第二课时 燃料燃烧释放的能量 氢燃料的应用前景
学习目标 1.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。2.体会提高燃料燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。
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.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清洁燃料;
③确保能源安全,开发氢能、水能、 能、风能等更清洁、更高效的能源。
3.燃料充分燃烧的条件
(1)要有足够多的空气;
(2)燃料与空气要有足够大的接触面。
4.常规能源与新型能源
(1)常规能源:煤、石油、天然气等能源,称为常规能源。
(2)新型能源:新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括:太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等。此外还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。
(3)重点开发的能源:太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能等。
1.“能源分类相关图”如图所示,四组能源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、生物质能、天然气
C.太阳能、风能、沼气
D.地热能、海洋能、核能
2.(2024·湖南衡阳高二期末)中国石化石油化工科学研究院最近从地沟油中提炼出航空燃油;我国航天科技集团六院自主成功开发500吨级液氧煤油发动机。下列叙述正确的是 ( )
A.航空燃油不完全燃烧不会对环境造成污染
B.液氧汽化过程是吸热反应
C.煤油燃烧反应是放热反应
D.航空燃油和煤油都是可再生能源
3.一种环保型燃料——丙烷,其燃烧时发生反应C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l)。下列说法中不正确的是 ( )
A.火炬燃烧时化学能只转化为热能
B.所有的化学反应都会伴随着能量变化,有能量变化的物质变化不一定是化学反应
C.1 mol C3H8(g)和5 mol O2(g)所具有的总能量大于3 mol CO2(g)和4 mol H2O(l)所具有的总能量
D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染,故丙烷为环保型燃料
4.已知下列几种燃料的热值:
物质 煤炭 天然气 氢气 乙醇
热值/(kJ·g-1) 约33 约56 143 30
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 。
二、氢燃料的应用前景
1.氢气是未来理想的绿色燃料
氢气的热值在普通燃料中是 的,且氢气燃烧的产物只有 ,不会产生对环境有害的污染物,是一种 燃料。
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。
4.氢燃料生产和使用
(1)氢气作为能源的优点
(2)氢能的产生
①水煤气法
②电解水法
③光解法
(3)开发和利用氢能需要克服的问题
①解决制氢的能耗问题:利用电能电解水时要消耗大量的电能。科学家正在研究利用其他方法由水制取氢气。
②要解决氢气的贮存和运输问题:氢气熔点低、难液化,液氢存储困难,也不安全。贮氢合金的发现和应用,开辟了解决氢气贮存、运输难题的新途径。
1.氢气是未来的理想能源,理由是 ( )
①热值高 ②燃烧时不污染环境 ③用于制取H2的水资源丰富 ④密度小,便于运输
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②③④
2.H2是一种很有前途的能源,以水为原料大量制取H2,最理想的途径是 ( )
A.利用太阳能直接使水分解为H2
B.以焦炭和水为原料制水煤气后再分离出H2
C.以赤热的Fe和水反应生成H2
D.由热电厂提供电能,利用直流电电解水产生H2
1.下列说法中,错误的是 ( )
A.人类目前所直接利用的能量大部分是由化学反应产生的
B.煤、石油、天然气是当今世界最重要的三种化石燃料
C.人体运动所消耗的能量与化学反应无关
D.我国目前最主要的能源是煤炭
2.下列叙述不正确的是 ( )
A.化石燃料内部“贮存”着能量
