2022-2023学年苏教版必修第二册 6-2-2 燃料燃烧释放的能量 学案

第二课时燃料燃烧释放的能量新课程标准素养目标1.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用。2．能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。1.体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。(科学探究与创新意识)2．能从化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题，如煤炭的综合利用等。(变化观念与平衡思想)3．认识化学能转化为热能在生产、生活中的应用及其对人类文明发展的贡献。(科学态度与社会责任)课堂篇·互动探究合作讨论考点一反应热的简单计算与比较[教材预习]1．热值定义：热值指一定条件下____________________所放出的热。2．热值特点质量相同的不同燃料，由于它们的热值不同，完全燃烧后放出的热量不相同。3．计算方法燃料完全燃烧放出的热量＝燃料的质量×热值。答案：1.单位质量的可燃物完全燃烧[探究提升]1．计算ΔH的三种方法(1)根据热化学方程式进行计算ΔH和化学方程式中的化学计量数成正比。化学计量数改变ΔH值会随之改变。(2)根据反应物和生成物的键能计算断裂旧化学键所吸收的总能量即为反应物的总键能，形成新化学键所释放的总能量即为生成物的总键能。因此利用化学键的键能可计算出化学反应中的能量变化。ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。注意：计算时要注意化学计量数与共价键总数的关系，如1molH2O中含有2molH—O键。不能都按1mol计算，要按实际配平的化学方程式和物质的实际结构计算反应物或生成物的总键能。(3)根据反应物和生成物的总能量计算ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量。2．反应热的比较①可燃物完全燃烧放出的热量大于不完全燃烧放出的热量。可燃物完全燃烧是指生成物为稳定的氧化物，即C元素→CO2(g)，H元素→H2O(l)，S元素→SO2(g)。②比较ΔH大小时要带着“＋”“－”号比较：吸热反应的ΔH大于放热反应的ΔH。注意：比较热化学方程式中的ΔH大小时，必须带正、负号比较。对放热反应，ΔH越小，放热越多；对吸热反应，ΔH越大，吸热越多。对于反应热的比较，应注意是比较ΔH的大小还是比较反应放出(吸收)的热量的大小，注意ΔH与|ΔH|的区别。[对点练习]1．H2＋Cl2=2HCl的反应过程如下图所示：(1)根据上图填写下表：化学键能量变化断裂或形成1mol化学键时吸收或放出的能量反应中能量变化Cl—Cl243kJ共吸收________kJH—H436kJH—Cl431kJ共放出________kJ(2)该反应________(填“放出”或“吸收”)________kJ热量。答案：(1)679862(2)放出183解析：(1)反应中生成2molHCl，即形成H—Cl共价键2mol，故放出总能量为431kJ×2＝862kJ。(2)依据：ΔH＝断键吸收的总能量－形成新键放出的总能量＝反应物的总键能－生成物的总键能＝436kJ·mol－1＋243kJ·mol－1－2×431kJ·mol－1＝－183kJ·mol－1，故该反应放出热量183kJ。2．下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是________(填序号)。①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH2②S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH3S(g)＋O2(g)=SO2(g)ΔH4③H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH52H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH6④CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH7CaO(s)＋H2O(l)=Ca(OH)2(s)ΔH8⑤H2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH92NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH10答案：②③④解析：①中1molC(s)完全燃烧生成CO2显然比不完全燃烧生成CO放出的热量多，|ΔH1|>|ΔH2|，但ΔH1、ΔH2均小于0，故ΔH1<ΔH2；②中由S(s)→S(g)要吸收热量，所以S(g)燃烧放出的热量多，由于ΔH3、ΔH4均小于0，故ΔH3>ΔH4；③中ΔH6＝2ΔH5，由于ΔH6、ΔH5均小于0，所以ΔH5>ΔH6；④中ΔH7>0(吸热反应)，而ΔH8<0(放热反应)，所以ΔH7>ΔH8；⑤中N2与H2的化合反应是放热反应，ΔH9<0，其逆反应是吸热反应，ΔH10>0，所以ΔH9<ΔH10。(1)键能：拆开或形成1mol气态物质中某种共价键需要吸收或放出的能量，就是该共价键的键能，单位常用kJ·mol－1表示。一般来说，共价键的键能越大，该共价键越牢固；对于组成和结构相似的物质，其所含共价键的键能越大，物质越稳定。(2)物质的稳定性与其所具有的能量的高低密切相关。物质具有的能量越低越稳定，参加反应时，化学键断裂时吸收的能量就越多，而形成该物质时放出的能量也越多。反之，物质具有的能量越高越不稳定，参加反应时，化学键断裂时吸收的能量就越少，而形成该物质时放出的能量也越少。考点二燃料燃烧与环境及氢燃料的应用前景[教材预习]1．提高燃料的使用效率(1)当今世界上使用最多的能源：化石燃料，即煤、石油、天然气。(2)化石燃料亟待解决的问题2．解决燃料燃烧中存在问题的研究方向(1)________现有的能源，尤其是减少作为燃料的煤和石油的开采。(2)提高燃料的________，通过化学方法将化石燃料转化为洁净燃料。(3)开发氢能、核能、太阳能等洁净、高效的优质新能源。3．氢燃料的应用前景(1)氢气的特点①氢气的________在普通燃料中是最高的。②燃烧产物是________，不污染环境，是一种洁净燃料。③密度________、熔点________、________液化，贮存液氢的容器要求高。(2)应用前景①常用液氢作运载火箭的燃料。②氢燃料混合动力有轨电车。③氢燃料电池。(3)现有的制H2方法①水煤气法：②电解水法③光解法(4)氢能利用需要克服的问题：①解决制氢的耗能问题：利用电解水制H2要消耗大量的电能。科学家正在研究利用其他方法由水制取H2。②要解决H2的贮存和运输问题；H2熔点低难液化，液氢存储困难，也不安全。贮氢合金的发现和应用，开辟了解决H2贮存、运输难题的新途径。答案：2.(1)节约(2)使用效率3.(1)①热值②水③小低难[探究提升]提高燃料燃烧效率的措施及意义(1)提高燃料的燃烧效率的措施①尽可能使燃料充分燃烧，提高燃料的利用率。关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气要适当过量。②尽可能充分利用燃料燃烧所释放出的热能，提高热能的利用率。(2)提高燃料的燃烧效率的意义在于节约能源、节约资源、减少污染。[对点练习]3．下列措施可以提高燃料燃烧效率的是()①提高燃料的着火点②降低燃料的着火点③将固体燃料粉碎④将液体燃料雾化处理⑤将煤进行气化处理⑥通入适当过量的空气A．①③④⑤ B．②③⑤⑥C．③④⑤⑥ D．①②③④答案：C解析：理论上，提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积，并通入适当过量的空气。对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。③④⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。4．氢气是21世纪极有前途的新型能源，是各国研究的热点之一。氢能开发的首要问题是研究如何以水为原料制取氢气。以下研究方向中你认为可行的是()A．大量建设水电站，用电能分解水制取氢气B．设法将太阳能聚焦，产生高温，使水分解产生氢气C．寻找更多的化石燃料，利用其燃烧放热，使水分解产生氢气D．寻找特殊化学物质，用于开发廉价清洁能源，以分解水制取氢气答案：B解析：利用太阳能分解水产生氢气，太阳能无污染，且资源相当丰富，B正确。[知识构建][要点背熟]1．热值：指一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热。2．提高燃料的使用效率。3．氢燃料的优点：无污染、来源丰富、热值高。效果篇·排查基础达标检测[基础排查]1．下列关于能源的说法不正确的是()A．植物通过光合作用，将太阳能转化为生物质能B．在农村推广建造沼气池，是对生物质能的有效利用C．天然气的主要成分是甲烷，是一种可再生的清洁能源D．氢能是重要的清洁能源，在蓝绿藻、微生物和太阳光作用下使水分解制氢是目前科学家研究的新方法之一答案：C解析：植物通过光合作用，把太阳能转化成生物质能，A项正确；建造沼气池，充分利用秸秆等，是对生物质能的有效利用，B项正确；天然气不是可再生能源，C项错误；氢能是重要的清洁能源，在蓝绿藻、微生物和太阳光作用下使水分解制氢是目前科学家研究的新方法之一，D项正确。2．人类对于能源的利用大致可以分为三个时代：柴草能源时代、化石能源时代、多能源结构时代。以下说法正确的是()A．原始社会人类学会利用火，他们以天然气取暖，吃熟食，从事生产活动B．目前我国能源以太阳能为主C．核能、太阳能、氢能等都是新能源D．我国化石能源丰富，应不断开发化石能源满足社会经济发展需要答案：C解析：原始社会人类不会使用天然气，A错误；目前我国的主要能源是化石燃料，B错误；核能、太阳能、氢能等都符合新能源特点，是新能源，C正确；化石燃料是不可再生能源，应该按计划节约开采，从长远看，应把新能源的开发和利用作为主要方向来满足社会经济发展需要，D错误。3．据报道，氢燃料电池公交汽车已经驶在北京街头。下列说法正确的是()A．电解水制取氢气是理想而经济的制氢方法B．发展氢燃料电池汽车不需要安全高效的储氢技术C．氢燃料电池汽车的使用可以有效减少城市空气污染D．氢燃料电池把氢气和氧气燃烧放出的热能转化为电能答案：C解析：电解水制备氢气需要大量的电能，A不正确；氢气属于易燃气体，容易发生危险，所以需要考虑安全高效的储氢技术，B不正确；氢氧燃料电池将化学能转化为电能，产物为水，对环境没有污染，C正确，D不正确。[课堂检测]1．下列有关能源的说法不正确的是()A．化石能源物质内部贮存着大量的能量B．植物的光合作用使太阳能转化为化学能C．利用太阳能等清洁能源代替化石燃料，有利于节约资源保护环境D．燃料燃烧时只是将化学能转化为热能答案：D解析：化石能源物质内部贮存着大量的能量，燃烧时放热，A正确；植物的光合作用是太阳能转化为化学能的过程，B正确；太阳能是可再生清洁能源，对环境无污染，C正确；燃烧时，化学能主要转化为热能，还有部分转化为光能等其他形式的能量，D错误。2．据研究，可以把太阳光变成激光用于分解海水制氢气，反应可表示为2H2Oeq\o(=,\s\up17(TiO2),\s\do15(激光))2H2↑＋O2↑。有下列几种说法：①水分解反应是放热反应；②氢气是可再生能源；③使用氢气作燃料有助于控制温室效应；④若将生成的氢气与空气中多余的二氧化碳反应生成的甲醇储存起来，可改善生存条件。其中叙述正确的是()A．①② B．①③④C．②③④ D．①②③④答案：C解析：将太阳光变成激光用于分解海水制氢，太阳光提供能量，所以水的分解反应是吸热反应，①错误；氢气燃烧生成水，水分解生成氢气，所以氢气是可再生能源，②正确；氢气的燃烧产物是水，不属于温室气体，同时可以减少二氧化碳的排放，所以使用氢气作燃料有助于控制温室效应，③正确；若用生成的氢气与空气中多余的二氧化碳反应生成甲醇，可以减少CO2的排放，同时储存能量，可改善生存条件，④正确。3．将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧，这样处理的目的是()①使煤充分燃烧，提高煤的利用率②减少SO2的产生，避免造成“酸雨”③减少有毒的CO产生，避免污染空气④减少CO2的产生，避免“温室效应”A．①②③ B．②③④C．①③④ D．①②③④答案：A解析：煤块粉碎是为了提高煤的利用率；脱硫是为了减少SO2的产生；过量空气是为了减少CO的产生。4．同压下，下列选项符合ΔH1>ΔH2的是()A．2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH12H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH2B．4P(s)＋5O2(g)=2P2O5(g)ΔH14P(g)＋5O2(g)=2P2O5(g)ΔH2C．OH－(aq)＋H＋(aq)=H2O(l)ΔH1CH3COOH(aq)＋OH－(aq)=CH3COO－(aq)＋H2O(l)ΔH2D．H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH1eq\f(1,2)H2(g)＋eq\f(1,2)Cl2(g)=HCl(g)ΔH2答案：B解析：ΔH的大小与反应物和生成物的聚集状态有关，与热化学方程式中各物质的化学计量数有关。A项，水的状态不同，生成液态水比生成气态水放热多，所以ΔH1<ΔH2；B项，P的状态不同，气态P比固态P的能量高，其燃烧放出的热量更多，故|ΔH2|>|ΔH1|，且这两个反应均为放热反应，所以ΔH1>ΔH2；C项，CH3COOH电离吸热，ΔH1<ΔH2；D项，ΔH1＝2ΔH2，且ΔH1<0，ΔH2<0，故ΔH1<ΔH2。5．下表中的数据是破坏1mol物质中的化学键所消耗的能量：物质Cl2Br2I2HClHBrHIH2能量/kJ243193151432366298436根据上述数据回答下列问题：(1)下列物质本身具有的能量最低的是________(填字母)。A．H2 B．Cl2C．Br2 D．I2(2)下列氢化物中最稳定的是________(填字母)。A．HClB．HBrC．HI(3)X2＋H2=2HX(X代表Cl、Br、I)的反应是________(填“吸热”或“放热”)反应。(4)相同条件下，X2(X代表Cl、Br、I)分别与氢气反应，当消耗等物