人教版高中化学选修四教学案12 燃烧热能源.docx

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人教版高中化学选修四教学案12燃烧热能源

第二节

燃烧热　能源

●课标要求

1．通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。

2．知道节约能源，提高能量利用率的实际意义。

●课标解读

1.理解燃烧热的概念，并掌握有关燃烧热的计算。

2．了解能源的重要性及化学在解决能源危机的重要作用。

3．了解如何节约能源，并提高能源的利用率。

●教学地位

本节第一部分是关于燃烧热的问题，主要是介绍了燃烧热的化学定义，为本章有关反应热的相关内容做准备，另外燃烧热还是描述能源物质的重要物理量，可以为我们选择合适的能源提供有用的数据。

第二部分是关于能源，介绍了能源的主要种类如化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。

另外就我国的能源现状进行了介绍，能源利用中的相关问题，以及为了解决能源危机而采取的相关措施。

这一部分中还介绍了部分新能源，如风能、太阳能、氢能、地热能。

●新课导入建议

热气球的动力就是燃烧器，没有方向舵，它的运动方向必须是随风而行。

不同高度、不同时间、不同地点，风向都是不一样的，想调整方向就需寻找不同的风层。

热气球的升和降与球体内气温有关，球体内气温升高，气球浮力增大，气球就上升；球体内气温下降，球体产生的浮力小于球体自身重量和载重，气球就开始下降。

热气球燃烧器的燃料通常为石油液化气，其成分为丙烷和丁烷，已知每摩尔丙烷完全燃烧生成液态水放出2221.5kJ的热量，你能写出丙烷燃烧的热化学方程式吗？

【提示】　C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（l）　ΔH＝－2221.5kJ·mol－1。

●教学流程设计

课前预习安排：

（1）看教材P7页填写【课前自主导学】中的“知识1，燃烧热”，并完成【思考交流1】。

（2）看教材P8页填写【课前自主导学】中的“知识2，能源”，并完成【思考交流2】。

⇒步骤1：

导入新课、本课时的教材地位分析。

⇒步骤2：

建议对【思考交流】1、2多提问几个学生，使80%以上的学生都能掌握该内容，以利于下一步对该重点知识的探究。

⇓

步骤6：

师生互动完成“探究2，能源的综合利用”，可利用【问题导思】中设置的问题由浅入深地进行，建议教师使用【教师备课资源】中的例题，拓展学生的思维。

⇐步骤5：

在老师指导下由学生自主完成【变式训练1】和【当堂双基达标】中的2、4两题，验证学生对探究点的理解掌握情况。

⇐步骤4：

教师通过【例1】和教材P7页的讲解研析，对“探究1、燃烧热的理解及计算”进行总结。

⇐步骤3：

师生互动完成“探究1，燃烧热的理解及计算”可利用【问题导思】中的问题由浅入深地进行。

　　　　　⇓

步骤7：

教师通过【例2】和教材P8页讲解研析，对“探究2，能源的综合利用”的问题进行总结。

⇒步骤8：

在老师指导下由学生自主完成【当堂双基达标】中的1、3两题，验证学生对探究点的理解掌握情况。

⇒步骤9：

先让学生自主总结本课时学习的主要知识，然后对照【课堂小结】以明确已学的内容、安排学生课下完成【课后知能检测】。

课　标　解　读

重　点　难　点

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。

1.通过燃烧热与中和热对比加深对两者概念的区别。

（重点）

2.正确书写燃烧热的热化学方程式。

（重难点）

3.掌握有关燃烧热的计算。

（难点）

燃烧热

1.定义

101kPa时，1mol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101kPa时，1molC2H2完全燃烧生成CO2和H2O（l）时放出1299.6kJ的热量。

