学年苏教版选修4 专题1第一单元 化学反应中的热效应第3课时 学案.docx

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学年苏教版选修4专题1第一单元化学反应中的热效应第3课时学案

第3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，了解使用化石燃料的利弊和新能源的开发。

一、标准燃烧热

1．标准燃烧热的概念

标准燃烧热的概念是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。

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25℃、101kPa时，1molCH4完全燃烧生成CO2和液态H2O时放出890.31kJ的热量。

3．标准燃烧热的计算

由标准燃烧热定义可知：

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|；或变换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．正误判断

（1）燃料的标准燃烧热越高，则其热值也越大（×）

（2）1molH2完全燃烧生成H2O（g）放出的热量就是H2的标准燃烧热（×）

（3）H2（g）的标准燃烧热是285.8kJ·mol－1，则2H2O（g）===2H2（g）＋O2（g）　ΔH＝571.6kJ·mol－1（×）

（4）1g物质完全燃烧所放出的热量为该物质的热值（√）

例1

　下列说法正确的是（　　）

A．1mol硫酸与1molBa（OH）2完全中和所放出的热量为中和热

B．25℃、101kPa时，1molS和2molS的标准燃烧热相等

C．CO是不稳定的氧化物，它能继续和氧气反应生成稳定的CO2，所以CO的燃烧反应一定是吸热反应

D．101kPa时，1mol碳燃烧所放出的热量为碳的标准燃烧热

答案　B

解析　A项，1molH2SO4与1molBa（OH）2反应生成2molH2O，同时还有BaSO4沉淀生成，不符合中和热的定义；B项，标准燃烧热与可燃物的物质的量无关；C项，CO的燃烧属于放热反应；D项，1mol碳燃烧不一定生成1molCO2。

归纳比较　标准燃烧热和中和热的区别与联系

标准燃烧热

中和热

相同点

能量变化

放热反应

ΔH

ΔH＜0，单位：

kJ·mol－1

不同点

反应物的量

可燃物的物质的量是1mol（O2的量不限）

可能是1mol，也可能不是

生成物的量

不限量

H2O是1mol

反应热的含义

101kPa下，1mol物质完全燃烧的反应热；不同可燃物，标准燃烧热不同

稀溶液中，酸与碱反应生成1molH2O时的反应热。

强酸强碱的中和热ΔH＝－57.3kJ·mol－1

例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　

（1）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。

（2）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。

二、能源

1．能源概念

可以提供能量的自然资源，包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐等。

2．能源的多种分类

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

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

3.新能源的特点

新能源

优点

缺点

太阳能

能量巨大、清洁、充足，不需要开采

能量密度低、开发成本高、稳定性差

氢能

标准燃烧热值高、资源丰富、无毒、无污染

储存、运输困难

地热能

蕴藏量丰富

风能

能量巨大

不稳定，受地区、季节、气候影响甚大

例3

　下列分别是利用不同能源发电的实例图形，其中不属于新能源开发利用的是（　　）

答案　C

解析　C项，火力发电是利用煤作燃料，不属于新能源的开发利用。

考点

　能源

题点

　能源及其分类

例4

　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，促使人们去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）某些科学家对以下3个化学反应很感兴趣：

①3FeCl2＋4H2O（g）

Fe3O4＋6HCl＋H2；

②2Fe3O4＋3Cl2＋12HCl===6FeCl3＋6H2O＋O2；

③6FeCl3

6FeCl2＋3Cl2。

科学家想利用上述反应来制取的一种很有意义的物质是，该物质作为燃料的优点有、、。

答案　

（1）煤　人均能源占有量小，能源利用率低，单位产值能耗高（答案合理即可）　

（2）H2　标准燃烧热值高　无污染　资源丰富

考点

　能源

题点

　能源的利用与环境保护

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；化石燃料（煤）经深加工后变为气体燃料，不仅减少SO2等对大气的污染，而且能提高燃烧效率，C、D项均正确。

