2020学年高中化学 第一章 化学反应与能量 第二节 燃烧热 能源学案 新人教版选修4

第一章 化学反应与能量 第二节 燃烧热 能源目标导航1.正确认识燃烧热的概念，学会利用燃烧热进行相关计算。2.知道能源是人类生存和社会发展的重要基础，知道使用化石燃料的利弊和新能源的开发。一、燃烧热1定义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。2表达形式(1)符号：H为“”或H0。(2)单位：kJmol1。3意义例如：CH4的燃烧热为890.31 kJmol1，表示在25 、101 kPa时，1_mol CH4(g)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出890.31 kJ的热量。反应的热化学方程式为CH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)_H890.31_kJmol1。【合作探究】1燃烧热的H一定为负值吗？为什么？答案一定，因为物质的燃烧均为放热反应。21 mol H2完全燃烧生成H2O(g)放出的热量就是H2的燃烧热，这种说法是否正确？答案不正确，应生成液态水。3怎样理解“完全燃烧生成稳定的氧化物”？答案是指单质(或化合物)燃烧后变为最稳定的氧化物(不能再燃烧了)，“稳定”既包含化学性质的稳定，也包含物质所处状态的稳定。如C(s)CO2(g)；H2(g)H2O(l)；S(s)SO2(g)；NH3(g)N2(g)H2O(l)；CH4(g)CO2(g)H2O(l)。二、能源1定义能提供能量的资源，它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐以及柴草等。2化石燃料包括煤、石油、天然气，其缺点是蕴藏量有限；不能再生；利用率低；污染环境。3新能源新能源主要包括：太阳能、氢能、地热能、风能、海洋能和生物质能等。4能源的分类分类 再生能源非再生能源常规能源新能源常规能源新能源一次能源(直接获得)水能等太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等煤、石油、天然气等核能等二次能源(间接获得)煤制品、石油制品、电能、氢能、火药等【合作探究】1解决化石燃料枯竭的措施有哪些？答案(1)提高能源利用率；(2)开发新的能源；(3)节约现有的能源。2燃料充分燃烧的条件有哪些？怎样提高燃料的燃烧效率？答案燃料充分燃烧的条件一是要有足够的空气，二是燃料与空气有足够大的接触面积。提高燃料的燃烧效率应采取以下措施：(1)通入足量空气，使燃料充分燃烧；空气足量但要适量，否则，过量的空气会带走部分热量。(2)增大燃料与空气的接触面积，通常将大块固体燃料粉碎，液体燃料雾化。如：将煤气化或液化。一、燃烧热和中和热的比较【例1】下列说法正确的是()A1 mol 硫酸与1 mol Ba(OH)2完全中和所放出的热量为中和热B25 、101 kPa时，1 mol S和2 mol S的燃烧热相等CCO是不稳定的氧化物，它能继续和氧气反应生成稳定的CO2，所以CO的燃烧反应一定是吸热反应D101 kPa时，1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热解析A项，1 mol H2SO4与1 mol Ba(OH)2反应生成2 mol H2O，同时还有BaSO4沉淀生成，不符合中和热的定义；B项，燃烧热与可燃物的物质的量无关；C项，CO的燃烧属于放热反应；D项，1 mol 碳燃烧不一定生成1 mol CO2。答案B【反思归纳】燃烧热和中和热的区别与联系燃烧热中和热相同点能量变化放热反应HH0，单位：kJmol1不同点反应物的量可燃物的物质的量是1 mol(O2的量不限)可能是1 mol，也可能不是生成物的量不限量H2O是1 mol反应热的含义101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时放出的热量；不同可燃物，燃烧热不同稀溶液中，酸与碱反应生成1 mol H2O时的反应热。强酸强碱的中和热H57.3 kJmol1变式训练1下列热化学方程式书写正确的是(H的绝对值均正确)()AC2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(g)H1 367.0 kJmol1(燃烧热)BNaOH(aq)HCl(aq)=NaCl(aq)H2O(l)H57.3 kJmol1(中和热)CS(s)O2(g)=SO2(g)H296.8 kJmol1(反应热)D2NO2=O22NOH116.2 kJmol1(反应热)答案C解析A中表示燃烧热时，应生成稳定的氧化物，水应为液态；B中中和反应为放热反应；D中各物质均未注明状态。二、燃烧热热化学方程式的书写及计算(一题多解)【例2】已知：2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H571.6 kJmol1；C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H2 220 kJmol1。设氢气和丙烷的混合气体5 mol完全燃烧时放出热量3 847 kJ，则混合气体中氢气与丙烷的体积比是()A13 B31 C14 D11解析本题为反应热和混合物的计算问题。