专题1 第一单元 第三课时 能源的充分利用(学习讲义)-【学霸笔记·同步精讲】2026-2027学年高中化学选择性必修1 化学反应原理学生用书word(苏教版)
2026-09-12
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教辅
摘要:
本高中化学讲义聚焦能源的充分利用,核心知识点包括标准燃烧热的概念及计算、能源的分类与化学在解决能源危机中的作用、ΔH大小比较方法。通过从概念理解到热化学方程式书写再到能源实际应用分析,构建递进式学习支架。
资料特色在于“教材挖掘”深化概念辨析,如通过硫燃烧产物探讨标准燃烧热定义,培养科学思维;结合氢气与传统燃料的标准燃烧热对比分析新能源优势,渗透科学态度与责任。ΔH比较方法系统且实例丰富,课中辅助教师高效教学,课后助力学生巩固知识、弥补薄弱环节。
内容正文:
第三课时 能源的充分利用
知识点一
1.1 mol 完全 1 g kJ·g-1 2.N2(g) CO2(g) H2O(l)
教材挖掘
(1)提示:不是。1 mol硫完全燃烧生成SO2(g)所放出的热量才是硫的标准燃烧热。
(2)提示:不变。标准燃烧热指1 mol可燃物燃烧放出的热量,与可燃物的物质的量无关。
3.1 mol 1 4.(2)不可 可
探究活动
1.提示:均不是。①中没有生成CO2;②中产物为HCl,H元素没有转化为H2O(l)。
2.提示:不相等。因为等物质的量的石墨和金刚石具有的能量不相等,物质的量均为1 mol的石墨和金刚石完全燃烧时放出的热量也不相等。
3.提示:与化石燃料相比,单位质量H2燃烧放出的热量最多,另外其资源丰富,来源是水,可循环使用,无毒、无污染。
对点训练
1.D 根据标准燃烧热的定义“在101 kPa下,1 mol物质完全燃烧的反应热”知,A错误;H2(g)+Cl2(g)2HCl(g)的反应产物HCl不是氧化物,所以其反应热不是标准燃烧热,B错误;S(s)完全燃烧生成的产物是SO2(g),不是SO3(g),C错误;由热化学方程式知,C8H18(l)的标准燃烧热ΔH==-5 518 kJ·mol-1,D正确。
2.(1)①②③④
(2)-285.8 kJ·mol-1 -393.5 kJ·mol-1
(3)1 429 kJ
(4)-283 kJ·mol-1 CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1
解析:(1)①②为氢气的燃烧,③④为C的燃烧,故①②③④均为放热反应;(2)标准燃烧热是指在101 kPa时,1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的物质时所放出的热量,C元素转化为CO2,H元素转化为液态水,故反应①为氢气的标准燃烧热的热化学方程式,即氢气的标准燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1;反应④为C的标准燃烧热的热化学方程式,故C的标准燃烧热ΔH=-393.5 kJ·mol-1;(3)10 g氢气的物质的量为=5 mol,而1 mol氢气燃烧生成液态水时放出285.8 kJ,故5 mol氢气燃烧生成液态水时放出的热量为285.8 kJ·mol-1×5 mol=1 429.0 kJ;(4)根据盖斯定律可知,将④-③可得CO的燃烧反应为CO(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-283.0 kJ·mol-1,故CO的标准燃烧热ΔH=-283.0 kJ·mol-1。
知识点二
2.> 3.(1)< > (2)> < 4.> 5.>
对点训练
1.D ②中浓硫酸稀释过程中会放热,放出热量最多,ΔH最小;③中醋酸和氨水电离吸收热量,放出热量最少,ΔH最大;①和④放出的热量理论上相等;所以ΔH的大小顺序为③>①=④>②,选D。
2.D (1)式和(3)式中水的状态不同,(3)中生成的是液态水,放出的热量多,所以c<a<0,A错误;(2)式和(4)式中水的状态不同,(4)中生成的是液态水,放出的热量多,所以d<b<0,B错误;(2)式化学计量数为(1)式化学计量数的两倍,(2)式的焓变也是(1)的两倍,故b=2a<0,C错误;(4)式化学计量数为(3)式化学计量数的两倍,(4)式焓变也是(3)的两倍,d=2c<0,D正确。
3.(1)> (2)> (3)> >
解析:(1)物质从固态转化为气态吸收热量,将反应H2(g)+I2(s)2HI(g)和反应H2(g)+I2(g)2HI(g)相减,可得I2(s)I2(g) ΔH=ΔH2-ΔH1>0,则ΔH2>ΔH1。(2)反应①为吸热反应,ΔH1>0,反应②为放热反应,ΔH2<0,则ΔH1>ΔH2。(3)由图可知,反应Ⅰ和反应Ⅱ的反应物总能量都低于生成物总能量,都是吸热反应,则ΔH1>0、ΔH2>0。
能力培养
【典例】 (1)提示:N2O4与偏二甲肼反应的产物为CO2、N2和气态水,1 mol C2H8N2(l)与N2O4(l)完全燃烧放出的热量为×60 g=2 550.0 kJ。该反应的热化学方程式为C2H8N2(l)+2N2O4(l)2CO2(g)+4H2O(g)+3N2(g) ΔH=-2 550.0 kJ·mol-1。