B.太阳能不能直接转化为电能
C.物质的化学能可以在不同的条件下分别转化为热能、电能等为人类所用
D.绿色植物发生光合作用时,将太阳能转化为化学能“贮存”起来
3.下列有关太阳能的利用方式以及列举的实例错误的是 ( )
A.太阳能电池利用太阳能的方式是光-电转换
B.太阳能热水器利用太阳能的方式是光-热转换
C.绿色植物进行的光合作用是光-生物质能转换,它的本质是光-化学能转换
D.将电能通过用电器进行照明的过程是光-电能转换
4.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,再用激光使水分解得到氢气的新技术,其中水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在反应中作氧化剂
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
5.城市使用的燃料,现大多为煤气、液化石油气和天然气。煤气的主要成分是一氧化碳和氢气,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)氢气是未来的理想能源,除释放的热量多之外,还具有的优点是
。
:课后完成 专题6 作业4
阶段重点突破练(二)(共55张PPT)
第二单元 化学反应中的热
专题 化学反应与能量变化
第二课时 燃料燃烧释放的能量 氢燃料的应用前景
6
1.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。2.体会提高燃料燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性。
学习目标
一、燃料燃烧释放的能量
二、氢燃料的应用前景
目
录
CONTENTS
课堂达标训练
课后巩固训练
一、燃料燃烧释放的能量
对点训练
1.热值
指一定条件下 的可燃物 所放出的热。
2.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)化石燃料亟待解决的问题
单位质量
完全燃烧
煤
石油
天然气
CO
酸雨
(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清洁燃料;
③确保能源安全,开发氢能、水能、 能、风能等更清洁、更高效的能源。
太阳
3.燃料充分燃烧的条件
(1)要有足够多的空气;
(2)燃料与空气要有足够大的接触面。
4.常规能源与新型能源
(1)常规能源:煤、石油、天然气等能源,称为常规能源。
(2)新型能源:新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源,包括:太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等。此外还有氢能、沼气、酒精、甲醇等。
(3)重点开发的能源:太阳能、风能、生物质能、潮汐能、地热能、氢能和核能等。
1.“能源分类相关图”如图所示,四组能源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、生物质能、天然气
C.太阳能、风能、沼气
D.地热能、海洋能、核能
解析 A项,煤炭、石油不是新能源,也不是可再生能源;B项,天然气不是新能源,也不是可再生能源;D项,地热能是来自地球内部的能源,核能不是可再生能源,也不是来自太阳的能源。
C
2.(2024·湖南衡阳高二期末)中国石化石油化工科学研究院最近从地沟油中提炼出航空燃油;我国航天科技集团六院自主成功开发500吨级液氧煤油发动机。下列叙述正确的是( )
A.航空燃油不完全燃烧不会对环境造成污染
B.液氧汽化过程是吸热反应
C.煤油燃烧反应是放热反应
D.航空燃油和煤油都是可再生能源
解析 航空燃油不完全燃烧会产生CO等污染气体,A项错误;液氧汽化属于物理变化,由液态到气态,是吸热过程,不是吸热反应,B项错误;燃烧反应都是放热反应,C项正确;煤油是化石能源之一,是不可再生能源,D项错误。
C
A.火炬燃烧时化学能只转化为热能
B.所有的化学反应都会伴随着能量变化,有能量变化的物质变化不一定是化学反应
C.1 mol C3H8(g)和5 mol O2(g)所具有的总能量大于3 mol CO2(g)和4 mol H2O(l)所具有的总能量
D.丙烷完全燃烧的产物对环境无污染,故丙烷为环保型燃料
A
解析 火炬燃烧时化学能转化为热能和光能等,A错;物质发生化学反应一定伴随着能量变化,伴随着能量变化的物质变化却不一定是化学变化,如物质的“三态”变化、核变化也都伴随能量变化,B正确;可燃物的燃烧属于放热反应,放热反应反应物总能量大于生成物总能量,C正确;丙烷完全燃烧的产物为CO2和H2O,无污染,D正确。
