能源的充分利用 学案 高二上学期化学苏教版（2019）选择性必修1

第三课时能源的充分利用学习目标1.认识标准燃烧热的概念，掌握表示标准燃烧热的热化学方程式的书写和有关标准燃烧热的简单计算。2.了解能源的种类、特点和我国目前的能源状况及应对能源危机所采取的措施，知道能源是人类生存和社会发展的重要基础。一、标准燃烧热和热值1.标准燃烧热(1)概念：在101kPa下，1mol物质____________的反应热叫做该物质的标准燃烧热。单位为____________。(2)物质完全燃烧的含义：物质中所含有的氮元素转化为________，氢元素转化为________，碳元素转化为________，硫元素转化为SO2(g)。(3)意义：25℃时，甲烷的标准燃烧热为ΔH＝－890.3kJ·mol－1，表示__________________________________________________________________________________________________________________________________________。(4)对标准燃烧热的理解(5)表示标准燃烧热的热化学方程式由于标准燃烧热是以______________物质完全燃烧的反应热来定义的，因此在书写表示标准燃烧热的热化学方程式时，可燃物的化学计量数必须为________，以此来配平其余物质的化学计量数。例如：H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·mol－1。2.热值________物质完全燃烧的反应热叫做该物质的热值。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101kPa时，1mol碳燃烧所放出的热量为碳的标准燃烧热C.在101kPa时，由2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH＝－566kJ·mol－1，可知CO的标准燃烧热为283kJ·mol－1D.乙炔的标准燃烧热为1299.6kJ·mol－1，则2C2H2(g)＋5O2(g)=4CO2(g)＋2H2O(g)反应的ΔH＝－2599.2kJ·mol－12.下列热化学方程式中能表示可燃物标准燃烧热的是()A.CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH＝－283kJ·mol－1B.CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－802.3kJ·mol－1C.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1D.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－484.0kJ·mol－13.25℃、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)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－393.5kJ·mol－1B.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－571.6kJ·mol－1C.CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－890.31kJ·mol－1D.eq\f(1,2)C6H12O6(s)＋3O2(g)=3CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－1400kJ·mol－14.在25℃、101kPa时，1.00gC6H6(l)燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，放出41.8kJ的热量，C6H6的标准燃烧热为____________kJ·mol－1，该反应的热化学方程式为_____________________________________________________________________。二、能源1.能源的概念及其分类(1)概念能源是指可以提供________的自然资源，它包括____________、阳光、风力、流水、潮汐等。(2)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、生物质能等能源性质可再生能源太阳能、风能、氢能、生物质能不可再生能源化石燃料、核能2.化石燃料和新能源(1)化石燃料的弊端：蕴藏量有限、不能再生；利用率低；污染环境，特别是会造成____________和____________。(2)太阳能是能量巨大的清洁能源，缺点是能量密度小，受地域和季节的影响大。(3)氢能有三大优点：一是热值高，二是_____________________________________________________________________，三是____________、无污染。缺点是储存、运输困难。3.能源危机的解决方法开发____________，节约____________，提高能源的____________。1.(山东卷)有利于实现“碳达峰、碳中和”的是()A.风能发电 B.粮食酿酒C.燃煤脱硫 D.石油裂化2.“能源分类相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分的能源是()A.煤炭、汽油、潮汐能B.水能、生物质能、天然气C.太阳能、风能、沼气D.地热能、海洋能、核能3.你认为下列行为有悖于“节能减排，和谐发展”这一主题的是()A.将煤进行气化处理，提高煤的综合利用率B.研究采煤、采油新技术，提高产量以满足工业生产的快速发展C.开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料D.