2024版新教材高中化学专题6化学反应与能量变化第二单元化学反应中的热第2课时燃料燃烧释放的能量氢燃料的应用前景学生用书苏教版必修第二册

第2课时燃料燃烧释放的能量氢燃料的应用前景新课程标准1．知道化学反应可以实现化学能与其他能量的转化，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。学业质量水平合格性要求1.体会提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。(水平1)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。(水平2)等级性要求能从物质及能量变化的角度评价燃料的使用价值，认识化学能转化为热能在生产、生活中的应用。(水平4)图说考点基础知识——自学·思记·尝试[新知预习]一、燃料燃烧释放的能量1．热值(1)定义：热值是指一定条件下单位质量的可单位kJ·g－1，注意与反应热的单位不同燃物完全燃烧所放出的热。注意测定热值时，可燃物完全燃烧生成的是稳定的物质，如氢元素转化为液态水，碳元素转化为二氧化碳气体，硫元素转化为二氧化硫气体等。(2)不同的燃料其组成和结构也不同，燃烧后放出的能量也不同。比较几种不同燃料的热值(见下表)：物质天然气石油煤炭氢气热值(kJ·g－1)约56约48约33143其中，________热值最大，是最理想的燃料。(3)应用：热值可用于比较单位质量的燃料完全燃烧放出热的多少，是燃料燃烧释放的能量的直观反映。2．化石燃料燃烧存在的问题及解决对策存在的问题：(1)煤等化石燃料的燃烧常常伴随着大量烟尘、CO、SO2、氮氧化物(NOx)等有毒有害物质的排放； 导致酸雨(2)燃料燃烧过程中，一般只有约1/3的能量可以实现有效转化，其他部分则转化为废热排出或损耗掉，燃料使用效率不高。解决对策：(1)节约现有的能源，尤其是减少作为燃料的煤和石油的开采，将更多的化石燃料留给后人；(2)提高燃料的使用效率，减少对环境的污染，利用化学方法将化石燃料转化为清洁燃料，如将煤经气化转化为煤气，或使煤经液化形成液体燃料；煤的气化和液化均为化学变化(3)积极开发优质的新能源，氢能、水能、太阳能、风能等都是更清洁、更高效的能源。☞学而思从空间站建成到新型火箭研制，2023年，中国航天继续“超级模式”。你一定很想知道航天运载火箭中所装燃料产生的热能从何而来，它与化学物质和化学反应有什么关系？问题：常见燃料C、C8H18、CH4、C2H5OH(乙醇)完全燃烧的热化学方程式可以分别表示为①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－393.6kJ·mol－1②C8H18(l)＋252O2(g)=8CO2(g)＋9H2O(l)ΔH＝－5518kJ·mol－③CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－890.3kJ·mol－1④C2H5OH(l)＋3O2(g)=2CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1366.8kJ·mol－1(1)完全燃烧相等物质的量的上述物质，放出热量的大小顺序是________。(2)完全燃烧相等质量的上述物质，放出热量的大小顺序为________。(3)燃料燃烧放出热量的大小常用热值来衡量。燃料的热值是指在一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热量，单位是________。二、氢燃料的应用前景1．氢燃料的应用前景氢燃料的优点(1)热值高。氢气的热值在普通燃料中是最高的。(2)产物无污染。氢气燃烧的产物只有水，不会产生对环境有害的污染物，是一种清洁燃料。(3)来源丰富。氢气来源于水的分解，自然界中水资源比较丰富。(4)可再生。氢气燃烧的产物只有水，水分解又会产生氢气，故氢气可以再生。氢燃料应用面临的困境(1)制氢成本高。将太阳能转化为电能，再将水催化电解获得氢气，成本高。(2)储氢困难。氢气密度小，熔点低，难液化，贮存液氢的容器要求高。(3)氢气的运输困难。氢气是可燃气体，遇明火易发生爆炸，对于运输的要求高。解决氢燃料应用面临困境的方法(1)开发高效、廉价、绿色的催化技术，降低制氢成本。(2)研究具备良好吸收和释放氢气性能的合金(如贮氢合金在一定条件下吸收氢气形成金属氢化物，在加热时又可释放出氢气)，解决氢气贮存问题。应用举例(1)发射人造卫星和载人飞船的运载火箭常用液氢作燃料。(2)用于氢动力汽车和氢燃料混合动力有轨电车。(3)利用氢燃料电池发电。2.太阳能及其利用(1)太阳能转化为化学能太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为________，进而生成淀粉、纤维素。(2)化学能转化为热能动物摄入体内的淀粉能水解转化为葡萄糖，葡萄糖被氧化生成____________，释放出________，供给生命活动的需要。☞学而思华东理工大学材料科学与工程学院杨化桂教授课题组在太阳能光解水领域取得重要进展，以金属性光催化材料氮化钨为催化剂，光解水获得H2和O2，获取氢能源。问题一：太阳能光解水的过程中，主要发生的能量转化形式是什么？问题二：氢能是公认的新型清洁能源，推测氢能具有哪些优点和缺点？[即时自测]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”(1)化石燃料在任何条件下都能充分燃烧。()(2)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。()(3)固体煤变为气体燃料后，燃烧效率更低。()(4)地球上所有可利用的能源都直接或间接来自太阳。()(5)煤、石油、天然气等化石燃料与太阳能无关。()(6)太阳能热水器是将太阳能转化为化学能。()(7)氢能是不可再生能源。()(8)氢能是一种无污染的绿色能源。()2．人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态)，人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是()A．研究菠菜蛋白质“发电”不属于“太阳能文明”B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应C．太阳能电池可将太阳能直接转化为电能D．石油和天然气都属于碳素燃料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．①②③④4．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．①②③B．②③④C．①③④D．①②③④5．氢气是未来的“绿色能源”，科学家们最新研制出利用太阳能产生激光，再用激光使水分解制得氢气的新技术，其中水的分解可以用化学方程式表示为2H2OTiO2,激光2H2↑＋O2↑。下列有关说法不正确的是()A.TiO2在反应中作氧化剂，且该反应不需任何其他条件就能进行B．水分解不产生污染物C．TiO2在反应中作催化剂D．该技术将太阳能转化为化学能6．新能源又称非常规能源，指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核能等。下列有关新能源的说法不正确的是()A．新能源与化石能源相比最直接的好处就是造成的环境污染少B．利用晶体硅制作的太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，实现太阳能的利用C．氢能是一种清洁的二次能源。可用电解水制氢的方法获取大量氢气实现能源的绿色化D．解决能源危机的方法是开源节流，即开发新能源和节约现有能源，提高原料的利用率课堂检测——夯实·测控·演练1.环境保护是目前人类面临的一项重大课题。为应对燃料使用造成的环境污染，科学家提出了利用太阳能促进燃料循环使用的构想，其构想可用如图表示：其中过程Ⅰ的主要反应为①2CO2光=2CO＋O②2H2O光2H2↑＋O2↑，③2N2＋6H2O光=4NH3＋3O④2CO2＋4H2O光=2CH3OH＋3O⑤CO2＋2H2O光=CH4＋2O下列说法中不正确的是()A．过程Ⅱ中发生的反应均为放热反应B．太阳能最终主要转化为热能C．经过上述一个循环后放出O2D．实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程Ⅰ2．下列有关能量的说法不正确的是()A．化石能源物质内部贮存着大量的能量B．植物的光合作用将太阳能转化为化学能C．由石墨制金刚石是吸热反应，故石墨的能量比金刚石的能量低D．燃料燃烧时只是将化学能转化为热能3．下列说法正确的是()A．天然气和石油都是有机化合物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．植物光合作用是化学变化，并伴随能量的转化D．若化学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4．下列说法不正确的是()①化石燃料在任何条件下都能充分燃烧②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③直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效率高④固体煤变为气体燃料后燃烧效率更低A．①④B．②③④C．①②③D．①③④5．下列说法正确的是()A．若氢气和氧气化合是放热反应，则水电解生成氢气和氧气是吸热反应B．需要加热才能进行的反应是吸热反应C．反应放出的热量的多少与反应物的质量和状态无关D．对放热反应A＋B→C＋D，A、B的能量总和小于C、D的能量总和6．利用太阳能，使燃料循环使用有如下构思和方案：①2CO2光能=2CO＋O②2H2O光能=2H2↑＋O③2N2＋6H2O光能=4NH3＋④CO2＋2H2O光能=CH4＋实现上述构思和方案的关键是()A．如何使物质吸收光能转变为其他物质B．寻找催化剂C．利用光能D．利用绿色植物7．天然气主要用途是作燃料，可制造炭黑，化学药品和液化石油气，由天然气生产的丙烷、丁烷是现代工业的重要原料。天然气的主要成分是甲烷(CH4)，甲烷燃烧时的能量变化如图所示，已知1molH2O由气态变为液态时放出44kJ的能量。请回答下列问题：(1)甲烷燃烧生成液态水的反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。(2)8gCH4完全燃烧时生成气态水的热量变化是________kJ。8．城市使用的燃料，现大多为煤气、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反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(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)＋12O2(g)=CO2(g)ΔH＝-282.57kJ·mol-(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________________。第2课时燃料燃烧释放的能量氢燃料的应用前景基础知识新知预习一、1．(2)氢气学而思提示：(1)C8H18>C2H5OH>CH4>C(2)CH4>C8H18>C>C2H5OH(3)kJ·g－1二、2．(1)葡萄糖(2)二氧化碳和水热学而思提示：问题一太阳能光解水的过程中，主要能量转化形式是太阳能转化为化学能。问题二氢能的优点是原料丰富，能量高；燃烧产物是水，无污染。缺点是制备氢气的能耗高，氢气的贮存和运输不方便等。即时自测1．解析：(1)化石燃料充分燃烧的条件是燃料与空气或氧气要尽可能充分接触，且空气或氧气要适当过量。(2)化石燃料含有碳、硫等元素，燃烧会产生CO、SO2等有害气体。(3)固体煤变为气体燃料后，接触面积增大，燃烧更充分，燃烧效率更高。答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)√2．解析：菠菜蛋白质“发电”属于“太阳能文明”，A错误；发展太阳能经济有助于减缓温室效应，B正确；太阳能电池可将太阳能直接转化为电能，C正确；石油和天然气都属于碳素燃料，D正确。答案：A3．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。答案：C4．解析：将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；通入适当过量空气是为了减少CO的产生。答案：A5．答案：A6．解析：新能源是清洁能源，造成的环境污染少，A正确；晶体硅可用来制作太阳能电池，太阳能电池可将太阳能直接转换为电能，B正确；利用电解水的方法得到氢气，此法需消耗大量电能，不能实现能源绿色化，C错误；解决能源危机的方法是开发新能源和节约现有能源，提高原料的利用率，D正确。答案：C课堂检测1．答案：C2．答案：D3．答案：C4．解析：化石燃料充分燃烧的条件是燃料与空气或氧气要尽可能充分地接触，且空气或氧气要适当过量，①错误；化石燃料在燃烧过程中产生的CO、SO2等有害气体会污染环境，