6.2 化学反应中的热（第2课时 燃料燃烧释放的能量 氢能源的应用前景）-【帮课堂】2024-2025学年高一化学同步学与练（苏教版2019必修第二册）

专题6 化学反应与能量变化 第二单元 化学反应中的热 第2课时 燃料燃烧释放的能量 氢能源的应用前景 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 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。 重难点：燃料的充分利用。 一、燃料燃烧释放的能量 1．燃料的热值 (1)热值是指一定条件下_____________的可燃物____________所放出的热。热值的单位是________。 (2)常见的燃料中，热值最大的是________，其次是________，较小的是________________。 2．化石燃料燃烧对环境的影响 (1)化石燃料燃烧对环境的影响 ①煤等化石燃料燃烧常伴随着________________________________等有害物质的排放。 ②________________能导致酸雨。 ③燃料燃烧过程中，一般只有________可以实现有效转化，其他部分则转化为废气排出或损耗掉，燃料使用效率不高。 (2)解决化石燃料对环境影响的方法 ①减少作为燃料的____________的开采。 ②利用化学方法将化石燃料转化为____________。 ③开发优质的新能源，氢能、水能、太阳能、风能等都是更________、更________的能源。 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______，______液化，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________________，加热时又可________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。 三、太阳能及其利用 1．太阳能的转化 (1)植物体内的叶绿素等物质将水、二氧化碳转化为________，进而生成________、________，其本质是发生了________________转化。 植物的光合作用：________________________________________ (2)动物摄入体内的________、________能水解转化为________，________氧化生成二氧化碳和水，释放出________，供给生命活动的需要。 淀粉、纤维素水解：________________________________________________ 葡萄糖氧化：C6H12O6 (s)+6O2(g)===6H2O(l)+6CO2(g) ΔH＝-2806kJ·mol－1 2．人类直接利用太阳能的方式 (1)光—热转换 基本原理：利用太阳辐射能加热物体获得________。 (2)光—电转换 ①光—热—电转换：利用太阳能集热器发电，太阳能集热器吸收的热能使水转化为________，再驱动汽轮机发电。 ②光—电直接转换：利用光电效应，将太阳能______转化为电能。光—电转换的基本装置是___________。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (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)固体煤变为气体燃料后，燃烧效率更低(　 　) (4)我国目前使用的燃料燃烧效率不高，而且引起的污染大(　 　) (5)氢能是一种无污染的绿色能源(　 　) (6)利用太阳光催化分解水制氢是一种理想的制氢手段(　 　) (7)将太阳能转化为热能是目前太阳能应用最广泛的形式(　 　) 2．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 3．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 4．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 5．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 6．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_____________________________。 ►问题一 燃料燃烧释放的能量 【典例1】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(g)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 【解题必备】 1．燃料燃烧释放的热量 (1)特点 质量相同的不同燃料，由于它们的热值不同，完全燃烧后放出的热量不相同。 (2)计算方法 燃料燃烧放出的热量＝生成物中形成的化学键放出的总能量－反应物中断裂的化学键吸收的总能量。 2．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。 3．常见能源与新型能源 (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。 【变式1-1】“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 【变式1-2】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____________。 ►问题二 氢能源的开发利用 【典例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 【解题必备】 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。 【变式2-1】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 1．下列设备工作时，将化学能转化为热能的是(　　) A B C D 硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 2．一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法错误的是(　　) A．光电转换的基本装置是太阳能电池 B．图中能量转化效率均可达到100% C．利用氢燃料电池发电利于实现能源结构转型 D．太阳能、风能、氢能都属于新能源 3．我国力争2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”。下列有关碳排放的说法错误的是(　　) A．通过煤的气化和液化，可以从根本上杜绝碳排放 B．积极开发太阳能、风能、水能等清洁能源，减少对化石燃料的依赖 C．改变经济结构，逐步淘汰高能耗、高污染产业 D．践行低碳生活、绿色出行 4．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 5．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 6．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 7．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 8．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 9．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 10．