学年高中化学专题1化学反应与能量变化第一单元第3课时能源的充分利用学案选修4.docx
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学年高中化学专题1化学反应与能量变化第一单元第3课时能源的充分利用学案选修4
能源的充分利用
[核心素养发展目标] 1.宏观辨识与微观探析：
在理解反应热和中和热的基础上，从宏观上理解辨识标准燃烧热的概念，能正确书写关于燃烧的热化学方程式，学会关于标准燃烧热的相关计算。
2.科学态度与社会责任：
在日常生活和化工生产中，形成科学合理利用化学反应中能量变化的意识和能源节约意识，认识化学在解决能源危机中的重要作用。
一、标准燃烧热和热值
1．标准燃烧热
在101kPa下，1mol物质完全燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热。
完全燃烧是指物质中含有的N转化为N2（g），H转化为H2O（l），C转化为CO2（g）。
2．标准燃烧热的计算
由标准燃烧热定义可知：
25℃、101kPa时，可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其标准燃烧热，即Q放＝n（可燃物）×|ΔH|；或变换一下求物质的标准燃烧热：
ΔH＝
－
。
此公式中的ΔH是指物质的标准燃烧热，而不是指一般反应的反应热。
3．热值
1g物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。
例1
（2018·宁波市咸祥中学期中）小明从表中提供的信息中，得出以下几个结论，其中正确的是（ ）
几种燃料的热值（J·kg－1）
柴油4.3×107
焦炭3.0×107
酒精3.0×107
氢1.4×108
汽油4.6×107
煤气约3.9×107J·m－3
木炭3.4×107
沼气1.9×107J·m－3
A.热值大的燃料燃烧时放出的热量多
B．1kg汽油燃烧时放出的热量是4.6×107J
C．木炭燃烧不充分时其热值会变小
D．2m3的沼气完全燃烧时放出的热量是3.8×107J
答案 D
解析 热值大的燃料燃烧时，若不充分燃烧或燃料的质量小，放出的热量不一定多，故A错误；1kg汽油完全燃烧时放出的热量是4.6×107J，因没有说明是完全燃烧，故B错误；热值是1g某种燃料完全燃烧放出的热量，木炭燃烧不充分时，放出的热量少，但热值不变，故C错误；2m3的沼气完全燃烧时放出的热量Q放＝2m3×1.9×107J·m－3＝3.8×107J，故D正确。
例2
计算填空：
（1）在25℃、101kPa时，H2在1.00molO2中完全燃烧生成2.00molH2O（l）放出571.6kJ的热量。
H2的标准燃烧热为。
（2）已知：
CH4的标准燃烧热是ΔH＝－890kJ·mol－1，H2和CH4混合气体112L（标准状况下）完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为3695kJ，则混合气体中H2和CH4的体积比为。
答案
（1）285.8kJ·mol－1
（2）1∶3
解析
（1）H2的标准燃烧热应以燃烧1molH2为标准，当H2完全燃烧生成2.00molH2O（l）时，需燃烧2.00molH2，故H2的标准燃烧热为
＝285.8kJ·mol－1。
（2）设混合气体中H2和CH4的物质的量分别为x和y，则有：
解之得：
x≈1.25mol，y＝3.75mol
则n（H2）∶n（CH4）＝1∶3。
方法技巧——混合物燃烧的相关计算
（1）利用标准燃烧热求混合物组成，常见的方法有列方程组法、十字交叉法、估算法。
其中十字交叉法是进行两组混合物平均量与组分量计算的一种简便方法。
（2）求混合物燃烧所放出的热量时，应首先根据混合物的比例，求出各组分的物质的量，再根据对应的热化学方程式求出各组分放出的热量，最后求放出的总热量。
基本思路是“先分后合”，即先分开求热量，再将热量加起来得总热量。
相关链接
反应热、标准燃烧热和中和热的比较
反应热
标准燃烧热
中和热
概念
化学反应过程中当反应物和生成物具有相同温度时，所吸收或放出的热量
101kPa时，1mol物质完全燃烧的反应热
在稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1mol液态水时所放出的热量
能量的变化
放热或吸热
放热
放热
ΔH的大小
放热时，ΔH＜0；
