学年高中化学第一章化学反应与能量第二节燃烧热能源教学案新人教版选修4.docx
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学年高中化学第一章化学反应与能量第二节燃烧热能源教学案新人教版选修4
第二节 燃烧热 能源
—————————————————————————————————————
[课标要求]
1.理解燃烧热的概念,掌握有关燃烧热的计算。
2.了解使用化石燃料的利弊和新能源的开发。
1.25℃、101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物
所放出的热量叫做该物质的燃烧热,单位是kJ·mol-1。
2.稳定氧化物的含义:
①生成的氧化物不能再燃烧,②该氧化物
在25℃、101kPa时为稳定聚集状态。
如C→CO2(g)、H→H2O(l)、
S→SO2(g)。
3.太阳能、风能、地热能、核能、氢能、生物质能属于新能源。
1.概念
101kPa时,1_mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量。
2.单位
燃烧热属于反应热的一种,单位为“kJ·mol-1”。
3.意义
25℃时,甲烷的燃烧热为ΔH=890.31kJ·mol-1,热化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.31kJ·mol-1。
表示1_mol甲烷完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出890.31kJ的热量。
4.燃烧热与中和热的比较
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热反应
ΔH及
其单位
ΔH<0,单位均为kJ·mol-1
不同点
反应物
的量
1mol
不一定为1mol
生成物
的量
不确定
生成水的量为1mol
表示
方法
燃烧热为
akJ·mol-1或
ΔH=-akJ·mol-1
中和热为
57.3kJ·mol-1或
ΔH=-57.3kJ·mol-1
1.下列热化学方程式中ΔH的数值能表示可燃物燃烧热的是( )
A.CO(g)+
O2(g)===CO2(g)ΔH=-283.0kJ·mol-1
B.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=-802.3kJ·mol-1
C.2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566.0kJ·mol-1
D.H2(g)+
O2(g)===H2O(g)ΔH=-242.0kJ·mol-1
解析:
选A B、D中水均为气态,不是稳定的氧化物,A项中ΔH的数值能表示CO的燃烧热。
2.已知:
H2和CH4的燃烧热分别为ΔH=-285.8kJ·mol-1和ΔH=-890kJ·mol-1,112LH2和CH4的混合气体(标准状况下)完全燃烧生成CO2和液态水时放出3695kJ的热量,则混合气体中H2和CH4的物质的量之比是________。
解析:
n气体=
=5mol,1mol混合气体完全燃烧放出的热量为
=739kJ,利用十字交叉法计算
故
=
≈
。
答案:
1∶3
[方法技巧]
利用燃烧热求混合气体组成的方法——十字交叉法
(1)条件:
已知A气体的燃烧热为ΔH1,B气体的燃烧热为ΔH2(|ΔH2|>|ΔH1|),又知A和B的混合气体1mol与O2充分反应生成稳定的氧化物,其反应热为ΔH3,则可以用十字交叉法确定混合气体的组成。
(2)确定组成:
故
=
1.能源
(1)概念:
能提供能量的资源。
(2)一般分类
①常规能源:
即化石燃料,包括煤、石油、天然气。
②新能源:
包括太阳能、氢能、地热能、风能、海洋能、生物质能等。
2.能源的多种分类
3.新能源的特点
新能源
优点
缺点
太阳能
能量巨大、清洁、充足,不需要开采
能量密度低、开发成本高、稳定性差
氢能
燃烧热值高、资源丰富、无毒、无污染