4.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 。
物质 煤炭 天然气 氢气 乙醇
热值/(kJ·g-1) 约33 约56 143 30
④>②>①>③
③>②>①>④
二、氢燃料的应用前景
对点训练
1.氢气是未来理想的绿色燃料
氢气的热值在普通燃料中是 的,且氢气燃烧的产物只有 ,不会产生对环境有害的污染物,是一种 燃料。
最高
水
清洁
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。
电能
小
低
液化
吸收
释放
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。
液氢
4.氢燃料生产和使用
(1)氢气作为能源的优点
(2)氢能的产生
①水煤气法
②电解水法
③光解法
(3)开发和利用氢能需要克服的问题
①解决制氢的能耗问题:利用电能电解水时要消耗大量的电能。科学家正在研究利用其他方法由水制取氢气。
②要解决氢气的贮存和运输问题:氢气熔点低、难液化,液氢存储困难,也不安全。贮氢合金的发现和应用,开辟了解决氢气贮存、运输难题的新途径。
1.氢气是未来的理想能源,理由是( )
①热值高 ②燃烧时不污染环境 ③用于制取H2的水资源丰富 ④密度小,便于运输
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②③④
解析 氢气的密度小,但氢气是气体且属于可燃性气体,不便于运输和储存,所以④不正确,答案选A。
A
2.H2是一种很有前途的能源,以水为原料大量制取H2,最理想的途径是( )
A.利用太阳能直接使水分解为H2
B.以焦炭和水为原料制水煤气后再分离出H2
C.以赤热的Fe和水反应生成H2
D.由热电厂提供电能,利用直流电电解水产生H2
A
课堂达标训练
1.下列说法中,错误的是( )
A.人类目前所直接利用的能量大部分是由化学反应产生的
B.煤、石油、天然气是当今世界最重要的三种化石燃料
C.人体运动所消耗的能量与化学反应无关
D.我国目前最主要的能源是煤炭
C
解析 人类目前所直接利用的能量大部分是化石能源的燃烧,所以人类目前所直接利用的能量大部分是由化学反应产生的,A项正确;煤、石油、天然气是化石燃料,所以煤、石油、天然气是当今世界最重要的三种化石燃料,B项正确;人体在运动时发生一系列的化学反应,消耗能量,如ATP与ADP的相互转化,所以人体运动所消耗的能量与化学反应有关,C项错误;我国煤炭资源丰富,所以目前最主要的能源是煤炭,D项正确。
2.下列叙述不正确的是( )
A.化石燃料内部“贮存”着能量
B.太阳能不能直接转化为电能
C.物质的化学能可以在不同的条件下分别转化为热能、电能等为人类所用
D.绿色植物发生光合作用时,将太阳能转化为化学能“贮存”起来
解析 化石燃料在燃烧时会放出能量,故内部“贮存”着能量,A项正确;太阳能可以直接转化为电能,如太阳能电池,B项错误;化学能可以转化为热能或电能等,如燃烧放热或电源放电等,C项正确;光合作用是将光能转化为化学能的过程,D项正确。
B
3.下列有关太阳能的利用方式以及列举的实例错误的是( )
A.太阳能电池利用太阳能的方式是光-电转换
B.太阳能热水器利用太阳能的方式是光-热转换
C.绿色植物进行的光合作用是光-生物质能转换,它的本质是光-化学能转换
D.将电能通过用电器进行照明的过程是光-电能转换
解析 太阳能电池将光能转化为电能,A项正确;太阳能热水器将光能转化为热能,B项正确;绿色植物的光合作用将光能转化为生物质能,其本质是将光能转化为化学能,C项正确;通过用电器进行照明的过程是将电能转化为光能的过程,D项错误。
D
A.TiO2在反应中作氧化剂
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
解析 TiO2在反应中作催化剂,H2O既是氧化剂,又是还原剂,A项错误。
A
5.城市使用的燃料,现大多为煤气、液化石油气和天然气。煤气的主要成分是一氧化碳和氢气,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)氢气是未来的理想能源,除释放的热量多之外,还具有的优点是
。
来源丰富,产物无污染
课后巩固训练
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求
