6.2.2 化学反应中能量变化的原因燃料燃烧释放的能量及氢燃料的应用前景（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中化学必修第二册（苏教版2019）

第2课时　化学反应中能量变化的原因 燃料燃烧释放的能量及氢燃 料的应用前景 目录 新知探究(一)——化学反应中能量变化的原因 新知探究(二)——燃料燃烧释放的能量及氢燃料的 应用前景 课时跟踪检测 2 化学反应中能量变化的原因 新知探究(一) 导学设计 根据H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)中能量变化的数据,探索化学反应前后的能量变化。 化学键 反应中能量变化 1 mol化学键 反应中能量变化 断裂H—H键 吸收436 kJ 共吸收 kJ 断裂Cl—Cl键 吸收243 kJ 形成H—Cl键 放出431 kJ 共放出 kJ 结论 1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g),放出183 kJ的能量 679 862 1.从化学键的断裂与形成分析,放热反应与吸热反应的原因是什么? 提示:反应物断键吸收的总能量低于生成物成键放出的总能量时表现为放热反应,反之为吸热反应。 2.从物质具有能量的高低,如何理解放热反应与吸热反应? 提示:反应物的总能量高于生成物的总能量时表现为放热反应,反之为吸热反应。 1.化学键与能量变化的关系 [系统融通知能] 2.放热反应与吸热反应的比较 项目 放热反应 吸热反应 形成 原因 反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量 反应物具有的总能量小于生成物具有的总能量 与化学 键强弱 的关系 生成物分子成键时释放的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量 生成物分子成键时释放的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量 3.能量图像分析 当a<b或Q1>Q2反应表现为放热反应,反之表现为吸热反应。 1.(2024·苏州期中)甲醇重整反应的原理为CH3OH+H2O CO2+3H2,其能量变化如图所示。下列说法正确的是(　　) A.该反应是一个吸收热量的过程 B.反应物的总能量小于生成物的总能量 C.由氢原子形成H—H键时放出能量 D.H—C键断裂时放出能量 [题点多维训练] √ 解析:由图可知,反应物的总能量高于生成物的总能量,题中转化过程是一个放出能量的过程,故A、B错误;形成H—H键时放出能量,故C正确;断开H—C键时吸收能量,故D错误。 2.(2024·正定中学月考)如图能正确表示 X+3Y===2Z(放热反应)能量变化的是 (　　) √ 解析:X+3Y===2Z是放热反应,则反应物具有的总能量高于生成物具有的总能量,结合反应过程中体系能量的变化,只有B项符合要求。 3.已知反应X+Y===M+N为吸热反应,下列说法正确的是 (　　) A.X的能量一定低于M的,Y的能量一定低于N的 B.该反应是吸热反应,一定要加热,反应才能进行 C.破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量 D.X和Y的总能量一定低于M和N的总能量 √ 解析:由该反应为吸热反应可知,反应物的总能量小于生成物的总能量,即X和Y的总能量一定低于M和N的总能量。吸热反应不一定需要加热反应才能进行,如Ba(OH)2·8H2O晶体与NH4Cl晶体的反应,常温下就可以发生。破坏化学键所吸收的能量小于形成化学键所放出的能量的反应为放热反应。 4.化学反应可视为旧键断裂和新键形成的过程。共价键的键能是两种原子间形成1 mol共价键(或其可逆过程)时释放(或吸收)的能量。已知H—H键的键能为436 kJ·mol-1、Cl—Cl键的键能为243 kJ·mol-1、H—Cl键的键能为x,若1 mol H2(g)与1 mol Cl2(g)反应生成2 mol HCl(g)放出183 kJ的热量,则x为 (　　) A.496 kJ·mol-1 B.431 kJ·mol-1 C.862 kJ·mol-1 D.248 kJ·mol-1 √ 解析:化学反应放出的能量等于反应物的总键能-生成物的总键能,436 kJ·mol-1+243 kJ·mol-1-2x=-183 kJ·mol-1,解得:x=431 kJ·mol-1。 5.已知化学反应N2+3H2 2NH3的能量变化如图所示: (1)1 mol N和3 mol H生成1 mol NH3(g)是　 　(填“吸收”或“释放”)能量的过程。  解析:如果反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量,整个反应就放出能量,反之就吸收能量。 (1)由图像可知1 mol N和3 mol H具有的总能量比1 mol NH3(g)的能量高 b kJ,所以1 mol N和3 mol H生成1 mol NH3(g)是释放能量的过程。 释放 (2)由 mol N2(g)和 mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程　　　(填“吸收”或“释放”)　　　 kJ能量。  解析:如果反应物具有的总能量大于生成物具有的总能量,整个反应就放出能量,反之就吸收能量。 (2)由图像可知 mol N2(g)和 mol H2(g)的总能量比1 mol N和3 mol H具有的总能量低a kJ,而1 mol NH3(g)具有的总能量比1 mol N和3 mol H具有的总能量低b kJ,b>a,所以由 mol N2(g)和 mol H2(g)生成1 mol NH3(g)的过程释放出(b-a)kJ能量。 释放 (b-a) 燃料燃烧释放的能量及氢燃料的应用前景 新知探究(二) (一)燃料燃烧释放的能量 1.燃料的热值 在一定条件下 的可燃物完全燃烧所放出的 ,单位是 。 2.燃料使用的现状与问题 (1)当前我国使用最多的能源:化石燃料,即煤、石油、天然气。 单位质量 热 kJ·g-1 (2)化石燃料亟待解决的问题: (3)解决燃料燃烧存在问题的研究方向 ①节约现有的能源,尤其是减少作为燃料的 和 的开采; ②提高燃料的使用效率,减少对环境的污染,利用化学方法将____ 燃料转化为 燃料; ③积极开发优质的新能源,氢能、水能、太阳能、风能等都是更清洁、更高效的能源。 煤 石油 化石 清洁 (二)氢燃料的应用前景 1.氢能的优点 循环 2.氢能利用存在的问题 (1)廉价的制氢技术——首要难点 原因 制氢需要消耗大量的能量且效率低 解决 途径 将太阳能转化为电能,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进展 (2)安全可靠的贮氢和输氢方法——关键 原因 H2密度小、熔点低、难液化,贮存液氢的容器要求高 解决 途径 研究具备良好吸收和释放氢气性能的合金(如镧镍合金等) 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。 (1)氢气的热值较高,目前是我国的主要能源。( ) (2)化石燃料的燃烧,容易引起环境的污染。( ) (3)煤经气化转化为煤气属于物理方法。( ) (4)利用太阳能将水催化电解获得氢气,是一种理想的制氢手段。( ) [题点多维训练] × √ × √ 2.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能产生污染环境的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果好　④固体煤变为气体燃料后,燃烧效率更低 A.①④　　　　　　　　 B.②③④ C.②③ D.①③④ √ 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接触,且空气或氧气要适当过量,①不正确;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,④不正确。 √ 3.石油是一种重要能源,人类正面临着石油短缺、油价上涨的困境。以下解决能源问题的方法不当的是 (　　) A.用木材作燃料 B.用液氢替代汽油 C.开发风能 D.开发地热能 解析:用木材作燃料,使森林和植被被破坏,造成地球的生态系统失衡,故不能用木材作燃料来解决问题。解决能源问题应开发新能源,如氢能、风能、地热能、核能等,同时提高能源的利用率,减少能源的浪费等。 4.H2是一种很有前景的能源,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.以炽热的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 √ 解析:直接用太阳能使水分解制氢气,高效、廉价、无污染,A正确;用焦炭和水反应,需要消耗大量能源,B错误;用炽热的铁和水反应,需要消耗大量能源,C错误;电解水需要消耗大量能源,D错误。 5.(2024·邢台期末)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.太阳能电池的供电原理与燃料电池相同 D.太阳能、风能、氢能都属于新能源 √ 解析:氢能属于二次能源,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,电能向光能的转化,B项正确;太阳能电池的供电原理与燃料电池不同,C项错误;太阳能、风能、氢能都属于新能源,D项正确。 课时跟踪检测 (选择题每小题3分,本检测满分50分) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 √ 12 1.下述做法能改善空气质量的是 (　　) A.以煤等燃料作为主要生活燃料 B.利用太阳能、风能和氢能等能源替代化石能源 C.