学年人教版选修4 第1章第2节 燃烧热 能源 学案.docx

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学年人教版选修4第1章第2节燃烧热能源学案

第二节　燃烧热　能源

课程目标

核心素养建构

1.理解燃烧热的概念，掌握有关燃烧热的计算。

2.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。

3.了解使用化石燃料的利弊和新能源的开发。

4.了解化学在解决能源危机中的重要作用。

[知识梳理]

一、燃烧热

1.定义

101__kPa时，1__mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量。

单位：

kJ/mol，ΔH＜0。

2.意义

例如：

C2H2的燃烧热为1299.6kJ/mol，表示在101__kPa时，1__mol__C2H2完全燃烧生成CO2和H2O（l）时放出1299.6kJ的热量。

【自主思考】

1.

（1）可燃物的物质的量发生变化，其燃烧热变吗？

（2）如何配平燃烧热的热化学方程式？

提示　

（1）燃烧热指1mol可燃物燃烧放出的热量，与可燃物的物质的量无关。

（2）先把可燃物的系数定为1，再配平其他物质。

二、能源

1.定义

能提供能量的资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。

2.分类

（1）化石燃料

包括煤、石油、天然气，它们为非再生能源。

（2）新能源

主要有太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等，是可再生能源。

3.解决能源危机的方法

开发新能源，节约现有的能源，提高能源的利用率。

【自主思考】

2.怎样能使燃料充分燃烧？

提示　①要有足够的空气；②燃料与空气有足够大的接触面积。

[效果自测]

1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。

（1）1mol碳在常温常压下燃烧所放出的热量为碳的燃烧热。

（　　）

（2）燃烧热和中和热都是发生化学反应时放出的热量，故它们对应的ΔH＜0。

（　　）

（3）1molH2完全燃烧生成1mol气态水所放出的热量称为氢气的燃烧热。

（　　）

（4）化石燃料主要包括石油、煤和天然气，它们蕴藏无限，可以再生。

（　　）

答案　

（1）×　

（2）√　（3）×　（4）×

2.“能源分类相关图”如图所示，以下能源中符合图中的阴影部分的有________。

①煤炭　②石油　③潮汐能　④水能　⑤生物质能　⑥天然气　⑦太阳能　⑧风能　⑨沼气　⑩地热能　⑪海洋能　⑫核能

答案　⑤⑦⑧⑨

探究、燃烧热的理解及计算

【合作交流】

1.燃烧热中生成稳定的氧化物指什么？

提示　指单质或化合物燃烧后生成的最稳定的氧化物。

2.燃烧热如何表示？

提示　

（1）ΔH＝－QkJ/mol；

（2）燃烧热为QkJ/mol。

3.如何计算可燃物的燃烧热？

提示　燃烧热ΔH＝－

kJ/mol。

【点拨提升】

1.对燃烧热的理解

（1）反应条件：

25℃和101kPa（书中给出的燃烧热数值均为此条件下测得）。

（2）物质的燃烧热要求的是纯物质。

（3）“完全燃烧生成稳定的氧化物”是指单质或化合物燃烧后变为最稳定的氧化物。

完全燃烧时，下列元素要生成对应的氧化物：

C→CO2（g），H→H2O（l），S→SO2（g）。

C→CO不是完全燃烧；而S→SO3，SO3不是燃烧产物；生成的水为液态不能是气态。

例如，C燃烧的热化学方程式为

C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－110.5kJ/mol

C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ/mol

则C的燃烧热为393.5kJ/mol，而不是110.5kJ/mol。

（4）文字叙述燃烧热时，用正值或ΔH表示，例如，CH4的燃烧热为890.3kJ·mol－1或ΔH＝－890.3kJ·mol－1。

2.表示燃烧热的热化学方程式的书写

燃烧热是以1mol纯物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在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，故在表示燃烧热的热化学方程式中常出现分数。