方法一：常规解法列方程组。设混合气体中氢气和丙烷的物质的量分别为x和y，由燃烧的热化学方程式可知H2的燃烧热为285.8 kJmol1，丙烷的燃烧热为2 220 kJmol1，则可得下列方程组：解得x3.75 mol，y1.25 mol。方法二：估算法(仅适用于选择题)。由题意可知：H2的燃烧热为285.8 kJmol1，C3H8的燃烧热为2 220 kJmol1，5 mol混合气体完全燃烧共放出3 847 kJ的热量。由此可得C3H8的物质的量一定小于2 mol，则H2的物质的量一定大于3 mol，故H2与C3H8的体积比一定大于32，从而选出正确答案。方法三：混合物的相关计算的另一种常规思维方法是十字交叉法。把5 mol混合气体看作纯净物，则该气体的平均燃烧热为3 847 kJ5 mol769.4 kJmol1，有：7694 kJmol1H2燃烧热285.8 kJmol1C3H8燃烧热2 220 kJmol11 450.6 kJmol1483.6 kJmol1得n(H2)n(C3H8)1 450.6483.631，故二者的体积之比为31。答案B【方法技巧】有关燃烧热的计算方法(1)燃烧热是以1 mol纯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H计算燃烧反应所释放的热量。其计算公式为Q放n(可燃物)|H|。(2)有关燃烧热的混合物的计算方法列方程组法。列方程组法思路简单，应用普遍，但求解过程繁杂。十字交叉法。变式训练2在25 、101 kPa下，1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，下列表示甲醇燃烧热的热化学方程式正确的是()A.CH3OH(l)O2(g)=CO2(g)H2O(l)H22.68 kJmol1BCH3OH(l)O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H725.8 kJmol1C2CH3OH(l)3O2(g)=2CO2(g)4H2O(l)H1 452 kJmol1DCH3OH(l)O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H725.8 kJmol1答案B解析1 g甲醇燃烧生成CO2和液态水时放热22.68 kJ，则1 mol(32 g)甲醇完全燃烧放出的热量为3222.68 kJ725.8 kJ。变式训练3已知下列两个热化学方程式：H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.0 kJmol1C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H2 220.0 kJmol1(1)实验测得H2和C3H8的混合气体共5 mol，完全燃烧生成液态水时放热6 262.5 kJ，则混合气体中H2和C3H8的体积比为_。(2)已知：H2O(l)=H2O(g)H44.0 kJmol1，写出丙烷燃烧生成CO2和气态水的热化学方程式：_。答案(1)11(2)C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(g)H2 044 kJmol1解析(1)设H2、C3H8的物质的量分别为n(H2)、n(C3H8)，则解得：n(H2)2.5 moln(C3H8)2.5 mol在相同p、T时，11。(2)由H2O(l)=H2O(g)H44.0 kJmol1则4 mol H2O(l)变为H2O(g)吸热为176 kJ，故C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(g)H2 044 kJmol1。1下列说法不正确的是()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能产生污染环境的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，燃烧效率将提高答案A解析化石燃料只有在适当的温度和有氧气存在的情况下才能燃烧充分，A项不正确；化石燃料不经过处理直接燃烧可产生污染物CO、SO2等有害气体，B项正确；化石燃料(煤)经深加工后变为气体燃料，不仅减少SO2等对大气的污染，而且能提高燃烧效率，C、D项均正确。2下列有关能量转换的说法不正确的是()A煤燃烧是化学能转化为热能的过程B化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能C动物体内葡萄糖被氧化成CO2是化学能转变成热能的过程D植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成热能的过程答案D解析C选项中，葡萄糖氧化放出热量，化学能转化为热能，正确；D选项，应该是太阳能转化为化学能，不正确。3下列关于2C4H10(g)13O2(g)=8CO2(g)10H2O(l)H5 800 kJmol1的叙述中错误的是()A该反应的反应热为H5 800 kJmol1，是放热反应B该反应的H与各物质的状态有关，与化学计量数也有关C该式的含义为25 、101 kPa下，2 mol C4H10气体完全燃烧生成CO2和液态水时放出热量5 800 kJD该反应为丁烷燃烧的热化学方程式，由此可知丁烷的燃烧热为5 800 kJmol1答案D解析根据燃烧热的定义，丁烷的物质的量应为1 mol，故题中方程式不是丁烷的燃烧热的热化学方程式，由题中方程式可知丁烷燃烧热为2 900 kJmol1，再根据热化学方程式的书写注意事项及意义可知，A、B、C正确，D错误。