1、第5课时能源的充分利用一、标准燃烧热1概念25_、101_kPa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。单位：kJmol1。2意义例如：C2H2的燃烧热为1 299.6 kJmol1，表示在25_、101_kPa时，1_mol C2H2完全燃烧生成CO2和液态水时放出1 299.6 kJ的热量。二、能源1定义能提供能量的自然资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。2类型及特点(1)化石燃料种类：煤、石油、天然气。 (2)新能源类型：太阳能、氢能、地热能、风能、海洋能和生物质能等。特点：资源丰富，可以再生，没有污染或很少污染。3地位能源是国民经济和社会发展的重
2、要物质基础，它的开发和利用情况可以衡量一个国家和地区的经济发展和科学技术水平。探究点一正确理解燃烧热1正确理解燃烧热(1)燃烧热一般是由实验测得的。物质燃烧时放出的热量多少与外界条件(如温度、压强)有关(如果未注明条件，就是指25 、101 kPa时的热量)，还与反应物和生成物的聚集状态有关。(2)定义中的“1 mol物质”是指1 mol纯净物(单质或化合物)。(3)定义中“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：CCO2HH2OSSO2CCO不是完全燃烧，而SSO3不是燃烧产物，生成的水为液态，不能是气态。(4)因为物质燃烧
3、都是放热反应，所以表达物质燃烧热时的H均为负值，即H0。(5)燃烧热是以1 mol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1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数，故在其热化学方程式中常出现分数。例如，C8H18燃烧的热化学方程式：2C8H18(l)25O2(g)=16CO2(g)18H2O(l)H11 036 kJ/mol，C8H18的燃烧热为5 518 kJ/mol，而不是11 036 kJ/mol，表示C8H18燃烧热的热化学方程式：C8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5 518 kJ/mol。2燃烧热和中和热的异同1氢
4、气的燃烧热H285.8 kJmol1，想一想，下面表示氢气燃烧热的热化学方程式正确吗？H2(g)O2(g)=H2O(g)H285.8 kJmol1提示：不正确。燃烧热测得数据的条件是25 ，101 kPa，此时水应该是液态。2燃烧热与反应热H有何关系？提示：反应热范围广，包括中和热、燃烧热、溶解热等所有化学反应中的热量变化，而燃烧热只是反应热的一种形式；反应热有吸热与放热之分，而燃烧只能放热，即H0。可用以下图示表示：【例1】分析以下几个热化学方程式，其中表示燃烧热的热化学方程式的是()AC(s)O2(g)=CO(g)H110.5 kJ/molBC(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 k
5、J/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项中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2 mol H2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1 mol，但其生成H2O(g)，而不是H2O(l)，故它的反应热也不是H2的燃烧热。【答案】B25 、101 kPa下，碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5 kJ/mol、285.8 kJ/
6、mol、890.3 kJ/mol、2 800 kJ/mol，则下列热化学方程式正确的是(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：燃烧热是指在25 、101 kPa下，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量，需要注意的是水为液态时稳定。在热化学方程式中H0表示吸热，故在题给选项中A、B、C错误，故正确答案为D。探究点二燃