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： 2CH4H—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)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。 1．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 2．环境保护是目前人类面临的一项重大课题。为应对燃料使用造成的环境污染，科学家提出了利用太阳能促进燃料循环使用的构想，其构想可用如图表示： 其中过程Ⅰ的主要反应为 ①2CO22CO＋O2； ②2H2O2H2↑＋O2↑； ③2N2＋6H2O4NH3＋3O2； ④2CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2； ⑤CO2＋2H2OCH4＋2O2。 下列说法中不正确的是(　　) A．过程Ⅱ中发生的反应均为放热反应 B．太阳能最终主要转化为热能 C．经过上述一个循环后放出O2 D．实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程Ⅰ 3．(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：a kJ·mol－1、O—H：b kJ·mol－1、O===O：c kJ·mol－1、C===O：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： __________________________________________________________________。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题6 化学反应与能量变化 第二单元 化学反应中的热 第2课时 燃料燃烧释放的能量 氢能源的应用前景 版块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 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。 重难点：燃料的充分利用。 一、燃料燃烧释放的能量 1．燃料的热值 (1)热值是指一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热。热值的单位是kJ·g-1。 (2)常见的燃料中，热值最大的是氢气，其次是天然气，较小的是石油、煤炭。 2．化石燃料燃烧对环境的影响 (1)化石燃料燃烧对环境的影响 ①煤等化石燃料燃烧常伴随着大量烟尘、CO、SO2、氮氧化物(NOx)等有害物质的排放。 ②SO2、氮氧化物(NOx)能导致酸雨。 ③燃料燃烧过程中，一般只有1/3可以实现有效转化，其他部分则转化为废气排出或损耗掉，燃料使用效率不高。 (2)解决化石燃料对环境影响的方法 ①减少作为燃料的煤和石油的开采。 ②利用化学方法将化石燃料转化为清洁燃料。 ③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。 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最高的，且氢气燃烧的产物只有水，不会产生对环境有害的污染物，是一种清洁燃料。 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的进展。 (2)氢气密度小，熔点低，难液化，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吸收和释放氢气性能的合金(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液氢作燃料。 (2)氢燃料混合动力有轨电车。 (3)氢燃料电池。 三、太阳能及其利用 1．太阳能的转化 (1)植物体内的叶绿素等物质将水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，其本质是发生了光—生物质能转化。 植物的光合作用：6H2O+6CO2C6H12O6+6O2 (2)动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，释放出热，供给生命活动的需要。 淀粉、纤维素水解：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6 葡萄糖氧化：C6H12O6 (s)+6O2(g)===6H2O(l)+6CO2(g) ΔH＝-2806kJ·mol－1 2．人类直接利用太阳能的方式 (1)光—热转换 基本原理：利用太阳辐射能加热物体获得热能。 (2)光—电转换 ①光—热—电转换：利用太阳能集热器发电，太阳能集热器吸收的热能使水转化为水蒸气，再驱动汽轮机发电。 ②光—电直接转换：利用光电效应，将太阳能直接转化为电能。光—电转换的基本装置是太阳能电池。 1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”) (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)固体煤变为气体燃料后，燃烧效率更低(　×　) (4)我国目前使用的燃料燃烧效率不高，而且引起的污染大(　√　) (5)氢能是一种无污染的绿色能源(　√　) (6)利用太阳光催化分解水制氢是一种理想的制氢手段(　√　) (7)将太阳能转化为热能是目前太阳能应用最广泛的形式(　√　) 2．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 答案　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。 3．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 答案　B 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。 4．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 答案　D 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。 5．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 答案　A 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。 6．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_____________________________。 答案　(1)C＋H2O(g)CO＋H2 (2)来源丰富，产物无污染 解析　(1)由题给信息知，制取水煤气的主要反应的化学方程式为C＋H2O(g)CO＋H2。(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。 ►问题一 燃料燃烧释放的能量 【典例1】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(g)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 答案　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；丙烷燃烧产物为CO2和H2O，无污染，D正确。 【解题必备】 1．燃料燃烧释放的热量 (1)特点 质量相同的不同燃料，由于它们的热值不同，完全燃烧后放出的热量不相同。 (2)计算方法 燃料燃烧放出的热量＝生成物中形成的化学键放出的总能量－反应物中断裂的化学键吸收的总能量。 2．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。 3．常见能源与新型能源 (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。 