实现资源的“3R”利用观，即减少资源消耗，增加资源的重复使用、资源的循环再生【题后归纳】(1)沼气和天然气的主要成分都是甲烷，沼气是可再生能源，天然气是不可再生能源。(2)未来最理想的新能源是氢能。我们要科学合理地使用常规能源，不断开发利用新能源，寻找解决能源危机的新方法、新措施。微专题2反应热的计算与比较一、反应热(ΔH)计算的常用方法(一)利用键能计算ΔH【典例1】(湖南卷)氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据化学键N≡NH—HN—H键能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。则反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。[方法技巧]利用键能计算ΔH的方法(1)计算公式：ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能。(2)计算关键：利用键能计算反应热的关键，就是要算清物质中化学键的数目，清楚中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目。物质H2OCH4NH3CO2所含共价键H—OC—HN—HC=O每摩尔微粒所含共价键的数目(NA)2432物质P4SiO2石墨金刚石所含共价键P—PSi—OC—CC—C每摩尔微粒所含共价键的数目(NA)641.521.能源短缺是全球面临的问题，用CO2来生产燃料甲醇的反应原理为CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)。已知某些化学键的键能数据如下表所示。则该反应的ΔH为()化学键C—HH—HC—OC=OH—O键能/(kJ·mol－1)413.4436.0351.0745.0462.8A.－46.2kJ·mol－1 B.46.2kJ·mol－1C.－181.6kJ·mol－1 D.181.6kJ·mol－1(二)根据盖斯定律计算ΔH【典例2】CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)。已知：C(s)＋2H2(g)=CH4(g)ΔH＝－75kJ·mol－1C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝－394kJ·mol－1C(s)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO(g)ΔH＝－111kJ·mol－1该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。2.烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为①NO(g)＋O3(g)=NO2(g)＋O2(g)ΔH1＝－200.9kJ·mol－1②NO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=NO2(g)ΔH2＝－58.2kJ·mol－1则反应3NO(g)＋O3(g)=3NO2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。(三)根据物质的标准燃烧热(ΔH)计算反应的ΔH【典例3】已知在101kPa下CH4(g)、H2(g)、C(s)的标准燃烧热分别为890.83kJ·mol－1、285.83kJ·mol－1和393.51kJ·mol－1，则反应C(s)＋2H2(g)=CH4(g)的反应热ΔH＝__________。[方法技巧]利用物质的标准燃烧热(ΔH)计算反应热(ΔH)ΔH＝反应物标准燃烧热(ΔH)之和－生成物标准燃烧热(ΔH)之和3.石油化工生产中，利用裂解反应可以获得重要化工原料乙烯、丙烯。一定条件下，正丁烷裂解的主反应如下：反应ⅠC4H10(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))CH4(g)＋CH3CH=CH2(g)ΔH1反应ⅡC4H10(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))C2H6(g)＋CH2=CH2(g)ΔH2正丁烷、乙烷和乙烯的标准燃烧热分别为Q1kJ·mol－1、Q2kJ·mol－1、Q3kJ·mol－1，反应Ⅱ的ΔH2＝________。(四)其他计算方法计算依据计算方法根据热化学方程式热化学方程式与数学上的方程式相似，可以左右颠倒同时改变正、负号，各项的化学计量数包括ΔH的数值可以同时扩大或缩小相同的倍数根据反应物和生成物的总能量(反应过程的能量变化图)ΔH＝E(生成物)－E(反应物)4.恒温恒容条件下，硫可以发生如下转化，其反应过程和能量关系如图所示。已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1(1)写出能表示硫的标准燃烧热的热化学方程式：_____________________________________________________________________。(2)ΔH2＝________kJ·mol－1。二、反应热(ΔH)的大小比较【典例4】室温下，将1mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)=CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3。则下列判断正确的是()A.ΔH2＞ΔH3B.ΔH1＜ΔH3C.ΔH1＋ΔH3＝ΔH2D.ΔH1＋ΔH2＞ΔH3[方法技巧]反应热大小的比较方法(1)利用盖斯定律与常识比较如①2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH1②2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH2由①－②可得2H2O(l)=2H2O(g)ΔH＝ΔH1－ΔH2＞0，则ΔH1＞ΔH2。