人教版高中化学选修四第一章 第二节燃烧热 能源.docx
- 文档编号:13003636
- 上传时间:2023-06-10
- 格式:DOCX
- 页数:20
- 大小:58.70KB
人教版高中化学选修四第一章 第二节燃烧热 能源.docx
《人教版高中化学选修四第一章 第二节燃烧热 能源.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《人教版高中化学选修四第一章 第二节燃烧热 能源.docx(20页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
人教版高中化学选修四第一章第二节燃烧热能源
第二节 燃烧热 能源
[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,从宏观上理解辨识燃烧热的概念,能正确书写关于燃烧热的热化学方程式,学会关于燃烧热的相关计算。
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、燃烧热
1.燃烧热的概念
在25℃、101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量。
燃烧热的单位是kJ·mol-1。
2.燃烧热的意义
甲烷的燃烧热为890.31kJ·mol-1,或ΔH=-890.31kJ·mol-1,它表示25℃、101kPa时,1mol甲烷完全燃烧生成CO2和液态H2O时放出890.31kJ的热量。
3.燃烧热的计算
由燃烧热定义可知:
25℃、101kPa时,可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×其燃烧热,即Q放=n(可燃物)×|ΔH|;或变换一下求物质的燃烧热:
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。
例1 下列热化学方程式中能表示可燃物燃烧热的是( )
A.CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-283kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-802.3kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1
D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g) ΔH=-484.0kJ·mol-1
答案 A
解析 表示燃烧热的热化学方程式要求1mol纯物质完全燃烧,生成稳定的燃烧产物。
符合要求的只有A项。
特别提示——书写表示燃烧热的热化学方程式的注意事项
(1)注意燃烧热的符号,ΔH一定为负值,单位为kJ·mol-1。
(2)生成物必须为稳定的氧化物。
(3)可燃物的化学计量数必须为1,然后配平其他物质的化学计量数。
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的燃烧热为。
(2)已知:
CH4的燃烧热是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、燃烧热和中和热的比较
反应热
燃烧热
中和热
概念
化学反应过程中放出或吸收的热量
25℃、101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量
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
25℃、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
能源是能提供能量的资源,它包括化石燃料(煤、石油、天然气)、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。
(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,核能来自原子核的变化,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.已知H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1。
下列说法中错误的是( )
A.H2的燃烧热为241.8kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)
ΔH=-483.6kJ·mol-1
C.1molH2完全燃烧生成液态水放出的热量大于241.8kJ
D.断裂1molH2O(g)的化学键吸收的总能量大于断裂1molH2和0.5molO2的化学键所吸收的总能量
答案 A
解析 已知热化学方程式中H2O呈气态,A项错误;由已知热化学方程式可知B项正确;由气态水转化为液态水需要放出热量,所以1molH2完全燃烧生成液态水放出的热量大于241.8kJ,C项正确;H2燃烧放热,说明断裂1molH2和0.5molO2的化学键所吸收的总能量小于形成1molH2O(g)的化学键释放的总能量,而形成1molH2O(g)的化学键释放的总能量等于断裂1molH2O(g)的化学键吸收的总能量,D项正确。
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.C8H18(l)D.CH4(g)
答案 B
解析 比较
、
、
、
的大小,可知相同质量时,CO(g)放出的热量最少。
5.下列叙述中正确的是( )
A.电能是二次能源B.水力是二次能源
C.天然气是二次能源D.水煤气是一次能源
答案 A
解析 根据能源的划分原则,电能和水煤气属于二次能源,水力和天然气是一次能源。
6.能源与我们的日常生活密切相关,下列有关能源的叙述中错误的是( )
A.我国目前使用的主要能源是化石燃料,属于不可再生能源
B.提高燃料的燃烧效率对于节约能源十分重要
C.科学家正在研究开发太阳能、风能、潮汐能等新能源,并取得了一定进展
D.氢能是一种理想的绿色能源,现在的科技水平已经能够全面推广使用氢能
答案 D
解析 A项,我国目前使用的主要能源是煤和石油等化石燃料,正确;B项,提高燃料的燃烧效率对于节约能源十分重要,正确;C项,科学家正在研究开发太阳能、风能、潮汐能等新能源,并取得了一定进展,正确;D项,氢能是一种理想的绿色能源,现在的科技水平还没有为全面推广使用氢能做好准备,氢气的储存和安全仍存在问题,错误。
题组一 燃烧热及其热化学方程式
1.下列对燃烧热的理解中正确的是( )
A.可燃物燃烧放出的热量就是其燃烧热
B.1mol可燃物发生氧化还原反应所放出的热量就是其燃烧热
C.101kPa时,1molH2燃烧生成液态水时放出的热量就是其燃烧热
D.燃烧热随热化学方程式中物质前的化学计量数的改变而改变
答案 C
解析 解答本题的关键:
2.下列热化学方程式中ΔH的绝对值能表示可燃物的燃烧热的是( )
A.H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)
ΔH=-184.6kJ·mol-1
B.CO(g)+
O2(g)===CO2(g)
ΔH=-283kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6kJ·mol-1
D.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-802.3kJ·mol-1
答案 B
解析 根据燃烧热的概念可知,A项生成的不是氧化物,B项符合燃烧热的概念,C项H2的化学计量数不是1,D项生成的不是液态水。
3.下列说法正确的是( )
A.乙烯完全燃烧时,放出的热量为乙烯的燃烧热
B.在25℃、101kPa时,1mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热
C.由2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566kJ·mol-1,可知CO的燃烧热为283kJ·mol-1
D.乙炔的燃烧热为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 选项A没有指明乙烯的物质的量为1mol,且没说明水的聚集状态;选项B中没有指明1mol碳完全燃烧生成CO2(g);选项D中热化学方程式中生成物水应为液态且反应热ΔH与其不对应。
4.甲醇属于可再生能源,可代替汽油作为汽车的燃料,下列能正确表示甲醇燃烧热的热化学方程式为( )
A.CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=+763.3kJ·mol-1
B.CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)
ΔH=-763.3kJ·mol-1
C.CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-675.3kJ·mol-1
D.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-1526.6kJ·mol-1
答案 B
解析 根据燃烧热的定义,书写表示燃烧热的热化学方程式时要以1mol可燃物为标准,其他物质的化学计量数可为分数,且生成物应为稳定氧化物。
5.25℃、101kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是ΔH=-393.5kJ·mol-1、ΔH=-285.8kJ·mol-1、ΔH=-890.31kJ·mol-1、ΔH=-2800kJ·mol-1,则下列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.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-890.31kJ·mol-1
D.
