2024版新教材高中化學(xué)專(zhuān)題6化學(xué)反應(yīng)與能量變化第二單元化學(xué)反應(yīng)中的熱第2課時(shí)燃料燃燒釋放的能量氫燃料的應(yīng)用前景學(xué)生用書(shū)蘇教版必修第二冊(cè)

第2課時(shí)燃料燃燒釋放的能量氫燃料的應(yīng)用前景新課程標(biāo)準(zhǔn)1．知道化學(xué)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與其他能量的轉(zhuǎn)化，能舉例說(shuō)明化學(xué)在解決能源危機(jī)中的重要作用。2．能分析能源的利用對(duì)自然環(huán)境和社會(huì)發(fā)展的影響。學(xué)業(yè)質(zhì)量水平合格性要求1.體會(huì)提高燃料的燃燒效率、開(kāi)發(fā)高能清潔燃料的重要性。(水平1)2．能從化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化來(lái)分析解決實(shí)際問(wèn)題。(水平2)等級(jí)性要求能從物質(zhì)及能量變化的角度評(píng)價(jià)燃料的使用價(jià)值，認(rèn)識(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。(水平4)圖說(shuō)考點(diǎn)基礎(chǔ)知識(shí)——自學(xué)·思記·嘗試[新知預(yù)習(xí)]一、燃料燃燒釋放的能量1．熱值(1)定義：熱值是指一定條件下單位質(zhì)量的可單位kJ·g－1，注意與反應(yīng)熱的單位不同燃物完全燃燒所放出的熱。注意測(cè)定熱值時(shí)，可燃物完全燃燒生成的是穩(wěn)定的物質(zhì)，如氫元素轉(zhuǎn)化為液態(tài)水，碳元素轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w，硫元素轉(zhuǎn)化為二氧化硫氣體等。(2)不同的燃料其組成和結(jié)構(gòu)也不同，燃燒后放出的能量也不同。比較幾種不同燃料的熱值(見(jiàn)下表)：物質(zhì)天然氣石油煤炭氫氣熱值(kJ·g－1)約56約48約33143其中，________熱值最大，是最理想的燃料。(3)應(yīng)用：熱值可用于比較單位質(zhì)量的燃料完全燃燒放出熱的多少，是燃料燃燒釋放的能量的直觀反映。2．化石燃料燃燒存在的問(wèn)題及解決對(duì)策存在的問(wèn)題：(1)煤等化石燃料的燃燒常常伴隨著大量煙塵、CO、SO2、氮氧化物(NOx)等有毒有害物質(zhì)的排放； 導(dǎo)致酸雨(2)燃料燃燒過(guò)程中，一般只有約1/3的能量可以實(shí)現(xiàn)有效轉(zhuǎn)化，其他部分則轉(zhuǎn)化為廢熱排出或損耗掉，燃料使用效率不高。解決對(duì)策：(1)節(jié)約現(xiàn)有的能源，尤其是減少作為燃料的煤和石油的開(kāi)采，將更多的化石燃料留給后人；(2)提高燃料的使用效率，減少對(duì)環(huán)境的污染，利用化學(xué)方法將化石燃料轉(zhuǎn)化為清潔燃料，如將煤經(jīng)氣化轉(zhuǎn)化為煤氣，或使煤經(jīng)液化形成液體燃料；煤的氣化和液化均為化學(xué)變化(3)積極開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)的新能源，氫能、水能、太陽(yáng)能、風(fēng)能等都是更清潔、更高效的能源。?學(xué)而思從空間站建成到新型火箭研制，2023年，中國(guó)航天繼續(xù)“超級(jí)模式”。你一定很想知道航天運(yùn)載火箭中所裝燃料產(chǎn)生的熱能從何而來(lái)，它與化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)有什么關(guān)系？問(wèn)題：常見(jiàn)燃料C、C8H18、CH4、C2H5OH(乙醇)完全燃燒的熱化學(xué)方程式可以分別表示為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)完全燃燒相等物質(zhì)的量的上述物質(zhì)，放出熱量的大小順序是________。(2)完全燃燒相等質(zhì)量的上述物質(zhì)，放出熱量的大小順序?yàn)開(kāi)_______。(3)燃料燃燒放出熱量的大小常用熱值來(lái)衡量。燃料的熱值是指在一定條件下單位質(zhì)量的可燃物完全燃燒所放出的熱量，單位是________。二、氫燃料的應(yīng)用前景1．氫燃料的應(yīng)用前景氫燃料的優(yōu)點(diǎn)(1)熱值高。氫氣的熱值在普通燃料中是最高的。(2)產(chǎn)物無(wú)污染。氫氣燃燒的產(chǎn)物只有水，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的污染物，是一種清潔燃料。(3)來(lái)源豐富。氫氣來(lái)源于水的分解，自然界中水資源比較豐富。