例如，C8H18燃烧的热化学方程式为：

2C8H18（l）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（l）　ΔH＝－11036kJ/mol，C8H18的燃烧热为5518kJ/mol，而不是11036kJ/mol，表示其燃烧热的热化学方程式为：

C8H18（l）＋

O2（g）＝8CO2（g）＋9H2O（l）　ΔH＝－5518kJ/mol。

3.燃烧热的计算

由燃烧热定义可知：

可燃物完全燃烧产生的热量＝可燃物的物质的量×其燃烧热，即Q放＝n（可燃物）×|ΔH|，物质的燃烧热：

ΔH＝－

。

此公式中的ΔH是指物质的燃烧热，而不是指一般反应的反应热。

【特别提醒】　在写热化学方程式时要分清是写可燃物燃烧的热化学方程式还是表示可燃物燃烧热的热化学方程式。

【典题例证】　以下几个热化学方程式，能表示燃烧热的热化学方程式是（　　）

A.C（s）＋

O2（g）===CO（g）　ΔH＝－110.5kJ·mol－1

B.C8H18（l）＋

O2（g）===8CO2（g）＋9H2O（l）　ΔH＝－5518kJ·mol－1

C.2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1

D.H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8kJ·mol－1

解析　A项，C（s）燃烧未生成稳定氧化物CO2（g），故其反应热不能叫燃烧热；B项，符合燃烧热的定义；C项，H2虽然转变成了稳定的氧化物H2O（l），但由于其反应热表示的是2molH2完全燃烧时的热量变化，故不是燃烧热；D项，参加燃烧的H2虽然是1mol，但其生成H2O（g），而不是H2O（l），故它的反应热也不是H2的燃烧热。

答案　B

【变式训练】　已知3.0g乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98kJ，则表示乙烷燃烧热的热化学方程式是（　　）

A.2C2H6（g）＋7O2（g）===4CO2（g）＋6H2O（g）

ΔH＝－3119.6kJ·mol－1

B.C2H6（g）＋

O2（g）===2CO（g）＋3H2O（g）

ΔH＝－1559.8kJ·mol－1

C.C2H6（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）

ΔH＝－1559.8kJ·mol－1

D.C2H6（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1559.8kJ·mol－1

解析　由于燃烧热的热化学方程式应以1mol燃料为标准书写且生成的水为液态，故A错误；B中的燃烧产物CO不是C2H6完全燃烧后的稳定氧化物，H2O的状态不应为气态而应为液态，B错误；常温下水为液态，则C错误。

答案　D

1.下列关于燃烧热的说法中正确的是（　　）

A.1mol物质燃烧所放出的热量

B.常温下，可燃物燃烧放出的热量

C.在25℃、1.01×105Pa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量

D.燃烧热随化学方程式前的化学计量数的改变而改变

解析　燃烧热是指在25℃、1.01×105Pa时，1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量。

答案C

2.下列有关能量转换的说法不正确的是（　　）

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是化学能转变成热能的过程

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

解析　C选项中，葡萄糖被氧化放出热量，化学能转化为热能，正确；D选项，应该是太阳能转化为化学能，不正确。

答案　D

3.下列说法中正确的是（　　）

A.物质燃烧放出的热量是燃烧热

B.1molC燃烧生成CO时放出的热量就是C的燃烧热

C.1molH2燃烧生成水时放出的热量是H2的燃烧热

D.相同条件下，1molH2O（l）完全分解吸收的热量与H2、O2化合生成1molH2O（l）放出的热量值相等

解析　燃烧热是指在25℃、101kPa下，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，显然A项错误；B项中碳燃烧生成的稳定化合物应为CO2，错误；C项中H2燃烧时的条件及生成水的状态不确定，1molH2燃烧生成水放出的热量不一定是H2的燃烧热，故错误；根据能量守恒定律可知D项正确。

答案　D

4.已知25℃、101kPa下，碳、氢气、乙烯和葡萄糖的燃烧热依次是393.5kJ·mol－1、285.8kJ·mol－1、1411.0kJ·mol－1、2800kJ·mol－1，则热化学方程式正确的是（　　）

A.C（s）＋

O2（g）===CO（g）ΔH＝－393.5kJ·mol－1

B.2H2（g）＋O2（g）===2H2O（g）ΔH＝＋571.6kJ·mol－1

C.C2H4（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋2H2O（g）ΔH＝－1411.0kJ·mol－1

D.