1.下列说法不正确的是( )
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会产生污染环境的CO、SO2等有害气体
③直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效率高
④固体煤变为气体燃料后燃烧效率更低
A.①④ B.②③④ C.①②③ D.①③④
A
解析 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地接触,且空气或氧气要适当过量,①错误;化石燃料在燃烧过程中产生的CO、SO2等有害气体会污染环境,②正确;将煤进行深加工后,能提高燃烧效率,且经脱硫处理等可减少污染气体的排放,③正确;固体煤变为气体燃料后,与空气或氧气的接触面积增大,燃烧更充分,燃烧效率更高,④错误。
2.我国努力争取在2060年前实现“碳中和”。下列说法错误的是( )
A.加大新能源汽车的研发,推进新能源汽车的使用,可减少CO2的排放
B.可利用CaO或氨水捕集废气中的CO2
C.一定条件下,将CO2转化为CH3OH,实现CO2的资源化利用
D.研发新型催化剂将CO2分解成C和O2,其能量变化如图所示
D
解析 加大新能源汽车的研发,推进新能源汽车的使用,可减少CO2的排放,A项正确;CO2为酸性氧化物,能够与碱或碱性氧化物反应,所以可利用CaO或氨水捕集废气中的CO2,B项正确;CO2转化为甲醇,可以促进“碳中和”,实现CO2的资源化利用,C项正确;CO2分解生成C和O2的反应为吸热反应,与题图不符,D项错误。
3.在生活和生产实际中大量应用氢能源,若想利用水制取氢气,下列措施中可行的是( )
A.通过电解水的方法制取
B.将水进行高温分解来制取
C.在光分解催化剂的存在下,在特定的装置中,利用太阳能分解水制取氢气
D.利用绿色植物在阳光作用下释放出氢气
解析 A项,电解水会消耗大量电能,不经济,错误;B项,高温分解水要消耗热能,错误;C项,光分解水是利用太阳能制取氢气,正确;D项,绿色植物在阳光作用下释放出氧气,错误。
C
4.C、CO、CH4、C2H5OH是常用燃料,1 g上述物质分别完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时,放出的热量依次为32.8 kJ、10.1 kJ、55.6 kJ、29.7 kJ。相同物质的量的这4种燃料完全燃烧,放出热量最多的是( )
A.C B.CO
C.CH4 D.C2H5OH
D
解析 1 g C完全燃烧生成CO2(g)放出热量是32.8 kJ,1 mol C质量是12 g,则1 mol C完全燃烧生成CO2(g)放出热量Q=32.8 kJ×12=393.6 kJ;同理可知:1 mol CO完全燃烧生成CO2(g)放出热量Q=10.1 kJ×28=282.8 kJ;1 mol CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出热量Q=55.6 kJ×16=889.6 kJ;1 mol C2H5OH完全燃烧生成CO2(g) 和H2O(l)时放出热量Q=29.7 kJ×46=1 366.2 kJ;可见等物质的量的C、CO、CH4、C2H5OH四种物质完全燃烧,放出热量最多的是C2H5OH,故合理选项是D。
5.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),届时人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是( )
A.煤、石油和天然气都属于碳素燃料
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.目前研究菠菜蛋白质“发电”不属于太阳能文明
D
解析 煤、石油和天然气都属于含碳元素的燃料,属于碳素燃料,A项正确;利用太阳能不会产生温室气体,B项正确;利用太阳能电池可将太阳能直接转化为电能,C项正确;菠菜属于绿色植物,是通过光合作用生成的,D项错误。
6.一种生产和利用氢能的途径如图所示。
下列说法错误的是( )
A.氢能属于二次能源
B.图中能量转化的方式至少有6种
C.太阳能电池工作时把电能转化为太阳能
D.太阳能、风能、氢能都属于新能源
C
解析 氢能是利用太阳能等产生的,故属于二次能源,A项正确;图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能,电能与化学能的相互转化,电能与光能、热能的转化等,B项正确;太阳能电池把太阳能转化为电能,C项错误;太阳能、风能、氢能都属于新能源,D项正确。
