6.2 第2课时 燃料燃烧释放的能量 氢燃料的应用前景 学案（含解析） 2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第二册
文档属性
| 名称 | 6.2 第2课时 燃料燃烧释放的能量 氢燃料的应用前景 学案（含解析） 2023-2024学年高一化学苏教版（2020）必修第二册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 98.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2024-04-10 10:12:00 | ||
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文档简介
6.2第2课时 燃料燃烧释放的能量氢燃料的应用前景
【学习目标】
1.了解热值的概念,能根据热值的大小选择能源。
2.能列举提高燃料燃烧效率的方法,合理利用化石燃料,减少燃料对环境的污染,说明开发高能清洁燃料的重要性。
3.正确判断氢能、太阳能使用的可行性,了解新能源开发的基本原理。
【合作探究】
【学习情境】
人类自从学会了用火,便以草、木等作为燃料,利用燃烧放出的热从事各种活动。而后,煤炭、石油等化石燃料相继被开采出来,供人类使用,燃料的更替为人类工业文明的产生和发展奠定了基础。生活中常见的燃料有煤炭、石油、天然气等。为什么质量相同的不同燃料,完全燃烧后放出的热量不相等 这与什么有关 用化石燃料获取能量面临哪些问题 怎样解决这些问题 氢燃料的应用前景如何
任务1 燃料燃烧释放的能量
【新知生成】
一、热值
一定条件下 的可燃物
燃烧所放出的热。单位是 。
二、化石燃料获取能量面临的问题
1.影响环境:煤炭等化石燃料的燃烧常常伴随着大量 等有毒有害物质的排放,后两者还能导致 ,对环境的破坏非常严重。
2.燃料使用效率 。
三、解决燃料燃烧中存在的问题的措施
1. 现有的能源。
2.提高燃料的 ,减少对环境的 。
3.积极开发优质的 ,如 、水能、 、风能。
【答案】一、单位质量 完全 kJ·g-1 二、1.烟尘、CO、SO2、氮氧化物(NOx) 酸雨 2.不高 三、1.节约 2.使用效率 污染 3.新能源 氢能 太阳能
【核心突破】
典例1 已知下列物质燃烧的热化学方程式:
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518.0 kJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
相同质量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃烧时,放出热量最少的是( )。
A.H2(g) B.CO(g)
C.C8H18(l) D.CH4(g)
【答案】B
【解析】若质量均为1 g,根据热化学方程式可知,1 g H2完全燃烧放出的热量为 =142.9 kJ;1 g CO完全燃烧放出的热量为≈10.1 kJ;1 g C8H18完全燃烧放出的热量为≈48.4 kJ;1 g CH4完全燃烧放出的热量为≈55.6 kJ,所以等质量燃烧时,CO(g)放出的热量最少。
【归纳总结】
1.燃料燃烧释放的能量
(1)特点:质量相同的不同燃料,由于它们的热值不同,完全燃烧后放出的能量不相同。
(2)计算:热量=燃料的质量×该燃料的热值
2.解决燃料燃烧存在问题的研究方向
①研究化石燃料完全燃烧的条件和减少燃料燃烧产生的热量损耗的技术,研究提高燃料利用率的措施。
②防止燃料燃烧造成的环境污染。
③通过化学方法把化学燃料转化为洁净燃料。
④开发氢能、水能、太阳能、风能等清洁、高效的新能源。
训练1 我国是燃煤大国,对提高煤的燃烧效率的研究有着十分重大的意义,则以下说法不正确的是( )。
A.将煤块粉碎后,进行燃烧,有利于提高燃烧效率
B.提高燃煤转化率,关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分地接触,且空气要适当过量
C.适当加高燃煤炉膛高度,可以提高燃煤转化率
D.提高煤燃烧效率的意义在于节约能源,节省资源,减少污染
【答案】C
【解析】将煤块粉碎后进行燃烧,增大了煤与氧气的接触面积,有利于提高燃烧效率,A项正确;提高燃煤转化率,燃烧时要有足够多的空气,燃料与空气要有足够大的接触面积,B项正确;加高燃煤炉膛高度,不能提高燃煤转化率,C项错误;提高煤的燃烧效率,可以节约能源,节省资源,减少污染,D项正确。
训练2 下列有关燃料的说法错误的是( )。
A.化石燃料燃烧产物CO2是温室气体之一
B.化石燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一
C.化石燃料完全燃烧不会造成大气污染
D.以液化石油气代替燃油可减少大气污染
【答案】C
【解析】化石燃料中含有硫、氮等元素,即使完全燃烧也会生成二氧化硫、氮的氧化物等空气污染物,故C项错误。
任务2 氢燃料的应用前景
【新知生成】
一、氢燃料的优点
1. 在普通燃料中是最高的。
2.燃烧产物只有 ,不会产生对环境有害的污染物,是一种 燃料。
二、氢燃料的缺点