(4)可再生。氫氣燃燒的產(chǎn)物只有水，水分解又會(huì)產(chǎn)生氫氣，故氫氣可以再生。氫燃料應(yīng)用面臨的困境(1)制氫成本高。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再將水催化電解獲得氫氣，成本高。(2)儲(chǔ)氫困難。氫氣密度小，熔點(diǎn)低，難液化，貯存液氫的容器要求高。(3)氫氣的運(yùn)輸困難。氫氣是可燃?xì)怏w，遇明火易發(fā)生爆炸，對(duì)于運(yùn)輸?shù)囊蟾?。解決氫燃料應(yīng)用面臨困境的方法(1)開(kāi)發(fā)高效、廉價(jià)、綠色的催化技術(shù)，降低制氫成本。(2)研究具備良好吸收和釋放氫氣性能的合金(如貯氫合金在一定條件下吸收氫氣形成金屬氫化物，在加熱時(shí)又可釋放出氫氣)，解決氫氣貯存問(wèn)題。應(yīng)用舉例(1)發(fā)射人造衛(wèi)星和載人飛船的運(yùn)載火箭常用液氫作燃料。(2)用于氫動(dòng)力汽車(chē)和氫燃料混合動(dòng)力有軌電車(chē)。(3)利用氫燃料電池發(fā)電。2.太陽(yáng)能及其利用(1)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能太陽(yáng)光作用下，植物體內(nèi)的葉綠素把水、二氧化碳轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______，進(jìn)而生成淀粉、纖維素。(2)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能動(dòng)物攝入體內(nèi)的淀粉能水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖，葡萄糖被氧化生成____________，釋放出________，供給生命活動(dòng)的需要。?學(xué)而思華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院楊化桂教授課題組在太陽(yáng)能光解水領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，以金屬性光催化材料氮化鎢為催化劑，光解水獲得H2和O2，獲取氫能源。問(wèn)題一：太陽(yáng)能光解水的過(guò)程中，主要發(fā)生的能量轉(zhuǎn)化形式是什么？問(wèn)題二：氫能是公認(rèn)的新型清潔能源，推測(cè)氫能具有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？[即時(shí)自測(cè)]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”(1)化石燃料在任何條件下都能充分燃燒。()(2)化石燃料在燃燒過(guò)程中能產(chǎn)生污染環(huán)境的CO、SO2等有害氣體。()(3)固體煤變?yōu)闅怏w燃料后，燃燒效率更低。()(4)地球上所有可利用的能源都直接或間接來(lái)自太陽(yáng)。()(5)煤、石油、天然氣等化石燃料與太陽(yáng)能無(wú)關(guān)。()(6)太陽(yáng)能熱水器是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。()(7)氫能是不可再生能源。()(8)氫能是一種無(wú)污染的綠色能源。()2．人類(lèi)將在未來(lái)幾十年內(nèi)逐漸由“碳素燃料文明時(shí)代”過(guò)渡至“太陽(yáng)能文明時(shí)代”(包括風(fēng)能、生物質(zhì)能等太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換形態(tài))，人們將適應(yīng)“低碳經(jīng)濟(jì)”和“低碳生活”。下列說(shuō)法不正確的是()A．研究菠菜蛋白質(zhì)“發(fā)電”不屬于“太陽(yáng)能文明”B．發(fā)展太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)有助于減緩溫室效應(yīng)C．太陽(yáng)能電池可將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能D．石油和天然氣都屬于碳素燃料3．下列措施可以提高燃料燃燒效率的是()①提高燃料的著火點(diǎn)②降低燃料的著火點(diǎn)③將固體燃料粉碎④將液體燃料霧化處理⑤將煤進(jìn)行氣化處理⑥通入適當(dāng)過(guò)量的空氣A．①③④⑤ B．②③⑤⑥C．③④⑤⑥ D．①②③④4．將煤塊粉碎、經(jīng)脫硫處理、在適當(dāng)過(guò)量的空氣中燃燒，這樣處理的目的是()①使煤充分燃燒，提高煤的利用率②減少SO2的產(chǎn)生，避免造成“酸雨”③減少有毒的CO產(chǎn)生，避免污染空氣④減少CO2的產(chǎn)生，避免“溫室效應(yīng)”A．