2020-2021學年高中化學蘇教版選修4學案：專題一 第一單元 第5課時　能源的充分利用 Word版含解析

1、第5課時能源的充分利用一、標準燃燒熱1概念25_、101_kpa時，1_mol純物質完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量。單位：kj·mol1。2意義例如：c2h2的燃燒熱為1 299.6 kj·mol1，表示在25_、101_kpa時，1_mol c2h2完全燃燒生成co2和液態(tài)水時放出1 299.6 kj的熱量。二、能源1定義能提供能量的自然資源，它包括化石燃料、陽光、風力、流水、潮汐以及柴草等。2類型及特點(1)化石燃料種類：煤、石油、天然氣。 (2)新能源類型：太陽能、氫能、地熱能、風能、海洋能和生物質能等。特點：資源豐富，可以再生，沒有污染或很少污染。3地位能源

2、是國民經濟和社會發(fā)展的重要物質基礎，它的開發(fā)和利用情況可以衡量一個國家和地區(qū)的經濟發(fā)展和科學技術水平。探究點一正確理解燃燒熱1正確理解燃燒熱(1)燃燒熱一般是由實驗測得的。物質燃燒時放出的熱量多少與外界條件(如溫度、壓強)有關(如果未注明條件，就是指25 、101 kpa時的熱量)，還與反應物和生成物的聚集狀態(tài)有關。(2)定義中的“1 mol物質”是指1 mol純凈物(單質或化合物)。(3)定義中“完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物”是指單質或化合物燃燒后變?yōu)樽罘€(wěn)定的氧化物。完全燃燒時，下列元素要生成對應的氧化物：cco2hh2osso2cco不是完全燃燒，而sso3不是燃燒產物，生成的水為液態(tài)，不能是

3、氣態(tài)。(4)因為物質燃燒都是放熱反應，所以表達物質燃燒熱時的h均為負值，即h<0。(5)燃燒熱是以1 mol物質完全燃燒所放出的熱量來定義的，因此在書寫表示燃燒熱的熱化學方程式時，應以燃燒1 mol物質為標準來配平其余物質的化學計量數，故在其熱化學方程式中常出現(xiàn)分數。例如，c8h18燃燒的熱化學方程式：2c8h18(l)25o2(g)=16co2(g)18h2o(l)h11 036 kj/mol，c8h18的燃燒熱為5 518 kj/mol，而不是11 036 kj/mol，表示c8h18燃燒熱的熱化學方程式：c8h18(l)o2(g)=8co2(g)9h2o(l)h5 518 kj/m

4、ol。2燃燒熱和中和熱的異同1氫氣的燃燒熱h285.8 kj·mol1，想一想，下面表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式正確嗎？h2(g)o2(g)=h2o(g)h285.8 kj·mol1提示：不正確。燃燒熱測得數據的條件是25 ，101 kpa，此時水應該是液態(tài)。2燃燒熱與反應熱h有何關系？提示：反應熱范圍廣，包括中和熱、燃燒熱、溶解熱等所有化學反應中的熱量變化，而燃燒熱只是反應熱的一種形式；反應熱有吸熱與放熱之分，而燃燒只能放熱，即h<0?？捎靡韵聢D示表示：【例1】分析以下幾個熱化學方程式，其中表示燃燒熱的熱化學方程式的是()ac(s)o2(g)=co(g)h110.5

5、 kj/molbc(s)o2(g)=co2(g)h393.5 kj/molc2h2(g)o2(g)=2h2o(l)h571.6 kj/moldh2(g)o2(g)=h2o(g)h241.8 kj/mol【思路分析】【解析】a項中c(s)燃燒未生成穩(wěn)定氧化物co2(g)，故其反應熱不能叫燃燒熱；b項符合燃燒熱的定義；c項h2雖然轉變成了穩(wěn)定的氧化物h2o(l)，但由于其反應熱表示的是2 mol h2完全燃燒時的熱量變化，故不能叫燃燒熱；d項參加燃燒的h2雖然是1 mol，但其生成h2o(g)，而不是h2o(l)，故它的反應熱也不是h2的燃燒熱?！敬鸢浮縝25 、101 kpa下，碳、氫氣、甲烷和

6、葡萄糖的燃燒熱依次是393.5 kj/mol、285.8 kj/mol、890.3 kj/mol、2 800 kj/mol，則下列熱化學方程式正確的是(d)ac(s)o2(g)=co(g)h393.5 kj/molb2h2(g)o2(g)=2h2o(g)h571.6 kj/molcch4(g)2o2(g)=co2(g)2h2o(g)h890.3 kj/mold.c6h12o6(s)3o2(g)=3co2(g)3h2o(l)h1 400 kj/mol解析：燃燒熱是指在25 、101 kpa下，1 mol純物質完全燃燒生成穩(wěn)定化合物時所放出的熱量，需要注意的是水為液態(tài)時穩(wěn)定。在熱化學方程式中h&l

7、t;0表示放熱，h>0表示吸熱，故在題給選項中a、b、c錯誤，故正確答案為d。探究點二燃燒熱的計算方法1燃燒熱是以1 mol物質完全燃燒所放出的熱量來定義的，因此計算燃燒反應釋放的熱量時先應計算出可燃物的物質的量n(可燃物)，然后根據該可燃物的燃燒熱hc計算燃燒反應所釋放的熱量。其計算公式為q放n(可燃物)×hc。2有關燃燒熱的混合物的計算方法(1)列方程組法。列方程組法思路簡單，應用普遍，但求解過程繁雜。(2)十字交叉法。推出：(3)估算法：該方法適用于選擇題，抓住選項的特點，分析估算，求解快捷。故解此類題目時，可根據實際情況選擇快而準確的解法?！纠?】已知2h2(g)o2(

8、g)=2h2o(l)h571.6 kj/mol；c3h8(g)5o2(g)=3co2(g)4h2o(l)h2 220 kj/mol。設有氫氣和丙烷的混合氣體5 mol，完全燃燒時放出熱量為3 847 kj，則混合氣體中氫氣與丙烷的體積比是()a13 b31c14 d11【思路分析】本題為反應熱和混合物的計算問題?！窘馕觥糠椒ㄒ唬撼Ｒ?guī)解法列方程。設混合氣體中氫氣和丙烷分別為x mol和y mol，由燃燒的熱化學方程式可知h2的燃燒熱為285.8 kj/mol，則可得下列方程式：聯(lián)立解得x3.75，y1.25。所以混合氣體中氫氣和丙烷分別為3.75 mol和1.25 mol，故二者的體積比為31。

9、故選b。方法二：估算法。由題：h2的燃燒熱為285.8 kj/mol，c3h8的燃燒熱為2 220 kj/mol；5 mol混合氣體完全燃燒共放出3 847 kj熱量?？芍?，其中c3h8一定小于2 mol，則h2一定大于3 mol，h2與c3h8的體積比一定大于32，故選b。方法三：混合物計算的另一種常規(guī)思維方法是平均值法十字交叉法。把5 mol混合氣體看做純凈氣體，該氣體的平均燃燒熱為3 847 kj/5 mol769.4 kj/mol，有：得v(h2)v(c3h8)1 450.6483.631?？傻枚叩奈镔|的量之比也為31。故正確答案為b。【答案】b在一定條件下，co和ch4燃燒的熱化學

10、方程式如下：2co(g)o2(g)=2co2(g)h566 kj/molch4(g)2o2(g)=co2(g)2h2o(l)h890 kj/mol由1 mol co和3 mol ch4組成的混合氣體在上述條件下完全燃燒時，放出的能量為(b)a2 912 kj b2 953 kjc3 236 kj d3 867 kj解析：根據熱化學方程式可知，1 mol co完全燃燒放出的能量為566 kj·mol1××1 mol283 kj, 3 mol ch4完全燃燒放出的能量為890 kj·mol1×3 mol2 670 kj，總共放熱2 670 kj28

11、3 kj2 953 kj。探究點三能源及其分類1能源的概念能源就是能提供能量的資源，它包括化石燃料(煤、石油、天然氣)、光能、風能、水能、海洋能等。2分類(1)按來源分類(2)按形式分類3.能源的重要地位能源是國民經濟和社會發(fā)展的重要物質基礎，它的開發(fā)和利用情況，可以用來衡量一個國家或地區(qū)的經濟發(fā)展和科學技術水平。4解決能源危機的方法(1)科學地控制燃燒反應，使燃料充分燃燒，提高能源的使用效率，是節(jié)約能源的重要措施。提高燃料燃燒效率的方法有：將煤制成蜂窩狀，以增加與空氣的接觸面積。通過一定的方法將煤轉化為液體燃燒(如甲醇)。通過一定的方法將煤轉化為氣體燃料(如煤氣)。在農村，燃燒秸稈時，常使用

12、鼓風機(或風箱)，通過鼓入足量的空氣，使秸稈充分燃燒。在使用煤氣或天然氣作燃料時，常通過調節(jié)燃氣的進風口，通入足量的空氣，保證氣體的充分燃燒。在生產和生活中，還需要充分利用燃料燃燒所放出的能量。例如，火力發(fā)電廠會產生大量的余熱，發(fā)電廠的附近常建有其他工廠(如水泥廠)，用發(fā)電廠產生的余熱進行生產。(2)尋找新的能源，現(xiàn)在正在探索的新能源有太陽能、氫能、風能、地熱能、海洋能和生物質能等。它們來源豐富，可以再生，沒有污染或污染很小。5新能源的開發(fā)新能源是指以新技術為基礎，系統(tǒng)開發(fā)利用的能源，包括太陽能、生物質能、風能、海洋能、地熱能等。(1)太陽能將太陽能轉化為人類可控制的能量一直是科學家不斷探索的

13、領域，例如，將太陽能轉化為電能。美國俄亥俄州州立大學的生物化學家已成功研制出一種模擬生物體系的光化電池，該電池用葉綠體轉化和儲存太陽能，轉化率接近1%(仿生系統(tǒng)轉化率為0.002%)。為了將太陽能轉化為電能，科學家研究了許多光電轉換材料，如單晶硅材料、多晶硅材料及非晶硅材料等，因采用新技術，光電轉化效率增大。(2)氫能氫能是人類最理想的能源，主要用作高能燃料，可應用于飛機、汽車、燃料電池等需要熱能或其他形式能量的設備中。氫能的特點a氫氣的密度最小，在標準狀況下僅為0.089 9 g/l。b原料來源廣，地球上分布著大量的水，其組成元素為h和o。若把其中的氫提取出來，其產生的總熱量比地球上所有化石

14、燃料燃燒放出的熱量還多9 000倍。c燃燒性能好，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍。d無污染，氫燃燒產生h2o，不會污染環(huán)境。e可循環(huán)利用，生成的h2o再分解為h2和o2，可再循環(huán)使用。可謂取之不盡，用之不竭。f氫轉化可得到的能量的形式多樣，既可燃燒提供熱能，進一步轉化為機械能及其他能量，也可以制成燃料電池直接轉化為電能。氫能的利用存在的問題在目前的條件下，大規(guī)模利用氫氣作為能源還需解決以下問題：a廉價的制氫技術，因為氫是一種二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氫效率很低，因此尋求大規(guī)模的廉價的制氫技術是各國科學家共同關注的問題。b安全可靠的貯氫和輸氫方法。由于液氫易汽化、著火、爆

15、炸，因此如何妥善解決氫能的貯存和運輸問題也就成為開發(fā)氫能的關鍵。(3)地熱能世界上地熱能蘊藏豐富，相當于煤儲量的1.7億倍。許多國家都在進行地熱勘探，已發(fā)現(xiàn)和打出地熱泉和地熱井7 300多處。地熱能已被用于采暖、育種、溫室、發(fā)電等方面。(4)風能風能是太陽能的一種轉換形式。地球一年可利用的風能相當于5×1014 kw·h電能，是目前全世界能量消耗的30倍。特別提醒：以上四種能源被稱為最有希望的新能源，因為它們來源豐富、可再生、對環(huán)境無污染或污染很小。1請思考促使燃料充分燃燒的條件有哪些？提示：燃料充分燃燒需要考慮兩點：一是燃燒時要有足夠多的空氣；二是燃料與空氣有足夠大的接觸

16、面積。若空氣不足，燃料燃燒就不完全，這樣不僅產生的熱量少，而且產生大量的co等物質，這些co及燃燒不完全的顆粒等隨煙氣排出后，會污染空氣且危害人體健康；若空氣通入量過多，過量的空氣會帶走部分熱量，同樣會造成浪費。同時若使用大塊的固體燃料，塊狀固體與空氣的接觸面積有限，燃料往往不能充分燃燒。2選擇燃料的標準是什么？提示：(1)物質的燃燒熱；(2)燃料的儲量；(3)燃料的開采、運輸；(4)燃料儲存的條件、價格；(5)燃料燃燒時的產物對生態(tài)環(huán)境的影響。例如：液化石油氣中的丙烷燃料熱值高，地下石油儲量豐富，開采較容易，燃燒時產生co2、h2o對環(huán)境污染小，缺點是儲存、運輸不方便。3煤作為燃料存在的問題

17、有哪些？提示：(1)煤是重要的化工原料，把煤作為燃料簡單燒掉太可惜，應該綜合利用。(2)煤直接燃燒時產生的co、so2等有毒氣體及煙塵，對環(huán)境造成嚴重污染。(3)煤作為固體燃料，燃燒反應速率小，熱利用效率低且運輸不方便。(4)可以通過清潔煤技術，如煤的液化和氣化，以及實行煙氣凈化脫硫等，大大減少燃煤對環(huán)境造成的污染，提高煤的利用率。【例3】太陽能是清潔的新能源，為了環(huán)保，我們要減少使用像煤炭這樣的常規(guī)能源而大力開發(fā)新能源。下列屬于新能源的是()石油 地熱能核能 天然氣風能 潮汐能a bc d【思路分析】本題考查能源分類，可以采用排除法解答，常規(guī)能源為化石燃料，包括煤、石油、天然氣等，除常規(guī)能源

18、外的多數能源為新能源?！窘馕觥砍Ｒ?guī)能源是指技術較為成熟且被大規(guī)模利用的能源，主要包括煤、石油、天然氣等；新能源是指尚未被大規(guī)模利用、利用歷史短的能源，如地熱能、核能、風能、潮汐能等。風能作為新能源的利用方式是風力發(fā)電。【答案】c下列圖示關系不正確的是(b)解析：燃燒熱和中和熱均屬于反應熱，二者是并列關系，a項正確；一次能源和二次能源是并列關系，而非交叉關系，b項錯誤；氧化還原反應既有放熱反應又有吸熱反應，非氧化還原反應也是既有放熱反應又有吸熱反應，c項正確；根據能源的分類及關系可知，d項正確。1下列關于熱化學反應的描述中正確的是(b)ahcl和naoh反應的中和熱h57.3 kj/mol，則h

19、2so4和ca(oh)2反應的中和熱h2×(57.3) kj/molbco(g)的燃燒熱是283.0 kj/mol，則2co2(g)=2co(g)o2(g)反應的h2×283.0 kj/molc需要加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應d1 mol甲烷燃燒生成氣態(tài)水和二氧化碳所放出的熱量是甲烷的燃燒熱解析：中和熱的數值是一個定值，與幾元酸幾元堿反應無關，故a錯；b項顯然正確；放熱反應有的也需要加熱，c項錯；甲烷燃燒生成液態(tài)水和二氧化碳所放出的熱才是甲烷的燃燒熱，故d項也錯。2下列關于燃燒熱的說法正確的是(d)a燃燒反應放出的熱量就是該反應的燃燒熱b1 mol可燃物質發(fā)生氧化反應所

20、放出的熱量就是燃燒熱c1 mol可燃物質完全燃燒生成穩(wěn)定化合物時所放出的熱量就是燃燒熱d在25 、101 kpa時，1 mol純物質完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量就是燃燒熱解析：可燃物燃燒可以是完全燃燒也可以是不完全燃燒，而燃燒熱必須是完全燃燒放出的熱量，故a錯誤；在25 、1.01×105 pa時，1 mol純物質完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量就是該物質的燃燒熱，故b、c錯誤，d正確。3為消除目前燃料燃燒時產生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機，有關專家提出了利用太陽能制取氫能的構想。下列說法正確的是(c)ah2o的分解反應是放熱反應b氫能源已被普遍使用c2 mol h2

21、o(l)具有的總能量低于2 mol h2(g)和1 mol o2(g)的總能量d氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值解析：2h2o2h2o2是吸熱反應，說明2 mol h2o(l)的總能量低于2 mol h2(g)和1 mol o2(g)的總能量，a錯誤，c正確；因由水制取h2耗能多且h2不易貯存和運輸，所以氫能源利用并未普及，但發(fā)展前景廣闊，b、d錯誤。4在101 kpa時，32 g ch4完全燃燒生成co2和液態(tài)h2o，放出的熱量為1 780 kj，則甲烷的燃燒熱為(c)a1 780 kj/mol b1 780 kj/molc890 kj/mol d890 kj/mol解析：32 g 甲烷的

22、物質的量為2 mol，所以1 mol 甲烷在101 kpa時，完全燃燒放出的熱量為890 kj/mol，其熱化學方程式為ch4(g)2o2(g)=co2(g)2h2o(l)h890 kj/mol，即甲烷的燃燒熱為890 kj/mol。5丙烷的熱值較高，污染較小，是一種優(yōu)良的燃料。試回答下列問題：(1)如圖是一定量丙烷完全燃燒生成co2和1 mol h2o(l)過程中的能量變化圖，請在圖中的括號內填入“”或“”。(2)寫出表示丙烷燃燒熱的熱化學方程式：c3h8(g)5o2(g)=3co2(g)4h2o(l)h2 215.0 kj·mol1。(3)二甲醚(ch3och3)是一種新型燃料，應用前景廣闊。1 mol二甲醚完全燃燒生成co2和液態(tài)水時放出1 455 kj熱量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合氣體完全燃燒生成co2和液態(tài)水時共放出1 645 kj熱量，則混合氣體中，丙烷和二甲醚的物質的量之比為13。解析：(1)由圖可知，