7.我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂,可以利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,主要过程如图所示,下列说法错误的是( )
A.上述过程中,反应物的总能量小于生成物的总能量
B.上述过程中,太阳能转化为化学能
C.过程Ⅰ释放能量,过程Ⅱ吸收能量
D.过程Ⅲ属于氧化还原反应
C
解析 由题图可知,图示为太阳光使水分解成氢气和氧气的过程,实现了太阳能向化学能的转化,水分解的过程吸热,则反应物的总能量小于生成物的总能量,A、B项正确。过程Ⅰ中部分化学键断裂,吸收能量;过程Ⅱ中生成氢气、过氧化氢,形成化学键,释放能量,C项错误。过程Ⅲ中O—H键断裂并生成氢气和氧气,涉及反应的化学方程式为H2O2===H2↑+O2↑,属于氧化还原反应,D项正确。
8.在一定条件下,CO和CH4燃烧的热化学方程式分别为CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1;CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890 kJ·mol-1。现有4 mol CO和CH4组成的混合气体在上述条件下完全燃烧,释放的热量为2 953 kJ,则CO和CH4的物质的量之比为( )
A.1∶3 B.3∶1
C.1∶2 D.2∶1
A
解析 设一氧化碳物质的量为x mol,则甲烷物质的量为(4-x)mol,
CO(g)+O2(g)===CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1
1 mol 283 kJ
x mol 283x kJ
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890 kJ·mol-1
1 mol 890 kJ
(4-x) mol (4-x)×890 kJ
则283x kJ+(4-x)×890 kJ=2 953 kJ,解得x=1,则CO和CH4的物质的量之比为1∶3。
9.天然气、石油、煤炭、生物质能等,都是氢气的有效来源,氢气是一种高效无污染的理想能源,被人们称为“绿色能源”。下列①~⑥是某化学兴趣小组查阅资料归纳的工业上制取氢气的方法,其中包括正在研发的方案。
试回答下列问题:
(1)反应①电解法制氢气的能量转换方式是 ;反应②甲烷转化法中的能量转换方式是 ;反应⑥常温光电池法中的能量转换方式是 。
(2)反应⑤是 (填“吸热”或“放热”)反应。
解析 (1)分析能量转换方式时主要看反应条件,如通电则为电能转化为化学能,加热或高温则一般为热能转化为化学能,光照则为光能转化为化学能。(2)水的分解反应为吸热反应。
电能转化为化学能
热能转化为化学能
光能转化为化学能
吸热
B级 素养培优练
10.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的分解反应是吸热反应
B.氢能源已被普遍使用
C.2 mol H2O具有的总能量高于2 mol H2和1 mol O2的总能量
D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
A
11.已知下列两个热化学方程式:2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1, C3H8(g)+5O2(g)===3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2 220 kJ·mol-1,下列说法正确的是( )
A.相同质量H2和C3H8分别完全燃烧,C3H8放出的热量多
B.C3H8完全燃烧生成1 mol H2O(l)放出的热量为555 kJ
C.1 mol H2和2 mol C3H8 组成的混合气体完全燃烧放出的热量为5 011.6 kJ
D.H2和C3H8的混合气体共4 mol,完全燃烧时放出3 256 kJ热量,则n(H2)∶n(C3H8)=1∶1
B
解析 相同质量H2和C3H8分别完全燃烧,H2放出的热量多,A项错误;C3H8 完全燃烧生成1 mol H2O(l)放出的热量为 kJ=555 kJ,B项正确;1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体完全燃烧放出的热量为(+2×2 220) kJ=4 725.8 kJ,C项错误;H2和C3H8的混合气体共4 mol,若n(H2)∶n(C3H8)=1∶1,则完全燃烧时放热为(571.6+2 220×2) kJ=5 011.6 kJ,D项错误。
