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1、化学选修四精品讲义 命题人：杨群(湖北武汉) 电话(微信)：15827132277燃烧热 能源【学习目标】 1、理解燃烧热的概念，掌握表示燃烧热的热化学方程式的书写和有关燃烧热的简单计算 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【主干知识梳理】一、燃烧热1、定义：25、101 KPa时，1mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热2、单位：KJ/mol3、对燃烧热的理解：(1)对物质的量的限制：燃烧的物质一定为1mol(2)1mol纯物质：是指1mol纯净物(单质或化合物)(3)生成的物质一定要稳定 状态要稳定 “完全燃烧”：是指物质所含
2、元素的转变关系为：CCO2(g)，HH2O(l)，SSO2(g)，NN2(g)，PP2O5(g)(4)物质的燃烧都是放热反应，所以表示物质的燃烧热的H均为负值，即H0表示吸热，H0表示放热，因而，H后所跟数值需要带“”、“”符号(2)描述反应热时，无论是用“反应热”、“焓变”表示还是用H表示，其后所跟数值需要带“”、“”符号(3)用文字描述中和热和燃烧时，不带“”号，但用H表示时必须带“”符号 如：CH4的燃烧热为890.3KJ/mol、甲烷的燃烧热H890.3KJ/mol5、表示的意义： 如：C的燃烧热为393.5kJmol1，表示：在101kPa时，1molC完全燃烧生成CO2气体放出39
3、3.5kJ的热量6、表示燃烧热的热化学方程式的书写： 燃烧热是以1mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1mol 物质为标准来配平其余物质的化学计量数(常出现分数) 例如：C8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(l)H5518kJmol1，即C8H18的燃烧热为5518kJmol17、一定量可燃物完全燃烧时放出的热量：可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放n(可燃物)H 式中：Q放为可燃物燃烧反应放出的热量；n为可燃物的物质的量；H为可燃物的燃烧热 二、能源1、概念：能源就是能提供能量的自然资源，它包括化石燃料(煤、石油、天然气)、阳光、风
4、力、流水、潮汐以及柴草等2、地位：能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，它的开发和利用情况可以衡量一个国家和地区的经济发展和科学技术水平3、分类(1)按来源分来自太阳辐射的能量太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、化石能来自地球内部的能量地热能、核能、火山能、地震能来自天体引力的能量潮汐能(2)一次能源与二次能源 一次能源：从自然界直接取得的自然资源叫一次能源，如：原煤、原油 二次能源：一次能源经加工转换后获得的能源称为二次能源，如：各种石油制品、汽油、煤气、煤气、工业余热、蒸汽、电能、 氢能、酒精(3)常归能源与新能源：被人们广泛利用的能源称为常规能源，如煤、石油、天然气、水能、生物质能等
5、。随着科技的不断发展，才 开始被人类采用先进的方法加以利用的古老能源以及新发展的利用先进技术所获得的能源都是新能源，如核聚变能、风能、太阳 能、海洋能等(4)可再生能源与不可再生能源：可连续再生、永远利用的一次能源称为可再生能源，如水能、风能、生物质能、太阳能、地热能、 氢能、潮汐能等；经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称为不可再生能源，如石油、煤、天然气、核能等4、化石燃料(1)煤、石油、天然气是当今世界上最重要的化石燃料，它们为不可再生能源(2)煤作能源的利弊： 煤是最重要的化工原料，把煤作为燃料简单烧掉太可惜，应该综合利用 煤直接燃烧时产生的CO、SO2等有毒气体及烟尘，对环境造成
6、严重污染 煤作为固体燃料，燃烧反应速率小，热利用率低且运输不方便 可以通过清洁煤技术，如煤的液化和气化，以及烟气净化脱硫等，减轻煤对环境的污染，提高煤的利用率5、解决能源问题的措施(1)提高能源的利用效率：改善开采、运输、加工等各个环节；科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧(2)开发新能源：太阳能、风能、氢能、地热能、海洋能和生物质能都是最有希望的新能源。这些新能源资源丰富，有些为可再生能 源，并且在使用时对环境几乎没有污染6、新能源的特点(1)太阳能能量巨大，取之不尽，用之不竭，清洁无污染，不需要开采和运输。缺点是能量密度小，受地域和季节的影响较大(2)氢能有三大优点：一是单位质量的燃烧热值高，