密度 ,熔点 ,难 ,贮存液氢的容器要求高。
【答案】一、1.热值 2.水 洁净 二、小 低 液化
【核心突破】
典例2 为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是( )。
A.H2O的分解反应是放热反应
B.光分解过程只涉及太阳能与电能的转化
C.2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH>0
D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
【答案】C
【解析】H2O的分解反应是吸热反应,A项错误;光分解过程是太阳能转化成化学能,B项错误;2H2O(l)2H2(g)+O2(g)为吸热反应,ΔH>0,C项正确;氢气的热值高,氢能开发利用价值高,D项错误。
【归纳总结】
氢能的利用途径
训练3 关于用水制取二级能源氢气,以下研究方向不正确的是( )。
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,使氢成为二级能源
B.设法将太阳光聚焦,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
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
【答案】A
【解析】水是由氢元素和氧元素组成的,元素不等同于单质,水必须经过分解才能制取二级能源氢气,A项错误。
【课堂小结】
【随堂检测】
1.要实现我国的碳达峰和碳中和目标,下列措施不切实际的是( )。
A.大力开发氢能源 B.充分利用太阳能
C.不使用含碳能源 D.提高能源利用率
【答案】C
【解析】含碳能源(煤、石油、天然气等)目前还是我国生产生活中的主要能源,不使用含碳能源是不切实际的。
2.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是( )。
①提高燃料的着火点 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎 ④将液体燃料雾化处理 ⑤将煤进行气化处理 ⑥通入适量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
【答案】C
【解析】燃料的着火点是物质固有的性质,不可改变,①②不可行。理论上,提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积,并通入适量的空气,③④⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。
3.氢气是未来的“绿色能源”,科学家们最新研制出利用太阳能产生激光,再用激光使水分解制得氢气的新技术,其中水的分解可以用化学方程式表示为2H2O2H2↑+O2↑。下列有关说法不正确的是( )。
A.TiO2一定没有参与化学反应
B.水分解不产生污染物
C.TiO2在反应中作催化剂
D.该技术将太阳能转化为化学能
【答案】A
【解析】从反应2H2O2H2↑+O2↑发生的条件来看,TiO2是该反应的催化剂,催化剂通常参与化学反应;2H2O2H2↑+O2↑的能量变化是将太阳能转化为化学能。
4.氢能是21世纪极具开发前景的新能源之一。
(1)氢能具有的优点包括 (填字母)。
①原料来源广 ②易燃烧、热值高 ③贮存方便 ④制备工艺廉价易行
a.①② b.①③
c.③④ d.②④
(2)已知:
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
计算等质量的氢气和碳燃烧时产生的热量之比: 。
(3)氢能源有可能实现能源贮存,也有可能实现经济、高效地输送。已知标准状况下,1体积钯粉大约可吸附896体积氢气(钯粉的密度为10.64 g·cm-3,相对原子质量为106.4),试写出钯(Pd)的氢化物的化学式: 。
【答案】(1)a (2)4.36∶1 (3)PdH0.8(或其他合理形式)
【解析】(1)工业上生产氢气的方式很多,常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢等,所以具有原料来源广的优点;氢气的燃烧产物是水,无污染;等质量的氢气完全燃烧放出的热量多,具有热值高的优点;但开发利用的制备工艺较复杂,贮运不方便,是需要解决的首要问题。
(2)根据热化学方程式可知,等质量的氢气和碳燃烧时产生的热量之比是∶×393.5 kJ·mol-1=4.36∶1。
(3)由题意知,1 cm3钯粉可吸收896 cm3氢气,故n(Pd)∶n(H)=∶=1∶0.8,故钯的氢化物的化学式为PdH0.8。
5.火箭推进器中装有还原剂肼(N2H4)和强氧化剂过氧化氢(H2O2),当它们混合时,即产生大量氮气和水蒸气,并放出大量热。已知0.4 mol液态肼与足量过氧化氢反应,生成氮气和水蒸气,放出256.64 kJ的热量。
(1)写出肼和过氧化氢的结构式:
肼: ,过氧化氢: 。
(2)写出反应的热化学方程式: 。
