步步高学年高中化学 专题1 第一单元 第4课时 能源的充分利用学案 苏教版选修4.docx

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步步高学年高中化学专题1第一单元第4课时能源的充分利用学案苏教版选修4

第4课时　能源的充分利用

[学习目标定位]　1.正确认识标准燃烧热的概念，学会利用标准燃烧热进行相关的计算。

2.知道能源是人类生存和社会发展的重要基础，知道使用化石燃料的利弊和新能源的开发。

1．反应热是化学反应过程中吸收或放出的热量，常用符号ΔH表示。

燃烧反应都是放热反应，其反应热为负值。

已知4g硫粉完全燃烧放出37kJ热量，则该反应的热化学方程式是S（s）＋O2（g）===SO2（g）　ΔH＝－296kJ·mol－1。

2．北京时间2011年9月29日21时25分45秒，我国自主研制的“天宫一号”目标飞行器发射圆满成功。

发射“天宫一号”的长征2号F运载火箭用肼（N2H4）作燃料，N2H4与NH3有相似的化学性质。

（1）肼与盐酸反应的离子方程式是N2H4＋H＋===N2H

（或N2H4＋2H＋===N2H

）。

（2）用拉席希法制备肼，是将NaClO和NH3按物质的量之比1∶2反应生成肼，试写出该反应的化学方程式：

NaClO＋2NH3===N2H4＋NaCl＋H2O。

该反应中氧化产物是N2H4。

（3）发射火箭时肼（N2H4）为燃料，二氧化氮作氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。

已知4gN2H4（g）在上述反应中放出71kJ的热量，写出热化学方程式：

2N2H4（g）＋2NO2（g）===3N2（g）＋4H2O（g）　ΔH＝－1136kJ·mol－1。

3．能源是能提供能量的资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。

化石燃料包括煤、石油、天然气，按其来源它们属于一次能源。

探究点一　标准燃烧热

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57.3_kJ·mol－1，表示其中和热的化学方程式是

H2SO4（aq）＋NaOH（aq）===

Na2SO4（aq）＋H2O（l）

ΔH＝－57.3_kJ·mol－1。

2．已知2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1，该反应中ΔH表示的意义是燃烧2_mol_H2生成液态H2O，放出571.6_kJ的热量。

若燃烧1molH2生成液态水时的反应热为ΔH1,生成气态水时的反应热为ΔH2，则ΔH1和ΔH2的大小关系是ΔH1<ΔH2；ΔH1＝－285.8_kJ·mol－1；ΔH1表示的意义是1_mol_H2完全燃烧生成稳定的液态水，放出285.8_kJ的热量。

3．标准燃烧热的概念及其计算

（1）标准燃烧热的概念：

在101_kPa的压强下，1_mol物质完全燃烧的反应热。

标准燃烧热的单位是kJ·mol－1。

（2）标准燃烧热的意义：

甲烷的标准燃烧热为890.31kJ·mol－1，或ΔH＝－890.31kJ·mol－1，它表示101kPa时，1_molCH4完全燃烧生成CO2气体和液态H2O时放出890.31kJ的热量。

（3）标准燃烧热的计算：

由燃烧热定义可知：

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|或变式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。

（4）热值：

1_g物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。

[归纳总结]

（1）标准燃烧热和中和热的比较

中和热

标准燃烧热

相同点

均为放热反应的反应热，ΔH<0，单位都是kJ·mol－1

不同点

反应物不一定为1mol，但生成物水一定为1mol

可燃物一定为1mol，生成物不一定为1mol

（2）标准燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写表示标准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，故在其热化学方程式中常出现分数。

[活学活用]

1．下列说法正确的是（　　）

A．硫完全燃烧生成二氧化硫时，放出的热量为硫的标准燃烧热

B．在101kPa时，1mol碳燃烧所放出的热量为碳的标准燃烧热

C．在101kPa时，由2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566kJ·mol－1，可知CO的标准燃烧热为283kJ·mol－1

D．乙炔的标准燃烧热为1299.6kJ·mol－1，则2C2H2（g）＋5O2（g）===4CO2（g）＋2H2O（g）反应的ΔH＝－2599.2kJ·mol－1

答案　C

解析　理解标准燃烧热的概念，一是注意可燃物的用量为1mol纯物质；二是注意反应的程度，完全燃烧并生成稳定的氧化物，如C生成CO2（g），S生成SO2（g），H生成H2O（l）。