7、烧热的计算方法1燃烧热是以1 mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此计算燃烧反应释放的热量时先应计算出可燃物的物质的量n(可燃物)，然后根据该可燃物的燃烧热HC计算燃烧反应所释放的热量。其计算公式为Q放n(可燃物)HC。2有关燃烧热的混合物的计算方法(1)列方程组法。列方程组法思路简单，应用普遍，但求解过程繁杂。(2)十字交叉法。推出：(3)估算法：该方法适用于选择题，抓住选项的特点，分析估算，求解快捷。故解此类题目时，可根据实际情况选择快而准确的解法。【例2】已知2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJ/mol；C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H
8、2 220 kJ/mol。设有氢气和丙烷的混合气体5 mol，完全燃烧时放出热量为3 847 kJ，则混合气体中氢气与丙烷的体积比是()A13 B31C14 D11【思路分析】本题为反应热和混合物的计算问题。【解析】方法一：常规解法列方程。设混合气体中氢气和丙烷分别为x mol和y mol，由燃烧的热化学方程式可知H2的燃烧热为285.8 kJ/mol，则可得下列方程式：联立解得x3.75，y1.25。所以混合气体中氢气和丙烷分别为3.75 mol和1.25 mol，故二者的体积比为31。故选B。方法二：估算法。由题：H2的燃烧热为285.8 kJ/mol，C3H8的燃烧热为2 220 kJ/
9、mol；5 mol混合气体完全燃烧共放出3 847 kJ热量。可知，其中C3H8一定小于2 mol，则H2一定大于3 mol，H2与C3H8的体积比一定大于32，故选B。方法三：混合物计算的另一种常规思维方法是平均值法十字交叉法。把5 mol混合气体看做纯净气体，该气体的平均燃烧热为3 847 kJ/5 mol769.4 kJ/mol，有：得V(H2)V(C3H8)1 450.6483.631。可得二者的物质的量之比也为31。故正确答案为B。【答案】B在一定条件下，CO和CH4燃烧的热化学方程式如下：2CO(g)O2(g)=2CO2(g)H566 kJ/molCH4(g)2O2(g)=CO2(
10、g)2H2O(l)H890 kJ/mol由1 mol CO和3 mol CH4组成的混合气体在上述条件下完全燃烧时，放出的能量为(B)A2 912 kJ B2 953 kJC3 236 kJ D3 867 kJ解析：根据热化学方程式可知，1 mol CO完全燃烧放出的能量为566 kJmol11 mol283 kJ, 3 mol CH4完全燃烧放出的能量为890 kJmol13 mol2 670 kJ，总共放热2 670 kJ283 kJ2 953 kJ。探究点三能源及其分类1能源的概念能源就是能提供能量的资源，它包括化石燃料(煤、石油、天然气)、光能、风能、水能、海洋能等。2分类(1)按来源
11、分类(2)按形式分类3.能源的重要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，可以用来衡量一个国家或地区的经济发展和科学技术水平。4解决能源危机的方法(1)科学地控制燃烧反应，使燃料充分燃烧，提高能源的使用效率，是节约能源的重要措施。提高燃料燃烧效率的方法有：将煤制成蜂窝状，以增加与空气的接触面积。通过一定的方法将煤转化为液体燃烧(如甲醇)。通过一定的方法将煤转化为气体燃料(如煤气)。在农村，燃烧秸秆时，常使用鼓风机(或风箱)，通过鼓入足量的空气，使秸秆充分燃烧。在使用煤气或天然气作燃料时，常通过调节燃气的进风口，通入足量的空气，保证气体的充分燃烧。在生产和生活中，还需要充
12、分利用燃料燃烧所放出的能量。例如，火力发电厂会产生大量的余热，发电厂的附近常建有其他工厂(如水泥厂)，用发电厂产生的余热进行生产。(2)寻找新的能源，现在正在探索的新能源有太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等。它们来源丰富，可以再生，没有污染或污染很小。5新能源的开发新能源是指以新技术为基础，系统开发利用的能源，包括太阳能、生物质能、风能、海洋能、地热能等。(1)太阳能将太阳能转化为人类可控制的能量一直是科学家不断探索的领域，例如，将太阳能转化为电能。美国俄亥俄州州立大学的生物化学家已成功研制出一种模拟生物体系的光化电池，该电池用叶绿体转化和储存太阳能，转化率接近1%(仿生系统转化率