7、二是资源丰富，三是无毒、无污染。缺点是储存、运输困难(3)地热能蕴藏丰富，已被应用(4)风能是太阳能的一种转换形式，风能能量巨大。缺点是具有不稳定性，受地区、季节、气候影响较大 能源的分类 能源之间的相互转化关系 【课后作业】1、以下几个热化学方程式，能表示固态碳和气态氢气燃烧时的燃烧热的热化学方程式是() AC(s)O2(g)CO(g)H110.5 kJmol1 BC(s)O2(g)CO2(g)H393.5 kJmol1 C2H2(g)O2(g)2H2O(l)H571.6 kJmol1 DH2(g)1/2O2(g)H2O(g)H241.8 kJmol12、下列有关能量转换的说法正确的是()
8、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是热能转变成化学能的过程 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3、天然气和液化石油气燃烧的主要化学方程式依次为CH42O2CO22H2O，C3H85O23CO24H2O。现有一套以天然 气为燃料的灶具，今改为烧液化石油气，应采取的正确措施是() A减少空气进入量，增大石油气进气量 B增大空气进入量，减少石油气进气量 C减少空气进入量，减少石油气进气量 D增大空气进入量，增大石油气进气量4、在25 、1.01105 Pa时，1 g CH4燃烧时生成CO2与
9、液态H2O，放出55.6 kJ的热量，则CH4的燃烧热为() A55.6 kJmol1 B889.6 kJmol1 C889.6 kJmol1 D444.8 kJmol15、有人预言：H2是21世纪最理想的能源，其根据不正确的是() A生成H2的原料来源广阔 B在等质量的可燃气体中，H2燃烧时放出的热量多 CH2易液化，携带方便 D燃烧时无污染6、1 g火箭燃料N2H4燃烧，生成N2和H2O(g)，同时放出16.7 kJ的热量，表示该反应的热化学方程式正确的是() AN2H4O2N22H2OH5344 kJmol1 BN2H4O2N22H2OH1068.8 kJmol1 CN2H4(g)O2(
10、g)N2(g)2H2O(g)H534.4 kJmol1 D1/2N2H4(g)1/2O2(g)1/2N2(g)H2O(g)H267.2 kJmol17、石墨和金刚石都是碳元素的单质，石墨在一定条件下可转化为金刚石。已知12 g石墨完全转化成金刚石时，要吸收E kJ的能量， 下列说法正确的是()来源:学&科&网 A石墨不如金刚石稳定 B金刚石不如石墨稳定 C等质量的石墨与金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多 D等质量的石墨与金刚石完全燃烧，石墨放出的能量多8、有关化石燃料的说法正确的是() A化石燃料是可再生的，因此在地球上的蕴藏量也是无限的 B化石燃料虽然在地球上的蕴藏量有限，但形成化石燃料的速
11、率相当快，所以化石燃料相当于无限的 C化石燃料的形成是非常复杂的，所需时间很长，但化石燃料在地球上的蕴藏量是无限的 D化石燃料在地球上的蕴藏量是有限的，而且又都是经过亿万年才能形成的非再生资源9、下列性质中，能说明乙醇适宜做燃料的是() 燃烧时发生氧化反应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 AB C D10、已知天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体。等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应，前者大。下面有关天 然气的几种叙述中正确的是() 天然气与煤、柴油相比是较清洁的能源等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大燃烧天然气也是酸雨的成因之一 AB只有
12、 C和 D只有11、下列关于热化学反应的描述中正确的是() 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) kJmol1 BCO(g)的燃烧热是283.0 kJmol1，则2CO2(g)2CO(g)O2(g)反应的H2283.0 kJmol1 C需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 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12、已知反应：101 kPa时，C(s)1/2O2(g)CO(g)H1110.5 kJmol1 稀溶液中，H(aq)OH(aq)H2O(l)H257.3 kJmol1，下列结论正确的