选项A没有指明硫的物质的量为1mol；选项B中没有指明1mol碳完全燃烧生成CO2；选项D中热化学方程式的生成物水应为液态，反应热ΔH与其不对应。

2．在101kPa时，H2在1.00molO2中完全燃烧生成2.00molH2O（l）放出571.6kJ的热量。

（1）H2的标准燃烧热为__________，表示H2标准燃烧热的热化学方程式为________________________________________________________________________。

（2）若1g水蒸气转化为液态水放热2.444kJ，则4g氢气完全燃烧生成气态水时，放出的热量为______________。

答案　

（1）285.8kJ·mol－1　H2（g）＋

O2（g）===H2O（l）

ΔH＝－285.8kJ·mol－1

（2）483.6kJ

解析　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时，需燃烧2.00molH2，故H2的标准燃烧热为

＝285.8kJ·mol－1。

H2燃烧生成1mol气态水时，放出的热量为285.8kJ·mol－1－

×18g·mol－1≈241.8kJ·mol－1,4g氢气燃烧放出的热量为241.8kJ·mol－1×

＝483.6kJ。

探究点二　能源

1．能源有不同的分类，具体如下：

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

性质

可再生能源

太阳能、风能、氢能、生物质能等

不可再生能源

化石燃料、核能

2.能源问题日益突出，已成为全世界关注的社会热点。

目前使用最多的能源是化石燃料，包括煤、石油、天然气等，属不可再生能源，并且能源利用率极低，能源危机日趋严重。

3．解决能源危机的方法：

（1）开源节流，提高能源的利用率。

主要措施有调节和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加大科技投入。

（2）新能源的开发。

太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能是最有希望的新能源。

这些新能源的特点是资源丰富，有些为可再生能源，并且在使用时对环境几乎没有污染。

[归纳总结]

（1）凡是能提供某种形式能量的资源，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源。

（2）目前使用最多的常规能源化石燃料是不可再生能源，且利用效率较低。

新能源的开发利用是今后人类生存和社会持续发展的热点问题之一。

[活学活用]

3．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．煤燃烧时产生大量二氧化硫和烟尘，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，还能提高煤燃烧的热利用率

（2）乌克兰科学家将铜和铁混合熔化制成多孔金属，用于制作太空火箭上使用的煤油燃料雾化器，该雾化器的作用是_________________________________________________。

（3）乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料。

2.0g乙醇完全燃烧生成液态水放出59.43kJ的热量，表示乙醇标准燃烧热的热化学方程式为_____________________________________。

答案　

（1）ACD

（2）使煤油雾化，增大煤油与助燃剂的接触面积，提高燃烧效率

（3）C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1366.89kJ·mol－1

解析　

（1）煤是一种化石燃料，也是重要的化工原料，属于不可再生能源，把煤作燃料简单燃烧掉是一种浪费，并且煤中所含的硫在燃烧时生成SO2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，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的热利用率。

（2）煤油雾化后可使煤油与助燃剂充分接触，提高燃烧效率。

（3）1mol乙醇燃烧时放出的热量为59.43kJ×

＝1366.89kJ。

1．下列说法不正确的是（　　）

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　化石燃料只有在适当的温度和有氧气存在的情况下才能燃烧充分，A项不正确；化石燃料不经过处理直接燃烧可产生污染物CO、SO2等有害气体，B项正确；煤经深加工后变为气体燃料，不仅减少SO2对大气的污染，而且能提高燃烧效率，C、D项均正确。

2．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

答案　A

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，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；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。

3．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

答案　D

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

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，由此可知丁烷的标准燃烧热为5800kJ·mol－1

答案　D

解析　根据标准燃烧热的定义，丁烷的物质的量应为1mol，故题中方程式不是丁烷的标准燃烧热的热化学方程式，由题中方程式可知丁烷标准燃烧热为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。

5．下列热化学方程式中，ΔH能正确表示物质的标准燃烧热的是（　　）

A．CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）

ΔH＝－283.0kJ·mol－1

B．C（s）＋

O2（g）===CO（g）

ΔH＝－110.5kJ·mol－1

C．H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）

ΔH＝－241.8kJ·mol－1

D．2C8H18（l）＋25O2（g）===16CO2（g）＋18H2O（l）

ΔH＝－11036kJ·mol－1

答案　A

解析　本题旨在考查标准燃烧热的定义。

B项不是物质完全燃烧生成稳定的氧化物；C项生成物H2O（g）不是稳定的氧化物，其稳定的氧化物为H2O（l）；D项不是1mol的物质完全燃烧，不符合标准燃烧热的概念。

6．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：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）1∶1

（2）C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（g）

ΔH＝－2044kJ·mol－1

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）吸热为176kJ，故

C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（g）　

ΔH＝－2044kJ·mol－1。

[基础过关]