(3)已知H2O(l)H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1,则16 g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时,放出的热量是 kJ。
(4)上述反应用于火箭推进剂,除释放大量热和快速产生大量气体外,还有一个突出的优点是 。
【答案】(1) H—O—O—H
(2)N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g) ΔH=-641.6 kJ·mol-1
(3)408.8
(4)产物是N2和H2O,对环境无污染
2
【学习目标】
1.了解热值的概念,能根据热值的大小选择能源。
2.能列举提高燃料燃烧效率的方法,合理利用化石燃料,减少燃料对环境的污染,说明开发高能清洁燃料的重要性。
3.正确判断氢能、太阳能使用的可行性,了解新能源开发的基本原理。
【合作探究】
【学习情境】
人类自从学会了用火,便以草、木等作为燃料,利用燃烧放出的热从事各种活动。而后,煤炭、石油等化石燃料相继被开采出来,供人类使用,燃料的更替为人类工业文明的产生和发展奠定了基础。生活中常见的燃料有煤炭、石油、天然气等。为什么质量相同的不同燃料,完全燃烧后放出的热量不相等 这与什么有关 用化石燃料获取能量面临哪些问题 怎样解决这些问题 氢燃料的应用前景如何
任务1 燃料燃烧释放的能量
【新知生成】
一、热值
一定条件下 的可燃物
燃烧所放出的热。单位是 。
二、化石燃料获取能量面临的问题
1.影响环境:煤炭等化石燃料的燃烧常常伴随着大量 等有毒有害物质的排放,后两者还能导致 ,对环境的破坏非常严重。
2.燃料使用效率 。
三、解决燃料燃烧中存在的问题的措施
1. 现有的能源。
2.提高燃料的 ,减少对环境的 。
3.积极开发优质的 ,如 、水能、 、风能。
【答案】一、单位质量 完全 kJ·g-1 二、1.烟尘、CO、SO2、氮氧化物(NOx) 酸雨 2.不高 三、1.节约 2.使用效率 污染 3.新能源 氢能 太阳能
【核心突破】
典例1 已知下列物质燃烧的热化学方程式:
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l) ΔH=-5518.0 kJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-890.3 kJ·mol-1
相同质量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃烧时,放出热量最少的是( )。
A.H2(g) B.CO(g)
C.C8H18(l) D.CH4(g)
【答案】B
【解析】若质量均为1 g,根据热化学方程式可知,1 g H2完全燃烧放出的热量为 =142.9 kJ;1 g CO完全燃烧放出的热量为≈10.1 kJ;1 g C8H18完全燃烧放出的热量为≈48.4 kJ;1 g CH4完全燃烧放出的热量为≈55.6 kJ,所以等质量燃烧时,CO(g)放出的热量最少。
【归纳总结】
1.燃料燃烧释放的能量
(1)特点:质量相同的不同燃料,由于它们的热值不同,完全燃烧后放出的能量不相同。
(2)计算:热量=燃料的质量×该燃料的热值
2.解决燃料燃烧存在问题的研究方向
①研究化石燃料完全燃烧的条件和减少燃料燃烧产生的热量损耗的技术,研究提高燃料利用率的措施。
②防止燃料燃烧造成的环境污染。
③通过化学方法把化学燃料转化为洁净燃料。
④开发氢能、水能、太阳能、风能等清洁、高效的新能源。
训练1 我国是燃煤大国,对提高煤的燃烧效率的研究有着十分重大的意义,则以下说法不正确的是( )。
A.将煤块粉碎后,进行燃烧,有利于提高燃烧效率
B.提高燃煤转化率,关键是燃料与空气或氧气要尽可能充分地接触,且空气要适当过量
C.适当加高燃煤炉膛高度,可以提高燃煤转化率
D.提高煤燃烧效率的意义在于节约能源,节省资源,减少污染
【答案】C
【解析】将煤块粉碎后进行燃烧,增大了煤与氧气的接触面积,有利于提高燃烧效率,A项正确;提高燃煤转化率,燃烧时要有足够多的空气,燃料与空气要有足够大的接触面积,B项正确;加高燃煤炉膛高度,不能提高燃煤转化率,C项错误;提高煤的燃烧效率,可以节约能源,节省资源,减少污染,D项正确。
训练2 下列有关燃料的说法错误的是( )。
A.化石燃料燃烧产物CO2是温室气体之一
B.化石燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一
C.化石燃料完全燃烧不会造成大气污染
D.以液化石油气代替燃油可减少大气污染
【答案】C
【解析】化石燃料中含有硫、氮等元素,即使完全燃烧也会生成二氧化硫、氮的氧化物等空气污染物,故C项错误。
任务2 氢燃料的应用前景
【新知生成】
一、氢燃料的优点
1. 在普通燃料中是最高的。
2.燃烧产物只有 ,不会产生对环境有害的污染物,是一种 燃料。
二、氢燃料的缺点
密度 ,熔点 ,难 ,贮存液氢的容器要求高。
【答案】一、1.热值 2.水 洁净 二、小 低 液化
【核心突破】
典例2 为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是( )。
A.H2O的分解反应是放热反应
B.光分解过程只涉及太阳能与电能的转化