13、是() A若碳的燃烧热用H3来表示，则H3H1 B若碳的燃烧热用H3来表示，则H3H1 C浓硫酸与稀NaOH溶液反应的中和热为57.3 kJmol1 D稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水，放出57.3 kJ热量13、目前上海大部分城市居民所使用的燃料主要是管道煤气，浦东新区居民开始使用东海天然气作为民用燃料。管道煤气的主要成 分是CO、H2和少量烃类，天然气的主要成分是CH4。它们的燃烧反应如下： 2COO22CO22H2O22H2O CH42O2CO22H2O 根据以上化学方程式判断：燃烧相同体积的管道煤气和天然气，消耗空气体积较大的是_，因此燃烧管道煤气的灶具如需改烧天然气，灶具的
14、改进方法是_进口风(填“增大”或“减小”)，如不作改进，可能产生的不良结果是_。管道煤气中含有的烃类除甲烷外，还有少量乙烷、丙烷、丁烷等，它们的某些性质见下表。乙烷丙烷丁烷熔点/183.3189.7138.4沸点/88.642.10.5试根据以上某个关键数据解释在冬天严寒的季节里有时管道煤气火焰很小，并且呈断续状态的原因是_14、葡萄糖是人体所需能量的重要来源之一。葡萄糖燃烧的热化学方程式为： C6H12O6(s)6O2(g)6CO2(g)6H2O(l)H2800 kJmol1 葡萄糖在人体组织中氧化的热化学方程式与它燃烧的热化学方程式相同。计算100 g葡萄糖在人体中完全氧化时所产生的热量。
15、15、在101 kPa时，1 mol CH4完全燃烧生成CO2和液态H2O，放出890.3 kJ的热量，CH4的燃烧热为多少？1000 L CH4(标准状况) 燃烧后所产生的热量为多少？16、某学校化学科研小组使用一些废旧物品组装了一个简易装置，用来测定乙醇的燃烧热，过程如下：用一只墨水瓶，盖上钻一小孔，插入一段玻璃管，灯芯通过玻璃管浸入无水乙醇中；取小食品罐头盒，去了盖子，开口的两侧各钻一小孔，准备系线绳用，罐头盒外面缠上石棉绳；用绝热板(或用硬纸板代替)做成一个圆筒，圆筒下沿剪开一排小孔，便于排入空气。圆筒正好套在罐头盒和自制酒精灯外边。 如图所示；准确量取200毫升水，倒入罐头盒中；在自
16、制酒精灯中注入容积的的无水乙醇；点燃灯芯，使火焰接触罐头盒底进行加热，并用环形玻璃棒在罐头盒里上下轻轻地搅动；当水温上升到40 50 时，熄灭灯焰。记录下最高温度t2；再次称量自制酒精灯的质量m2；更换水，添加无水乙醇，重复以上实验。(1)请结合实验信息，补充、中实验操作。 _。 _。(2)该小组同学通过实验并查阅资料得到了如表实验数据：实验序号水的质量m(g)水的比热容c(kJkg1K1)加热前水的温度t1()加热后水的温度t2()点燃前酒精灯和乙醇的质量m1(g)熄灭后酒精灯和乙醇的质量m2(g)来源:乙醇的摩尔质量M(g/mol)乙醇燃烧热的测定值(kJ/mol)2004.1815.64
17、0.0170.68169.95来源:Z_xx_k.Com46_2004.1814.940.5177.50176.6046_文献值(kJ/mol)1366.8请根据公式Q，利用测得数据计算乙醇的燃烧热并填入表中。(3)结合计算结果分析误差产生的原因(两条即可)： _ _(4)实验中当水温上升到40 50 时，即熄灭灯焰，记录最高温度，温度太高或太低时，会对结果产生什么影响？解释原因。17、美国科学美国人杂志刊登过的“地球的能量资源”一文中提供了到达地球表面的太阳辐射的几条主要数据：直接反射52000109 kJ/s以热能方式离开地球81000109 kJ/s水循环40000109 kJ/s大气流
18、动370109 kJ/s光合作用40109 kJ/s请选用以上数据计算：(1)地球对太阳能的利用率约为_。(2)通过光合作用，每年有_kJ的太阳能转化为化学能(每年按365天计)。(3)每年由绿色植物通过光合作用(6CO26H2OC6H12O66O2)为我们生存的环境除去二氧化碳的质量为A，试根据能量关系列出A 的计算式。列式中缺少的数据用符号表示，A_kg，所缺数据的化学含义为_【燃烧热 能源】答案1、B【解析】A项C(s)燃烧未生成稳定氧化物CO2(g)，故其反应热不能叫燃烧热；B项符合燃烧热的定义；C项H2虽然转变成了稳定的氧化物H2O(l)，但由于其反应热表示的是2 mol H2完全燃
19、烧时的热量变化，故不能叫燃烧热；D项参加燃烧的H2虽然是1 mol，但其生成H2O(g)，而不是H2O(l)，故它的反应热也不为H2的燃烧热。【点评】不是任何燃烧反应的反应热都称之为燃烧热，燃烧热必须具备一定的条件，即“1 mol”、“完全燃烧”、“稳定的化合物”。稳定的化合物是指不能再燃烧的，在常温、常压状态下的化合物，一般：CCO2(g)、SSO2(g)、HH2O(l)。2、AB【解析】C选项中，葡萄糖氧化放出热量是化学能转化为热能，C不正确；D选项，应该是太阳能转化为化学能，D不正确。【点评】能源之间的相互转化关系3、B【解析】等体积CH4(天然气)的耗氧量比C3H8(液化石油气)的小。
