用煤气、液化石油气。

煤气的主要成分是一氧化碳和氢气的混合气，它由煤炭与水（蒸气）反应制得，故又称水煤气。

（1）试写出制取水煤气的主要化学方程式：

______________。

（2）液化石油气的主要成分是丙烷，丙烷燃烧的热化学方程式为：

C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝－2219.9kJ/mol

已知CO气体燃烧的热化学方程式为：

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ/mol

试比较相同物质的量的C3H8和CO燃烧，产生的热量比值约为________。

（3）已知氢气燃烧的热化学方程式为：

2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ/mol

试比较相同质量的氢气和丙烷燃烧，产生的热量比值约为________。

（4）氢气是未来的能源，除产生的热量大之外，还具有的优点是__________。

答案　

（1）C＋H2O（g）

CO＋H2

（2）7.844∶1　（3）2.832∶1　（4）①不产生CO2，不会造成“温室效应”；②H2来源丰富；③产物不污染环境

解析　

（2）1molC3H8燃烧放出热量：

2219.9kJ,1molCO燃烧放热283.0kJ，其热量比值为

＝

。

（3）H2、C3H8各取1g

2H2（g）＋O2（g）＝2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ/mol

　4g　　　　　　　　　　　　　571.6kJ

　1g　　　　　　　　　

kJ

1gC3H8燃烧放热

kJ，

故其热量比＝

kJ∶

kJ＝2.832∶1。

1．2007年10月党的十七大报告中提到：

形成节约能源和保护生态环境的产业结构是人类与自然和谐发展的重要保证，你认为下列行为中有悖于这一保证的是（　　）

A．开发太阳能、水能、风能等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料

B．研究采煤、采油新技术，提高产量以满足工业生产的快速发展

C．在农村推广使用沼气

D．减少资源消耗、增加资源的重复使用和资源的循环再生

答案　B

2．下列叙述中正确的是（　　）

A．在稀溶液中，1mol酸和1mol碱完全反应所放出的热量，叫做中和热

B．在101kPa时，1mol物质燃烧时所放出的热量叫做该物质的燃烧热

C．热化学方程式中，各物质前的化学计量数不表示分子个数

D．如果反应物所具有的总能量小于生成物所具有的总能量，则发生的反应是放热反应

答案　C

解析　A、B两项要注意对中和热、燃烧热概念的理解，前者是以稀的强酸、强碱反应生成1molH2O为标准，后者以1mol纯可燃物完全燃烧，生成稳定的化合物为标准；D项中反应物能量低于生成物能量，反应过程中需吸收能量，即为吸热反应。

3．下列有关能量转换的说法正确的是（　　）

A．煤燃烧是化学能转化为热能的过程

B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能

C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程

D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程

答案　AB

解析　煤燃烧是将化学能转化为热能的过程；化石燃料和植物燃料中的能量均来自太阳能；动物体内葡萄糖被氧化生成CO2，是将化学能转化为热能的过程；植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖，是太阳能转化为化学能的过程。

因此只有A、B正确。

4．2008年9月25日，“神州七号”载人飞船成功升空，实现了华夏民族千百年来的航天梦。

航天飞船可用肼（N2H4）和过氧化氢（H2O2）为动力源。

已知1g液态肼和足量液态过氧化氢反应生成氮气和水蒸气时放出20.05kJ的热量。

下列说法中错误的是（　　）

A．该反应中肼作还原剂

B．液态肼的燃烧热为20.05kJ/mol

C．该动力源的突出优点之一是反应产物对环境无污染

D．肼和过氧化氢反应的热化学方程式为：

N2H4（l）＋2H2O2（l）===N2（g）＋4H2O（g）　

ΔH＝－641.6kJ/mol

答案　B

解析　从元素化合价变化看，

H4―→

2，被氧化，N2H4作还原剂，A项正确；由于1g液态肼与足量液态过氧化氢反应放热20.05kJ，则1molN2H4（l）参加反应放热20.05kJ×32＝641.6kJ，故D项正确；反应产物为N2和H2O故不会造成污染，C项正确；由于生成气态水，与燃烧热的概念不符，B项错误。