【变式1-1】“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 答案　C 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。 【变式1-2】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____________。 答案　(1)④>②>①>③ (2)③>②>①>④ ►问题二 氢能源的开发利用 【典例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 答案　A 解析　B项，C＋H2O(g)CO＋H2；C项，3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2；D项，2H2O2H2↑＋O2↑，B、C、D三项都要消耗传统能源。而A项中太阳能是已被人们使用的新能源，与传统能源相比较，太阳能的优点很多，而且是一般传统能源无法比拟的。 【解题必备】 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。 【变式2-1】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 答案　A 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。 1．下列设备工作时，将化学能转化为热能的是(　　) A B C D 硅太阳能电池 锂离子电池 太阳能集热器 燃气灶 答案　D 解析　A项，硅太阳能电池是将太阳能转化为电能； B项，锂离子电池是将化学能转化为电能；C项，太阳能集热器是将太阳能转化为热能； D项，燃气灶是将化学能转化为热能。 2．一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法错误的是(　　) A．光电转换的基本装置是太阳能电池 B．图中能量转化效率均可达到100% C．利用氢燃料电池发电利于实现能源结构转型 D．太阳能、风能、氢能都属于新能源 答案　B 3．我国力争2030年前实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和”。下列有关碳排放的说法错误的是(　　) A．通过煤的气化和液化，可以从根本上杜绝碳排放 B．积极开发太阳能、风能、水能等清洁能源，减少对化石燃料的依赖 C．改变经济结构，逐步淘汰高能耗、高污染产业 D．践行低碳生活、绿色出行 答案　A 解析　通过煤的气化和液化，只是将煤转化为气体或液体燃料，燃烧仍然会产生二氧化碳，不能杜绝二氧化碳的排放，A错误 4．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 答案　C 解析　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，并通入适当过量的空气。对于①和②，由于燃料的着火点是其固有的性质，不可改变，故这两项措施不可行。③④⑤所采取的措施均是为了增大燃料与空气的接触面积。 5．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 答案　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。 6．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 答案　C 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，不正确。 7．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 答案　D 解析　A．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；B．1 g CO完全燃烧生成CO2(g)放出热量是10.1 kJ，1 mol CO质量是28 g，则1 mol CO完全燃烧生成CO2(g)放出热量Q＝10.1 kJ×28＝282.8 kJ；C．1 g CH4完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)放出热量是55.6 kJ，1 mol CH4质量是16 g，则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；D．1 g C2H5OH完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)放出热量是29.7 kJ，1 mol C2H5OH质量是46 g，则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。 8．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 答案　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。 9．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 答案　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。 10．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： 2CH4H—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)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。 答案　(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。 1．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 答案　A 解析　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。 2．环境保护是目前人类面临的一项重大课题。为应对燃料使用造成的环境污染，科学家提出了利用太阳能促进燃料循环使用的构想，其构想可用如图表示： 其中过程Ⅰ的主要反应为 ①2CO22CO＋O2； ②2H2O2H2↑＋O2↑； ③2N2＋6H2O4NH3＋3O2； ④2CO2＋4H2O2CH3OH＋3O2； ⑤CO2＋2H2OCH4＋2O2。 下列说法中不正确的是(　　) A．过程Ⅱ中发生的反应均为放热反应 B．太阳能最终主要转化为热能 C．经过上述一个循环后放出O2 D．实现上述循环，当前需要解决的关键问题是过程Ⅰ 答案 C 解析 过程Ⅱ中发生的反应为燃烧反应，均为放热反应，A正确；太阳能最终主要转化为热能，B正确；经过一个循环后不会产生新物质，C错误；要实现题述循环，当前需要解决的关键问题是过程Ⅰ，D正确。 3．(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：a kJ·mol－1、O—H：b kJ·mol－1、O===O：c kJ·mol－1、C===O：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： __________________________________________________________________。 答案　(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(O===O)]－[2E(C===O)＋4E(H—O)]＝[(4a＋2c)－(2d＋4b)] kJ·mol－1。 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