2．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，葡萄糖被氧化放出热量，化学能转化为热能，正确；D选项，应该是太阳能转化为化学能，不正确。

3．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，丁烷的标准燃烧热为－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。

4．下列有关描述正确的是（　　）

A．CO（g）的标准燃烧热是－283.0kJ·mol－1，则反应2CO2（g）===2CO（g）＋O2（g）的反应热ΔH＝2×283.0kJ·mol－1

B．1mol甲烷燃烧生成气态水和CO2所放出的热量是甲烷的标准燃烧热

C．H2S的标准燃烧热为－akJ·mol－1，则表示H2S标准燃烧热的热化学方程式为2H2S（g）＋3O2（g）===2SO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－2akJ·mol－1

D．1molH2燃烧生成气态水的反应热ΔH即是标准燃烧热

答案　A

解析　A项，CO（g）的标准燃烧热是－283.0kJ·mol－1，则2molCO2（g）分解吸收的热量是2×283.0kJ，A项正确；B、D项，标准燃烧热描述的是1mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，水在常温下以液态形式稳定存在，B、D项错误；C项，标准燃烧热的热化学方程式中可燃物的化学计量数为1，C项错误。

5．现城市使用的燃料大多为煤气、液化石油气。

煤气的主要成分是一氧化碳和氢气的混合气体，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＝－2220.0kJ·mol－1

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－1

试比较同物质的量的丙烷和一氧化碳燃烧，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－1

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。

答案　

（1）C＋H2O（g）

CO＋H2　

（2）7.86∶1

（3）2.83∶1　（4）来源丰富；产物无污染

解析　

（2）同物质的量的丙烷和一氧化碳燃烧，产生的热量比值为2220.0∶282.57≈7.86∶1。

（3）同质量的氢气和丙烷燃烧，产生的热量比值为

∶

≈2.83∶1。

[对点训练]

题组一　能源问题

1．氢气是人类未来最理想的燃料，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．以焦炭和水制取水煤气（含CO和H2）后分离出氢气

C．用铁和盐酸反应放出氢气

D．由热电站提供电力电解水产生氢气

答案　A

解析　电解水制备H2需消耗大量电能；用焦炭制水煤气需消耗大量热能。

2．关于能源，以下说法中不正确的是（　　）

A．煤、石油、天然气等燃料的最初来源都可追溯到太阳能

B．柴草燃烧时释放的能量与太阳能无关

C．核能和地热能来自地球自身

D．潮汐能来源于月球引力作功

答案　B

3．未来新能源的特点是资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小，且可以再生。

下列符合未来新能源标准的是（　　）

①天然气　②煤　③核能　④石油　⑤太阳能　⑥生物质能　⑦风能　⑧氢能

A．①②③④B．⑤⑥⑦⑧

C．③⑤⑥⑦⑧D．③④⑤⑥⑦⑧

答案　B

解析　天然气、煤、石油都是化石能源，不可再生，因此不属于未来新能源，①、②、④不符合；核能使用不当的话对环境有污染，且不可再生，故核能不属于未来新能源，③不符合；太阳能、生物质能、风能资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小，属于未来新能源，⑤、⑥、⑦符合、氢能可以再生，燃烧产物是水，可以作为氢气的原料，属于未来新能源，⑧符合，因此符合未来新能源标准的是⑤⑥⑦⑧，B项正确。

题组二　标准燃烧热的概念及热化学方程式

4．已知反应：

H2S（g）＋aO2（g）===X＋cH2O（l）　ΔH，若ΔH表示该反应的标准燃烧热，则X为（　　）

A．S（s）B．SO2（g）C．SO3（g）D．SO3（l）

答案　B

5．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　A项中，标准燃烧热是指在25℃、101kPa下，1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量，错误；B项中碳燃烧生成的稳定化合物应为CO2，错误；C项中H2燃烧时的条件及生成水的状态不确定，故1molH2燃烧生成水放出的热量不一定是H2的标准燃烧热，错误，D项中，根据能量守恒定律可知，正确。

