1.3 燃料的合理利用（教学设计）化学沪科版2020选择性必修1

1.3 燃料的合理利用 一、知识目标 1. 明确物质燃烧热的概念，知晓其单位为，并掌握其在热化学方程式中的表示。 1. 了解燃烧热的测定原理及装置，学会根据反应事实书写热化学方程式。 1. 掌握燃烧热化学方程式的正误判断方法，能依据燃烧热数据进行相关计算。 1. 理解热值的概念，了解其与燃烧热的区别。 1. 了解能源发展史，知道目前能源大多来自化石燃料及其有限性。 1. 掌握提高燃料利用率的常见途径，如增加接触面积、通入足量空气、充分利用热能等。 1. 了解实现可持续发展在能源方面的基本途径，认识一些新的替代能源。 二、素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同物质燃烧放出热量的差异，从微观角度理解燃烧热的本质。 2. 证据推理与模型认知：通过对燃烧热数据的分析和计算，建立能源利用效率的模型，为实际生产生活提供依据。 3. 科学探究与创新意识：通过探究燃料充分燃烧和利用的方法，培养创新思维和实践能力。 4. 科学态度与社会责任：认识到能源对社会发展的重要性，增强节约能源、保护环境的意识，培养社会责任感。 一、教学重点 燃烧热的概念、热化学方程式的书写及正误判断、提高燃料利用率的途径。 二、教学难点 燃烧热概念的理解、根据燃烧热数据进行相关计算及对能源可持续发展的认识。 本节教学内容源自沪教版2020选择性必修1第一章《化学反应的热效应》中的1.3《燃料的合理利用》第1课时。该部分内容在化学反应热效应知识体系中占据关键地位，它不仅是对前面所学化学反应热相关知识的深化应用，更是引导学生将化学知识与实际生活紧密联系的重要桥梁，有助于培养学生的社会责任感和科学价值观。 本课时聚焦于燃烧热和燃料的充分燃烧与利用两个核心内容。燃烧热的概念为学生定量衡量物质燃烧放热能力提供了标准，通过学习燃烧热的测定、热化学方程式的书写及正误判断，能加深学生对化学反应中能量变化的理解。而燃料的充分燃烧和利用则从能源的发展历程切入，引导学生认识到能源对社会发展的重要性，以及化石燃料的有限性，进而探讨提高能源利用率和开发新能源的必要性与具体措施。这一编排符合学生的认知规律，从理论知识逐步过渡到实际应用，有助于培养学生解决实际问题的能力。 教学对象为高中生，他们已经具备了一定的化学基础知识和实验技能，在之前的学习中对化学反应中的能量变化有了初步的认识，这为本课时的学习奠定了基础。然而，燃烧热的概念较为抽象，学生可能在理解其定义中的“1mol物质”“完全燃烧”“稳定产物”等关键要素时存在一定困难。同时，对于燃料的充分燃烧和利用，学生虽然在生活中有一定的感性认识，但缺乏系统的理性分析，难以从化学原理的角度深入理解提高能源利用率的方法。 在思维能力方面，高中生正处于从形象思维向抽象思维过渡的阶段，他们开始对化学现象背后的本质和规律产生浓厚兴趣，但在分析复杂化学问题时，可能还缺乏全面性和逻辑性。因此，在教学过程中，教师应充分利用实验、图片、视频等多种教学手段，将抽象的知识形象化，帮助学生更好地理解和掌握。同时，要引导学生积极参与讨论和实践活动，培养他们的分析问题和解决问题的能力，逐步提升化学学科核心素养。 教学环节一 课堂导入 【展示生活场景】同学们，老师先给大家展示几幅生活中常见的画面。（通过多媒体展示木材燃烧取暖、煤炭火力发电、燃气厨房做饭、酒精实验室加热的图片）大家在生活中肯定都见过这些物质的燃烧，它们都为我们的生活和生产提供了能量。 【提出问题引导思考】我们都知道物质燃烧会放出热量，那大家有没有想过，不同物质燃烧放出的热量一样吗？比如同样是用来做饭，用天然气和用酒精，哪个能让水更快烧开呢？又如何比较不同物质燃烧的热效率呢？ 【引入航天燃料实例】其实，在科技领域，这个问题更为关键。就拿航天领域来说，火箭推进需要巨大的能量，选择合适的燃料至关重要。科学家们在选择火箭推进剂燃料时，就必须精确了解不同燃料燃烧时放出的热量。像氢气，它就因为燃烧放出热量大等优点，被用作火箭推进剂。那科学家们是如何准确衡量氢气等物质燃烧放出的热量呢？这就涉及到我们今天要学习的“燃烧热”的知识了。 