5．一些烷烃的燃烧热如下表：

化合物

燃烧热/kJ/mol

化合物

燃烧热/kJ/mol

甲烷

891.0

正丁烷

2878.0

乙烷

1560.8

异丁烷

2869.6

丙烷

2221.5

2甲基丁烷

3531.3

下列表达正确的是（　　）

A．正戊烷的燃烧热大约是3540kJ/mol

B．热稳定性：

正丁烷>异丁烷

C．乙烷燃烧的热化学方程式为：

2C2H6（g）＋7O2（g）===4CO2（g）＋6H2O（g）　ΔH＝－1560.8kJ/mol

D．相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多

答案　A

解析　由正丁烷和异丁烷的燃烧热数据可推出正戊烷比2甲基丁烷的燃烧热略大些，A正确；正丁烷和异丁烷燃烧生成等量的相同的物质，即生成新化学键时所放出的热量相等，1mol正丁烷完全燃烧放出的热量比1mol异丁烷完全燃烧放出的热量多，即1mol正丁烷与O2反应时断键所吸收的能量比1mol异丁烷与O2反应断键所吸收的能量少，从而说明正丁烷的热稳定性小于异丁烷；C项中的ΔH＝－3121.6kJ/mol且H2O应为液态；D项1gCH4燃烧放出55.69kJ的热量，1gC2H6燃烧放出52.03kJ的热量，D项错误。

6．一定量的无水乙醇完全燃烧时放出的热量为Q，它所生成的CO2用过量饱和石灰水完全吸收可得100g沉淀CaCO3，则完全燃烧46g无水乙醇时放出的热量为（　　）

A．0.5QB．QC．2QD．5Q

答案　C

解析　根据元素守恒：

CaCO3～CO2～

C2H6O～ΔH

进而计算出46g无水乙醇燃烧放出的热量。

7．一定条件下各取1L的CH4和C2H6完全燃烧。

分别放出227.3kJ和394.7kJ热量。

现有甲烷和乙烷混合气体1L在相同条件下完全燃烧放出260.8kJ热量，此混合气体中氢原子和碳原子的物质的量之比为（　　）

A．3.3∶1B．3.5∶1C．3.7∶1D．3.9∶1

答案　C

解析　利用“十字交叉法”或“平均值法”求出CH4和C2H6的体积比（或物质的量之比），

＝

＝

，

＝

＝

。

8．

（1）在101kPa时，4.0g硫粉在氧气中完全燃烧生成二氧化硫，放出27kJ的热量，硫的燃烧热为____________，硫燃烧的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

（2）由氢气和氧气反应生成1mol水蒸气放热241.8kJ，该反应的热化学方程式为________________________________________________________________________。

若1g水蒸气转化为液态水放热2.444kJ，则氢气的燃烧热为________kJ/mol。

答案　

（1）216kJ/mol

S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH＝－216kJ/mol

（2）H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ/mol　285.8

解析　根据题给信息，很容易写出热化学方程式，而计算氢气的燃烧热，则是1molH2完全燃烧生成液态水时释放出的能量：

241.8kJ＋44kJ＝285.8kJ。

9．某学校课外兴趣小组为了研究家用煤的燃烧效率，甲、乙两组运用了两种不同的方法，他们都首先称量煤wg，在实验室中的密闭体系中燃烧，然后分别进行实验：

（已知：

煤的燃烧效率＝

）

甲：

①把燃烧后的气体物质通过足量的澄清石灰水，②________，③干燥，④称量得固体物质质量为ag；

乙：

①把产生的气体通过足量的碱石灰，②通过灼热的CuO（已称量过质量为mg），③称量反应后的固体的质量为bg。

根据上述实验回答下列问题：

（1）甲实验中的步骤②的名称是________；

（2）通过甲组的实验能否得出燃烧效率：

________（填“能”或“否”）；

（3）结合甲、乙的数据可以得出该煤的燃烧效率，该煤的燃烧效率为________（用含w、a、m、b的表达式表示）；

（4）该实验能同时测定出煤中碳的含量吗？

________（填“能”或“否”），碳的含量为________（用含w、a、m、b的表达式表示，如果不能