鼓励私人购买和使用汽车代替公交车 D.限制使用电动车 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 解析:以煤等燃料作为主要生活燃料,将会产生大量的二氧化硫,排放到大气中,产生酸雨,A不合题意;太阳能、风能和氢能都是清洁能源,不会造成大气的污染,B符合题意;大量使用汽车,必然产生大量的尾气,造成大气的污染,C不合题意;使用电动车,可以减少大气污染,D不合题意。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 2.(2024·安徽合肥高一期末)宋代诗人朱淑真的《除日》中描述“爆竹声中腊已残,绀酥酒暖烛花寒”的场景,下列对诗词中化学知识的理解正确的是 (　　) A.蜡烛燃烧时化学能只转化为光能 B.爆竹燃放中生成物的总能量大于反应物的总能量 C.爆竹燃放反应断裂化学键吸收的能量小于形成化学键释放的能量 D.“暖”说明桌上的绀酥酒在慢慢变凉,是放热反应 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:蜡烛燃烧过程中将化学能主要转化为光能和热能,故A错误;爆竹燃放是放热反应,生成物的总能量小于反应物的总能量,故B错误;爆竹燃放反应断裂化学键吸收的能量小于形成化学键释放的能量,为放热反应,故C正确;绀酥酒在慢慢变凉,是放热现象,但不是放热反应,故D错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 3.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通入适当过量的空气 A.①③④⑤　　　　　 B.②③⑤⑥ C.③④⑤⑥ D.①②③④ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:若要提高燃烧效率,可通过提高反应接触面积或提高反应物浓度,由此可知,将固体燃料粉碎、将液体燃料雾化处理、将煤进行气化处理、通入适当过量的空气可提高燃烧效率,故答案为③④⑤⑥。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 4.(2024·佛山高一期末)我国固体燃料运载火箭发射水平不断取得新突破。下列关于“该燃料”说法错误的是 (　　) A.与液体燃料相比易存储和运输 B.固体燃料提供的能量一定比液体燃料的多 C.燃烧时能量转化形式为化学能→热能→机械能 D.燃烧前后能量大小关系为反应物的总能量>生成物的总能量 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:与液体燃料相比易存储和运输,故A正确;固体燃料提供的能量不一定比液体燃料的多,如1 g的碳燃烧比10 L酒精燃烧提供的能量少,故B错误;燃烧时能量转化形式为化学能→热能→机械能,故C正确;燃烧是放热反应,则燃烧前后能量大小关系为反应物的总能量>生成物的总能量,故D正确。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 5.已知一定条件下断裂或生成某些化学键的能量关系如下表: 断裂或生成的化学键 能量数据 断裂1 mol H2分子中的化学键 吸收能量436 kJ 断裂1 mol I2分子中的化学键 吸收能量151 kJ 形成1 mol HI分子中的化学键 释放能量299 kJ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 对于反应:H2+I2===2HI,下列说法正确的是 (　　) A.该反应为放热反应 B.该反应中反应物总能量低于生成物总能量 C.HI分子中的化学键比H2分子中的化学键更牢固 D.无法判断 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:反应H2+I2===2HI,根据题给数据,该反应的反应热为ΔH=436 kJ+151 kJ-2×299 kJ=-11 kJ·mol-1<0,该反应为放热反应,A项正确;根据上述分析,该反应为放热反应,所以该反应中反应物总能量高于生成物总能量,B项错误;根据题给数据,HI的键能为299 kJ·mol-1,氢气的键能为436 kJ·mol-1,所以H2分子中的化学键比HI分子中的化学键更牢固,C项错误。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 6.H2和O2发生反应的过程可用模型图表示如下(“—”表示化学键),下列说法错误的是 (　　) A.过程Ⅰ是吸热过程 B.过程Ⅲ是放热过程 C.该反应的能量转化形式只能以热能的形式进行 D.