【设计意图】 1.激发学生兴趣：通过展示生活中常见的燃烧场景和提出与生活息息相关的问题，能迅速拉近化学知识与学生生活的距离，让学生感受到化学就在身边，从而激发他们的好奇心和学习兴趣，提高课堂参与度。 2.联系科技前沿：引入航天领域火箭推进剂燃料选择的实例，将化学知识与最新科技进步和发展相联系，让学生了解到化学知识在高端科技领域的重要应用，拓宽学生的视野，进一步激发学生对化学学习的热情。 3.自然导入新课：从生活中的疑问和科技实例引出“燃烧热”的概念，自然地过渡到本节课的主题，使学生明确学习目标，带着问题去探索新知识，为后续的学习做好铺垫。 教学任务一 燃烧热 活动一 燃烧热的概念引入 【引入】我们知道物质燃烧都会放出热量，像木材燃烧、煤炭燃烧、燃气燃烧、酒精燃烧等。那么，不同物质燃烧放出的热量一样吗？如何比较不同物质的燃烧的热效率呢？这就是我们接下来要探讨的燃烧热相关知识。 【设计意图】通过生活中常见的燃烧现象引发学生思考，激发学生的学习兴趣，自然地引出本节课的重点——燃烧热的概念。 【问题】大家结合生活经验想一想，不同物质燃烧时的放热情况可能受哪些因素影响呢？ 【学生思考】学生可能会回答物质本身的性质、物质的量、氧气的量等。 【讲解】同学们说得都有一定道理。为了准确衡量不同物质燃烧时的放热能力，我们引入燃烧热的概念。在时，物质完全燃烧生成稳定产物时所放出的热量，单位为。这里的稳定产物有特定要求，比如要转化为、要转化为、要转化为、要转化为、要转化为等。例如氢气燃烧的两个反应： 大家思考一下，哪个反应的对应的是氢气的燃烧热呢？ 【学生回答】生成液态水的反应对应的是氢气的燃烧热，因为燃烧热要求生成稳定产物，水的稳定状态是液态。 【讲解】非常正确。没有特别说明时，燃烧一般是指在中的燃烧，并且物质的燃烧热都为负值，通常可以通过实验测得。 【对应训练1】下列关于燃烧热的说法正确的是（ ） A. 燃烧热随化学方程式前的化学计量数的改变而改变 B. 物质燃烧生成氧化物放出的热量就是燃烧热 C. 在时，纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热 D. 燃烧热的单位是 【答案】C 【解析】燃烧热是指在时，纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，是固定值，不随化学方程式前的化学计量数的改变而改变，A错误；必须是生成稳定的氧化物，B错误；燃烧热的单位是，D错误。 【对应训练2】已知在一定条件下，一氧化碳完全燃烧生成二氧化碳气体放出的热量。下列热化学方程式正确的是（ ） A. B. C. D. 【答案】B 【解析】燃烧热是物质完全燃烧生成稳定产物时放出的热量，为负值。一氧化碳完全燃烧生成二氧化碳气体放出的热量，热化学方程式为，A中化学计量数与燃烧热概念不符，C、D中符号错误。 活动二 燃烧热的测定原理及装置 【引入】我们了解了燃烧热的概念，那在实验室中是如何测定物质的燃烧热呢？接下来我们就学习燃烧热的测定原理及装置。 【设计意图】让学生了解燃烧热的测定方法，增强学生对知识的实际应用理解，培养学生的科学探究精神。 【讲解】我们可以将待测物质放在一个充满氧气的密封金属容器（称为氧弹）内，再将此容器置于盛有一定量水的量热计内筒中，通过点火装置使氧弹中物质燃烧，反应放出的热量会使氧弹外面的水温升高。用温度计测量水温的变化，即可计算出此反应放出的热量。 【展示】通过图片或视频展示燃烧热测定装置。 【问题】大家思考一下，在这个测定过程中，哪些因素可能会影响测定结果的准确性呢？ 【学生思考】学生可能会回答装置的密封性、水温测量的准确性、物质是否完全燃烧等。 【讲解】同学们考虑得很全面。装置的密封性不好会导致热量散失，水温测量不准确会使计算出的热量有偏差，物质不完全燃烧则不能准确得到燃烧热。所以在实验过程中要尽量保证装置密封良好，准确测量水温，确保物质完全燃烧。 【对应训练3】在燃烧热的测定实验中，下列操作会使测定结果偏低的是（ ） A. 实验前未检查装置的气密性 B. 实验中使用的物质纯度较高 C. 温度计测量水温时读数准确 D. 