储存、运输困难
地热能
蕴藏量丰富
正在开发之中
风能
能量巨大
不稳定,受地区、季节、气候影响甚大
1.“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
解析:
选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,A、B错误;地热能、核能来自地球本身,潮汐能来自月球的吸引,绝大多数海洋能来自太阳能,D错误。
2.能源可划分为一次能源和二次能源。
(1)下列叙述中,正确的是________。
A.电能是二次能源 B.水力是二次能源
C.天然气是一次能源D.水煤气是一次能源
(2)关于用水制取二次能源氢气,以下研究方向正确的是________。
A.构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质,因此可研究在水不分解的情况下使氢成为二次能源
B.设法将太阳光聚集产生高温,使水分解产生氢气
C.寻找高效催化剂,使水分解产生氢气,同时释放能量
D.寻找特殊化学物质,用于开发廉价能源,以分解水制取氢气
解析:
(1)根据能源的划分原则,电能和水煤气属于二次能源,水力和天然气是一次能源,A、C两项正确。
(2)氢气可以燃烧,但水中的氢元素和氧元素是不能燃烧的,因此必须使水分解才能制取二次能源氢气,A项错误;由于H2和O2的化合为放热反应,故由H2O来制取H2必须由外界提供能量,可以利用太阳能或其他特殊的物质来提供能量使其分解,因为此分解反应是吸热反应。
答案:
(1)AC
(2)BD
[三级训练·节节过关]
1.合理利用燃料减小污染符合“可持续发展”理念,下列关于燃料的说法正确的是( )
A.“可燃冰”(化学组成CH4·nH2O)是将水变为油的新型燃料
B.氢气是具有热值高、无污染等优点的燃料
C.乙醇是比汽油更环保、不可再生的燃料
D.石油和煤是工厂经常使用的可再生的化石燃料
解析:
选B A项,“可燃冰”外观像冰,其化学组成是CH4·nH2O,水的化学式为H2O,根据元素守恒知,水不能变为油,错误;B项,氢能源具有来源广、热值高,且燃烧后生成水对环境无污染,正确;C项,乙醇中含有碳、氢、氧三种元素,其燃烧产物是二氧化碳和水,但乙醇为可再生能源,错误;D项,石油和煤都属于化石燃料,且属于不可再生能源,D错误。
2.甲醇属可再生能源,可代替汽油作为汽车的燃料,下列能正确表示甲醇燃烧热的热化学方程式为( )
A.CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=+763.3kJ·mol-1
B.CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-763.3kJ·mol-1
C.CH3OH(l)+
O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-675.3kJ·mol-1
D.2CH3OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-1526.6kJ·mol-1
解析:
选B 据燃烧热的定义,书写表示燃烧热的热化学方程式时要以1mol可燃物为标准,其他物质的计量数可用分数,且生成物为稳定氧化物。
3.25℃、101kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的燃烧热依次是393.5kJ·mol-1、285.8kJ·mol-1、890.3kJ·mol-1、2800kJ·mol-1,则下列热化学方程式正确的是( )
A.C(s)+
O2(g)===CO(g)ΔH=-393.5kJ·mol-1
B.2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)ΔH=+571.6kJ·mol-1
C.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)ΔH=-890.3kJ·mol-1
D.