该反应过程所有旧化学键都断裂,且形成了新化学键 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:过程Ⅰ是断裂化学键,吸收热量,故A正确;过程Ⅲ是形成化学键,放热过程,故B正确;该反应可通过原电池,实现化学能转化为电能,故C错误;该反应过程Ⅰ所有旧化学键都断裂,过程Ⅲ都形成了新化学键,故D正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 3 7.(2024·南京高一期中)下列关于如图所示的说法,错误的是 (　　) A.图甲中生成物的总能量更高 B.图丙中发生的反应为放热反应 C.图乙中1 mol N2与3 mol H2充分反应放出92 kJ热量 D.图甲可表示Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应的能量变化 1 2 4 5 6 7 8 9 10 12 11 3 解析:活泼金属和酸反应是放热反应,故B正确;1 mol N2(g)与3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)放热92 kJ,而N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)是一个可逆反应,则1 mol N2(g)与3 mol H2(g)充分反应生成NH3的物质的量小于2 mol,放热少于92 kJ,故C错误;由图甲可知,反应物具有的总能量低,生成物具有的总能量高,该反应为吸热反应,而Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应是典型的吸热反应,故A、D正确。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 8.Na2CO3溶液与盐酸反应过程中的能量变化如图所示,下列选项错误的是 (　　) 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 A.CO2(g)+H2O(l) ===H2CO3(aq)是放热反应 B.C(aq)+2H+(aq) ===CO2(g)+H2O(l)是放热反应 C.HC(aq)+H+(aq) ===CO2(g)+H2O(l)是放热反应 D.HC(aq)+H+(aq) ===CO2(g)+H2O(l)是吸热反应 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:由图可知,反应物CO2(g)和H2O(l)的总能量大于生成物H2CO3(aq)的能量,则反应CO2(g)+H2O(l) ===H2CO3(aq)是放热反应,A正确;由图可知,反应物C(aq)和2H+(aq)的总能量大于生成物CO2(g)和H2O(l)的总能量,则反应C(aq)+2H+(aq)===CO2(g)+H2O(l)是放热反应,B正确;由图可知,反应物HC(aq)和H+(aq)的总能量小于生成物CO2(g)和H2O(l)的总能量,则反应HC(aq)+H+(aq)===CO2(g)+H2O(l)是吸热反应,C错误,D正确。 √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 9.最新报道:科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下: 下列说法中正确的是(　　) A.CO和O生成CO2是吸热反应 B.在该过程中,CO断键形成C和O C.CO和O生成了CO2 D.状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 解析:由图可知反应物总能量大于生成物总能量,为放热反应,选项A错误;由图可知不存在CO的断键过程,选项B错误;CO与O在催化剂表面形成CO2,选项C正确;状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应的过程,而不是与氧气反应,选项D错误。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 10.(2024·邢台期末)CO(g)与H2O(g)反应过程的能量变化如图所示,下列说法正确的是 (　　) √ 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 A.该反应为吸热反应 B.CO(g)和H2O(g)所具有的总能量大于CO2(g)和H2(g)具有的总能量 C.热化学方程式为CO(g)+H2O(g) ===CO2(g)+H2(g)　ΔH=+41 kJ·mol-1 D.1 mol CO2(g)和1 mol H2(g)反应生成1 mol CO(g)和H2O(g)要放出41 kJ热量 10 1 2 4 5 6 7 8 9 11 12 3 解析:从题图数据可以看出,该反应的ΔH<0,为放热反应,CO(g)和H2O(g)的总能量大于CO2(g)和H2(g)的总能量,反应的热化学方程式为CO(g)+H2O(g)===CO2(g)+H2(g)　ΔH=-41 kJ·mol-1。该反应的逆反应要吸收热量。 