【同步讲义】高中化学（苏教版2019）选修第一册--1.1.3 能源的充分利用 讲义

第3课时 能源的充分利用

知识点01  标准燃烧热和热值

1．标准燃烧热

（1）定义：在101 kPa下，_______物质_______的反应热。

（2）单位_______。

（3）意义：如25 ℃、101 kPa时，甲烷的标准燃烧热ΔH=-890.3 kJ·mol-1的意义是：

_____________________________________________________________________________。

（4）物质完全燃烧指物质中含有的氮元素转化为_______、氢元素转化为_______、碳元素转化为_______。

2．热值

（1）定义：在101 kPa，_______物质完全燃烧所放出的热量。

（2）单位：_______。

（3）热值与标准燃烧热的换算：

如甲烷的热值为55.6kJ·g-1，则甲烷的标准燃烧热为_____________________。

【即学即练1】在101 kPa时，H2在1.00 mol O2中完全燃烧生成2.00 mol H2O(l)放出571.6 kJ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1 g水蒸气转化为液态水放热2.444 kJ，则4 g氢气完全燃烧生成气态水时，放出的热量为_______。

知识点02  能源

1．概念

能源是指能提供能量的自然资源。

2．分类

（1）按产生分类

分为一次能源和二次能源。

一次能源是指在自然界现成存在的能源，包括化石燃料（_______、_______、_______）、_______、_______、_______、地热能、海洋能、生物能等。

二次能源是指由一次能源______________转换成其他种类和形式的能量资源，包括_______、_______、_______、_______、焦炭、洁净煤、激光和沼气等。

一次能源又分为可再生能源（_______、_______及_______）和非再生能源（_______、_______、_______等）。

（2）按污染分类

根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源。

污染型能源包括_______、_______等，清洁型能源包括_______、_______、_______、_______以及核能等。

（3）按使用类型分类

分为常规能源和新型能源。

常规能源包括________和_______、_______、_______等。

新型能源包括_______、_______、地热能、海洋能、生物能、氢能以及核电的核燃料等。

3．新能源的特点

新能源应具有_______、_______、_______或_______等特点。

4．能源的充分利用

（1）构建__________、__________的能源体系。

（2）新能源的开发

_______、_______、_______、_______、_______和_______是最有希望的新能源。

【即学即练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会产生污染环境的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，燃烧效率将更高

考法01  标准燃烧热

1．标准燃烧热的含义

研究条件：101kPa   燃烧物的量：1mol

反应的程度：完全燃烧，指燃烧物中的C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)，N→N2(g)

2．标准燃烧热的三要素

①反应条件：25 ℃、101 kPa

②可燃物的用量：1 mol纯物质

③反应程度及产物：完全燃烧生成指定产物。完全燃烧时，不同元素对应的产物：C→CO2(g)、S→SO2(g)、H→H2O(l)、N→N2(g)。C→CO不是完全燃烧；SO3不是S的燃烧产物；若生成物中含有H2O，则必须为液态水，因为气态水在常温下状态不稳定。

3．燃烧热的单位和书写

（1）书写表示某物质燃烧热的热化学方程式时，该物质的化学计量数为1，故其他物质的化学计量数可能为整数，也可能为分数。

（2）标准燃烧热的表示方法：如甲烷的标准燃烧热为890.3 kJ·mol-1或ΔH=-890.3 kJ·mol-1。

【典例1】下列说法正确的是（   ）

A．硫完全燃烧生成二氧化硫时，放出的热量为硫的标准燃烧热

B．在101 kPa时，1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的标准燃烧热

C．在101 kPa时，由2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1，可知CO的标准燃烧热为283 kJ·mol－1

D．乙炔的标准燃烧热为1 299.6 kJ·mol－1，则2C2H2(g)＋5O2(g)=4CO2(g)＋2H2O(g)反应的ΔH＝－2 599.2 kJ·mol－1

考法02  利用燃烧热计算化学反应的反应热

1．书写步骤

（1）将燃烧热改写成热化学方程式。

（2）根据盖斯定律，利用加合法或路径法进行计算。

2．计算方法

反应热=反应物的的燃烧热×化学计量数-生成物的燃烧热×化学计量数。

【典例2】根据表中标准燃烧热的数据，计算CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)的反应热。

考法03  能源的开发和利用

1．能源的分类

2．燃料的选择

(1)生活中选择何种物质作为燃料，考虑热值大小；

(2)考虑燃料的稳定性、来源、价格、运输、对环境的影响、使用的安全性等多方面的因素。

【典例3】下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中，错误的是(　　)