C6H12O6（s）＋3O2（g）===3CO2（g）＋3H2O（l）ΔH＝－1400kJ·mol－1

解析　A项中碳燃烧应生成CO2，A错；B、C项中H2O应为液态，且B为放热反应，ΔH<0，B、C错；D项中C6H12O6（s）燃烧热为2800kJ·mol－1，则

molC6H12O6（s）完全燃烧生成CO2（g）和H2O（l）时放热为1400kJ，D正确。

答案　D

5.已知下列两个热化学方程式：

H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）ΔH＝－285.0kJ·mol－1

C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（l）ΔH＝－2220.0kJ·mol－1

（1）实验测得H2和C3H8的混合气体共5mol，完全燃烧生成液态水时放热6262.5kJ，则混合气体中H2和C3H8的体积比为____________。

（2）已知：

H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44.0kJ·mol－1，写出丙烷燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式：

____________________________________________

______________________________________________________________。

解析　

（1）设H2、C3H8的物质的量分别为n（H2）、n（C3H8），则

解得：

n（H2）＝2.5mol　n（C3H8）＝2.5mol

在相同p、T时，

＝

＝

＝1∶1。

（2）由H2O（l）===H2O（g）　ΔH＝＋44.0kJ·mol－1

则4molH2O（l）变为H2O（g）吸收热量为176kJ，故

C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（g）　

ΔH＝－2044kJ·mol－1。

答案　

（1）1∶1

（2）C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（g）ΔH＝－2044kJ·mol－1

课时作业

1.关于能源，以下说法不正确的是（　　）

A.煤、石油、天然气等燃料属不可再生能源

B.煤、石油、水煤气可从自然界直接获取，属一次能源

C.太阳能是一次能源、新能源

D.潮汐能来源于月球引力做功

解析　煤、石油、天然气等化石燃料蕴藏量有限，不可再生，最终将会枯竭，A正确；煤、石油等可从自然界直接获取，属一次能源，但水煤气是由焦炭与H2O（g）在高温下反应制取，属二次能源，B错误；太阳能既是一次能源又是新能源，C正确；潮汐能来自于月球引力，D正确。

答案　B

2.“世界环境日”主题之一是促进物质的循环利用。

有专家指出，可利用太阳能对燃烧产物如CO2、H2O、N2等进行处理，使它们重新组合，实现如图所示的转化。

在此构想的物质循环中太阳能最终转化为（　　）

A.化学能B.热能

C.生物能D.电能

解析　图中由CO2、H2O、N2转化为CH4、CH3OH、NH3是在太阳能的作用下完成的，由转化关系可知太阳能最终以热能形式释放出来。

答案　B

3.氢气是一种很有前途的能源物质。

以水为原料大量制取氢气的最理想的途径是（　　）

A.利用太阳能直接使水分解产生氢气

B.用焦炭和水制取水煤气后分离出氢气

C.用Fe跟HCl反应制取氢气

D.由热电站提供电力，电解水产生氢气

解析　用焦炭为原料生成H2，要消耗大量焦炭，只能解决能源利用问题，不能解决能源紧缺问题，B错；热电站需要消耗煤炭，冶炼铁也要消耗煤炭，并且能量在转化过程中都有损失，这都不是最理想的途径，D错；地球上水的储量巨大，太阳能取之不尽，所以A是最理想的制氢途径。