4已知25 、101 kPa下，碳、氢气、乙烯和葡萄糖的燃烧热依次是393.5 kJmol1、285.8 kJmol1、1 411.0 kJmol1、2 800 kJmol1，则热化学方程式正确的是()AC(s)O2(g)=CO(g)H393.5 kJmol1B2H2(g)O2(g)=2H2O(g)H571.6 kJmol1CC2H4(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(g)H1 411.0 kJmol1D.C6H12O6(s)3O2(g)=3CO2(g)3H2O(l)H1 400 kJmol1答案D解析A项中碳燃烧应生成CO2，A错；B、C项中H2O应为液态，且B为放热，H0，B、C错；D项中C6H12O6(s)燃烧热为2 800 kJmol1，则 mol C6H12O6(s)完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放热为1 400 kJ，D正确。5已知3.0 g乙烷在常温下完全燃烧放出的热量为155.98 kJ，则表示乙烷燃烧热的热化学方程式是()A2C2H6(g)7O2(g)=4CO2(g)6H2O(g)H3 119.6 kJmol1BC2H6(g)O2(g)=2CO(g)3H2O(g)H1 559.8 kJmol1CC2H6(g)O2(g)=2CO2(g)3H2O(g)H1 559.8 kJmol1DC2H6(g)O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H1 559.8 kJmol1答案D解析由于燃烧热的热化学方程式应以1 mol燃料为标准书写且生成的水为液态，故A项不符合题意；B中的燃烧产物CO不是C2H6完全燃烧后的稳定氧化物，H2O的状态不应为气态而应为液态；常温下水为液态，则C错误。 基础过关一、能源的分类1关于能源，以下说法不正确的是()A煤、石油、天然气等燃料属不可再生能源B煤、石油、水煤气可从自然界直接获取，属一次能源C太阳能是一次能源、新能源、可再生能源D潮汐能来源于月球引力做功答案B解析煤、石油、天然气等化石燃料蕴藏量有限，不可再生，最终将会枯竭，A正确；煤、石油等可从自然界直接获取，属一次能源，但水煤气是由焦炭与H2O(g)在高温下反应制取，属二次能源，B错误；太阳能既是一次能源、新能源，还是可再生能源，C正确；潮汐能来自于月球引力，D正确。2“世界环境日”主题之一是促进物质的循环利用。有专家指出，可利用太阳能对燃烧产物如CO2、H2O、N2等进行处理，使它们重新组合，实现如图所示的转化。在此构想的物质循环中太阳能最终转化为()A化学能 B热能 C生物能 D电能答案B解析图中由CO2、H2O、N2转化为CH4、CH3OH、NH3是在太阳能的作用下完成的，由转化关系可知太阳能最终以热能形式释放出来。3氢气是一种很有前途的能源物质。以水为原料大量制取氢气的最理想的途径是()A利用太阳能直接使水分解产生氢气B用焦炭和水制取水煤气后分离出氢气C用Fe跟HCl反应制取氢气D由热电站提供电力，电解水产生氢气答案A解析用焦炭为原料生成H2，要消耗大量焦炭，只能解决能源利用问题，不能解决能源紧缺问题；热电站需要消耗煤炭，冶炼铁也要消耗煤炭，并且能量在转化过程中都有损失，这都不是最理想的途径；地球上水的储量巨大，太阳能取之不尽，所以A是最理想的制氢途径。二、燃烧热的概念4下列说法中正确的是()A物质燃烧放出的热量是燃烧热B1 mol C燃烧生成CO时放出的热量就是C的燃烧热C1 mol H2燃烧生成水时放出的热量是H2的燃烧热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)放出的热量值相等答案D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的氧化物时放出的热量，显然A项错误；B项中碳燃烧生成的稳定化合物应为CO2，错误；C项中H2燃烧时的条件及生成水的状态不确定，1 mol H2燃烧生成水放出的热量不一定是H2的燃烧热，故错误；根据能量守恒定律可知D项正确。5下列关于反应热的描述中正确的是()AHCl和NaOH反应的中和热H57.3 kJmol1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热H2(57.3)kJmol1BCO(g)的燃烧热是283.0 kJmol1，则2CO2(g)=2CO(g)O2(g)反应的H2283.0 kJmol1C反应热有正负之分，燃烧热H全部是正值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答案B解析中和热是以生成1 mol H2O(l)作为标准的，因此A不正确；燃烧热是指1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物所放出的热量，因此B正确，D不正确；燃烧热H都是负值，C不正确。