①②③B．②③④C．①③④D．①②③④5．氫氣是未來(lái)的“綠色能源”，科學(xué)家們最新研制出利用太陽(yáng)能產(chǎn)生激光，再用激光使水分解制得氫氣的新技術(shù)，其中水的分解可以用化學(xué)方程式表示為2H2OTiO2,激光2H2↑＋O2↑。下列有關(guān)說(shuō)法不正確的是()A.TiO2在反應(yīng)中作氧化劑，且該反應(yīng)不需任何其他條件就能進(jìn)行B．水分解不產(chǎn)生污染物C．TiO2在反應(yīng)中作催化劑D．該技術(shù)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能6．新能源又稱(chēng)非常規(guī)能源，指剛開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核能等。下列有關(guān)新能源的說(shuō)法不正確的是()A．新能源與化石能源相比最直接的好處就是造成的環(huán)境污染少B．利用晶體硅制作的太陽(yáng)能電池可將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的利用C．氫能是一種清潔的二次能源。可用電解水制氫的方法獲取大量氫氣實(shí)現(xiàn)能源的綠色化D．解決能源危機(jī)的方法是開(kāi)源節(jié)流，即開(kāi)發(fā)新能源和節(jié)約現(xiàn)有能源，提高原料的利用率課堂檢測(cè)——夯實(shí)·測(cè)控·演練1.環(huán)境保護(hù)是目前人類(lèi)面臨的一項(xiàng)重大課題。為應(yīng)對(duì)燃料使用造成的環(huán)境污染，科學(xué)家提出了利用太陽(yáng)能促進(jìn)燃料循環(huán)使用的構(gòu)想，其構(gòu)想可用如圖表示：其中過(guò)程Ⅰ的主要反應(yīng)為①2CO2光=2CO＋O②2H2O光2H2↑＋O2↑，③2N2＋6H2O光=4NH3＋3O④2CO2＋4H2O光=2CH3OH＋3O⑤CO2＋2H2O光=CH4＋2O下列說(shuō)法中不正確的是()A．過(guò)程Ⅱ中發(fā)生的反應(yīng)均為放熱反應(yīng)B．太陽(yáng)能最終主要轉(zhuǎn)化為熱能C．經(jīng)過(guò)上述一個(gè)循環(huán)后放出O2D．實(shí)現(xiàn)上述循環(huán)，當(dāng)前需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是過(guò)程Ⅰ2．下列有關(guān)能量的說(shuō)法不正確的是()A．化石能源物質(zhì)內(nèi)部貯存著大量的能量B．植物的光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C．由石墨制金剛石是吸熱反應(yīng)，故石墨的能量比金剛石的能量低D．燃料燃燒時(shí)只是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能3．下列說(shuō)法正確的是()A．天然氣和石油都是有機(jī)化合物B．利用化石燃料燃燒放出的熱量使水分解產(chǎn)生氫氣，是氫能開(kāi)發(fā)的研究方向C．植物光合作用是化學(xué)變化，并伴隨能量的轉(zhuǎn)化D．若化學(xué)過(guò)程中斷開(kāi)化學(xué)鍵放出的能量大于形成化學(xué)鍵所吸收的能量，則反應(yīng)放熱4．下列說(shuō)法不正確的是()①化石燃料在任何條件下都能充分燃燒②化石燃料在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的CO、SO2等有害氣體③直接燃燒煤不如將煤進(jìn)行深加工后再燃燒的效率高④固體煤變?yōu)闅怏w燃料后燃燒效率更低A．①④B．②③④C．①②③D．①③④5．下列說(shuō)法正確的是()A．若氫氣和氧氣化合是放熱反應(yīng)，則水電解生成氫氣和氧氣是吸熱反應(yīng)B．需要加熱才能進(jìn)行的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)C．反應(yīng)放出的熱量的多少與反應(yīng)物的質(zhì)量和狀態(tài)無(wú)關(guān)D．對(duì)放熱反應(yīng)A＋B→C＋D，A、B的能量總和小于C、D的能量總和6．利用太陽(yáng)能，使燃料循環(huán)使用有如下構(gòu)思和方案：①2CO2光能=2CO＋O②2H2O光能=2H2↑＋O③2N2＋6H2O光能=4NH3＋④CO2＋2H2O光能=CH4＋實(shí)現(xiàn)上述構(gòu)思和方案的關(guān)鍵是()A．如何使物質(zhì)吸收光能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)B．尋找催化劑C．利用光能D．利用綠色植物7．