13、为0.002%)。为了将太阳能转化为电能，科学家研究了许多光电转换材料，如单晶硅材料、多晶硅材料及非晶硅材料等，因采用新技术，光电转化效率增大。(2)氢能氢能是人类最理想的能源，主要用作高能燃料，可应用于飞机、汽车、燃料电池等需要热能或其他形式能量的设备中。氢能的特点a氢气的密度最小，在标准状况下仅为0.089 9 g/L。b原料来源广，地球上分布着大量的水，其组成元素为H和O。若把其中的氢提取出来，其产生的总热量比地球上所有化石燃料燃烧放出的热量还多9 000倍。c燃烧性能好，与空气混合时有广泛的可燃范围。d无污染，氢燃烧产生H2O，不会污染环境。e可循环利用，生成的H2O再分解为H2和O2
14、，可再循环使用。可谓取之不尽，用之不竭。f氢转化可得到的能量的形式多样，既可燃烧提供热能，进一步转化为机械能及其他能量，也可以制成燃料电池直接转化为电能。氢能的利用存在的问题在目前的条件下，大规模利用氢气作为能源还需解决以下问题：a廉价的制氢技术，因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关注的问题。b安全可靠的贮氢和输氢方法。由于液氢易汽化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。(3)地热能世界上地热能蕴藏丰富，相当于煤储量的1.7亿倍。许多国家都在进行地热勘探，已发现和打出地热
15、泉和地热井7 300多处。地热能已被用于采暖、育种、温室、发电等方面。(4)风能风能是太阳能的一种转换形式。地球一年可利用的风能相当于51014 kWh电能，是目前全世界能量消耗的30倍。特别提醒：以上四种能源被称为最有希望的新能源，因为它们来源丰富、可再生、对环境无污染或污染很小。1请思考促使燃料充分燃烧的条件有哪些？提示：燃料充分燃烧需要考虑两点：一是燃烧时要有足够多的空气；二是燃料与空气有足够大的接触面积。若空气不足，燃料燃烧就不完全，这样不仅产生的热量少，而且产生大量的CO等物质，这些CO及燃烧不完全的颗粒等随烟气排出后，会污染空气且危害人体健康；若空气通入量过多，过量的空气会带走部分
16、热量，同样会造成浪费。同时若使用大块的固体燃料，块状固体与空气的接触面积有限，燃料往往不能充分燃烧。2选择燃料的标准是什么？提示：(1)物质的燃烧热；(2)燃料的储量；(3)燃料的开采、运输；(4)燃料储存的条件、价格；(5)燃料燃烧时的产物对生态环境的影响。例如：液化石油气中的丙烷燃料热值高，地下石油储量丰富，开采较容易，燃烧时产生CO2、H2O对环境污染小，缺点是储存、运输不方便。3煤作为燃料存在的问题有哪些？提示：(1)煤是重要的化工原料，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，对环境造成严重污染。(3)煤作为固体燃料，燃烧反应速率
17、小，热利用效率低且运输不方便。(4)可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及实行烟气净化脱硫等，大大减少燃煤对环境造成的污染，提高煤的利用率。【例3】太阳能是清洁的新能源，为了环保，我们要减少使用像煤炭这样的常规能源而大力开发新能源。下列属于新能源的是()石油 地热能核能 天然气风能 潮汐能A BC D【思路分析】本题考查能源分类，可以采用排除法解答，常规能源为化石燃料，包括煤、石油、天然气等，除常规能源外的多数能源为新能源。【解析】常规能源是指技术较为成熟且被大规模利用的能源，主要包括煤、石油、天然气等；新能源是指尚未被大规模利用、利用历史短的能源，如地热能、核能、风能、潮汐能等。风能作为
18、新能源的利用方式是风力发电。【答案】C下列图示关系不正确的是(B)解析：燃烧热和中和热均属于反应热，二者是并列关系，A项正确；一次能源和二次能源是并列关系，而非交叉关系，B项错误；氧化还原反应既有放热反应又有吸热反应，非氧化还原反应也是既有放热反应又有吸热反应，C项正确；根据能源的分类及关系可知，D项正确。1下列关于热化学反应的描述中正确的是(B)AHCl和NaOH反应的中和热H57.3 kJ/mol，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热H2(57.3) kJ/molBCO(g)的燃烧热是283.0 kJ/mol，则2CO2(g)=2CO(g)O2(g)反应的H2283.0 kJ/molC
19、需要加热才能发生的反应一定是吸热反应D1 mol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：中和热的数值是一个定值，与几元酸几元碱反应无关，故A错；B项显然正确；放热反应有的也需要加热，C项错；甲烷燃烧生成液态水和二氧化碳所放出的热才是甲烷的燃烧热，故D项也错。2下列关于燃烧热的说法正确的是(D)A燃烧反应放出的热量就是该反应的燃烧热B1 mol可燃物质发生氧化反应所放出的热量就是燃烧热C1 mol可燃物质完全燃烧生成稳定化合物时所放出的热量就是燃烧热D在25 、101 kPa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就是燃烧热解析：可燃物燃烧可以是完全燃烧也可