6下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式(25 ，101 kPa)：C4H10(g)O2(g)=4CO2(g)5H2O(l)H2 878 kJmol1C4H10(g)O2(g)=4CO2(g)5H2O(g)H2 658 kJmol1C4H10(g)O2(g)=4CO(g)5H2O(l)H1 746 kJmol1C4H10(g)O2(g)=4CO(g)5H2O(g)H1 526 kJmol1由此判断，正丁烷的燃烧热H为()A2 878 kJmol1 B2 658 kJmol1C1 746 kJmol1 D1 526 kJmol1答案A解析燃烧热是指在25 、101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量。因此正丁烷完全燃烧产物应为CO2(g)和H2O(l)，所以正丁烷的燃烧热为H2 878 kJmol1。三、燃烧热的计算7已知在一定条件下，CO的燃烧热为283 kJmol1，CH4的燃烧热为890 kJmol1，由1 mol CO和3 mol CH4组成的混合气体在上述条件下充分燃烧，释放的热量为()A2 912 kJ B2 953 kJC3 236 kJ D3 867 kJ答案B解析1 mol CO完全燃烧放出的热量为1 mol283 kJmol1283 kJ，3 mol CH4完全燃烧放出的热量为3 mol890 kJmol12 670 kJ，释放的总热量为283 kJ2 670 kJ2 953 kJ。8已知丙烷的燃烧热H2 215 kJmol1，若一定量的丙烷完全燃烧后生成1.8 g水，则放出的热量约为()A55 kJ B220 kJ C550 kJ D1 108 kJ答案A解析丙烷分子式是C3H8，1 mol丙烷燃烧会产生4 mol水，则丙烷完全燃烧产生1.8 g水，消耗丙烷的物质的量是n(C3H8)0.025 mol，所以反应放出的热量是2 215 kJmol10.025 mol55 kJ，故答案是A。四、燃烧热的综合应用9航天飞船可用肼(N2H4)和过氧化氢(H2O2)为动力源。已知1 g液态肼和足量液态过氧化氢反应生成氮气和水蒸气时放出20.05 kJ的热量。下列说法中错误的是()A该反应中肼作还原剂B液态肼的燃烧热为20.05 kJmol1C该动力源的突出优点之一是生成物对环境无污染D肼和过氧化氢反应的热化学方程式为N2H4(l)2H2O2(l)=N2(g)4H2O(g)H641.6 kJmol1答案B解析从元素化合价变化看，NH42，N2H4被氧化，作还原剂，A项正确；由于1 g液态肼与足量液态过氧化氢反应放热20.05 kJ，则1 mol N2H4(l)参加反应放热20.05 kJ32641.6 kJ，故D项正确；反应产物为N2和H2O，故不会造成污染，C项正确；与燃烧热的概念不符，B项错误。10已知25 、101 kPa时，乙烯和乙炔(C2H2)燃烧热的热化学方程式分别为C2H4(g)3O2(g)=2CO2(g)2H2O(l)H1 411 kJmol12C2H2(g)5O2(g)=4CO2(g)2H2O(l)H2 600 kJmol1，又知燃烧时火焰的温度乙炔高于乙烯。据此，下列说法不正确的是()A物质的燃烧热热值越大，火焰温度越高B相同条件下等体积乙烯和乙炔完全燃烧时，乙炔放热较少C25 、101 kPa时，1 mol乙烯完全燃烧生成气态产物时，放出的热量小于1 411 kJD乙烷(C2H6)的燃烧热H异丁烷C乙烷燃烧的热化学方程式为2C2H6(g)7O2(g)=4CO2(g)6H2O(g)H1 560.8 kJmol1D相同质量的烷烃，碳的质量分数越大，燃烧放出的热量越多答案A解析由正丁烷和异丁烷的燃烧热数据可推出正戊烷比2甲基丁烷的燃烧热略大些，A正确；正丁烷和异丁烷燃烧生成等量的相同的物质，即生成新化学键时所放出的热量相等，1 mol正丁烷完全燃烧放出的热量比1 mol异丁烷完全燃烧放出的热量多，即1 mol正丁烷与O2反应时断键所吸收的能量比1 mol异丁烷与O2反应时断键所吸收的能量少，从而说明正丁烷的热稳定性小于异丁烷；C项中的H3 121.6 kJmol1且H2O应为液态；D项1 g CH4燃烧放出55.69 kJ的热量，1 g C2H6燃烧放出52.03 kJ的热量，D项错误。能力提升12(1)已知：H2(g)O2(g)=H2O(g)H241.8 kJmol1，若1 g水蒸气转化成液态水放热2.444 kJ，则反应H2(g)O2(g)=H2O(l)的H_kJmol1。氢气的燃烧热为_kJmol1。(2)乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料，它可以由绿色植物的秸秆制取，1.0 g乙醇完全燃烧生成液态水放出1.367 kJ热量，表示乙醇燃烧热的热化学方程式为_。答案(1)285.8285.8(2)C2H5OH(l)3O2(g)=2CO2(g)3H2O(l)H62.882 kJmol113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，丙烷燃烧热的热化学方程式为C3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(l)H2 220.0 kJmol1，已知CO气体燃烧热的热化学方程式为