吸热时，ΔH＞0
ΔH＜0
ΔH＜0
反应条件
一定压强下
101kPa
稀溶液
反应物的量
不限
1mol纯物质
不一定是1mol
生成物的量
不限
不限
1mol液态水
二、能源
1．能源的概念及其分类
（1）能源的概念
能源是可以提供能量的自然资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐等。
（2）能源的分类
分类依据
种类
举例
转换过程
一次能源
太阳能、风能、化石燃料、地热能、潮汐能等
二次能源
电能、氢能、石油加工产品、煤的加工产品等
使用历史
常规能源
化石燃料
新能源
太阳能、风能、核能、氢能、生物质能等
能源性质
可再生能源
太阳能、风能、氢能、生物质能
不可再生能源
化石燃料、核能
2.化石燃料和新能源
（1）化石燃料的弊端：
蕴藏量有限、不能再生；利用率低；污染环境，特别是会造成酸雨和温室效应。
（2）太阳能是能量巨大的清洁能源，缺点是能量密度小，受地域和季节的影响大。
（3）氢能有三大优点：
一是燃烧热值高，二是资源丰富，三是无毒、无污染。
缺点是储存、运输困难。
3．能源危机的解决方法
开发新能源，节约现有能源，提高能源的利用率。
（1）沼气和天然气的主要成分都是甲烷，沼气是可再生能源，天然气是不可再生能源。
（2）未来最理想的新能源是氢能。
例3
“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是（ ）
A．煤炭、汽油、潮汐能B．水能、生物质能、天然气
C．太阳能、风能、沼气D．地热能、海洋能、核能
答案 C
解析 煤炭、天然气属于化石燃料，属于不可再生能源，也不是新能源，A、B项错误；地热能来自地球本身，绝大多数海洋能来自太阳能，核能来自原子核的裂变，D项错误。
例4
能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，常规能源的合理利用和新能源的合理开发是当今社会人类面临的严峻课题，回答下列问题：
（1）我国是世界上少数以煤为主要燃料的国家，下列关于煤作燃料的论点正确的是（填字母）。
A．煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单燃烧掉太可惜，应该综合利用
B．煤是发热很高的固体燃料，我国煤炭资源相对集中，开采成本低，用煤作燃料实惠
C．煤燃烧时生成大量的SO2和烟尘，对环境污染严重
D．通过洁净煤技术，如煤的气化和液化，以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的利用率
（2）根据“绿色化学”的思想，为了制备氢气，某化学家设计了下列化学反应步骤：
①CaBr2＋H2O
CaO＋2HBr
②2HBr＋Hg
HgBr2＋H2↑
③HgBr2＋CaO
HgO＋CaBr2
④2HgO
2Hg＋O2↑
上述过程的总反应可表示为。
（3）也有人认为利用氢气作为能源不太现实。
你的观点呢？
请说明能够支持你的观点的理由：
。
答案
（1）ACD
（2）2H2O
2H2↑＋O2↑
（3）不现实，理由是现有的制取氢气的方法耗能太大，制取的成本太高，另外氢气的熔、沸点太低，给储存和运输带来很大困难（或：
现实，制取氢气用水为原料，来源丰富；氢气燃烧的产物是水，不会给环境带来任何污染等）
解析
（1）煤是一种化石燃料，也是一种重要的化工原料，属于不可再生能源，把煤作燃料简单燃烧是一种浪费，并且煤燃烧时生成的SO2和烟尘会对环境造成污染，通过洁净煤技术，如煤的气化和液化，以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤的污染，还能提高煤燃烧的热利用率。
（2）将（①＋②＋③）×2＋④得到：
2H2O
2H2↑＋O2↑。
思维启迪
能源是人类生存和发展的重要支撑因素，我们要科学合理地使用常规能源，不断开发利用新能源，寻找解决能源危机的新方法、新措施，增强科学态度意识和社会责任意识。
相关链接
（1）能源及其重要作用
能源就是能提供能量的资源，它包括化石燃料（煤、石油和天然气）、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。
能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，它的开发和利用情况，可以用来衡量一个国家或地区的经济发展和科技水平。