(2)利用能量变化图比较由图像可以看出放出或吸收热量的多少，若是放热反应，放出的热量越多，ΔH越小；若是吸热反应，吸收的热量越多，ΔH越大，故ΔH1＞ΔH2。5.已知下列热化学方程式：(1)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH1＝akJ·mol－1(2)2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH2＝bkJ·mol－1(3)H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH3＝ckJ·mol－1(4)2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH4＝dkJ·mol－1则a、b、c、d的关系正确的是()A.a＜c＜0 B.b＞d＞0C.2a＝b＜0 D.2c＝d＞06.已知：C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH22CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH34Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)ΔH43CO(g)＋Fe2O3(s)=3CO2(g)＋2Fe(s)ΔH5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()A.ΔH1＞0，ΔH3＜0 B.ΔH2＞0，ΔH4＞0C.ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 D.ΔH3＝ΔH4＋2ΔH51.(2023·莆田哲理中学高二期中)为了应对能源危机，满足不断增大的能源需求，当今国际能源研究的另一热点就是寻找新能源，下列有关新能源的叙述不正确的是()A.氢能燃烧热值高，资源丰富，无毒，无污染B.风能是太阳能的一种转换形式，能量巨大C.太阳能能量巨大，取之不尽，用之不竭，而且清洁、无污染，但需要开采、运输D.物质的化学能可以在不同的条件下转化为热能、电能被人类利用2.已知H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(g)ΔH＝－241.8kJ·mol－1。下列说法错误的是()A.H2的标准燃烧热为241.8kJ·mol－1B.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(g)ΔH＝－483.6kJ·mol－1C.1molH2(g)完全燃烧生成液态水放出的热量大于241.8kJD.断裂1molH2O(g)的化学键吸收的总能量大于断裂1molH2(g)和0.5molO2(g)的化学键所吸收的总能量3.下列热化学方程式中ΔH的数值表示可燃物标准燃烧热的是()A.CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH＝－283kJ·mol－1B.CH4(g)＋2O2(g)=CO2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－802.3kJ·mol－1C.2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1D.H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)ΔH＝－184.6kJ·mol－14.已知充分燃烧ag乙炔气体时，生成1mol二氧化碳气体和液态水，并放出热量bkJ，则表示乙炔标准燃烧热的热化学方程式为()A.2C2H2(g)＋5O2(g)=4CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－4bkJ·mol－1B.C2H2(g)＋eq\f(5,2)O2(g)=2CO2(g)＋H2O(l)ΔH＝－2bkJ·mol－1C.2C2H2(g)＋5O2(g)=4CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝－bkJ·mol－1D.2C2H2(g)＋5O2(g)=4CO2(g)＋2H2O(l)ΔH＝＋bkJ·mol－15.计算填空。(1)在25℃、101kPa时，H2在1.00molO2中完全燃烧生成2.00molH2O(l)放出571.6kJ的热量。H2的标准燃烧热为________。(2)已知：CH4的标准燃烧热是ΔH＝－890kJ·mol－1并利用(1)的数据，H2和CH4混合气体112L(标准状况下)完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为3695kJ，则混合气体中H2和CH4的体积比为________。第三课时能源的充分利用一、1.(1)完全燃烧kJ·mol－1(2)N2(g)H2O(l)CO2(g)(3)1mol甲烷完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出890.3kJ的热量(5)1mol12.1g对点训练1.C[理解标准燃烧热的概念，一是注意可燃物的用量为1mol纯物质；二是注意反应的程度，完全燃烧并生成稳定的氧化物，如C生成CO2(g)，S生成SO2(g)，H生成H2O(l)。选项A没有指明硫的物质的量为1mol；选项B中没有指明1mol碳完全燃烧生成CO2；选项D中热化学方程式的生成物水应为液态，反应热ΔH与其不对应。]2.A[表示标准燃烧热的热化学方程式要求1mol纯物质完全燃烧，生成稳定的产物。符合要求的只有A项。]3.D[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，只有D项正确。]