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-1400kJ·mol-1
答案 D
解析 根据燃烧热的概念中生成稳定氧化物的含义可知,CO2(g)是C的稳定氧化物,生成的H2O应该为液态,故只有D正确。
6.一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
890.3
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
答案 A
解析 A项,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,正确;B项,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,错误;C项,ΔH=-3121.6kJ·mol-1且H2O应为液态,错误;D项,1gCH4燃烧放出55.64kJ的热量,1gC2H6燃烧放出52.03kJ的热量,错误。
题组二 燃烧热的相关计算
7.油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应:
C57H104O6(s)+80O2(g)===57CO2(g)+52H2O(l)
已知燃烧1kg该化合物释放出热量3.8×104kJ,油酸甘油酯的燃烧热为( )
A.3.8×104kJ·mol-1B.-3.8×104kJ·mol-1
C.3.4×104kJ·mol-1D.-3.4×104kJ·mol-1
答案 C
解析 燃烧热是指25℃、101kPa下,1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量,则1mol油酸甘油酯的燃烧热为
×884g·mol-1≈3.4×104kJ·mol-1。
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
答案 A
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,故答案是A。
9.已知:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1
CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-282.9kJ·mol-1
某H2和CO的混合气体完全燃烧时放出113.74kJ热量,同时生成3.6g液态水,则原混合气体中H2和CO的物质的量之比为( )
A.2∶1B.1∶2C.1∶1D.2∶3
答案 C
解析 根据热化学方程式可知:
H2的燃烧热为571.6kJ·mol-1÷2=285.8kJ·mol-1。
生成的n(H2O)=
=0.2mol,参加反应的H2为0.2mol,故H2燃烧放出的热量为0.2mol
×285.8kJ·mol-1=57.16kJ。
CO燃烧放出的热量为113.74kJ-57.16kJ=56.58kJ,故n(CO)=
=
=0.2mol。
则n(H2)∶n(CO)=1∶1。
题组三 能源
10.下列图示关系中不正确的是( )
答案 B
11.当今国际能源研究的热点之一是寻找新能源,下列能源不属于新能源的是( )
A.太阳能B.氢能
C.风能D.天然气
答案 D
解析 新能源又称非常规能源,是指传统能源之外的各种能源形式。
指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源,如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。
12.合理利用燃料减小污染符合“可持续发展”理念,下列关于燃料的说法正确的是( )
A.“可燃冰”(化学组成为CH4·nH2O)是将水变为油的新型燃料
B.氢气是具有热值高、无污染等优点的燃料
C.乙醇是比汽油更环保、不可再生的燃料
D.石油和煤是工厂经常使用的可再生的化石燃料
答案 B
解析 A项,“可燃冰”外观像冰,其化学组成是CH4·nH2O,水的化学式为H2O,根据元素守恒知,水不能变为油,错误;B项,氢能源具有来源广、热值高的优点,且燃烧后生成水,对环境无污染,正确;C项,乙醇中含有碳、氢、氧三种元素,其燃烧产物是二氧化碳和水,但乙醇为可再生能源,错误;D项,石油和煤都属于化石燃料,且属于不可再生能源,错误。
13.能源与人类的生活和社会发展密切相关,下列关于能源开发和利用的说法中,你认为说法不正确的是( )
A.充分利用太阳能
B.因地制宜开发利用风能、水能、地热能、潮汐能
C.合理、安全开发利用氢能、核能
D.能源都是通过化学反应获得的
答案 D
解析 A项,太阳能取之不尽用之不竭且绿色无污染,是理想的能源,故应充分利用太阳能,正确;B项,风能、水能、地热能、潮汐能绿色无污染,故应因地制宜合理开发,正确;C项,氢能来源广、热值高、无污染,核能安全开发后也是理想能源,正确;D项,人类利用的能源不一定都是通过化学反应获得的,如水力发电,错误。
14.已知下列两个热化学方程式:
2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)
ΔH=-571.6kJ·mol-1
C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l)
ΔH=-2220kJ·mol-1
请根据上面两个热化学方程式,回答下列问题:
(1)H2的燃烧热为,C3H8的燃烧热为。
(2)1molH2和2molC3H8组成的混合气体完全燃烧释放的热量为。
(3)现有H2和C3H8的混合气体共5mol,完全燃烧时放热3847kJ,则在混合气体中H2和C3H8的体积比是。
答案
(1)285.8kJ·mol-1 2220kJ·mol-1
(2)4725.8kJ (3)3∶1
解析
(1)根据燃烧热的概念知H2、C3H8的燃烧热分别为285.8kJ·mol-1、2220kJ·mol-1。
(2)完全燃烧释放的总能量的计算式为Q放=1mol×285.8kJ·mol-1+2mol×222
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 人教版高中化学选修四第一章 第二节 燃烧热 能源 人教版 高中化学 选修 第一章 第二