C6H12O6(s)+3O2(g)===3CO2(g)+3H2O(l)ΔH=-1400kJ·mol-1
解析:
选D A项,反应中生成的一氧化碳不是稳定氧化物,错误;B项,氢气燃烧是放热反应,错误;C项,生成物水是气体不是稳定氧化物,错误;D项,反应热与物质的量有关,热化学方程式中物质前的化学计量数表示的是物质的量,正确。
4.已知下列热化学方程式:
①H2(g)+
O2(g)===H2O(l) ΔH=-285.8kJ·mol-1
②H2(g)+
O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1
③C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1
④C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
回答下列问题:
(1)H2的燃烧热ΔH为___________________________________________________;
C的燃烧热为____________________。
(2)燃烧1gH2生成液态水,放出的热量为________。
(3)已知CO的燃烧热为283.0kJ·mol-1,现有CO、H2和CO2组成的混合气体116.8L(标准状况),完全燃烧后放出总能量为867.9kJ,且生成18g液态水,则混合气体中H2为________L,CO在混合气体中的体积分数约为________(精确至小数点后2位)。
解析:
(2)热量Q=n·|ΔH|=
×285.8kJ·mol-1=142.9kJ。
(3)m(H2O)=18g→n(H2O)=1mol→n(H2)=1mol
→V(H2)=22.4L
n(H2)=1mol→Q(H2)=285.8kJ→Q(CO)=582.1kJ
→n(CO)=
mol
V(CO)=
mol×22.4L·mol-1
所以CO的体积分数=
≈0.39。
答案:
(1)-285.8kJ·mol-1 393.5kJ·mol-1
(2)142.9kJ (3)22.4 0.39
1.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( )
解析:
选C 风能、太阳能、潮汐能均属于有待开发或正在开发的新能源。
2.下列图示关系不正确的是( )
解析:
选B 燃烧热和中和热均属于反应热,两者是并列关系,A项正确;一次能源和二次能源是并列关系,而非交叉关系,B项错误;氧化还原反应既有放热反应又有吸热反应,非氧化还原反应也是既有放热反应又有吸热反应,C项正确;根据能源的分类及关系可知D项正确。
3.下列选项中说明乙醇作为燃料的优点的是( )
①燃烧时发生氧化反应 ②充分燃烧的产物不污染环境
③乙醇是一种再生能源 ④燃烧时放出大量的热
A.①②③ B.①②④
C.①③④D.②③④
解析:
选D 燃料的燃烧都是氧化还原反应,乙醇作为燃料的优点是充分燃烧的产物不污染环境,乙醇是一种再生能源,燃烧时放出大量的热。
4.下面均是正丁烷与氧气反应的热化学方程式(25℃,101kPa)
(1)C4H10(g)+
O2(g)===4CO2(g)+5H2O(l)
ΔH=-2878kJ·mol-1
(2)C4H10(g)+
O2(g)===4CO2(g)+5H2O(g)
ΔH=-2658kJ·mol-1
(3)C4H10(g)+
O2(g)===4CO(g)+5H2O(l)
ΔH=-1746kJ·mol-1
(4)C4H10(g)+
O2(g)===4CO(g)+5H2O(g)
ΔH=-1526kJ·mol-1
由此判断,正丁烷的燃烧热ΔH为( )
A.-2878kJ·mol-1B.-2658kJ·mol-1
C.-1746kJ·mol-1D.-1526kJ·mol-1
解析:
选A 正丁烷燃烧的四个热化学方程式中,(3)、(4)中C
产物是CO而不是CO2(g),
(2)、(4)中H
产物是H2O(g)而不是H2O(l),故正丁烷的燃烧热由热化学方程式
(1)来确定。
5.1.5g火箭燃料二甲基肼(CH3—NH—NH—CH3)完全燃烧,放出50kJ热量,则二甲基肼的燃烧热ΔH为( )
A.-1000kJ·mol-1B.-1500kJ·mol-1
C.-2000kJ·mol-1D.-3000kJ·mol-1
解析:
选C 1.5g放热为50kJ,则1mol二甲基肼(即60g)放热为:
×60g·mol-1=2000kJ·mol-1。
6.未来新能源的特点是资源丰富,在使用时对环境无污染或污染很小,且可以再生。
下列属于未来新能源的是( )
①天然气 ②煤 ③核能 ④石油 ⑤太阳能
A.①②④B.①③⑤
C.③⑤D.⑤
解析:
选D 新能源的特点是资源丰富,在使用时对环境无污染或很少污染,且有些可以再生,根据这些特征进行判断。
石油、天然气、煤属于化石能源,短时间内不可形成,是不可再生能源;太阳能、燃料电池、风能、氢能是清洁能源且可以再生,是新能源的范畴。
7.下列关于燃烧热的说法中正确的是( )
A.在101kPa时,1mol物质完全燃烧时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热
B.常温下,可燃物燃烧放出的热量