答案　A

4.下列关于2C4H10（g）＋13O2（g）===8CO2（g）＋10H2O（l）ΔH＝－5800kJ·mol－1的叙述中错误的是（　　）

A.该反应的反应热为ΔH＝－5800kJ·mol－1，是放热反应

B.该反应的ΔH与各物质的状态有关，与化学计量数也有关

C.该式的含义为25℃、101kPa下，2molC4H10气体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量5800kJ

D.该反应为丁烷燃烧的热化学方程式，由此可知丁烷的燃烧热为5800kJ·mol－1

解析　根据燃烧热的定义，丁烷的物质的量应为1mol，故题中方程式不能表示丁烷的燃烧热的热化学方程式，由题中方程式可知丁烷燃烧热为2900kJ·mol－1，再根据热化学方程式的书写注意事项及意义可知，A、B、C正确，D错误。

答案　D

5.下列关于反应热的描述中正确的是（　　）

A.HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1，则H2SO4和Ca（OH）2反应的中和热ΔH＝2×（－57.3）kJ·mol－1

B.CO（g）的燃烧热是283.0kJ·mol－1，则2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）反应的ΔH＝＋2×283.0kJ·mol－1

C.反应热有正、负之分，燃烧热ΔH全部是正值

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

解析　中和热是以生成1molH2O（l）作为标准的，因此A不正确；燃烧热是指1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量，因此B正确，D不正确；燃烧热ΔH都是负值，C不正确。

答案　B

6.下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式（25℃，101kPa）：

①C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（l）

ΔH＝－2878kJ·mol－1

②C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（g）

ΔH＝－2658kJ·mol－1

③C4H10（g）＋

O2（g）===4CO（g）＋5H2O（l）

ΔH＝－1746kJ·mol－1

④C4H10（g）＋

O2（g）===4CO（g）＋5H2O（g）

ΔH＝－1526kJ·mol－1

由此判断，正丁烷的燃烧热ΔH为（　　）

A.－2878kJ·mol－1B.－2658kJ·mol－1

C.－1746kJ·mol－1D.－1526kJ·mol－1

解析　燃烧热是指在25℃、101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量。

因此正丁烷完全燃烧产物应为CO2（g）和H2O（l），所以正丁烷的燃烧热为ΔH＝－2878kJ·mol－1。

答案　A

7.已知在一定条件下，CO的燃烧热为283kJ·mol－1，CH4的燃烧热为890kJ·mol－1，由1molCO和3molCH4组成的混合气体在上述条件下充分燃烧，释放的热量为（　　）

A.2912kJB.2953kJ

C.3236kJD.3867kJ

解析　1molCO完全燃烧放出的热量为1mol×283kJ·mol－1＝283kJ，3molCH4完全燃烧放出的热量为3mol×890kJ·mol－1＝2670kJ，释放的总热量为283kJ＋2670kJ＝2953kJ。

答案　B

8.已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2215kJ·mol－1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8g水，则放出的热量约为（　　）

A.55kJB.220kJ

C.550kJD.1108kJ

解析　丙烷分子式是C3H8，1mol丙烷燃烧会产生4mol水，则丙烷完全燃烧产生1.8g水，消耗丙烷的物质的量是n（C3H8）＝0.025mol，所以反应放出的热量是2215kJ·mol－1×0.025mol≈55kJ。