天然氣主要用途是作燃料，可制造炭黑，化學(xué)藥品和液化石油氣，由天然氣生產(chǎn)的丙烷、丁烷是現(xiàn)代工業(yè)的重要原料。天然氣的主要成分是甲烷(CH4)，甲烷燃燒時(shí)的能量變化如圖所示，已知1molH2O由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)放出44kJ的能量。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)甲烷燃燒生成液態(tài)水的反應(yīng)是________(填“放熱”或“吸熱”)反應(yīng)。(2)8gCH4完全燃燒時(shí)生成氣態(tài)水的熱量變化是________kJ。8．城市使用的燃料，現(xiàn)大多為煤氣、液化石油氣。煤氣的主要成分是一氧化碳和氫氣的混合氣體，它由煤炭與水蒸氣反應(yīng)制得，故又稱(chēng)水煤氣。(1)試寫(xiě)出制取水煤氣的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)液化石油氣的主要成分是丙烷，丙烷燃燒的熱化學(xué)方程式為C3H8(g)＋5O2(g)=3CO2(g)＋4H2O(l)ΔH＝-2220.0kJ·mol-1，已知CO氣體燃燒的熱化學(xué)方程式為CO(g)＋12O2(g)=CO2(g)ΔH＝-282.57kJ·mol-(3)已知?dú)錃馊紵臒峄瘜W(xué)方程式為2H2(g)＋O2(g)=2H2O(l)ΔH＝－571.6kJ·mol－1，試比較同質(zhì)量的氫氣和丙烷燃燒，產(chǎn)生的熱量的比值約為_(kāi)_______。(4)氫氣是未來(lái)的能源，除產(chǎn)生的熱量大之外，還具有的優(yōu)點(diǎn)是________________。第2課時(shí)燃料燃燒釋放的能量氫燃料的應(yīng)用前景基礎(chǔ)知識(shí)新知預(yù)習(xí)一、1．(2)氫氣學(xué)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)二氧化碳和水熱學(xué)而思提示：?jiǎn)栴}一太陽(yáng)能光解水的過(guò)程中，主要能量轉(zhuǎn)化形式是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。問(wèn)題二氫能的優(yōu)點(diǎn)是原料豐富，能量高；燃燒產(chǎn)物是水，無(wú)污染。缺點(diǎn)是制備氫氣的能耗高，氫氣的貯存和運(yùn)輸不方便等。即時(shí)自測(cè)1．解析：(1)化石燃料充分燃燒的條件是燃料與空氣或氧氣要盡可能充分接觸，且空氣或氧氣要適當(dāng)過(guò)量。(2)化石燃料含有碳、硫等元素，燃燒會(huì)產(chǎn)生CO、SO2等有害氣體。(3)固體煤變?yōu)闅怏w燃料后，接觸面積增大，燃燒更充分，燃燒效率更高。答案：(1)×(2)√(3)×(4)×(5)×(6)×(7)×(8)√2．解析：菠菜蛋白質(zhì)“發(fā)電”屬于“太陽(yáng)能文明”，A錯(cuò)誤；發(fā)展太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)有助于減緩溫室效應(yīng)，B正確；太陽(yáng)能電池可將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，C正確；石油和天然氣都屬于碳素燃料，D正確。答案：A3．解析：理論上，提高燃料燃燒效率的常用方法是增大燃料與空氣的接觸面積，并通入適當(dāng)過(guò)量的空氣。對(duì)于①和②，由于燃料的著火點(diǎn)是其固有的性質(zhì)，不可改變，故這兩項(xiàng)措施不可行。③④⑤所采取的措施均是為了增大燃料與空氣的接觸面積。答案：C4．解析：將煤塊粉碎是為了提高煤的利用率；脫硫是為了減少SO2的產(chǎn)生；通入適當(dāng)過(guò)量空氣是為了減少CO的產(chǎn)生。答案：A5．答案：A6．解析：新能源是清潔能源，造成的環(huán)境污染少，A正確；晶體硅可用來(lái)制作太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能電池可將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，B正確；利用電解水的方法得到氫氣，此法需消耗大量電能，不能實(shí)現(xiàn)能源綠色化，C錯(cuò)誤；解決能源危機(jī)的方法是開(kāi)發(fā)新能源和節(jié)約現(xiàn)有能源，提高原料的利用率，D正確。答案：C課堂檢測(cè)1．答案：C2．答案：D3．答案：C4．解析：化石燃料充分燃燒的條件是燃料與空氣或氧氣要盡可能充分地接觸，且空氣或氧氣要適當(dāng)過(guò)量，①錯(cuò)誤；化石燃料在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的CO、SO2等有害氣體會(huì)污染環(huán)境，