C.2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH>0
D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
【答案】C
【解析】H2O的分解反应是吸热反应,A项错误;光分解过程是太阳能转化成化学能,B项错误;2H2O(l)2H2(g)+O2(g)为吸热反应,ΔH>0,C项正确;氢气的热值高,氢能开发利用价值高,D项错误。
【归纳总结】
氢能的利用途径
训练3 关于用水制取二级能源氢气,以下研究方向不正确的是( )。
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,使氢成为二级能源
B.设法将太阳光聚焦,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
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
【答案】A
【解析】水是由氢元素和氧元素组成的,元素不等同于单质,水必须经过分解才能制取二级能源氢气,A项错误。
【课堂小结】
【随堂检测】
1.要实现我国的碳达峰和碳中和目标,下列措施不切实际的是( )。
A.大力开发氢能源 B.充分利用太阳能
C.不使用含碳能源 D.提高能源利用率
【答案】C
【解析】含碳能源(煤、石油、天然气等)目前还是我国生产生活中的主要能源,不使用含碳能源是不切实际的。
2.下列措施可以提高燃料燃烧效率的是( )。
①提高燃料的着火点 ②降低燃料的着火点 ③将固体燃料粉碎 ④将液体燃料雾化处理 ⑤将煤进行气化处理 ⑥通入适量的空气
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
【答案】C
【解析】燃料的着火点是物质固有的性质,不可改变,①②不可行。理论上,提高燃料燃烧效率的常用方法是增大燃料与空气的接触面积,并通入适量的空气,③④⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。
3.氢气是未来的“绿色能源”,科学家们最新研制出利用太阳能产生激光,再用激光使水分解制得氢气的新技术,其中水的分解可以用化学方程式表示为2H2O2H2↑+O2↑。下列有关说法不正确的是( )。
A.TiO2一定没有参与化学反应
B.水分解不产生污染物
C.TiO2在反应中作催化剂
D.该技术将太阳能转化为化学能
【答案】A
【解析】从反应2H2O2H2↑+O2↑发生的条件来看,TiO2是该反应的催化剂,催化剂通常参与化学反应;2H2O2H2↑+O2↑的能量变化是将太阳能转化为化学能。
4.氢能是21世纪极具开发前景的新能源之一。
(1)氢能具有的优点包括 (填字母)。
①原料来源广 ②易燃烧、热值高 ③贮存方便 ④制备工艺廉价易行
a.①② b.①③
c.③④ d.②④
(2)已知:
C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ·mol-1
计算等质量的氢气和碳燃烧时产生的热量之比: 。
(3)氢能源有可能实现能源贮存,也有可能实现经济、高效地输送。已知标准状况下,1体积钯粉大约可吸附896体积氢气(钯粉的密度为10.64 g·cm-3,相对原子质量为106.4),试写出钯(Pd)的氢化物的化学式: 。
【答案】(1)a (2)4.36∶1 (3)PdH0.8(或其他合理形式)
【解析】(1)工业上生产氢气的方式很多,常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢等,所以具有原料来源广的优点;氢气的燃烧产物是水,无污染;等质量的氢气完全燃烧放出的热量多,具有热值高的优点;但开发利用的制备工艺较复杂,贮运不方便,是需要解决的首要问题。
(2)根据热化学方程式可知,等质量的氢气和碳燃烧时产生的热量之比是∶×393.5 kJ·mol-1=4.36∶1。
(3)由题意知,1 cm3钯粉可吸收896 cm3氢气,故n(Pd)∶n(H)=∶=1∶0.8,故钯的氢化物的化学式为PdH0.8。
5.火箭推进器中装有还原剂肼(N2H4)和强氧化剂过氧化氢(H2O2),当它们混合时,即产生大量氮气和水蒸气,并放出大量热。已知0.4 mol液态肼与足量过氧化氢反应,生成氮气和水蒸气,放出256.64 kJ的热量。
(1)写出肼和过氧化氢的结构式:
肼: ,过氧化氢: 。
(2)写出反应的热化学方程式: 。
(3)已知H2O(l)H2O(g) ΔH=+44 kJ·mol-1,则16 g液态肼与足量液态过氧化氢反应生成氮气和液态水时,放出的热量是 kJ。
(4)上述反应用于火箭推进剂,除释放大量热和快速产生大量气体外,还有一个突出的优点是 。
【答案】(1) H—O—O—H
(2)N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g) ΔH=-641.6 kJ·mol-1
(3)408.8
(4)产物是N2和H2O,对环境无污染
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