答案　A

9.下列热化学方程式书写正确的是（ΔH的绝对值均正确）（　　）

A.C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（g）

ΔH＝－1367.0kJ·mol－1（燃烧热）

B.NaOH（aq）＋HCl（aq）===NaCl（aq）＋H2O（l）

ΔH＝＋57.3kJ·mol－1（中和热）

C.S（s）＋O2（g）===SO2（g）

ΔH＝－296.8kJ·mol－1（反应热）

D.2NO2===O2＋2NO

ΔH＝＋116.2kJ·mol－1（反应热）

解析　A中表示燃烧热时，应生成稳定的氧化物，水应为液态，错误；B中中和反应为放热反应，错误；D中各物质均未注明状态，错误。

答案　C

10.已知25℃、101kPa时，乙烯和乙炔（C2H2）燃烧热的热化学方程式分别为

C2H4（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－1411kJ·mol－1

C2H2（g）＋

O2（g）===2CO2（g）＋H2O（l）

ΔH＝－1300kJ·mol－1，又知燃烧时火焰的温度乙炔高于乙烯。

据此，下列说法不正确的是（　　）

A.物质的燃烧热热值越大，火焰温度越高

B.相同条件下等体积乙烯和乙炔完全燃烧时，乙炔放热较少

C.25℃、101kPa时，1mol乙烯完全燃烧生成气态产物时，放出的热量小于1411kJ

D.乙烷（C2H6）的燃烧热ΔH<－1411kJ·mol－1

解析　物质燃烧时火焰温度与该物质燃烧的量、燃烧速率及是否充分燃烧等因素有关，选项A错；由方程式化学计量数及ΔH的值可知，选项B正确；由于气态水冷凝为液态时会放热，选项C正确；根据乙烯、乙炔的燃烧热变化情况可知，乙烷的燃烧热ΔH应比乙烯小，选项D正确。

答案　A

11.一些烷烃的燃烧热如下表：

化合物

燃烧热（kJ·mol－1）

化合物

燃烧热（kJ·mol－1）

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

下列说法正确的是（　　）

A.正戊烷的燃烧热大约是3540kJ·mol－1

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－1

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

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反应时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－1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。

答案　A

12.

（1）1.00L1.00mol·L－1H2SO4溶液与2.00L1.00mol·L－1NaOH溶液完全反应，放出114.6kJ热量，该反应的中和热为________，表示其中和热的热化学方程式__________________________________________________________________。

（2）在25℃、101kPa时，1.00gC6H6（l）燃烧生成CO2（g）和H2O（l），放出41.8kJ的热量，C6H6的燃烧热为________kJ·mol－1，该反应的热化学方程式为__________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

解析　

（1）中和热以生成1molH2O（l）为标准，而1.00L1.00mol·L－1H2SO4溶液与2.00L1.00mol·L－1NaOH溶液反应生成2.00molH2O（l），故该反应的中和热为

＝57.3kJ·mol－1。

书写表示燃烧热与中和热的热化学方程式时，必须体现燃烧热与中和热的研究标准。

（2）1molC6H6（l）完全燃烧生成CO2（g）和H2O（l）放出的热量：

41.8×78kJ＝3260.4kJ，热化学方程式为C6H6（l）＋

O2（g）===6CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－3260.4kJ·mol－1。

答案　

（1）57.3kJ·mol－1

H2SO4（aq）＋NaOH（aq）===

Na2SO4（aq）＋H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ·mol－1

（2）3260.4

C6H6（l）＋

O2（g）===6CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－3260.4kJ·mol－1

13.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体，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，丙烷燃烧热的热化学方程式为C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（l）

ΔH＝－2220.0kJ·mol－1，已知CO气体燃烧热的热化学方程式为CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－282.57kJ·mol－1，则相同物质的量的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－1，计算相同质量的氢气和丙烷燃烧，产生的热量之比约为________。

（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________________________________________________________________。

解析　相同物质的量的C3H8、CO燃烧产生的热量之比为2220.0kJ·mol－1∶282.57kJ·mol－1＝7.9∶1；相同质量的氢气、丙烷燃烧产生的热量之比为

∶

＝2.8∶1。

答案　

（1）C＋H2O（g）

CO＋H2

（2）7.9∶1　（3）2.8∶1

（4）①H2来源丰富；②产物不污染环境，可以反复使用；③不产生CO2，不会引起温室效应

14.科学家预测“氢能”将是未来最