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。

能源

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。

1．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。

2．地位

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衡量一个国家或地区的经济发展和科学技术水平。

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。

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。

燃烧热的理解及计算

【问题导思】　

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】　a．ΔH＝－QkJ/mol

b．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。

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。

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。

　（2012·南昌三中月考）下列说法正确的是（　　）

A．测定HCl和NaOH反应的中和热时，每次实验均应测量3个温度，即盐酸起始温度、NaOH起始温度和反应后终止温度

B．在25℃、101kPa时，1molH2完全燃烧生成液态水，放出285.8kJ热量，H2的燃烧热为－285.8kJ/mol

C．在25℃、101kPa时，1molC与适量O2反应生成1molCO时，放出110.5kJ热量，则C的燃烧热为110.5kJ/mol

D．在稀溶液中：

H＋（aq）＋OH－（aq）===H2O（l）　ΔH＝－57.3kJ/mol，若将含0.5molH2SO4的浓硫酸与含1molNaOH的溶液混合，放出的热量等于57.3kJ

【解析】　B中燃烧热的表示方法不对，文字叙述燃烧热时用正值；C中CO不是C的完全燃烧产物，故放出的热量不能作燃烧热；D中用浓H2SO4放出的热量比中和热的数值大。

【答案】　A

燃烧热与中和热的比较

燃烧热

中和热

相同点

ΔH<0，放热反应

ΔH<0，放热反应

不同点

①限定可燃物（反应物）为1mol

②1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量（不同的反应物，燃烧热不同）

①限定生成物H2O为1mol

②生成1molH2O时放出的热量（不同的反应物的中和热大致相同）

1．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

B．C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－393.5kJ/mol

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

D．H2（g）＋

O2（g）===H2O（g）ΔH＝－241.8kJ/mol

【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，故不能叫燃烧热；D项，参加燃烧的H2虽然是1mol，但其生成H2O（g），而不是H2O（l），故它的反应热也不为H2的燃烧热。

【答案】　B

能源的综合利用

【问题导思】　

①能源有哪些分类？

【提示】　a．按转换过程分类。

b.按利用历史分类。

c.按性质分类。

②如何解决能源危机？

【提示】　a．开源节流。

b．研究开发新能源。

1．能源的分类

按转换过程分

按利用历史分

按性质分

一次能源

常规能源

可再生能源

水能

不可再生能源

煤、石油、天然气等

新能源

可再生能源

太阳能、地热能、沼气、潮汐能、风能、生物质能等

不可再生能源

核能等

二次能源

电能、沼气、汽油、焦炭、蒸汽、工业余热等

2.化石燃料的利弊及新能源的开发

（1）煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料，它们为不可再生能源。

（2）煤作燃料的利弊：

①煤是最重要的化工原料，把煤作为燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用。

②煤直接燃烧时产生的CO、SO2等有毒气体及烟尘，会对环境造成严重污染。

③煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用率低且运输不方便。

④可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及烟气净化脱硫等，大大减轻燃煤对环境的污染，提高煤的利用率。

3．能源危机的解决方法

（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、燃料电池、风能和氢能是最有希望的新能源。

这些新能源资源丰富，有些为可再生能源，并且在使用时对环境几乎没有污染。

4．新能源的特点

（1）太阳能能量巨大，取之不尽，用之不竭，清洁无污染，不需开采和运输。

缺点是能量密度小，受地域和季节的影响大。

（2）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）地热能蕴藏丰富，已被应用。

（4）风能是太阳能的一种转换形式，风能能量巨大。

缺点是具有不稳定性，受地区、季节、气候影响较大。

煤的液化和气化原理为C＋H2O（g）高温,CO＋H2，所以是化学变化而不是物理变化。

　能源是人类生存和发展的重要支撑因素。

常规能源（煤、石油、天然气等）日益减少，促使人们研究能源的利用率和新能源（如太阳能、氢能、核能等）的开发。

（1）我国目前最主要的能源品种是_________________，

能源利用中存在的主要问题有___________________。

（2）为减少污染，提高燃料利用率，下列措施可以达到目的的是________（填序号，下同）。

①将城市居民燃煤改为使用气体燃料　②若将原来烧天然气的灶具改烧液化石油气，应增大空气进入量和减少液化气的进入量　③在农村大力发展沼气

（3）下列关于能源和作为能源的物质的叙述中错误的是________。

①化石能源物质内部蕴贮着大量的能量

②绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来

③物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能为人类所利用

④吸热反应没有利用价值

（4）乌克兰科学家用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______________________________________________