(2)提示:根据盖斯定律,由④+③-①-②×得:H2(l)+O2(l)H2O(g) ΔH=-237.46 kJ·mol-1。
(3)提示:391。由能量变化图示可知,反应N2H4(g)+O2(g)N2(g)+2H2O(g)的ΔH1=-576 kJ·mol-1,根据反应热与键能的关系可知ΔH1=ΔH3-ΔH2=(4a kJ·mol-1+154 kJ·mol-1+500 kJ·mol-1)-(942 kJ·mol-1+4×463 kJ·mol-1)=-576 kJ·mol-1,解得a=391。
迁移应用
1.A 焓变=反应物总键能-生成物总键能。2NO+Cl22ClNO ΔH=630 kJ·mol-1×2+243 kJ·mol-1-(607 kJ·mol-1+a kJ·mol-1)×2=(289-2a)kJ·mol-1,选A。
2.-116
解析:将3个已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由(①+②+③)×2得4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g),则ΔH=2×(ΔH1+ΔH2+ΔH3)=2×(83-20-121)kJ·mol-1=-116 kJ·mol-1。
【随堂演练】
1.C 标准燃烧热是指在101 kPa时,1 mol可燃物完全燃烧时所放出的热量,其数值不随化学计量数改变而改变,A、D错误;物质燃烧时放出热量,标准燃烧热ΔH为负值,B错误。
2.B
3.B ①2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=+571.6 kJ·mol-1;②3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=+129.2 kJ·mol-1;①-②×2得2Fe3O4(s)6FeO(s)+O2(g) ΔH=+313.2 kJ·mol-1,即过程Ⅰ是吸热反应,能量转化形式是太阳能→化学能,A正确,B错误;根据题意可知:H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1×=-285.8 kJ·mol-1,则氢气的标准燃烧热为ΔH=-285.8 kJ·mol-1,C正确;铁氧化合物循环制H2以太阳能为热源,以水为原料,Fe3O4可循环使用,具有成本低的特点,氢气和氧气分步生成,具有产物易分离的优点,D正确。
4.Ⅰ.(1)化学能转化为电能,电能转化为动能
Ⅱ.(2)C2H6(g)+O2(g)2CO2(g)+3H2O(l)
ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1
(3)< 由表格中的数据可知,异丁烷的标准燃烧热比正丁烷的标准燃烧热小,则异丁烷的能量低,即稳定性:正丁烷<异丁烷 (4)H (5)乙烷 (6)2∶1
解析:Ⅰ.(1)由题干信息可知,汽车行驶的过程中,化学能转化为电能,电能又转化为动能。Ⅱ.(2)乙烷的标准燃烧热为1 559.8 kJ·mol-1,所以正确的热化学方程式为C2H6(g)+O2(g)2CO2(g)+3H2O(l) ΔH=-1 559.8 kJ·mol-1。(3)由表格中的数据可知,异丁烷的标准燃烧热比正丁烷的标准燃烧热小,则异丁烷的能量低,即稳定性:正丁烷<异丁烷。(4)由题表数据分析可知,相同质量的燃料,H的质量分数越大,燃烧放热越多。(5)假设都放出Q kJ的热量,乙烷产生的CO2的物质的量为×2 mol= mol,甲醇产生的CO2的物质的量为 mol,故选择乙烷作燃料燃烧产生的CO2少。(6)设氢气为x mol,丙烷为y mol,根据题目有x+y=3,285.8x+2 219.9y=2 791.5,解得x=2,y=1。
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第三课时 能源的充分利用
1.理解标准燃烧热的概念,掌握有关标准燃烧热的计算。
2.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用,能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。
3.掌握ΔH的大小比较方法。
知识点一 能源的充分利用
1.衡量燃料燃烧时释放的热的物理量
标准燃烧热
在101 kPa下, 物质 燃烧的反应热叫做该物质的标准燃烧热,单位为kJ•mol-1
热值
在101 kPa下, 物质完全燃烧的反应热叫做该物质的热值,单位为
2.对标准燃烧热的理解
一个条件
101 kPa
一个标准
1 mol可燃物
两个要求
完全燃烧、生成稳定物质,如N→ 、C→ 、H→ 等
【教材挖掘】
(1)标准燃烧热概念中强调“完全燃烧的纯物质的物质的量必须为1 mol”。那么1 mol硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的标准燃烧热吗?