物质完全燃烧 【答案】A 【解析】实验前未检查装置的气密性，会导致热量散失，使测定的热量比实际值偏小，从而使燃烧热测定结果偏低，A正确；物质纯度高、温度计读数准确、物质完全燃烧都有利于准确测定燃烧热，不会使测定结果偏低，B、C、D错误。 活动三 燃烧热化学方程式的书写与判断 【引入】我们已经知道了燃烧热的概念和测定方法，接下来我们要学会正确书写燃烧热的化学方程式，并能判断其正误。 【设计意图】通过书写和判断燃烧热化学方程式，加深学生对燃烧热概念的理解和应用，提高学生的化学用语表达能力。 【问题】书写燃烧热化学方程式有哪些要点呢？请大家结合燃烧热的概念思考一下。 【学生思考】学生可能会回答可燃物的化学计量数为，元素完全燃烧生成指定的稳定产物，为负值且数值和单位要正确等。 【讲解】非常好。书写燃烧热化学方程式时，一看可燃物的化学计量数是否为；二看元素完全燃烧生成的物质是否为指定产物；三看的数值和单位是否正确。下面我们来看几个例子。 【示例】依据反应事实，写出下列反应的热化学方程式（常温下）： （1）完全燃烧，放出热量； （2）气态丙烷在中燃烧，生成和，放出热量； （3）常温下完全燃烧，放出热量。 【学生练习】学生在练习本上书写热化学方程式。 【讲解】（1）的物质的量为，完全燃烧放出的热量为，热化学方程式为。 （2）热化学方程式为。 （3）的物质的量为，完全燃烧放出的热量为，热化学方程式为。 【对应训练4】下列热化学方程式中，能表示相应物质燃烧热的是（ ） A. B. C. D. 【答案】C 【解析】燃烧热要求生成稳定产物，不是碳完全燃烧的稳定产物，A错误；水的稳定状态是液态，B错误；燃烧热的热化学方程式中可燃物的化学计量数为，D错误；完全燃烧生成和，热化学方程式符合燃烧热的定义，C正确。 教学任务二 燃料的充分燃烧和利用 活动一 能源的发展与现状 【引入】能源是国民经济和社会发展的重要物质基础，其开发和利用水平，可用来衡量一个国家或地区经济、科技的发展程度。我们先来了解一下能源的发展历程。 【设计意图】让学生了解能源的发展历史和现状，认识到能源问题的重要性，增强学生的社会责任感。 【讲解】目前世界各国消耗的能源大多来自化石燃料，像煤、石油、天然气等。然而，这些化石燃料的储藏量是有限的。为了实现可持续发展，我们需要采取一些措施，如节约能源、提高能源利用率、开发低碳环保的可再生资源。 【展示】通过图片或视频展示煤、石油、天然气的开采和使用情况，以及一些新能源开发项目，如浙江温州滩涂光伏发电项目、青海德令哈熔盐光热发电项目等。 【问题】大家结合生活实际，说一说我们在日常生活中可以采取哪些节约能源的措施呢？ 【学生思考】学生可能会回答随手关灯、使用节能电器、公共交通出行等。 【讲解】同学们说得都很好。节约能源需要我们从身边的小事做起。同时，提高能源利用率和开发新能源也是解决能源问题的关键。 【对应训练1】下列关于能源的说法正确的是（ ） A. 化石燃料是可再生能源 B. 目前世界各国消耗的能源全部来自化石燃料 C. 开发新能源可以解决能源危机 D. 节约能源对实现可持续发展没有作用 【答案】C 【解析】化石燃料是不可再生能源，A错误；目前世界各国消耗的能源大多来自化石燃料，但不是全部，B错误；开发新能源可以增加能源的供应，缓解能源危机，C正确；节约能源是实现可持续发展的重要措施，D错误。 活动二 燃料的充分燃烧措施 【引入】我们知道化石燃料的储量有限，为了更好地利用燃料，我们要让燃料充分燃烧。那么，有哪些措施可以让燃料充分燃烧呢？ 【设计意图】培养学生运用化学知识解决实际问题的能力，让学生了解提高燃料利用率的方法。 【问题】请同学们结合生活经验和所学知识，思考一下如何让燃料充分燃烧。 【学生思考】学生可能会回答增加燃料与空气的接触面积、通入足量的空气等。 【讲解】同学们总结得很准确。我们可以采取以下措施让燃料充分燃烧：一是增加燃料跟空气的接触面积，比如把固体燃料粉碎，把液体燃料喷成雾状；二是通入足量的空气，但空气也不是越多越好，因为通入过多的空气会带走一部分热能，造成能量损失；三是充分利用热能，比如改进设备，使用热交换器。