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 11.(12分)某化学反应中,设反应物的总能量为E1,生成物的总能量为E2。 (1)若E1>E2,则该反应为　　　(填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图　　(填“A”或“B”)表示。  解析:若反应物的总能量E1大于生成物的总能量E2,则为放热反应,可用图A表示; 放热 A 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (2)若E1<E2,则该反应为　　　(填“放热”或“吸热”)反应。该反应可用图　　(填“A”或“B”)表示。  解析:若反应物的总能量E1小于生成物的总能量E2,则为吸热反应,可用图B表示; 吸热 B 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (3)太阳能的开发和利用是21世纪的一个重要课题。 ①利用储能介质储存太阳能的原理是白天在太阳照射下,某种盐熔化,吸收热量;晚间熔盐释放出相应能量,从而使室温得以调节。已知下列数据: 盐 熔点/℃ 熔化吸热/(kJ·mol-1) 参考价格/(元·kg-1) CaCl2·6H2O 29.0 37.3 780~850 Na2SO4·10H2O 32.4 77.0 800~900 Na2HPO4·12H2O 36.1 100.1 1 600~2 000 Na2S2O3·5H2O 48.5 49.7 1 400~1 800 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 其中最适宜作储能介质的是　　　(填字母代号)。  A.CaCl2·6H2O B.Na2SO4·10H2O C.Na2HPO4·12H2O D.Na2S2O3·5H2O 解析:选择的物质应该具有的特点是:白天在太阳照射下,某种盐熔化,熔化时单位质量的物质吸收热量应该最多,同时价格不能太高,Na2SO4·10H2O的性价比最高; B 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 ②下图是一种太阳能热水器的示意图,图中A是集热器,B是储水容器,C是供阴天时加热的辅助电热器。根据对水的密度的认识,你估计在阳光照射下水将沿　　(填“顺”或“逆”)时针方向流动。  解析: 因集热器中的水被太阳光晒热后密度变小,受到浮力作用沿管向右上方运动形成顺时针方向流动的水流。 顺 12 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 3 高阶思维训练(选做题) 12.(8分)(2024·江西萍乡月考)已知部分化学键的键能如下表所示,计算下列三个反应中的能量变化情况。 化学键 H—H H—N N≡N O==O C—H 键能/(kJ·mol-1) 436 391 x 498 414 化学键 C==O H—O P—P P—O C—O 键能/(kJ·mol-1) 750 465 198 360 326 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (1)CH4+2O2 CO2+2H2O,1 mol CH4完全反应时,　　　(填“吸收”或“放出”)　　 kJ能量。  解析:该反应中1 mol CH4完全反应时,吸收的总能量为4 mol×414 kJ·mol-1+2 mol×498 kJ·mol-1=2 652 kJ,放出的总能量为2 mol×750 kJ·mol-1+4 mol×465 kJ·mol-1=3 360 kJ,由于吸收的总热量小于放出的总热量,故该反应为放热反应,放出的热量为3 360 kJ-2 652 kJ=708 kJ。 放出 708 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (2)已知N2+3H2 2NH3,消耗1 mol N2时放出约92 kJ的热量,则上表中x为　　　。  解析:根据题意可知,1 mol×x kJ·mol-1+3 mol×436 kJ·mol-1-6 mol×391 kJ·mol-1=-92 kJ,解得x=946。 946 1 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 (3)如图为白磷(P4)和P4O6的结构,1 mol白磷燃烧生成P4O6时,____　　　　(填“吸收”或“放出”)　　　kJ热量。  解析:白磷燃烧生成P4O6的化学方程式为P4+3O2 P4O6,则反应中断键吸收的热量-成键放出的热量=198 kJ·mol-1×6 mol+498 kJ·mol-1×3 mol-360 kJ·mol-1×12 mol=-1 638 kJ,故1 mol白磷燃烧生成P4O6时,放出1 638 kJ热量。 放出 1 638 $$