（2）我国的能源状况
①能源种类。
我国目前使用的能源主要是化石燃料、水能和核能，人均值很低，核能的原料铀的含量很低，仅够4000万千瓦的核电站运行30年。
②能源的总消费量和人均消费量。
我国能源的总消费量和人均消费量从改革开放到1995年逐年增加，从1995年开始有减小的趋势，主要原因是实施了开源节流的措施。
③能源利用率。
我国总的能源利用率只有9%，低于发达国家水平，所以节约能源的空间很大。
（3）解决能源危机的措施
①开源节流，提高能源的利用率。
调节和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比例，节约油气资源，加大科技投入。
②新能源的开发。
太阳能、风能和氢能等是最有希望的新能源。
这些新能源资源丰富，可以再生，且使用时几乎没有污染。
1．（2018·宁波市咸祥中学期中）①101kPa时，2C（s）＋O2（g）===2CO（g） ΔH＝－221kJ·mol－1
②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＝－572kJ·mol－1
③稀溶液中，H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l） ΔH＝－57.3kJ·mol－1
下列结论正确的是（ ）
A．碳的标准燃烧热等于110.5kJ·mol－1
B．氢气的热值为143kJ·g－1
C．浓硫酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水，放出57.3kJ热量
D．稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1mol水，放出57.3kJ热量
答案 B
2．（2018·杭州学军中学期中考试）以下几个热化学方程式能表示相应物质的标准燃烧热的是（ ）
A．C（s）＋
O2（g）===CO（g） ΔH＝－110.5kJ·mol－1
B．C（s）＋O2（g）===CO2（g） ΔH＝－393.5kJ·mol－1
C．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l） ΔH＝－571.6kJ·mol－1
D．CH3OH（g）＋
O2（g）===CO2（g）＋2H2（g） ΔH＝－193.0kJ·mol－1
答案 B
解析 表示标准燃烧热的热化学方程式应满足以下两点：
一是物质完全燃烧并形成稳定的氧化物，二是发生燃烧的物质的化学计量数必须是1。
A项，碳没有完全燃烧，错误；C项，H2的化学计量数不是1，错误；D项，CH3OH的燃烧产物应是CO2与液态水，而不是CO2与H2，错误。
3．1.5g火箭燃料二甲基肼（H3C—NH—NH—CH3）完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出50kJ热量，则二甲基肼的标准燃烧热为（ ）
A．1000kJ·mol－1B．1500kJ·mol－1
C．2000kJ·mol－1D．3000kJ·mol－1
答案 C
解析 由二甲基肼的摩尔质量为60g·mol－1知，n＝
＝
mol，所以1mol二甲基肼完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出的热量为2000kJ，即标准燃烧热为2000kJ·mol－1。
4．氢气（H2）、一氧化碳（CO）、辛烷（C8H18）、甲烷（CH4）燃烧的热化学方程式分别为
H2（g）＋
O2（g）===H2O（l） ΔH＝－285.8kJ·mol－1
CO（g）＋
O2（g）===CO2（g） ΔH＝－282.9kJ·mol－1
C8H18（l）＋
O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l） ΔH＝－5518kJ·mol－1
CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l） ΔH＝－890.3kJ·mol－1
相同质量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃烧时，放出热量最少的是（ ）
A．H2（g）B．CO（g）C．C8H1
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