热交换器是提高热交换效率的一种设备，其内部装有许多平行或蛇形管道，以扩大传热面积。当一种流体在管道内流动，另一种流体在管道外逆向流动时，它们通过管壁进行热交换，使热的流体得到降温，冷的流体得到预热。 【展示】通过图片或视频展示固体燃料粉碎、液体燃料喷雾、热交换器的工作原理等。 【对应训练2】下列措施中，不能使燃料充分燃烧的是（ ） A. 把煤磨成煤粉 B. 加大空气的通入量 C. 把木材架空燃烧 D. 把液体燃料密封保存 【答案】D 【解析】把煤磨成煤粉、把木材架空燃烧都增加了燃料与空气的接触面积，能使燃料充分燃烧，A、C正确；加大空气的通入量可以提供足够的氧气，使燃料充分燃烧，B正确；把液体燃料密封保存不利于燃料与空气接触，不能使燃料充分燃烧，D错误。 活动三 燃料的热值与选择 【引入】生活中使用的各种燃料，如煤气、液化气、汽油等都是混合物，相同质量的燃料因物质组分不同，完全燃烧后放出的热量也不相等。为了衡量燃料的优劣，我们引入热值的概念。 【设计意图】让学生了解热值的概念，以及如何根据热值选择合适的燃料，培养学生的科学决策能力。 【讲解】在时，单位质量或单位体积的燃料完全燃烧所放出的热量叫做该燃料的热值。热值是燃料质量优劣的重要参数。例如，氢气作为火箭推进剂燃料，具有绿色、高能、推力大的特点，其单位质量产生热量约为。 【问题】大家想一想，在选择燃料时，除了考虑热值，还需要考虑哪些因素呢？ 【学生思考】学生可能会回答燃料的成本、对环境的影响、储存和运输的便利性等。 【讲解】同学们考虑得很全面。选择燃料时，不仅要考虑热值，还要考虑成本、环境影响、储存和运输等因素。比如氢气虽然热值高，但储存和运输成本较高；煤炭成本相对较低，但燃烧会产生大量污染物。 【对应训练3】下列关于燃料热值的说法正确的是（ ） A. 热值越大的燃料，燃烧时放出的热量越多 B. 燃料的热值与燃料的质量有关 C. 不同燃料的热值一般不同 D. 燃料燃烧时放出的热量就是燃料的热值 【答案】C 【解析】燃料燃烧放出的热量不仅与热值有关，还与燃料的质量有关，A错误；燃料的热值是燃料的一种特性，与燃料的质量无关，B错误；不同燃料的组成和性质不同，热值一般不同，C正确；燃料的热值是单位质量或单位体积的燃料完全燃烧所放出的热量，而燃料燃烧时放出的热量与燃料的质量等因素有关，D错误。 1.3 燃料的合理利用 一、燃烧热 1. 定义：100kPa时，1mol物质完全燃烧生成稳定产物时所放出的热量，单位为kJ/mol 2. 稳定产物示例：C→CO₂(g)；H→H₂O(l)；S→SO₂(g)；N→N₂(g)；Cl → Cl₂(g)等 3. 测定原理及装置 · 氧弹、量热计 · 利用水温变化计算热量 4. 热化学方程式书写及判断 · 一看：可燃物化学计量数是否为1 · 二看：元素完全燃烧生成物质是否为指定产物 · 三看：ΔH的数值和单位是否正确 5. 常见物质燃烧热数据 6. 热值 · 定义：100kPa时，单位质量或单位体积的燃料完全燃烧所放出的热量 · 意义：衡量燃料质量优劣 二、燃料的充分燃烧和利用 1. 能源发展史 · 目前主要能源：化石燃料（煤、石油、天然气） · 可持续发展途径：节约能源、提高能源利用率、开发低碳环保的可再生资源 1. 替代能源 · 太阳能、风能、水能、核能、地热能、潮汐能、生物质能等 1. 提高综合利用效率措施 · 增加燃料跟空气的接触面积：固体燃料粉碎、液体燃料喷成雾状 · 通入足量的空气（但不过量） · 充分利用热能 · 改进设备：热交换器 · 利用余热 · 防止热损失：玻璃棉 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、汽油、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】阴影部分表示的能源应是新能源、可再生能源、清洁能源。A选项中煤炭、汽油是化石能源，属于不可再生能源，不符合要求；B选项中天然气是化石能源，不可再生，不符合；C选项中太阳能、风能、沼气都属于新能源、可再生能源且较为清洁，符合；D选项中核能不属于可再生能源，不符合。所以答案选C。 