一、能源的分类

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，属一级能源

C．太阳能是一级能源，新能源，可再生能源

D．潮汐能来源于月球引力做功

答案　B

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，属一级能源，但水煤气是由焦炭与H2O（g）在高温下反应制取，属二级能源，B错误；太阳能既是一级能源，新能源，还是可再生能源，C正确；潮汐能来自于月球引力，D正确。

2．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。

下列做法违背发展低碳经济的是（　　）

A．发展氢能和太阳能

B．限制塑料制品的使用

C．提高原子利用率，发展绿色化学

D．尽量用纯液态有机物代替水作溶剂

答案　D

解析　所谓低碳经济，是指在可持续发展理念的指导下，通过技术创新、制度创新、产业新型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。

发展氢能和太阳能，限制塑料的使用和发展绿色化学，都符合低碳经济。

3．21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

解析　新能源主要是指核能、地热能、潮汐能、沼气，新方法利用的太阳能、风能等。

二、标准燃烧热的概念及判断

4．下列说法中正确的是（　　）

A．物质燃烧放出的热量是标准燃烧热

B．1molC燃烧生成CO时放出的热量就是C的标准燃烧热

C．1molH2燃烧生成水时放出的热量是H2的标准燃烧热

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

答案　D

解析　标准燃烧热是指在101kPa下，1mol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；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的标准燃烧热，故B、C错误；根据能量守恒定律可知D项正确。

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）的标准燃烧热是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，标准燃烧热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标准燃烧热

答案　B

解析　中和热是以生成1molH2O（l）作为标准的，因此A不正确；标准燃烧热是指1mol燃料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；标准燃烧热ΔH都是负值，C不正确。

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，正丁烷的标准燃烧热ΔH为（　　）

A．－2878kJ·mol－1B．－2658kJ·mol－1

C．－1746kJ·mol－1D．－1526kJ·mol－1

答案　A

解析　标准燃烧热是指在101kPa时，1mol可燃物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），所以正丁烷的标准燃烧热为ΔH＝－2878kJ·mol－1。

7．已知101kPa下，碳、氢气、乙烯和葡萄糖的标准燃烧热依次是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

答案　D

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，ΔH<0，B、C错；D项中C6H12O6（s）标准燃烧热为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。

8．已知：

2CO（g）＋O2（g）===2CO2（g）　ΔH＝－566kJ·mol－1

Na2O2（s）＋CO2（g）===Na2CO3（s）＋

O2（g）

ΔH＝－266kJ·mol－1

根据以上热化学方程式判断，下列说法正确的是（　　）

A．CO的标准燃烧热为283kJ

B．下图可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系

C．2Na2O2（s）＋2CO2（s）===2Na2CO3（s）＋O2（g）

ΔH>－532kJ·mol－1

D．CO（g）与Na2O2（s）反应放出549kJ热量时，电子转移数为6.02×1023

答案　C

解析　A选项中标准燃烧热单位错误，应为kJ·mol－1；B项图中没有表示出ΔH＝－566kJ·mol－1时，对应的反应物与生成物的量的关系，B项错；C正确；由盖斯定律得CO（g）＋Na2O2（s）===Na2CO3（s）　ΔH＝－549kJ·mol－1，可知当放出549kJ热量时，消耗1molCO，电子转移数为2×6.02×1023，D错误。

三、标准燃烧热的计算

9．已知在一定条件下，CO的标准燃烧热为283kJ·mol－1，CH4的标准燃烧热为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．2953kJC．3236kJD．3867kJ

答案　B

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。

10．2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6kJ·mol－1

CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890kJ·mol－1

现有H2与CH4的混合气体112L（标准状况），使其完全燃烧生成CO2和H2O（l），若实验测得反应热为3695kJ。

则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是（　　）

A．1∶1B．1∶3C．1∶4D．2∶3

答案　B

解析　由题意可知

解得n（H2）≈1.25mol，n（CH4）≈3.75mol，n（H2）∶n（CH4）＝1.25∶3.75＝1∶3。

[能力提升]

11．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．液态肼的标准燃烧热为20.05kJ·mol－1

C．该动力源的突出优点之一是生成物对环境无污染

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－1

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，与标准燃烧热的概念不符，B项错误。

12．一些烷烃的标准燃烧热如下表：

化合物

标准燃烧热（kJ·mol－1）

化合物

标准燃烧热（kJ·mol－1）

甲烷

891.0

正丁烷

2878.0

乙烷

1560.8

异丁烷

2869.6

丙烷