1.1 第4课时 能源的充分利用 学案（含答案） 2023-2024学年高二化学苏教版（2020）选择性必修第一册

1.1 第4课时　能源的充分利用
【学习目标】
1.通过交流讨论认识标准燃烧热的概念,掌握表示标准燃烧热的热化学方程式的书写和有关标准燃烧热的简单计算,培养学生的计算能力。
2.通过查阅资料了解能源的种类、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,知道能源是人类生存和社会发展的重要基础,培养学生的科学态度与社会责任。
【合作探究】
任务　认识并应用标准燃烧热
【学习情境】
能源是国民经济和社会发展的重要物质基础,我国目前使用的主要能源来自煤、石油、天然气等化石燃料,例如,乙烯、丙烷、汽油、柴油均来自石油的加工。燃料燃烧过程中放出的热量是人类生活和生产所需能量的重要来源,不同的燃料,完全燃烧后放出的热量也不相等。我们一般从以下几个方面来选择燃料:燃料的标准燃烧热、热值、储量、开采、运输、储存条件、价格、对生态环境的影响等。
【新知生成】
1.标准燃烧热:在101kPa时,　　　　mol纯物质完全燃烧的反应热。
2.完全燃烧指物质中含有的碳元素转化为　　　　,氢元素转化为　　　　,硫元素转化为　　　　,氮元素转化为　　　　。
【答案】1.1　2.CO2(g)　H2O(l)　SO2(g)　N2(g)
【核心突破】
典例1　已知:H2O(l)H2O(g) ΔH=+Q1 kJ·mol-1
2H2O(g)2H2(g)+O2(g)　ΔH=+Q2 kJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-Q3 kJ·mol-1
则H2和CH4的标准燃烧热的比值为(　　)
A. B. C. D.
【解析】由题意得,2H2(g)+O2(g)2H2O(g)　ΔH=-Q2 kJ·mol-1,2H2O(g)2H2O(l)　ΔH=-2Q1 kJ·mol-1,将以上两式相加得,2H2(g)+O2(g)2H2O(l)　ΔH=-(2Q1+Q2) kJ·mol-1,故H2的标准燃烧热为 kJ·mol-1;CH4的标准燃烧热为Q3 kJ·mol-1,则H2和CH4的标准燃烧热的比值为,C项正确。
【答案】C
典例2　下列说法正确的是(　　)
A.乙烯完全燃烧时,放出的热量就是乙烯的标准燃烧热
B.在25℃、101kPa时,1 mol碳燃烧所放出的热量为碳的标准燃烧热
C.由2CO(g)+O2(g)2CO2(g)　ΔH=-566kJ·mol-1可知,CO的标准燃烧热ΔH为-283kJ·mol-1
D.乙炔的标准燃烧热ΔH为-1299.6kJ·mol-1,则反应2C2H2(g)+5O2(g)4CO2(g)+2H2O(g)的ΔH=-2599.2kJ·mol-1
【解析】A项,没有指明乙烯的物质的量为1 mol,且没说明水的聚集状态,错误;B项,没有指明1 mol碳完全燃烧生成CO2(g),错误;D项,热化学方程式中生成物水应为液态,反应热ΔH与其不对应,错误。
【答案】C
归纳总结：对标准燃烧热概念的理解
完全燃烧生成的产物解释:
指可燃物中的碳元素变为CO2(g),氢元素变为H2O(l),硫元素变为SO2(g),氮元素变为N2(g)等。
训练　25℃、101kPa下,碳、氢气、甲烷和葡萄糖的标准燃烧热ΔH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】根据标准燃烧热的概念可知,C应生成CO2(g),H应生成H2O(l),只有D项正确。
【答案】D
课堂小结：
【随堂检测】
1.已知一些燃料的标准燃烧热分别为:
燃料 一氧化碳 甲烷
ΔH/(kJ·mol-1) -283.0 -890.3
燃料 异辛烷(C8H18) 乙醇
ΔH/(kJ·mol-1) -5461.0 -1366.8
上述燃料最能体现“低碳经济”理念的是(　　)
A.一氧化碳 B.甲烷 C.异辛烷 D.乙醇
【解析】“低碳经济”是指在可持续发展理念指导下,通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗,减少温室气体排放,达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。即每生成1 mol CO2时,放出热量最大的物质符合题意。CO、CH4分子中都只含有1个C原子,CO完全燃烧产生1 mol CO2时放出热量是283.0 kJ;CH4完全燃烧产生1 mol CO2时放出热量是890.3 kJ; C8H18完全燃烧产生1 mol CO2时放出热量是 kJ ≈682.6 kJ;乙醇完全燃烧产生1 mol CO2时放出热量是 kJ=683.4 kJ。可见产生等量CO2气体放热最多的是甲烷,B项符合题意。
【答案】B
2.已知H2(g)、C2H4(g)和C2H5OH(l)的标准燃烧热分别是285.8 kJ·mol-1、1411.0 kJ·mol-1和1366.8 kJ·mol-1,则由C2H4(g)和H2O(l)反应生成C2H5OH(l)的ΔH为(　　)
A.-44.2 kJ·mol-1
B.+44.2 kJ·mol-1
C.-330 kJ·mol-1
D.+330 kJ·mol-1
【解析】由题干条件和标准燃烧热的概念可写出如下热化学方程式:
H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1　①
C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-1411.0 kJ·mol-1　②
C2H5OH(l)+3O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1366.8 kJ·mol-1　③
根据盖斯定律由②-③可得,C2H4(g)+H2O(l)C2H5OH(l) ΔH=-44.2 kJ·mol-1。
【答案】A
3.计算填空:
(1)在25 ℃、101 kPa时,H2在1.00 mol O2中完全燃烧生成2.00 mol H2O(l)放出571.6 kJ的热量。H2的标准燃烧热ΔH为　　　　。
(2)已知: CH4的标准燃烧热ΔH=-890 kJ·mol-1,H2和CH4混合气体112 L(标准状况下)完全燃烧生成CO2和液态水时放出的热量为3694.75 kJ,则混合气体中H2和CH4的体积比为　　　　。
【解析】(1)H2的标准燃烧热应以燃烧1 mol H2为标准,当H2完全燃烧生成2.00 mol H2O(l)时,需燃烧2.00 mol H2,故H2的标准燃烧热ΔH为-=-285.8 kJ·mol-1。
(2)设混合气体中H2和CH4的物质的量分别为x和y,则有:
解之得:x=1.25 mol,y=3.75 mol
则n(H2)∶n(CH4)=1∶3。
【答案】(1)-285.8 kJ·mol-1　(2)1∶3
2