(2)可燃物的物质的量发生变化,其标准燃烧热变吗?
3.表示标准燃烧热的热化学方程式
由于标准燃烧热是以 物质完全燃烧的反应热来定义的,因此在书写表示标准燃烧热的热化学方程式时,可燃物的化学计量数必须为 ,以此来配平其余物质的化学计量数。
例如:H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ•mol-1。
4.能源
(1)概念:可以提供能量的自然资源。
(2)分类
1.下列热化学方程式中的反应热是否为标准燃烧热?请说明原因。
①CH4(g)+O2(g)CO(g)+2H2O(l) ΔH=-607.3 kJ•mol-1
②H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-184.6 kJ•mol-1
2.石墨和金刚石都是碳的单质,它们的标准燃烧热是否相等?为什么?
3.已知常温常压下,石油加工产品——汽油的成分之一辛烷(C8H18)、天然气的主要成分甲烷(CH4)和氢气的标准燃烧热分别为5 518 kJ•mol-1、890.3 kJ•mol-1、285.8 kJ•mol-1,结合标准燃烧热数据,从单位质量完全燃烧放出的热量、资源储量、来源、环保等多种角度分析氢气作为新能源的优点。
1.下列有关标准燃烧热的说法中正确的是( )
A.1 mol可燃物燃烧放出的热量是标准燃烧热
B.H2(g)+Cl2(g)2HCl(g) ΔH=-184 kJ•mol-1,则H2的标准燃烧热ΔH=-184 kJ•mol-1
C.在25 ℃、101 kPa时,1 mol S(s)转化成SO3(g)的反应热即为S(s)的标准燃烧热
D.2C8H18(l)+25O2(g)16CO2(g)+18H2O(l) ΔH=-11 036 kJ•mol-1,则C8H18(l)的标准燃烧热ΔH=-5 518 kJ•mol-1
题后点拨
判断表示标准燃烧热的热化学方程式的正误
“一看”可燃物的化学计量数是否为1。
“二看”元素完全燃烧生成的物质是否正确。
“三看”ΔH的数值和单位是否正确。
2.已知下列热化学方程式:
①H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ•mol-1;
②H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=-241.8 kJ•mol-1;
③C(g)+O2(g)CO(g) ΔH=-110.5 kJ•mol-1;
④C(g)+O2(g)CO2(g) ΔH=-393.5 kJ•mol-1。
回答下列问题:
(1)上述反应中属于放热反应的是 。
(2)H2的标准燃烧热ΔH= ;C的标准燃烧热ΔH= 。
(3)燃烧10 g H2生成液态水,放出的热量为 。
(4)CO的标准燃烧热ΔH= ;其热化学方程式为
。
知识点二 ΔH大小的比较
1.看符号比较ΔH
吸热反应ΔH>0,放热反应ΔH<0,可判断吸热反应的ΔH>放热反应的ΔH。
2.看化学计量数比较ΔH
同一化学反应:ΔH与化学计量数成正比。
如:H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH1=-a kJ•mol-1
2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH2=-b kJ•mol-1
可判断:b=2a,所以ΔH1 ΔH2。
3.看物质的聚集状态比较ΔH
(1)同一反应,生成物的聚集状态不同
如:A(g)+B(g)C(g) ΔH1<0
A(g)+B(g)C(l) ΔH2<0
由物质的能量(E)的大小知热量:Q1 Q2,反应为放热反应,所以ΔH1 ΔH2。
(2)同一反应,反应物的聚集状态不同
如:S(g)+O2(g)SO2(g) ΔH1
S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH2
由物质的能量(E)的大小知热量:Q1 Q2,反应为放热反应,则ΔH1 ΔH2。
4.看反应之间的联系比较ΔH
如:C(s)+O2(g)CO2(g) ΔH1
C(s)+O2(g)CO(g) ΔH2
可判断:C(s)CO2(g),
C(s)CO(g)CO2(g);
ΔH2+ΔH3=ΔH1,又因为ΔH3<0,所以ΔH2 ΔH1。
5.看可逆反应比较ΔH
如:工业生产硫酸过程中,SO2在接触室中被催化氧化为SO3,已知该反应为可逆反应,现将2 mol SO2、1 mol O2充入一密闭容器中充分反应后,放出的热量为98.3 kJ,2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH=-Q kJ•mol-1,则Q 98.3。