20、4、C【解析】Qn(可燃物)H，所以HQ/n(可燃物)，计算可得H889.6 kJmol1。5、C【解析】H2燃烧热值大，来源广，无污染，是理想的新能源，但是由水分解成H2和储存及运输H2等技术还有待解决。6、CD【解析】A、B项没有标明聚集状态。7、BC【解析】本题考查放热、吸热与稳定性之间的关系。据12 g石墨完全转化成金刚石时，要吸收E kJ的能量可知，石墨储存的能量比金刚石的少，能量越低越稳定，因此石墨比金刚石稳定，等质量的石墨与金刚石完全燃烧，金刚石放出的能量多。8、D【解析】化石燃料是有限的，不可再生，其形成过程非常复杂。9、D【解析】有机物燃烧时都能发生氧化还原反应，这不是乙醇作
21、为燃料的优点。10、C【解析】天然气相对于煤、柴油而言是比较清洁的能源，目前部分城市代替汽油加以推广；SO2、NOx的过度排放是引起酸雨的原因，而CO2的过度排放是引起温室效应的原因。从题给信息看，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应是前者大，因等质量的CH4和CO2换算成物质的量时，n(CH4)大，故的说法正确，的说法错误。11、B【解析】选项A中中和热是指在一定条件下强酸与强碱的稀溶液反应生成1 mol H2O所放出的热量，与酸和碱的元数无关；选项C中加热是化学反应的条件，与反应是否为放热和吸热无关，如：FeSFeS，它属于放热反应；选项D中燃烧热是指1 mol的物质完全燃烧生成稳定的
22、化合物所放出的热量，这里的稳定化合物包含两层意思，一是化合物稳定，如C燃烧可生成CO和CO2，其中CO2比CO稳定，二是化合物的状态稳定，如气态的水就不如液态的水稳定。12、A【解析】H本身有正负之分，放热为负值，吸热为正值。A、B中，燃烧热是指生成稳定氧化物所放出的热量，对于碳燃烧生成的稳定氧化物为CO2，因为CO燃烧是个放热反应，因此，H3H1；C中，浓硫酸溶于水要放热，因此，浓硫酸与释NaOH溶液反应的中和热要小于57.3 kJmol1；D中，醋酸是弱电解质，电离过程要吸热，稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水，放出热量要小于57.3 kJ。13、【解析】由反应方程式可知，燃烧相同
23、体积的管道煤气和天然气，天然气消耗O2的体积大。因此，由管道煤气改烧天然气，就必须增大进氧气的量，以保证天然气充分燃烧，以防天然气不完全燃烧生成CO，发生一氧化碳中毒。由表中数据知，丁烷沸点为0.5 ，易液化，使火焰很小且呈断续状态。【答案】天然气增大发生一氧化碳中毒由于温度偏低使丁烷液化，导致管内气流不畅14、【解析】根据题意，葡萄糖的燃烧热为H2800 kJmol1,100 g葡萄糖的物质的量为：n(C6H12O6)0.556 mol。1 mol C6H12O6完全燃烧放出2800 kJ的热量，0.556 mol C6H12O6完全燃烧放出的热量为：0.556 mol2800 kJmol1
24、1557 kJ。【答案】100 g葡萄糖在人体中完全氧化时产生1557 kJ的热量。来源15、【解析】根据题意，在101 kPa时，1 mol CH4完全燃烧的热化学方程式为：CH4(g)2O2(g)CO2(g)2H2O(l)H890.3 kJmol1即CH4的燃烧热为H890.3 kJmol1。1000 L CH4(标准状况)的物质的量为：n(CH4)44.6 mol1 mol CH4完全燃烧放出890.3 kJ的热量，44.6 mol CH4完全燃烧放出的热量为：44.6 mol890.3 kJmol13.97104 kJ。【答案】CH4的燃烧热为H890.3 kJmol1,1000 L
25、CH4(标准状况下)完全燃烧产生的热量为3.97104 kJ。16、【解析】解决此类问题需阅读全文，找准关键信息，研究装置特点及问题设置，结合所学知识找出解决问题的思路。实验过程根据公式Q设计，因此要测量酒精灯点燃前后两次质量差，通过测量水温来找出公式中的t2t1，考虑热量尽量不散失，因此设计了外套圆筒装置。【答案】(1)测得其温度为t1称得自制酒精灯质量为m1(2)12851094(3)圆筒中空气吸收热量圆筒绝热性能差(其他合理答案也可)(4)温度过低，圆筒中空气吸收的热量占较大的百分比；温度过高，散失的热量也会更多，会使误差增大。17、【答案】(1)23.3%(2)1.261018(3)；每生成1 mol葡萄糖所需要吸收的热量【提示】本题是一道综合信息题。解题的关键是正确理解“地球对太阳能的利用”的含义，水、大气和光合作用产生的糖类，都是人们生存所必不可少的，地球获得的能量包括水循环、大气运动和光合作用三部分。(1)地球对太阳能的利用率计算公式为：100%100%23.3%。(2)直接利用题中数据，进行列式计算。40109 kJ3600243651.261018 kJ；来源:Zxxk.Com(3)设每生成1 mol 葡萄糖所吸收的能量为Q，6CO26H2OC6H12O66O2Q644103 kg Q kJA 1.261018 kJA kg kg6