考点

　标准燃烧热

题点

　标准燃烧热的概念

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－1

B．－2658kJ·mol－1

C．－1746kJ·mol－1

D．－1526kJ·mol－1

答案　A

解析　标准燃烧热是指在25℃、101kPa时，1mol纯物质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。

考点

　标准燃烧热

题点

　标准燃烧热的概念

7．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纯物质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，因此C不正确。

考点

　标准燃烧热

题点

　标准燃烧热和中和热的比较

8．已知25℃、101kPa条件下：

①4Al（s）＋3O2（g）===2Al2O3（s）

ΔH＝－2834.9kJ·mol－1

②4Al（s）＋2O3（g）===2Al2O3（s）

ΔH＝－3119.1kJ·mol－1

由此得出的正确结论是（　　）

A．等质量的O2比O3能量低，由O2变O3为吸热反应

B．反应①可确定铝的标准燃烧热是－708.7kJ

C．O3比O2稳定，由O2变O3为放热反应

D．反应②可确定铝的标准燃烧热是－779.78kJ·mol－1

答案　A

解析　利用盖斯定律，将反应①－②得3O2（g）===2O3（g）　ΔH＝284.2kJ·mol－1，可知等质量的氧气比臭氧能量低，由O2→O3为吸热反应，A正确、C错误；标准燃烧热是指1mol物质在氧气中完全燃烧时放出的热量，Al的标准燃烧热为－708.7kJ·mol－1，B、D错误。

9．25℃、101kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的标准燃烧热依次是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　根据标准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。

考点

　标准燃烧热

题点

　表示标准燃烧热的热化学方程式

题组三　标准燃烧热的有关计算

10．已知丙烷的标准燃烧热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。

考点

　标准燃烧热

题点

　标准燃烧热的计算

11．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。

考点

　标准燃烧热

题点

　标准燃烧热的计算

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

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．正戊烷的标准燃烧热大约是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标准燃烧热数据可推出正戊烷比2甲基丁烷的标准燃烧热略大些，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。

考点

　标准燃烧热

题点

　标准燃烧热的综合应用

[综合强化]

13．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H2，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，属于非可再生能源，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↑。

考点

　能源

题点

　能源的利用与环境保护

14．乙烷、二甲醚的标准燃烧热较大，可用作燃料，如图是乙烷、二甲醚燃烧过程的能量变化图。

请回答下列问题：

（1）乙烷的标准燃烧热ΔH＝kJ·mol－1。

（2）等物质的量的液态乙烷比气态乙烷完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量（填“多”或“少”）。

（3）根据上图写出二甲醚标准燃烧热的热化学方程式：

。

（4）二氧化碳是主要的温室气体，从环保角度分析，放出相同的热量时，（填“乙烷”或“二甲醚”）作为燃料产生的CO2较少。

答案　

（1）－1560　

（2）少　（3）CH3OCH3（g）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）　ΔH＝－1455kJ·mol－1　（4）乙烷

解析　

（1）以产物1molH2O（l）作为基准，确定a＝

，b＝

，c＝1，d＝

，得：

C2H6（g）＋

O2（g）===

CO2（g）＋H2O（l）　ΔH＝－520kJ·mol－1，

CH3OCH3（g）＋O2（g）===

CO2（g）＋H2O（l）　ΔH＝－485kJ·mol－1，所以乙烷的标准燃烧热ΔH＝－1560kJ·mol－1。

（2）由于液态乙烷所具有的能量低于气态乙烷具有的能量，故完全燃烧生成稳定氧化物时等物质的量的液态乙烷比气态乙烷放出的热量少。

（4）由热化学方程式知，放出相同热量时乙烷产生的CO2较少。

15．

（1）碳氧化物的转化有重大用途，请回答关于CO和CO2的问题。

已知：

①C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）　ΔH1

②2CO（g）＋O2（g）===