__________________________________________________________________________________________________。

【解析】　

（1）我国人口众多，资源丰富，但人均占有量少；

（2）①②措施保证燃料充分燃烧，发展沼气能有效解决农村燃烧秸秆污染空气的问题；（3）能源的相互转化，其中吸热反应也有其利用价值，可以利用其进行降温等应用。

【答案】　

（1）煤　人均占有量少，能源利用率低，单位产值能耗高

（2）①②③　（3）④

（4）增大与助燃剂的接触面积，使煤油充分燃烧

本题

（2）中易漏选②，因为不清楚等体积的CH4与液化石油气（主要成分是丙烷），完全燃烧耗氧是丙烷多。

2．下列说法中不正确的是（　　）

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

【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。

化石燃料不经处理直接燃烧可产生污染物CO、SO2等有害气体。

化石燃料（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。

【答案】　A

【教师备课资源】

　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，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，丙烷燃烧的热化学方程式为：

C3H8（g）＋5O2（g）===3CO2（g）＋4H2O（l）

　ΔH＝－2219.9kJ/mol

已知CO气体燃烧的热化学方程式为：

CO（g）＋

O2（g）===CO2（g）　ΔH＝－283.0kJ/mol

试比较同物质的量的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

试比较同质量的氢气和丙烷燃烧，产生的热量比值约为________。

（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】　

（1）由题意“它由煤炭与水（蒸气）反应制得，故又称水煤气”知，煤气的主要成分是一氧化碳和氢气的混合气，反应方程式为C＋H2O（g）

CO＋H2。

（2）同物质的量的C3H8和CO燃烧，产生的热量比值为

≈7.84∶1。

（3）同质量的氢气与丙烷燃烧，44g丙烷产生热量为2219.9kJ,44g氢气产生热量为571.6×11＝6287.6kJ。

故比值为

≈2.83∶1。

【答案】　

（1）C＋H2O（g）

CO＋H2

（2）7.84∶1　（3）2.83∶1

（4）资源丰富，产物无污染等

1．（2012·昆明高二月考）下列说法不正确的是（　　）

A．CO2、甲烷都属于温室气体

B．用甘蔗生产的乙醇燃料属于可再生能源，利用乙醇燃料不会产生温室气体

C．太阳能、风能和生物能源属于新能源

D．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能

【解析】　乙醇燃烧产生的CO2属于温室气体。

【答案】　B

2．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】　该题考查对燃烧热概念的理解。

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

3．下列关于热化学反应的描述中正确的是（　　）

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

B．CO（g）的燃烧热是283.0kJ/mol，则反应

2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）的ΔH＝2×283.0kJ/mol

C．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应

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作为标准的，因此A不正确。

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。

有些反应需加热才能发生，但却是放热反应，例如燃料的燃烧需点燃引发才能发生，但却是放热反应。

故选B。

【答案】　B

4．家用液化气的主要成分之一是丁烷，当1.0kg丁烷完全燃烧并生成CO2和液态水时，放出的热量为5×104kJ，试写出丁烷燃烧的热化学方程式：

________________

________________，丁烷的燃烧热为_______kJ/mol。

已知1mol液态水汽化时需要吸收44kJ的热量，C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（g）的ΔH＝________kJ/mol。

【解析】　1kg丁烷完全燃烧生成CO2和液态水时，放出的热量为5×104kJ，则1mol丁烷完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为：

kJ＝2900kJ，故丁烷燃烧的热化学方程式为：

C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（l）　ΔH＝－2900kJ/mol，丁烷的燃烧热为2900kJ/mol。

当丁烷燃烧生成的5mol液态水变为气态水时，需吸收5mol×44kJ/mol＝220kJ的热量，故C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（g）的ΔH＝－2900kJ/mol＋220kJ/mol＝－2680kJ/mol。

【答案】　C4H10（g）＋

O2（g）===4CO2（g）＋5H2O（l）　ΔH＝－2900kJ/mol　2900　－2680