6.看中和反应的酸碱比较ΔH
生成1 mol H2O时:强酸和强碱的稀溶液的中和反应反应热ΔH=-57.3 kJ•mol-1;弱酸、弱碱电离时吸热,反应时放出的总热量小于57.3 kJ;浓硫酸稀释时放热,反应时放出的总热量大于57.3 kJ。
1.强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热化学方程式为H+(aq)+OH-(aq)H2O(l) ΔH=-57.3 kJ•mol-1。进行中和反应反应热的测定时,保持其他条件相同,使用以下4组酸碱组合:①稀盐酸、NaOH溶液;②浓硫酸、NaOH溶液;③醋酸溶液、氨水;④稀硫酸、NaOH溶液,则测得的中和反应反应热ΔH的大小顺序为( )
A.②>①=④>③ B.②>④>①>③
C.③>①>④>② D.③>①=④>②
2.(教材改编题)已知:(1)H2(g)+O2(g)H2O(g) ΔH=a kJ•mol-1
(2)2H2(g)+O2(g)2H2O(g) ΔH=b kJ•mol-1
(3)H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=c kJ•mol-1
(4)2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH=d kJ•mol-1
下列关系式中正确的是( )
A.a<c<0 B.b>d>0
C.2a=b>0 D.2c=d<0
3.比较下列反应热的大小:
(1)已知反应H2(g)+I2(g)2HI(g) ΔH1和反应H2(g)+I2(s)2HI(g) ΔH2,则ΔH2 (填“>”“<”或“=”)ΔH1。
(2)二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ΔH,一般认为通过如下步骤来实现。①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g) ΔH1;②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH2;
体系能量变化如图所示。
则ΔH1 (填“>”“<”或“=”)ΔH2。
(3)335 ℃时,在恒容密闭容器中,1 mol C10H18(l)催化脱氢的反应过程如下。
反应Ⅰ:C10H18(l)C10H12(l)+3H2(g) ΔH1
反应Ⅱ:C10H12(l)C10H8(l)+2H2(g) ΔH2
则ΔH1 (填“>”“<”或“=”,下同)0、ΔH2 0。
题后点拨
比较反应热大小的四个注意要点
(1)反应物和生成物的状态:
物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系。
(2)ΔH的符号:比较反应热的大小时,不要只比较ΔH数值的大小,还要考虑其符号。
(3)参加反应的物质的量:当反应物和生成物的状态相同时,参加反应的物质的量越多,放热反应的ΔH越小,吸热反应的ΔH越大。
(4)反应的程度:参加反应的物质的量和状态相同时,反应的程度越大,热量变化越大。
能力培养 热化学方程式的书写和反应焓变的计算
我国在酒泉卫星发射中心用长征二号F遥二十二运载火箭,成功将神舟二十二号飞船发射升空,飞船顺利入预。
(1)长征二号F遥二十二运载火箭的一子级、助推器和二子级使用液态四氧化二氮和液态偏二甲肼(C2H8N2)作为推进剂。N2O4与偏二甲肼燃烧产物只有CO2(g)、H2O(g)、N2(g),并放出大量热,已知10.0 g液态偏二甲肼与液态四氧化二氮完全燃烧可放出425 kJ热量,书写该反应的热化学方程式。
(2)火箭的推进剂有多种,部分火箭使用的是效能更高的液氢和液氧作为推进剂。已知:
①H2(g)H2(l) ΔH=-0.92 kJ•mol-1
②O2(g)O2(l) ΔH=-6.84 kJ•mol-1
③H2O(l)H2O(g) ΔH=44.0 kJ•mol-1
④H2(g)+O2(g)H2O(l) ΔH=-285.8 kJ•mol-1
写出液氢和液氧生成气态水的热化学方程式。
(3)肼(N2H4)常用作火箭燃料。
肼(H2N—NH2)的有关化学反应的能量变化如图所示:
计算下表中的a值。
化学键
N—N
OO
N≡N
O—H
N—H
键能/(kJ•mol-1)
154
500
942
463
a
规律方法
反应热计算的方法
计算依据
计算方法
根据盖斯定律
将两个或两个以上的热化学方程式(包括ΔH)相加或相减(必要的时候,在热化学方程式相加或相减之前需要乘以或除以一个数),从而得到一个新的热化学方程式
根据标准燃烧热
可燃物完全燃烧产生的热量=可燃物的物质的量×其标准燃烧热
根据中和反应反应热
中和反应放出的热量=n(H2O)×|ΔH|
根据化学键的变化
ΔH=反应物的化学键断裂时所吸收的总能量-生成物的化学键形成时所释放的总能量
根据反应物和生成物的总能量
ΔH=E(生成物)-E(反应物)
根据图像
ΔH=(a-b)kJ•mol-1=-c kJ•mol-1
ΔH=(a-b)kJ•mol-1=c kJ•mol-1
【迁移应用】
1.已知几种化学键的键能数据,N≡O:630 kJ•mol-1;Cl—Cl:243 kJ•mol-1;Cl—N:a kJ•mol-1;NO:607 kJ•mol-1,则反应2NO+Cl2⇌2ClNO的ΔH为 (ClNO的结构式为Cl—NO)( )
A.(289-2a)kJ•mol-1
B.(a-243)kJ•mol-1
C.(2a+341)kJ•mol-1
D.(896-2a)kJ•mol-1
2.Deacon直接氧化法制氯气可按下列催化过程进行:
CuCl2(s)CuCl(s)+Cl2(g) ΔH1=83 kJ•mol-1
CuCl(s)+O2(g)CuO(s)+Cl2(g) ΔH2=-20 kJ•mol-1
CuO(s)+2HCl(g)CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ•mol-1
则4HCl(g)+O2(g)2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH= kJ•mol-1。
1.对于标准燃烧热,下列叙述正确的是( )
A.在25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质燃烧时所放出的热量,叫做该物质的标准燃烧热
B.反应热有正、负之分,标准燃烧热ΔH全部是正值
C.25 ℃、101 kPa时,1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的物质时所放出的热量即为该物质的标准燃烧热
D.化学方程式前的化学计量数扩大,标准燃烧热亦扩大
2.下列两组热化学方程式中,有关ΔH的比较正确的是( )
①CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(g) ΔH1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l) ΔH2
②2H2S(g)+3O2(g)2SO2(g)+2H2O(l) ΔH3
2H2S(g)+O2(g)2S(s)+2H2O(l) ΔH4
A.ΔH1>ΔH2;ΔH3>ΔH4
B.ΔH1>ΔH2;ΔH3<ΔH4
C.ΔH1=ΔH2;ΔH3<ΔH4
D.ΔH1<ΔH2;ΔH3>ΔH4
3.已知:2H2O(l)2H2(g)+O2(g) ΔH=571.6 kJ•mol-1。
以太阳能为热源分解Fe3O4,经热化学铁氧化合物循环分解水制H2的图示与过程如下:
过程Ⅰ:……
过程Ⅱ:3FeO(s)+H2O(l)H2(g)+Fe3O4(s) ΔH=129.2 kJ•mol-1
下列说法错误的是( )
A.该过程Ⅰ能量转化形式是太阳能→化学能
B.过程Ⅰ热化学方程式为Fe3O4(s)3FeO(s)+O2(g) ΔH=-156.6 kJ•mol-1
C.氢气的标准燃烧热为ΔH=-285.8 kJ•mol-1
D.铁氧化合物循环制H2,具有成本低、产物易分离等优点
4.燃料电池电动汽车是利用氢气、甲醇、天然气(主要成分为甲烷)、汽油等燃料和空气中的氧气在催化剂的作用下在燃料电池中经电化学反应产生的电能,并作为主要动力源驱动的汽车。
Ⅰ.(1)汽车行驶的过程中,能量的转化形式为
。
Ⅱ.利用下表数据回答下列问题:
燃料
标准燃烧热/(kJ•mol-1)
燃料
标准燃烧热/(kJ•mol-1)
氢气
285.8
甲醇(CH3OH)
726.51
甲烷(CH4)
890.3
正丁烷(CH3CH2CH2CH3)
2 878.0
乙烷(C2H6)
1 559.8
异丁烷
2 869.6
丙烷(C3H8)
2 219.9
(2)表示乙烷标准燃烧热的热化学方程式为
。
(3)稳定性:正丁烷 异丁烷(填“>”“<”或“=”);原因
。
(4)相同质量的燃料, (填“C”或“H”)的质量分数越大,燃烧放出的热量越多。
(5)二氧化碳是重要的温室气体,从环保角度分析,放出相同的热量时选择 (填“乙烷”或“甲醇”)作为燃料产生的CO2较少。
(6)现有氢气和丙烷混合气体3 mol,完全燃烧共产生2 791.5 kJ的热量,则氢气和丙烷的物质的量之比为 。
完成课后作业 专题1 第一单元 第三课时
8 / 8
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