4.3260.4C6H6(l)＋eq\f(15,2)O2(g)=6CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－3260.4kJ·mol－1解析1molC6H6(l)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)放出的热量为41.8kJ×78＝3260.4kJ，热化学方程式为：C6H6(l)＋eq\f(15,2)O2(g)=6CO2(g)＋3H2O(l)ΔH＝－3260.4kJ·mol－1。二、1.(1)能量化石燃料2.(1)酸雨温室效应(3)资源丰富无毒3.新能源现有能源利用率对点训练1.A[“碳达峰”是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低；“碳中和”是指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。]2.C[煤炭、天然气属于化石燃料，属于不可再生能源，也不是新能源，潮汐能来自月球的吸引，A、B项错误；地热能来自地球本身，绝大多数海洋能来自太阳能，核能来自原子核的裂变，D项错误。]3.B[将煤进行气化处理，提高煤的综合利用率，能达到节能目的，故A不选；研究采煤、采油新技术，提高产量以满足工业生产的快速发展，会加快能源消耗，故B选；开发太阳能、水能、风能、可燃冰等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料，能起到节能、减排、环保作用，故C不选；实现资源的“3R”利用观，即减少资源消耗(Reduce)，增加资源的重复使用(Reuse)、资源的循环再生(Recycle)，增大原料利用率，能起到节能、减排、环保作用，故D不选。]微专题2反应热的计算与比较一、【典例1】90.8解析ΔH＝反应物键能总和－生成物键能总和，根据化学方程式以及表格中数据可得ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝90.8kJ·mol－1。迁移应用1.C[ΔH＝反应物总键能－生成物总键能＝(745.0×2＋436.0×3)kJ·mol－1－(413.4×3＋351.0＋462.8＋462.8×2)kJ·mol－1＝－181.6kJ·mol－1。]【典例2】247解析将题给三个反应依次编号为①②③，根据盖斯定律，由③×2－①－②可得CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝247kJ·mol－1。迁移应用2.－317.3解析将热化学方程式①＋②×2可得3NO(g)＋O3(g)=3NO2(g)ΔH＝ΔH1＋2×ΔH2＝－200.9kJ·mol－1＋2×(－58.2kJ·mol－1)＝－317.3kJ·mol－1。【典例3】－74.34kJ·mol－1解析由题意知，CH4(g)、H2(g)、C(s)的标准燃烧热分别为ΔH1＝－890.83kJ·mol－1，ΔH2＝－285.83kJ·mol－1、ΔH3＝－393.51kJ·mol－1，则反应C(s)＋2H2(g)=CH4(g)的反应热ΔH＝反应物标准燃烧热(ΔH)之和－生成物标准燃烧热(ΔH)之和＝ΔH3＋2ΔH2－ΔH1＝－393.51kJ·mol－1－2×285.83kJ·mol－1＋890.83kJ·mol－1＝－74.34kJ·mol－1。迁移应用3.(Q2＋Q3－Q1)kJ·mol－1解析由题意，正丁烷、乙烷、乙烯的标准燃烧热分别为ΔH1＝－Q1kJ·mol－1，ΔH2＝－Q2kJ·mol－1，ΔH3＝－Q3kJ·mol－1，则反应C4H10(g)eq\o(,\s\up7(催化剂))C2H6(g)＋CH2=CH2(g)的ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＝－Q1kJ·mol－1＋Q2kJ·mol－1＋Q3kJ·mol－1＝(Q2＋Q3－Q1)kJ·mol－1。4.(1)S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝－297kJ·mol－1(2)－78.64解析(1)由图可知1molS(s)完全燃烧放出的热量为297kJ，故能表示硫的标准燃烧热的热化学方程式为S(s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH＝－297kJ·mol－1。(2)由图可知，参加反应的n(SO2)＝1mol－0.2mol＝0.8mol，根据2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1，ΔH2＝0.8×eq\f(1,2)×(－196.6kJ·mol－1)＝－78.64kJ·mol－1。二、【典例4】B[1molCuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，为吸热反应，故ΔH1＞0，1molCuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，为放热反应，故ΔH2＜0，1molCuSO4·5H2O(s)溶于水可以分为两个过程，先分解成1molCuSO4(s)和5mol水，然后1molCuSO4(s)再溶于水，CuSO4·5H2O的分解为吸热反应，即ΔH3＞0，根据盖斯定律得到关系式ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，分析得到答案；ΔH1＜ΔH3。]迁移应用5.C[在比较ΔH时不仅要看物质的量与聚集状态，还要看正、负。该题中反应都是放热反应，故ΔH1、ΔH2、ΔH3、ΔH4，即a、b、c、d均小于0，(2)中反应物是(1)中反应物的2倍，故放出的热量也是(1)中放出热量的2倍，故2a＝b＜0，同时，2c＝d＜0；(1)中生成气态水，而(3)中生成液态水，(1)比(3)放出的热量少，故c＜a＜0，同时，d＜b＜0；本题