A．化石燃料蕴藏的能量来自远古时期生物体所吸收利用的太阳能

B．太阳能不能直接转化为电能

C．物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能等为人类所用

D．绿色植物发生光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来

题组A  基础过关练

1．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．1 mol C燃烧生成CO时放出的热量就是C的标准燃烧热

C．1 mol H2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，1 mol H2O(l)完全分解吸收的热量与H2、O2化合生成1 mol H2O(l)放出的热量值相等

2．下列说法正确的是(　　)

A．煤是无机化合物，天然气和石油是有机化合物

B．利用化石燃料燃烧放出的热量使水分解产生氢气，是氢能开发的研究方向

C．化学电源放电、植物光合作用都发生化学变化，并伴随能量的转化

D．若反应过程中断开化学键放出的能量大于形成化学键所吸收的能量，则反应放热

3．下列分别是利用不同能源发电的实例，其中不属于新能源开发利用的是(　　)

4．下列关于燃烧热的说法中正确的是(　　)

A．1 mol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 ℃、1.01×105 Pa时，1 mol物质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

5．下列热化学方程式中ΔH的数值表示可燃物燃烧热的是(　　)

A．CO(g)＋O2(g)===CO2(g)     ΔH＝－283 kJ·mol－1

B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)   ΔH＝－802.3 kJ·mol－1

C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)    ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

D．H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)     ΔH＝－184.6 kJ·mol－1

6．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＝－57.3 kJ·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283.0 kJ·mol－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝2×283.0 kJ·mol－1

C．反应热有正负之分，标准燃烧热ΔH全部是正值

D．1 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标准燃烧热

7．下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式(25 ℃，101 kPa)：

①C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)  ΔH＝－2 878 kJ·mol－1

②C4H10(g)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(g)  ΔH＝－2 658 kJ·mol－1

③C4H10(g)＋O2(g)===4CO(g)＋5H2O(l)  ΔH＝－1 746 kJ·mol－1

④C4H10(g)＋O2(g)===4CO(g)＋5H2O(g)  ΔH＝－1 526 kJ·mol－1

由此判断，正丁烷的标准燃烧热ΔH为(　　)

A．－2 878 kJ·mol－1   B．－2 658 kJ·mol－1

C．－1 746 kJ·mol－1   D．－1 526 kJ·mol－1

8．已知101 kPa下，碳、氢气、乙烯和葡萄糖的标准燃烧热依次是393.5 kJ·mol－1、285.8 kJ·mol－1、1 411.0 kJ·mol－1、2 800 kJ·mol－1，则热化学方程式正确的是(　　)

A．C(s)＋O2(g)===CO(g)  ΔH＝－393.5 kJ·mol－1

B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)  ΔH＝571.6 kJ·mol－1

C．C2H4(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(g)  ΔH＝－1 411.0 kJ·mol－1

D.C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)  ΔH＝－1 400 kJ·mol－1

9．已知3.0 g乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98 kJ，则下列表示乙烷标准燃烧热的热化学方程式书写正确的是(　　)

A．2C2H6(g)+7O2(g)===4CO2(g)+6H2O(l)　ΔH=-2 119.6 kJ·mol-1

B．C2H6(g)+O2(g)===2CO(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1

C．C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(g)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1

D．C2H6(g)+O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)　ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1

10．已知：①CaCO3(s)===CaO＋CO2(g)　ΔH＝＋177.7 kJ·mol－1

②C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝－131.3 kJ·mol－1

③C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1

④CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283 kJ·mol－1

⑤H2SO4(l)＋NaOH(l)===Na2SO4(l)＋H2O(l)    ΔH＝－57.3 kJ·mol－1

⑥HNO3(aq)＋NaOH(aq)===NaNO3(aq)＋H2O(l)     ΔH＝－57.3 kJ·mol－1

⑦2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)       ΔH＝－571.6 kJ·mol－1