20、以是不完全燃烧，而燃烧热必须是完全燃烧放出的热量，故A错误；在25 、1.01105 Pa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就是该物质的燃烧热，故B、C错误，D正确。3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(C)AH2O的分解反应是放热反应B氢能源已被普遍使用C2 mol H2O(l)具有的总能量低于2 mol H2(g)和1 mol O2(g)的总能量D氢气不易贮存和运输，无开发利用价值解析：2H2O2H2O2是吸热反应，说明2 mol H2O(l)的总能量低于2 mol H2(g)和1 mol
21、O2(g)的总能量，A错误，C正确；因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔，B、D错误。4在101 kPa时，32 g CH4完全燃烧生成CO2和液态H2O，放出的热量为1 780 kJ，则甲烷的燃烧热为(C)A1 780 kJ/mol B1 780 kJ/molC890 kJ/mol D890 kJ/mol解析：32 g 甲烷的物质的量为2 mol，所以1 mol 甲烷在101 kPa时，完全燃烧放出的热量为890 kJ/mol，其热化学方程式为CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H890 kJ/mol，即甲烷的燃烧热为890 kJ/
22、mol。5丙烷的热值较高，污染较小，是一种优良的燃料。试回答下列问题：(1)如图是一定量丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)过程中的能量变化图，请在图中的括号内填入“”或“”。(2)写出表示丙烷燃烧热的热化学方程式：C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H2 215.0 kJmol1。(3)二甲醚(CH3OCH3)是一种新型燃料，应用前景广阔。1 mol二甲醚完全燃烧生成CO2和液态水时放出1 455 kJ热量。若1 mol丙烷和二甲醚的混合气体完全燃烧生成CO2和液态水时共放出1 645 kJ热量，则混合气体中，丙烷和二甲醚的物质的量之比为13。解析：(1)由图
23、可知，生成物总能量低于反应物总能量，则丙烷完全燃烧生成CO2和1 mol H2O(l)的过程放热，H0。(2)燃烧热是指1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物的反应热，所以表示丙烷燃烧热的热化学方程式为C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H2 215.0 kJmol1。(3)n(二甲醚)1 455 kJmol11 moln(二甲醚)2 215.0 kJmol11 645 kJ，解得n(二甲醚)0.75 mol，n(丙烷)1 moln(二甲醚)0.25 mol。625 、101 kPa时，氢气和氧气反应生成1 mol 水蒸气放热241.8 kJ，该反应的热化学方程式为H2(g
24、)O2(g)=H2O(g)H241.8 kJ/mol。若1 g水蒸气转化为液态水放热2.444 kJ，则反应2H2(g)O2(g)=2H2O(l)的H571.6 kJ/mol，由此可知氢气的燃烧热为285.8 kJ/mol。解析：书写热化学方程式时要注意：标明反应物及生成物的聚集状态。化学计量数改变时，H也同倍数地改变。故H2燃烧生成水蒸气的热化学方程式可写成：H2(g)O2(g)=H2O(g)H241.8 kJ/mol或2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H483.6 kJ/mol。36 g(2 mol)水蒸气变成36 g液态水放热：36 g2.444 kJ/g88 kJ，所以2 mol H2燃烧生成2 mol H2O(l)时，H483.6 kJ/mol88 kJ/mol571.6 kJ/mol。燃烧热为1 mol 纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所释放的热量，故H2的燃烧热为285.8 kJ/mol。