12.(1)有关研究需要得到反应C3H8(g)===3C(石墨,s)+4H2(g)的ΔH,但测定实验难进行。设计下图可计算得到:
ΔH 0(填“>” “<”或“=”)。
(2)已知在压强为a MPa、500 ℃下,2 mol
H2和1 mol CO2在某密闭容器中反应,生成
水和气态二甲醚CH3OCH3。其中CO2的转
化率为60%,此过程中放出0.3Q kJ热量。此反应的热化学方程式为
。
>
(3)已知下列各种共价键的键能:C—H键:a kJ·mol-1、O—H键:b kJ·mol-1、O===O键:c kJ·mol-1、C===O键:d kJ·mol-1。写出甲烷气体完全燃烧生成CO2气体和气态水的热化学方程式:
。
CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g) ΔH=(4a+2c-2d-4b) kJ·mol-1
解析 (3)化学反应中旧键断裂需要吸收能量,新键形成需要放出能量,化学反应中的反应热ΔH=反应物总键能-生成物总键能。甲烷气体完全燃烧生成CO2气体和气态水的化学方程式为CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)反应热ΔH=[4E(C—H)+2E(O=O)]-[2E(C=O)+4E(H—O)]=[(4a+2c)-(2d+4b)] kJ·mol-1。专题6 作业4 燃料燃烧释放的能量 氢燃料的应用前景
A级 合格过关练
选择题只有一个选项符合题目要求(1~8题,每题4分)
1.下列说法不正确的是 ( )
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会产生污染环境的CO、SO2等有害气体
③直接燃烧煤不如将煤进行深加工后再燃烧的效率高
④固体煤变为气体燃料后燃烧效率更低
①④ ②③④
①②③ ①③④
2.我国努力争取在2060年前实现“碳中和”。下列说法错误的是 ( )
加大新能源汽车的研发,推进新能源汽车的使用,可减少CO2的排放
可利用CaO或氨水捕集废气中的CO2
一定条件下,将CO2转化为CH3OH,实现CO2的资源化利用
研发新型催化剂将CO2分解成C和O2,其能量变化如图所示
3.在生活和生产实际中大量应用氢能源,若想利用水制取氢气,下列措施中可行的是 ( )
通过电解水的方法制取
将水进行高温分解来制取
在光分解催化剂的存在下,在特定的装置中,利用太阳能分解水制取氢气
利用绿色植物在阳光作用下释放出氢气
4.C、CO、CH4、C2H5OH是常用燃料,1 g上述物质分别完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时,放出的热量依次为32.8 kJ、10.1 kJ、55.6 kJ、29.7 kJ。相同物质的量的这4种燃料完全燃烧,放出热量最多的是 ( )
C CO
CH4 C2H5OH
5.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),届时人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是 ( )
煤、石油和天然气都属于碳素燃料
发展太阳能经济有助于减缓温室效应
太阳能电池可将太阳能直接转化为电能
目前研究菠菜蛋白质“发电”不属于太阳能文明
6.一种生产和利用氢能的途径如图所示。
下列说法错误的是 ( )
氢能属于二次能源
图中能量转化的方式至少有6种
太阳能电池工作时把电能转化为太阳能
太阳能、风能、氢能都属于新能源
7.我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂,可以利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水,主要过程如图所示,下列说法错误的是 ( )
上述过程中,反应物的总能量小于生成物的总能量
上述过程中,太阳能转化为化学能
过程Ⅰ释放能量,过程Ⅱ吸收能量
过程Ⅲ属于氧化还原反应
8.在一定条件下,CO和CH4燃烧的热化学方程式分别为CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1;CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890 kJ·mol-1。现有4 mol CO和CH4组成的混合气体在上述条件下完全燃烧,释放的热量为2 953 kJ,则CO和CH4的物质的量之比为 ( )