(1)上述热化学方程式中，不正确的有________，不正确的理由分别是：

_______________________________________________________________________________。

(2)根据上述信息，写出C转化为CO的热化学方程式__________________________________________。

(3)上述正确的热化学方程式中，表示燃烧热的热化学方程式有________；表示中和热的热化学方程式有________。

题组B  能力提升练

1．已知煤炭的燃烧热为393.5 kJ·mol-1，氢气的燃烧热为285.8 kJ·mol-1，一氧化碳的燃烧热为283.0 kJ·mol-1。某同学发现在灼热的煤炭上洒少量水，煤炉中会产生淡蓝色火焰，煤炭燃烧更旺，因此该同学得出结论“煤炭燃烧时加少量水，可使煤炭燃烧放出更多的热量” 。下列有关说法正确的是（   ）

A．反应2H2(g)+O2(g)=2H2O(g)的ΔH＜-571.6kJ·mol-1

B．CO的燃烧的热化学方程式为2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)  ΔH=-283.0kJ·mol-1

C．“煤炭燃烧得更旺”是因为少量固体碳与水反应生成了可燃性气体

D．因285.8kJ·mol-1+283.0kJ·mol-1＞393.5kJ·mol-1，故该同学的结论是对的

 2．人体内葡萄糖的消耗可用下列热化学方程式表示：

C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－2800.6 kJ·mol－1；如果某人每天消耗12540 kJ热量，则他每天至少要摄入葡萄糖的质量为(　　)

A．806 g      B．1000 g       C．1250 g    D．1500 g

3．已知化学反应：C(s)＋1/2O2(g)===CO(g)　ΔH1<0

CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g)　 ΔH2<0

C(s)＋O2(g)===CO2(g)　 ΔH3<0

下列说法正确的是(　　)

A．56 g CO和32 g O2所具有的总能量小于88 g CO2所具有的总能量

B．碳的燃烧热是ΔH3

C．ΔH1<ΔH3

D．28 g CO的总能量比44 g CO2的总能量高

4．燃烧热是指1 mol可燃物充分燃烧生成稳定氧化物时放出的热量。已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的燃烧热分别是-285.8 kJ·mol－1、-1411.0 kJ·mol－1和-1366.8 kJ·mol－1，则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的ΔH为(　　 )

A．－44.2 kJ·mol－1     B．44.2 kJ·mol－1       C．－330 kJ·mol－1    D．330 kJ·mol－1

5．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＝－2 220.0 kJ·mol－1，已知CO气体燃烧的热化学方程式为CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－282.57 kJ·mol－1，则相同物质的量的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＝－571.6 kJ·mol－1，则相同质量的氢气和丙烷燃烧，产生的热量的比值约为______________。

(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_________________________。

题组C  培优拔尖练

1．已知：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH＝－566 kJ·mol－1

Na2O2(s)＋CO2(g)===Na2CO3(s)＋O2(g)　ΔH＝－226 kJ·mol－1。

根据以上热化学方程式判断，下列说法正确的是(　　)

A．CO的燃烧热为283 kJ

B．右图可表示由CO生成CO2的反应过程和能量关系

C．2Na2O2(s)＋2CO2(s)===2Na2CO3(s)＋O2(g)　ΔH>－452 kJ·mol－1

D．CO(g)与Na2O2(s)反应放出509 kJ热量时，电子转移数为6.02×1023

2．已知：H2O(l)===H2O(g)  　ΔH＝＋Q1 kJ·mol－1

2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　  ΔH＝＋Q2 kJ·mol－1

CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　  ΔH＝－Q3 kJ·mol－1

则H2和CH4的燃烧热的比值为(　　)

A．　　       B．       C．      D．

3．一些烷烃的燃烧热如下表：

下列说法正确的是(　　)

A．正戊烷的燃烧热大约是－3540 kJ·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＝－1560.8 kJ·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

4．工业上制取硝酸铵的流程图如下所示：

已知：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)4N2(g)＋6H2O(g)  ΔH＝－1 745.2 kJ·mol－1；

6NO(g)＋4NH3(g) 5N2(g)＋6H2O(g)  ΔH＝－1 925.2 kJ·mol－1。

则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为_______________________________________。

5．饮用水中的NO主要来自于NH。已知在微生物的作用下，NH经过两步反应被氧化成NO。两步反应的能量变化示意图如下：

1 mol NH全部被氧化成NO的热化学方程式为_____________________________________。