苏教版 (2019)必修 第二册第二单元 化学反应中的热第2课时学案

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：指一定条件下________的可燃物________所放出的热。

2．特点：质量相同的不同燃料，由于它们的________不同，完全燃烧后放出的热量不相同。

3．计算方法：

燃料燃烧放出的热量＝形成生成物中的化学键放出的总能量－断裂反应物中的化学键吸收的总能量。

4．提高燃料的使用效率：

(1)当今世界上使用最多的能源：

化石燃料即________、________、________。

(2)化石燃料需亟待解决的问题：

(3)解决燃料燃烧存在的问题和研究方向：

①节约现有能源。

②提高燃料的使用效率，减少对环境的污染，如把石油、煤等化石燃料转化为洁净燃料。

③开发优质新能源氢能、水能、________能、风能等更清洁、更高效的能源。

【学而思】

(情境思考)燧人氏是传说中发明钻木取火的人，这在先秦的古籍中已有记载。据《韩非子·五蠹》记载：上古之世，人民少而禽兽众，人民不胜禽兽虫蛇……民食果蓏蚌蛤，腥臊恶臭而伤害腹胃，民多疾病。有圣人作，钻燧取火，以化腥臊，而民说(悦)之，使王天下，号之曰燧人氏。”而后燧人氏被奉为“三皇之首”。

(1)钻木取火的原理是什么？

(2)物质燃烧是放热反应还是吸热反应？

二、氢燃料的应用前景

1．氢能的优点：

2．制氢和储氢已成为全球瞩目的课题：

(1)将太阳能转化为________，再将水催化电解获得氢气，其中最关键的高效、廉价、绿色的催化技术已有突破性的进展。

(2)氢气密度________，熔点________，难________，贮存液氢的容器要求高。

(3)研制贮氢合金：科学家正致力于研究具备良好________和________氢气性能的合金(如镧镍合金等)，这将为解决氢气贮存问题开辟新的方向。贮氢合金在一定条件下吸收氢气形成金属氢化物，加热时又可释放出氢气。

3．氢燃料的应用前景：

(1)发射人造卫星和运载火箭常用________作燃料。

(2)氢燃料混合动力有轨电车。

(3)氢燃料电池。

【学而思】

(情境应用)2018年2月11日，由国家能源集团牵头，国家电网公司等多家央企参与的跨学科、跨行业、跨部门的国家级产业联盟——中国氢能源及燃料电池产业创新战略联盟(简称中国氢能联盟)在北京宣告成立，标志着我国氢能大规模商业化应用正在开启。

【思考】

(1)氢气燃烧放出的热量从何而来？与化学反应的本质有什么关系？

(2)氢能具有哪些具体优点？

[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)煤、石油和天然气都是化石能源。(　　)

(5)柴草燃烧时，化学能全部转化为热能。(　　)

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.“能源分类相关图”如图所示，选项中全部符合图中阴影部分的能源是  (　　)

A．煤炭、石油、潮汐能

B．水能、生物能、天然气

C．太阳能、风能、沼气

D．地热能、海洋能、核能

4．“西气东输”是我国距离最长、口径最大的输气管道，西起塔里木盆地的轮南，东至上海。全线采用自动化控制，供气范围覆盖中原、华东、长江三角洲地区。

(1)我国实施的“西气东输”工程中的“气”是指什么气体？主要成分是什么？

(2)与煤等燃料相比较其优点是哪些？

(3)煤、石油、天然气是可再生能源吗？

5．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

①2CO22CO＋O2，

②2H2O2H2↑＋O2↑，

③2N2＋6H2O4NH3＋3O2，

④2CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2，

⑤CO2＋2H2OCH4＋2O2。

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O2

D．实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程Ⅰ

2．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．下列说法中正确的是(　　)

A．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化

B．生成物全部化学键形成时所释放的能量大于反应物全部化学键断裂所吸收的能量时，反应为吸热反应

C．反应产物的总能量大于反应物的总能量时，反应吸热，ΔH＞0

D．ΔH的大小与热化学方程式的化学计量数无关

5．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．已知下列几种燃料的热值：

其热化学方程式分别为

①C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－396 kJ·mol－1

②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH＝－896 kJ·mol－1

③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)

ΔH＝－286 kJ·mol－1

④C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)

ΔH＝－1 380 kJ·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)完全燃烧等质量的上述物质，放出热量的大小顺序是________。

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1 mol H2O由气态变为液态时放出44 kJ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)8 g CH4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＝，已知CO气体燃烧的热化学方程式为CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝，试比较同物质的量的C3H8和CO燃烧，产生热量的比值约为________。

(3)已知氢气燃烧的热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·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．单位质量　完全燃烧

2．热值

4．(1)煤　石油　天然气　(2)CO　酸雨　(3)③太阳

学而思

提示：(1)硬木棒对着木头摩擦或钻进去，靠摩擦取火。

(2)放热反应。

二、

2．(1)电能　(2)小　低　液化　(3)吸收　释放

3．(1)液氢

学而思

提示：(1)氢气燃烧放出的热量来自物质的内能，与化学反应中化学键的断裂和形成有关。

(2)氢能的优点：①清洁燃料，是零排放能源；②来源广泛，可来自可再生能源，也可来自工业流程中的副产品；③应用广泛、热值高。

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)×

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：A

3．解析：阴影部分既是来自太阳的能源又属于可再生能源和新能源。煤炭、石油不是新能源和可再生能源，A不正确；天然气是化石能源，不属于可再生能源、新能源，B不正确；太阳能、风能、沼气三者符合条件，C正确；核能不是来自太阳的能源，D不正确。

答案：C

4．答案：(1)天然气，主要成分是甲烷。

(2)热值高，使用起来更经济，对环境污染小。

(3)不是，是不可再生能源。

5．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：C

2．答案：D

3．答案：C

4．答案：C

5．解析：氢气和氧气化合是放热反应，水电解生成氢气和氧气是吸热反应，A正确；吸热反应不一定需要加热才能进行，比如氯化铵和氢氧化钡之间的反应是吸热反应，不需加热即可进行，B错误；反应放出的热量的多少与反应物的质量和状态有关，C错误；对于放热反应A＋B―→C＋D，A、B的能量总和大于C、D的能量总和，D错误。

答案：A

6．解析：(1)完全燃烧相等物质的量(设为1 mol)的上述物质，放出热量的大小顺序是④＞②＞①＞③。

(2)完全燃烧等质量(设为1 g)的上述物质，放出热量的大小顺序是③＞②＞①＞④

答案：(1)④＞②＞①＞③

(2)③＞②＞①＞④

7．解析：由题知CH4完全燃烧生成液态水是放热反应。由图知1 mol CH4反应生成2 mol气态水放出热量802 kJ，则0.5 mol甲烷(即8 g甲烷)放出的热量为401 kJ。

答案：(1)放热　(2)401

8．解析：(1)制取水煤气的化学方程式为C＋H2O(g)CO＋H2。(2)同物质的量的C3H8和CO燃烧，产生热量之比为≈。(3)相同质量的氢气和丙烷，它们的物质的量之比为22∶1，产生热量之比为≈。(4)氢气是未来最理想的能源，具有热值高、来源丰富、无污染等优点。

答案：(1)C＋H2O(g)CO＋H2　(2)39∶5　(3)14∶5　(4)热值高、来源丰富、无污染