1∶3 3∶1
1∶2 2∶1
9.(4分)天然气、石油、煤炭、生物质能等,都是氢气的有效来源,氢气是一种高效无污染的理想能源,被人们称为“绿色能源”。下列①~⑥是某化学兴趣小组查阅资料归纳的工业上制取氢气的方法,其中包括正在研发的方案。
①电解法:2H2O2H2↑+O2↑;
②甲烷转化法:CH4+H2OCO+3H2;
③水煤气法:C+H2O(g)CO+H2;
④碳氢化合物热裂法:
2CH4H—C≡C—H(乙炔)+3H2;
⑤将太阳光聚焦产生高温使水分解:
2H2O2H2↑+O2↑;
⑥常温光电池法:2H2O2H2↑+O2↑。
试回答下列问题:
(1)(3分)反应①电解法制氢气的能量转换方式是 ;反应②甲烷转化法中的能量转换方式是 ;反应⑥常温光电池法中的能量转换方式是 。
(2)(1分)反应⑤是 (填“吸热”或“放热”)反应。
B级 素养培优练
(10~11题,每题4分)
10.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 ( )
H2O的分解反应是吸热反应
氢能源已被普遍使用
2 mol H2O具有的总能量高于2 mol H2和1 mol O2的总能量
氢气不易贮存和运输,无开发利用价值
11.已知下列两个热化学方程式:2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,C3H8(g)+5O2(g)3CO2(g)+4H2O(l) ΔH=-2 220 kJ·mol-1,下列说法正确的是 ( )
相同质量H2和C3H8分别完全燃烧,C3H8放出的热量多
C3H8完全燃烧生成1 mol H2O(l)放出的热量为555 kJ
1 mol H2和2 mol C3H8 组成的混合气体完全燃烧放出的热量为5 011.6 kJ
H2和C3H8的混合气体共4 mol,完全燃烧时放出3 256 kJ热量,则n(H2)∶n(C3H8)=1∶1
12.(6分)(1)(2分)有关研究需要得到反应C3H8(g)3C(石墨,s)+4H2(g)的ΔH,但测定实验难进行。设计下图可计算得到:
ΔH 0(填“>” “<”或“=”)。
(2)(2分)已知在压强为a MPa、500 ℃下,2 mol H2和1 mol CO2在某密闭容器中反应,生成水和气态二甲醚CH3OCH3。其中CO2的转化率为60%,此过程中放出0.3Q kJ热量。此反应的热化学方程式为
。
(3)(2分)已知下列各种共价键的键能:C—H键:a kJ·mol-1、O—H键:b kJ·mol-1、OO键:c kJ·mol-1、CO键:d kJ·mol-1。写出甲烷气体完全燃烧生成CO2气体和气态水的热化学方程式:
。
作业4 燃料燃烧释放的能量 氢燃料的应用前景
1.A [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地接触,且空气或氧气要适当过量,①错误;化石燃料在燃烧过程中产生的CO、SO2等有害气体会污染环境,②正确;将煤进行深加工后,能提高燃烧效率,且经脱硫处理等可减少污染气体的排放,③正确;固体煤变为气体燃料后,与空气或氧气的接触面积增大,燃烧更充分,燃烧效率更高,④错误。]
2.D [加大新能源汽车的研发,推进新能源汽车的使用,可减少CO2的排放,A项正确;CO2为酸性氧化物,能够与碱或碱性氧化物反应,所以可利用CaO或氨水捕集废气中的CO2,B项正确;CO2转化为甲醇,可以促进“碳中和”,实现CO2的资源化利用,C项正确;CO2分解生成C和O2的反应为吸热反应,与题图不符,D项错误。]
3.C [A项,电解水会消耗大量电能,不经济,错误;B项,高温分解水要消耗热能,错误;C项,光分解水是利用太阳能制取氢气,正确;D项,绿色植物在阳光作用下释放出氧气,错误。]
4.D [1 g C完全燃烧生成CO2(g)放出热量是32.8 kJ,1 mol C质量是12 g,则1 mol C完全燃烧生成CO2(g)放出热量Q=32.8 kJ×12=393.6 kJ;同理可知:1 mol CO完全燃烧生成CO2(g)放出热量Q=10.1 kJ×28=282.8 kJ;1 mol CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)时放出热量Q=55.6 kJ×16=889.6 kJ;1 mol C2H5OH完全燃烧生成CO2(g) 和H2O(l)时放出热量Q=29.7 kJ×46=1 366.2 kJ;可见等物质的量的C、CO、CH4、C2H5OH四种物质完全燃烧,放出热量最多的是C2H5OH,故合理选项是D。]