C.在25℃、1.01×105Pa时,1mol纯物质完全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
解析:
选C 在101kPa时,1mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量,叫做该物质的燃烧热,A错误,B错误,C正确。
D项,燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧释放的热量,与化学计量数无关,D错误。
8.已知葡萄糖的燃烧热ΔH=-2804kJ·mol-1,当它氧化生成1g液态水时放出的热量是( )
A.26.0kJB.51.9kJ
C.155.8kJD.467.3kJ
解析:
选A 葡萄糖的燃烧热是-2804kJ·mol-1,即1mol葡萄糖完全燃烧生成6mol二氧化碳和6mol液态水时放出2804kJ的热量,当生成1g液态水时放出热量为
÷6mol×2804kJ=26.0kJ。
9.已知25℃、101kPa时下列物质的燃烧热:
序号
名称
化学式
ΔH(kJ·mol-1)
①
苯
C6H6(l)
-3267.5
②
一氧化碳
CO(g)
-283.0
③
乙醇
C2H5OH(l)
-1366.8
试写出表示上述物质燃烧热的热化学方程式。
①________________________________________________________________________。
②________________________________________________________________________。
③________________________________________________________________________。
答案:
①C6H6(l)+
O2(g)===6CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-3267.5kJ·mol-1
②CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-283.0kJ·mol-1
③C2H5OH(l)+3O2(g)===2CO2(g)+3H2O(l)ΔH=-1366.8kJ·mol-1
10.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,它由煤与水(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=-2220.0kJ·mol-1
已知CO气体燃烧的热化学方程式为
CO(g)+
O2(g)===CO2(g)
ΔH=-282.57kJ·mol-1
试比较同物质的量的丙烷和一氧化碳燃烧,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=-571.6kJ·mol-1
试比较同质量的氢气和丙烷燃烧,产生的热量比值约为
____________。
(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________________________________________________________________________。
解析:
(1)由题意“由煤与水(蒸气)反应制得,故又称水煤气”“煤气的主要成分是一氧化碳和氢气的混合气”,可知化学方程式为C+H2O(g)
CO+H2;
(2)同物质的量的丙烷和一氧化碳燃烧,产生的热量比值为2220.0∶282.57=7.86∶1。
同质量的氢气和丙烷燃烧,产生的热量比值为
∶
=142.9∶50.5=2.83∶1。
答案:
(1)C+H2O(g)
CO+H2
(2)7.86∶1 (3)2.83∶1 (4)来源丰富;产物无污染
1.下列说法正确的是( )
A.CO是不稳定的氧化物,它能继续和氧气反应生成稳定的CO2,故反应一定是吸热反应
B.在101kPa时,1mol碳燃烧所放出的热量为碳的燃烧热
C.物质燃烧都需要氧气
D.物质燃烧放出热量的多少与外界条件有关
解析:
选D A项,CO是强还原剂(高温时),点燃时易和氧气反应,生成稳定的二氧化碳,故CO燃烧是放热反应,错误;B项,碳燃烧有完全燃烧与不完全燃烧,1mol碳完全燃烧生成CO2时所放出的热量叫燃烧热,错误;任何发光、放热的剧烈的化学反应都叫燃烧,如H2在Cl2中燃烧,C项错误。
2.下列说法正确的是( )
A.甲烷的燃烧热为ΔH=-890.3kJ·mol-1,则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890.3kJ·mol-1
B.NaOH(aq)+CH3COOH(aq)===CH3COONa(aq)+H2O(l) ΔH=-57.3kJ·mol-1(中和热)
C.测定盐酸和NaOH溶液反应的中和热时,每次实验均应测量3个温度,即盐酸起始温度、NaOH溶液起始温度和反应后终止温度
D.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1(燃烧热)
解析:
选C 燃烧热指的是1mol物质完全燃烧生成稳定的氧化物所放出的热量,其中产物中的水为液态,A项错误;中和热是稀的强酸和强碱中和生成1mol水所释放的热量,醋酸是弱酸,其与NaOH反应放出的热量小于57.3kJ·mol-1,B项错误;C项正确;D项中H2(g)的化学计量数是1时,其反应热才是燃烧热,错误。
3.下列关于热化学反应的描述中正确的是( )
A.已知CO(g)的燃烧热ΔH=-283.0kJ·mol-1,则表示CO燃烧热的热化学方程式为2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566.0kJ·mol-1
B.需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
C.2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的
ΔH=+2×283.0kJ·mol-1
D.1mol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
解析:
选C A项,表示燃烧热时,CO的化学计量数应为1,错误;B项,需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应,如煤炭的燃烧,错误;C项,CO2分解生成CO和O2的反应,与CO与O2反应生成CO2,在相应物质化学计量数相同时,反应热数值相等,符号相反,正确;D项,甲烷燃烧应生成液态水,此时才是甲烷的燃烧热。
4.以下几个热化学方程式,表示碳或氢气燃烧热的热化学方程式是( )
A.C(s)+O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1
B.C(s)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-393.5kJ·mol-1
C.2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.5kJ·mol-1
D.H2(g)+O2(g)===H2O(g) ΔH=-241.8kJ·mol-1
解析:
选B A项,碳不完全燃烧,错误;B项正确;C项,氢气不是1mol,错误;D项,生成的水为气态不是水的稳定状态,错误。
5.在25℃、1.01×105Pa时,1gCH4燃烧时生成CO2与液态H2O,放出55.6kJ的热量,则CH4的燃烧热ΔH为( )
A.55.6kJ·mol-1B.889.6kJ·mol-1
C.-889.6kJ·mol-1D.444.8kJ·mol-1
解析:
选C 在25℃、1.01×105Pa时,1gCH4燃烧时生成CO2与液态H2O,放出55.6kJ的热量,则1molCH4燃烧时生成CO2与液态H2O,放出889.6kJ的热量,CH4的燃烧热ΔH为-889.6kJ·mol-1。
6.反应2C(s)+O2(g)===2CO(g)的能量变化如图所示。
下列说法正确的是( )
A.12gC(s)与一定量O2(g)反应生成14gCO(g),放出的热量为110.5kJ
B.2molC(s)与足量O2(g)反应生成CO2(g),放出的热量大于221kJ
C.该反应的热化学方程式是2C(s)+O2(g)===2CO(g) ΔH=-221kJ
D.C的燃烧热为110.5kJ·mol-1
解析:
选B 由图可知C(s)+
O2(g)===CO(g) ΔH=-110.5kJ·mol-1,则A项中应改为28gCO;C项中ΔH的单位错误;D项中C的燃烧热不为110.5kJ·mol-1,因为此时生成的是CO(g),不是稳定的氧化物CO2(g)。
7.在一定条件下,CO和CH4燃烧的热化学方程式分别为
2CO(g)+O2(g)===2CO2(g) ΔH=-566kJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890kJ·mol-1
由1molCO和3molCH4组成的混合气体,在上述条件下完全燃烧释放的热量为( )
A.2912kJB.2953kJ
C.3236kJD.3867kJ
解析:
选B 由热化学方程式知,CO、CH4的燃烧热分别为ΔH=-283kJ·mol-1和ΔH=-890kJ·mol-1,由1molCO和3molCH4组成的混合气体完全燃烧放出的热量为1mol×283kJ·mol-1+3mol×890kJ·mol-1=283kJ+2670kJ=2953kJ。
8.已知2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6kJ·mol-1
CO(g)+
O2(g)===CO2(g) ΔH=-282.9kJ·mol-1
标准状况8.96L某H2和CO的混合气体完全燃烧时放出113.74kJ热量,则原混合气体中H2和CO的物质的量之比为( )
A.2∶1B.1∶2
C.1∶1D.2∶3
解析:
选C 混合气体n(混合)=8.96L÷22.4L·mol-1=0.4mol,1mol混合气体燃烧放出的热量113.74kJ÷0.4mol=284.35
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