2.1.5g火箭燃料二甲基肼（H₃C—NH—NH—CH₃）完全燃烧生成二氧化碳气体和液态水时放出50kJ热量，则二甲基肼的标准燃烧热为（ ） A. －1000kJ·mol⁻¹ B. －1500kJ·mol⁻¹ C. －2000kJ·mol⁻¹ D. －3000kJ·mol⁻¹ 【答案】C 【解析】二甲基肼（H₃C—NH—NH—CH₃）的摩尔质量为60g/mol，1.5g二甲基肼的物质的量为(n==0.025mol)。0.025mol二甲基肼完全燃烧放出50kJ热量，则1mol二甲基肼完全燃烧放出的热量为(=2000kJ/mol)，燃烧热是指1mol可燃物完全燃烧生成稳定产物时放出的热量，所以二甲基肼的标准燃烧热为－2000kJ·mol⁻¹，答案选C。 3.航天燃料从液态变为固态，是一项重大的技术突破。铍是高效率的火箭材料，燃烧时放出巨大的能量，已知1kg金属铍完全燃烧放出的热量为62700kJ。则铍燃烧的热化学方程式正确的是（铍的相对原子质量为9）（ ） A. Be＋1/2O₂===BeO ΔH＝－564.3kJ·mol⁻¹ B. Be(s)＋1/2O₂(g)===BeO(s) ΔH＝＋564.3kJ·mol⁻¹ C. Be(s)＋1/2O₂(g)===BeO(s) ΔH＝－564.3kJ·mol⁻¹ D. Be(s)＋1/2O₂(g)===BeO(g) ΔH＝－564.3kJ·mol⁻¹ 【答案】C 【解析】1kg铍的物质的量为(n==mol)，1kg金属铍完全燃烧放出的热量为62700kJ，则1mol铍完全燃烧放出的热量为(=564.3kJ/mol)。热化学方程式中要标明物质的状态，铍燃烧是放热反应，ΔH为负值，且生成的BeO为固态，所以热化学方程式为Be(s)＋1/2O₂(g)===BeO(s) ΔH＝－564.3kJ·mol⁻¹，答案选C。 4.已知在一定条件下，CO的燃烧热为283kJ·mol⁻¹，CH₄的燃烧热为890kJ·mol⁻¹，由1molCO和3molCH₄组成的混合气体在上述条件下充分燃烧，释放的热量为（ ） A. 2912kJ B. 2953kJ C. 3236kJ D. 3867kJ 【答案】B 【解析】1molCO完全燃烧放出的热量为(1mol283kJ/mol = 283kJ)，3molCH₄完全燃烧放出的热量为(3mol890kJ/mol = 2670kJ)，则混合气体充分燃烧释放的总热量为(283kJ + 2670kJ = 2953kJ)，答案选B。 5.已知：2H₂(g)＋O₂(g)===2H₂O(l) ΔH＝－571.6kJ·mol⁻¹ ，CO(g)＋1/2O₂(g)===CO₂(g) ΔH＝－282.9kJ·mol⁻¹。某H₂和CO的混合气体完全燃烧时放出113.74kJ热量，同时生成3.6g液态水，则原混合气体中H₂和CO的物质的量之比为（ ） 【答案】1:1 【解析】根据热化学方程式可知：H₂的标准燃烧热为(-571.6 kJ·mol⁻¹÷2 = -285.8 kJ·mol⁻¹)。生成的(n(H₂O)==0.2mol)，参加反应的H₂为0.2mol，故H₂燃烧放出的热量为(0.2mol×285.8 kJ·mol⁻¹ = 57.16kJ)。CO燃烧放出的热量为(113.74kJ - 57.16kJ = 56.58kJ)，故(n(CO)===0.2mol)。则(n(H₂):n(CO)=1:1)。 在本节课的教学中，通过实例导入燃烧热的概念，学生能较好地理解其定义。在讲解燃烧热的测定原理和装置时，利用图片和简单的动画展示，帮助学生直观认识。热化学方程式的书写和判断是重点也是难点，通过典型例题的详细分析和练习，大部分学生掌握了判断方法，但仍有部分学生在细节上容易出错，后续需加强针对性辅导。 在燃料的充分燃烧和利用部分，结合能源发展现状和实际案例，如各种新能源项目，激发了学生的学习兴趣。对于提高能源综合利用效率的措施，学生能够理解，但在实际应用方面的思维拓展还不够。在今后的教学中，可以增加一些实际场景的讨论，培养学生解决实际问题的能力。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $$