高中化学 人教版选修4 第一章第二节 燃烧热 能源 教学设计教案学案.docx
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高中化学人教版选修4第一章第二节燃烧热能源教学设计教案学案
第二节 燃烧热 能源
1.理解燃烧热的概念,掌握有关燃烧热的热化学方程式的书写及相关计算。
2.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。
3.了解化学在解决能源危机中的重要作用。
燃烧热
1.概念:
101kPa时,1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。
2.单位:
燃烧热属于反应热的一种,单位为kJ/mol。
3.意义:
25℃、101kPa时,甲烷的燃烧热为890.31kJ/mol,热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.31kJ/mol,表示25_℃、101_kPa时,1_mol甲烷完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出890.31_kJ的热量。
1.正误判断:
正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或列举反例。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)1molH2完全燃烧生成水蒸气放出的热量为H2的燃烧热
(2)由H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)
ΔH=-184.6kJ/mol可知,H2的燃烧热为184.6kJ/mol
(3)12g碳在O2中燃烧产生稳定的CO气体,放出的总热量为碳的燃烧热
答案:
(1)× H2完全燃烧生成的稳定氧化物应为液态水
(2)× 不符合燃烧热的定义
(3)× 碳在O2中燃烧生成的稳定氧化物应为CO2气体
2.下列热化学方程式中,ΔH能正确表示物质的燃烧热的是________。
①CO(g)+
O2(g)===CO2(g)
ΔH=-283.0kJ·mol-1
②C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1
③H2(g)+
O2(g)===H2O(g)
ΔH=-241.8kJ·mol-1
④C2H6(g)+3.5O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-1559.8kJ·mol-1
解析:
燃烧热是1mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量,表示燃烧热的热化学方程式中可燃物的物质的量为1mol,产物为稳定氧化物。
①中CO的化学计量数为1,产物为稳定氧化物,ΔH代表燃烧热,正确;②③中可燃物的化学计量数为1,但产物不是稳定氧化物,ΔH不代表燃烧热,错误;④中C2H6的化学计量数为1,产物为稳定氧化物,ΔH代表燃烧热,正确。
答案:
①④
训练一 燃烧热的概念
1.下列关于燃烧热的说法正确的是( )
A.1mol物质燃烧时放出的热量
B.常温下,可燃物燃烧时放出的热量
C.在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.与化学方程式中物质化学式前的化学计量数有关
解析:
选C。
依据燃烧热的定义,C项正确。
2.已知:
101kPa时,1mol辛烷燃烧生成液态水时放出的热量为5518kJ;强酸和强碱在稀溶液中发生反应生成1molH2O时放出的热量为57.3kJ。
则下列热化学方程式的书写正确的是( )
①2C8H18(l)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(g)
ΔH=-11036kJ/mol
②2C8H18(l)+25O2(g)===16CO2(g)+18H2O(l)
ΔH=-11036kJ/mol
③H++OH-===H2O ΔH=-57.3kJ/mol
④2NaOH(aq)+H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)+2H2O(l)
ΔH=-114.6kJ/mol
A.①③ B.②③
C.②④D.只有②
解析:
选C。
判断热化学方程式的书写时,要注意物质状态以及ΔH的单位、符号和数值是否与前面的化学计量数相对应。
①错在水的状态,应为液态;③错在没有标出是在水溶液中的反应,正确的为H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ/mol。
燃烧热和中和热的比较
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热反应
ΔH及其单位
ΔH<0,单位均为kJ/mol
不同点
反应物的量
可燃物为1mol
不确定
生成物的量
不确定
生成的水为1mol
训练二 有关燃烧热的判断与计算
3.已知1.2gC(石墨,s)不完全燃烧生成CO,放出11.1kJ热量,继续燃烧生成CO2,又放出28.3kJ热量,则能表示C(石墨,s)燃烧热的热化学方程式为( )
A.C(石墨,s)+
O2(g)===CO(g)
ΔH=-11.1kJ·mol-1
B.C(石墨,s)+
O2(g)===CO(g)
ΔH=-111.1kJ·mol-1
C.C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-394kJ·mol-1
D.C(石墨,s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-28.3kJ·mol-1
解析:
选C。
1.2g石墨的物质的量为0.1mol,其完全燃烧生成稳定氧化物CO2时放热11.1kJ+28.3kJ=39.4kJ,故石墨的燃烧热为394kJ·mol-1,故选C。
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如下:
H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ/mol
CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0kJ/mol
C8H18(l)+
O2(g)===8CO2(g)+9H2O(l)
ΔH=-5518kJ/mol
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-890.3kJ/mol
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.C8H18(l)D.CH4(g)
解析:
选B。
由热化学方程式可知,相同质量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃烧时,放出的热量分别为
H2:
×285.8kJ=142.9mkJ,
CO:
×283.0kJ≈10.1mkJ,
C8H18:
×5518kJ≈48.4mkJ,
CH4:
×890.3kJ≈55.6mkJ,
其中m为各物质的质量,比较可知放出热量最少的为CO(g),故选B。
书写或判断表示燃烧热的热化学方程式要做到“三看”
“一看”可燃物的化学计量数是否为1。
“二看”元素完全燃烧生成的物质是否为稳定氧化物。
“三看”ΔH是否为“-”及单位是否正确。
能 源
1.能源的概念:
能提供能量的资源,其主要包括化石燃料、阳光、风力、流水以及柴草等。
2.化石燃料
(1)包括煤、石油、天然气。
(2)缺点
3.新能源
(1)类别:
新能源主要包括太阳能、氢能、地热能、风能、海洋能和生物质能等。
(2)特点:
资源丰富,可以再生,没有污染或很少污染。
①太阳能的优点是能量巨大,是清洁能源。
其缺点是能量密度低,受地域和季节的影响大。
②氢能的优点是燃烧热值高,资源丰富,无毒、无污染。
其缺点是储存、运输困难。
4.能源的分类
分类标准
类别
举例
按转换过程分
一次能源
化石能源、水能、生物质能、太阳能等
二次能源
各种石油制品、煤气、蒸汽、电力、氢能、沼气等
按性质分
可再生能源
风能、水能、生物质能、太阳能、潮汐能等
不可再生能源
煤、石油、天然气等化石能源,核能
按利用历史分
常规能源
煤、石油、天然气
新能源
地热能、氢能、生物质能、核能、风能、太阳能、海洋能等
按来源分
来自太阳辐射的能量
太阳能、煤、石油、天然气、生物质能、风能
来自地球内部的能量
地热能、水能
来自其他天体的引力能量
潮汐能
1.正误判断:
正确的打“√”,错误的打“×”,并阐释错因或列举反例。
语句描述
正误
阐释错因或列举反例
(1)煤、石油、天然气属于可再生能源
(2)原煤、天然气属于一次能源,电力、氢能属于二次能源
(3)太阳能属于可再生能源,但不属于新能源
(4)氢气被称为绿色能源的主要原因是其燃烧产物是水,对环境无污染
答案:
(1)× 煤、石油、天然气属于不可再生能源
(2)√
(3)× 太阳能既属于可再生能源,又属于新能源
(4)√
2.控制燃烧反应,使燃料充分燃烧的条件有哪些?
答案:
①燃烧时有适当过量的空气,如鼓入空气、增大O2浓度等;②燃料与空气有足够大的接触面积,如将固体粉碎成粉末,使液体喷成雾状等。
训练一 能源的分类
1.绿色能源是指使用过程中不排放或排放极少污染物的能源,如一级能源中的水能、地热能、天然气等;二级能源中的电能、氢能等。
下列能源属于绿色能源的是( )
①太阳能 ②风能 ③石油 ④煤 ⑤潮汐能 ⑥木材
A.①②③ B.③④⑤
C.④⑤⑥D.①②⑤
解析:
选D。
石油、煤、木材等燃烧会造成环境污染。
2.煤的气化是实施节能环保的一项重要措施。
通常在高温下将煤转化为水煤气,再将水煤气作为气体燃料。
有关热化学方程式如下:
①C(s)+H2O(g)===CO(g)+H2(g)
ΔH1=+131.3kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)
ΔH2=-566.0kJ/mol
③2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)
ΔH3=-483.6kJ/mol
下列有关说法正确的是( )
A.水煤气只能用作燃料
B.水煤气是一种二次能源,比煤直接燃烧污染小
C.等质量的CO和H2完全燃烧时,前者放热多
D.由反应③可以确定H2的燃烧热为241.8kJ/mol
解析:
选B。
水煤气在工业上还可用做还原性气体,故A错误;水煤气属于二次能源,其燃烧产物为CO2和H2O,比煤直接燃烧污染小,故B正确;通过反应②③可以计算得出,等质量的H2比CO完全燃烧放热多,故C错误;H2燃烧生成的稳定的氧化物应为液态水,故D错误。
训练二 能源的开发与利用
3.下列分别是利用不同能源发电的实例图,其中不属于新能源开发利用的是( )
解析:
选C。
火力发电是化石能源的利用,不属于新能源的开发利用。
4.有专家指出,如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合,从而能够实现如图所示转化,那么,不仅可以消除对大气的污染,还可以节约燃料,缓解能源危机。
在此构想的物质循环中太阳能最终转化为( )
A.热能B.化学能
C.生物质能D.电能
解析:
选A。
题中关键信息是利用太阳能使CO2、H2O、N2重新组合,由图可知组合成燃料,燃料燃烧后转化为燃烧产物并放出热量,燃烧产物又结合太阳能转化为燃料,如此循环太阳能最终转化为热能。
学习小结
1.书写表示燃烧热的热化学方程式的“三要素”
(1)可燃物的物质的量为1mol。
(2)完全燃烧生成稳定氧化物,如C―→CO2(g)、H―→H2O(l)、S―→SO2(g)。
(3)注意反应的条件和各物质的聚集状态。
2.文字描述可燃物的燃烧热时用“正值”,如甲烷的燃烧热为890kJ/mol。
3.能源的四种分类方法
(1)按利用历史分:
常规能源和新能源。
(2)按转换过程分:
一次能源和二次能源。
(3)按性质分:
可再生能源和不可再生能源。
(4)按来源分:
来自太阳、地球和其他天体的能源。
4.太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能属于新能源。
课后达标检测
一、选择题
1.下列选项中描述的过程能实现热能转化为化学能的是( )
A.燃料电池 B.火力发电
C.铝热焊接D.煅烧石灰石
解析:
选D。
A.燃料电池由化学能转化为电能,故A错误;B.火力发电由化学能转化为热能,热能转化为电能,故B错误;C.铝热焊接由化学能转化为热能,故C错误;D.煅烧石灰石由热能转化为化学能,故D正确。
2.下列说法不正确的是( )
A.化石燃料在任何条件下都可以燃烧
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,燃烧效率得到提高
解析:
选A。
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。
化石燃料不经处理直接燃烧可产生污染环境的CO、SO2等有害气体。
化石燃料(煤)经深加工后变为气体,不仅能减少SO2对大气的污染,而且能提高燃烧效率。
A选项的说法是错误的。
3.为了应对能源危机,满足不断增大的能源需求,根本途径是( )
A.加速开采地球上的化石能源
B.积极寻找含能源丰富的星球供人类定居
C.依靠科学技术,不断开发新能源
D.尽可能地节约能源
解析:
选C。
尽可能地节约能源对于应对能源危机有一定作用,但不是解决能源危机问题的根本途径。
4.我国是世界上少数以煤为主要燃料的国家,下列关于煤做燃料的论点不正确的是( )
A.煤是重要的化工原料,把煤做燃料简单燃烧掉太可惜,应该综合利用
B.煤是发热量很高的固体燃料,我国煤炭资源相对集中,开采成本低,用煤做燃料实惠
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,不仅能减轻燃煤污染,还能提高煤燃烧的热利用率
解析:
选B。
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,把煤做燃料简单燃烧掉是一种浪费,而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,不仅能减轻燃煤污染,而且能提高煤燃烧的热利用率。
5.关于能源的利用,下列说法中错误的是( )
A.由于我国煤和石油的储量十分丰富,所以太阳能和核能的开发在我国并不十分重要
B.能源的利用过程,实质上是能量的转化和传递过程
C.现在人类社会使用的能源主要是煤、石油和天然气
D.煤、石油和天然气的化学能归根到底来自太阳能
解析:
选A。
我国的煤和石油尽管储量丰富,但终究有限,且利用后不能再生,所以开发和利用新能源,特别是核能和太阳能,是解决能源问题的根本途径,A项错误。
6.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。
下列说法正确的是( )
A.H2O的分解反应是放热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.2molH2O具有的总能量低于2molH2和1molO2具有的总能量
D.氢气是不可再生能源
解析:
选C。
2H2O
2H2↑+O2↑是吸热反应,说明2molH2O具有的总能量低于2molH2和1molO2具有的总能量。
因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输,所以氢能源的使用并未普及,但发展前景广阔。
氢气是可再生能源。
7.已知在一定条件下,CO的燃烧热为283kJ/mol,CH4的燃烧热为890kJ/mol,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.2912kJ B.2953kJ
C.3236kJD.3867kJ
解析:
选B。
1molCO完全燃烧放出的热量为1mol×283kJ/mol=283kJ,3molCH4完全燃烧放出的热量为3mol×890kJ/mol=2670kJ,释放的总热量为283kJ+2670kJ=
2953kJ。
8.25℃、101kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5kJ/mol、285.8kJ/mol、890.31kJ/mol、2800kJ/mol,则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-393.5kJ/mol
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-571.6kJ/mol
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-890.31kJ/mol
D.
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-1400kJ/mol
解析:
选D。
根据燃烧热概念中生成稳定氧化物的含义可知,C的稳定氧化物是CO2(g);燃烧时若有水生成,则H2O应该是液态的,选项A、B、C均不正确。
9.偏二甲基肼[(CH3)2NNH2]是火箭发射的常用燃料。
已知1.5g偏二甲基肼完全燃烧放出50kJ热量,则偏二甲基肼的燃烧热为( )
A.1000kJ/molB.1500kJ/mol
C.2000kJ/molD.3000kJ/mol
解析:
选C。
由偏二甲基肼的摩尔质量为60g/mol得n=
=
mol,所以1mol偏二甲基肼燃烧时放出的热量为
=2000kJ,即其燃烧热为2000kJ/mol。
10.(2019·广州高二检测)下列说法不正确的是( )
A.1mol硫蒸气与2mol硫蒸气的燃烧热相同
B.中和热测定实验中应将NaOH溶液一次性倒入盛有盐酸的小烧杯中
C.在稀溶液中:
H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1,若将含1molCH3COOH的醋酸溶液与含1molBa(OH)2的溶液混合,放出的热量小于57.3kJ
D.在25℃、101kPa时,1molH2完全燃烧生成液态水,放出285.8kJ热量,氢气燃烧的热化学方程式表示为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=+571.6kJ·mol-1
解析:
选D。
A项中同种状态的同一物质的燃烧热相同,与物质的量无关,A正确;B项中可避免热量的损失,B正确;C项中CH3COOH为弱酸,电离时需吸收热量,故1molCH3COOH与1molBa(OH)2反应时,放出的热量小于57.3kJ,C正确;D项中H2燃烧为放热反应,ΔH<0,D错误。
11.分析下表中的四个热化学方程式,判断氢气和丙烷的燃烧热分别是( )
液氢
(H2)
①2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6kJ·mol-1
②2H2(l)+O2(l)===2H2O(g)
ΔH=-482.6kJ·mol-1
丙烷
(C3H8)
③C3H8(l)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(g)
ΔH=-2013.8kJ·mol-1
④C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-2221.5kJ·mol-1
A.571.6kJ·mol-1,2221.5kJ·mol-1
B.241.3kJ·mol-1,2013.8kJ·mol-1
C.285.8kJ·mol-1,2013.8kJ·mol-1
D.285.8kJ·mol-1,2221.5kJ·mol-1
解析:
选D。
判断燃烧热的关键:
一是1mol纯物质完全燃烧;二是生成稳定的氧化物。
C、H所对应的稳定氧化物是CO2(g)、H2O(l),氢气、丙烷常温下为气态,故D正确。
12.(2019·嘉兴高二月考)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
异戊烷
3531.3
下列说法正确的是( )
A.热稳定性:
正丁烷>异丁烷
B.正戊烷的燃烧热大约是3540kJ·mol-1
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.在101kPa下,甲烷的热值是891.0kJ·g-1(热值:
单位质量燃料完全燃烧放出的热量)
解析:
选B。
由表格中的数据可知,异丁烷的燃烧热比正丁烷的燃烧热小,则异丁烷的能量低,故热稳定性:
正丁烷<异丁烷,A错误;正戊烷和异戊烷互为同分异构体,由表格中正丁烷、异丁烷的燃烧热可推知B正确;乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-3121.6kJ·mol-1,C错误;甲烷的热值=
≈55.7kJ·g-1,D错误。
二、非选择题
13.已知C、H2、CO的燃烧热的数据如下表所示:
物质
C
H2
CO
ΔH/(kJ·mol-1)
-393.5
-285.8
-283.0
(1)写出C完全燃烧的热化学方程式:
____________________________________
________________________________________________________________________。
(2)能表示H2燃烧热的热化学方程式为_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)现以H2或CO为燃料来提供热能,从热能的角度考虑,你认为最好选择______(填字母)。
A.H2 B.CO C.均可以
理由是______________________________________________。
解析:
(1)~
(2)由C和H2的燃烧热可书写出C完全燃烧和表示H2燃烧热的热化学方程式。
(3)1gH2完全燃烧放出的热量为
=142.9kJ,
而1gCO完全燃烧放出的热量为
≈10.1kJ。
故最好选择H2。
答案:
(1)C(s)+O2(g)===CO2(g)
ΔH=-393.5kJ·mol-1
(2)H2(g)+
O2(g)===H2O(l)
ΔH=-285.8kJ·mol-1
(3)A 等质量的H2完全燃烧放出的热量比CO多
14.(2019·太原高二质检)煤气的主要成分是一氧化碳和氢气,它由煤炭与水蒸气在高温条件下反应制得,故又称水煤气。
(1)试写出制取水煤气的化学方程式:
_______________________________________
________________________________________________________________________。
(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=-2220.0kJ/mol。
已知CO气体燃烧的热化学方程式为CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-282.57kJ/mol,则等物质的量的C3H8和CO完全燃烧,产生的热量之比约为____________。
(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,则等质量的氢气和丙烷完全燃烧,产生的热量之比约为________________________________。
(4)氢气是未来的能源,除燃烧热值高之外,还具有的优点是__________
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