5.D [煤、石油和天然气都属于含碳元素的燃料,属于碳素燃料,A项正确;利用太阳能不会产生温室气体,B项正确;利用太阳能电池可将太阳能直接转化为电能,C项正确;菠菜属于绿色植物,是通过光合作用生成的,D项错误。]
6.C [氢能是利用太阳能等产生的,故属于二次能源,A项正确;图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能,电能与化学能的相互转化,电能与光能、热能的转化等,B项正确;太阳能电池把太阳能转化为电能,C项错误;太阳能、风能、氢能都属于新能源,D项正确。]
7.C [由题图可知,图示为太阳光使水分解成氢气和氧气的过程,实现了太阳能向化学能的转化,水分解的过程吸热,则反应物的总能量小于生成物的总能量,A、B项正确。过程Ⅰ中部分化学键断裂,吸收能量;过程Ⅱ中生成氢气、过氧化氢,形成化学键,释放能量,C项错误。过程Ⅲ中O—H键断裂并生成氢气和氧气,涉及反应的化学方程式为H2O2H2↑+O2↑,属于氧化还原反应,D项正确。]
8.A [设一氧化碳物质的量为x mol,则甲烷物质的量为(4-x)mol,
CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283 kJ·mol-1
1 mol 283 kJ
x mol 283x kJ
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH=-890 kJ·mol-1
1 mol 890 kJ
(4-x) mol (4-x)×890 kJ
则283x kJ+(4-x)×890 kJ=2 953 kJ,解得x=1,则CO和CH4的物质的量之比为1∶3。]
9.(1)电能转化为化学能 热能转化为化学能 光能转化为化学能
(2)吸热
解析 (1)分析能量转换方式时主要看反应条件,如通电则为电能转化为化学能,加热或高温则一般为热能转化为化学能,光照则为光能转化为化学能。(2)水的分解反应为吸热反应。
10.A [2H2O2H2↑+O2↑是吸热反应,说明2 mol H2O的能量低于2 mol H2 和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输,所以氢能源利用并未普及,但发展前景广阔。]
11.B [相同质量H2和C3H8分别完全燃烧,H2放出的热量多,A项错误;C3H8 完全燃烧生成1 mol H2O(l)放出的热量为 kJ=555 kJ,B项正确;1 mol H2和2 mol C3H8组成的混合气体完全燃烧放出的热量为(+2×2 220) kJ=4 725.8 kJ,C项错误;H2和C3H8的混合气体共4 mol,若n(H2)∶n(C3H8)=1∶1,则完全燃烧时放热为(571.6+2 220×2) kJ=5 011.6 kJ,D项错误。]
12.(1)> (2)2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-Q kJ·mol-1
(3)CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)
ΔH=(4a+2c-2d-4b) kJ·mol-1
解析 (1)由图可知1 mol C3H8(g)、5 mol O2(g)的总能量低于3 mol C(石墨,s)、4 mol H2(g)和5 mol O2(g)的总能量,故C3H8(g)3C(石墨,s)+4H2(g)为吸热反应,ΔH>0。(2)已知在a MPa、500 ℃下,2 mol H2和1 mol CO2在某密闭容器中反应,生成水和气态二甲醚CH3OCH3,其中CO2的转化率为60%,此过程中放出0.3Q kJ热量,则当消耗2 mol CO2时,放出热量为Q kJ,所以此反应的热化学方程式为2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH=-Q kJ·mol-1。(3)化学反应中旧键断裂需要吸收能量,新键形成需要放出能量,化学反应中的反应热ΔH=反应物总键能-生成物总键能。甲烷气体完全燃烧生成CO2气体和气态水的化学方程式为CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g)反应热ΔH=[4E(C—H)+2E(OO)]-[2E(CO)+4E(H—O)]=[(4a+2c)-(2d+4b)] kJ·mol-1。
