資源簡介

化學　必修 第二冊(蘇教)
第二課時　化學反應中能量變化的原因　燃料燃燒
　1．能從定性與定量、宏觀與微觀相結合的角度理解化學反應中的能量變化，能進行一些簡單的能量變化計算。2．認識提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料的重要性。3．能利用化學反應中的能量變化解決生產、生活中的簡單問題，促進“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)的發(fā)展。
一、化學反應中能量變化的原因
1．化學反應中能量變化與化學鍵的關系(微觀探析)
(1)化學反應過程
(2)化學反應中能量變化的實質
2．化學反應中能量變化的決定因素(宏觀辨識)
宏觀解釋
能量變化示意圖
由能量變化示意圖知
(1)反應吸收能量而使體系內能量升高。ΔH為正值，即ΔH>0。
(2)反應放出能量而使體系內能量降低。ΔH為負值，即ΔH<0。
二、燃料燃燒釋放的能量
1．熱值
(1)定義：在一定條件下單位質量的可燃物完全燃燒所放出的熱。
(2)應用：熱值可用于比較單位質量的燃料燃燒放出熱量的多少，是燃料燃燒釋放的能量的直觀反映。
2．提高燃料的使用效率
(1)當今世界上使用最多的能源是化石燃料，包括：煤、石油、天然氣。
(2)化石燃料存在的問題
①煤等化石燃料的燃燒常伴隨著大量煙塵、CO、SO2、氮氧化物(NOx)等有毒有害物質的排放，污染環(huán)境。
②燃料燃燒過程中，一般只有約的能量可以實現(xiàn)有效轉化，燃料使用效率不高。
(3)解決燃料燃燒中存在問題的研究方向
①節(jié)約現(xiàn)有的能源，尤其是減少作為燃料的煤和石油的開采。
②提高燃料的使用效率，通過化學方法將化石燃料轉化為潔凈燃料。
③積極開發(fā)氫能、水能、太陽能、風能等潔凈、高效的新能源。
三、氫燃料的應用前景
1．氫氣的特點
(1)氫氣的熱值在普通燃料中是最高的。
(2)燃燒產物是水，不污染環(huán)境，是一種清潔燃料。
(3)密度小、熔點低、難液化，貯存液氫的容器要求高。
2．應用前景
(1)常用液氫作運載火箭的燃料。
(2)氫燃料混合動力有軌電車。
(3)氫燃料電池。
　判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)只要有化學鍵的斷裂，一定發(fā)生化學反應。(　　)
(2)斷裂化學鍵放出能量，形成新化學鍵則吸收能量。(　　)
(3)氫氣的熱值較高，是目前主要的能源。(　　)
(4)我國目前使用燃料效率不高，而且引起的污染大。(　　)
(5)利用太陽光催化分解水制氫是一種理想的制氫手段。(　　)
(6)化石燃料在任何條件下都能充分燃燒。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×
材料一　氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗澜缟显S多國家和地區(qū)已經廣泛開展了氫能研究。氫氣燃燒生成水蒸氣的能量變化如圖所示： 材料二　華東理工大學材料科學與工程學院楊化桂教授課題組在太陽能光解水領域取得重要進展，以金屬性光催化材料氮化鎢為催化劑，光解水獲得H2和O2，獲取氫能源。 [問題探究] 1．氫氣在氧氣中燃燒時，化學能轉化成哪些形式的能量？ 提示：氫氣在氧氣中燃燒時，化學能轉化為熱能、光能等。 2．根據(jù)氫氣燃燒生成水蒸氣的能量變化圖判斷反應2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)是吸熱反應還是放熱反應？ 提示：斷裂2 mol H2(g)和1 mol O2(g)中的化學鍵吸收的總能量為2×436 kJ＋249 kJ×2＝1370 kJ，形成2 mol H2O(g)中的化學鍵釋放的總能量為926 kJ×2＝1852 kJ，形成生成物中化學鍵釋放的總能量大于斷裂反應物中化學鍵吸收的總能量，故反應2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)是放熱反應。 3．太陽能光解水的過程中，主要發(fā)生的能量轉化形式是什么？ 提示：太陽能轉化為化學能。 4．氫能是公認的新型清潔能源，推測氫能具有哪些優(yōu)點和缺點？ 提示：氫能的優(yōu)點是原料豐富，熱值高；燃燒產物是水，無污染。缺點是制備氫氣的能耗高，氫氣的貯存和運輸不方便等。
知識點一　反應熱的簡單計算與比較
1．計算ΔH的三種方法
(1)根據(jù)熱化學方程式進行計算
ΔH和化學方程式中的化學計量數(shù)成正比。
(2)根據(jù)反應物和生成物的鍵能計算
ΔH＝反應物的總鍵能－生成物的總鍵能。
[注意]　計算時要注意化學計量數(shù)與共價鍵總數(shù)的關系，如1 mol H2O中含有2 mol H—O鍵。不能都按1 mol計算，要按實際配平的反應方程式計算反應物或生成物的總鍵能。
(3)根據(jù)反應物和生成物的總能量計算
ΔH＝生成物的總能量－反應物的總能量。
2．反應熱的比較
可燃物完全燃燒放出的熱量大于不完全燃燒放出的熱量。可燃物完全燃燒是指生成物為穩(wěn)定的氧化物，即C元素→CO2(g)，H元素→H2O(l)，S元素→SO2(g)。
[注意]　比較熱化學方程式中ΔH的大小時，必須帶正、負號比較。對于放熱反應，ΔH越小，放熱越多；對于吸熱反應，ΔH越大，吸熱越多。對于反應熱的比較，應注意是比較ΔH的大小還是比較反應放出(吸收)的熱量的大小，注意ΔH與|ΔH|的區(qū)別。
[知識拓展]　
1．一般來說，共價鍵的鍵能越大，該共價鍵越牢固；對于組成和結構相似的物質，其所含共價鍵的鍵能越大，物質越穩(wěn)定。
2．物質的穩(wěn)定性與其所具有的能量的高低密切相關。物質具有的能量越低越穩(wěn)定，參加反應時，化學鍵斷裂時吸收的能量就越多，而形成該物質時放出的能量也越多。反之，物質具有的能量越高越不穩(wěn)定，參加反應時，化學鍵斷裂時吸收的能量就越少，而形成該物質時放出的能量也越少。
1．H2＋Cl2===2HCl的反應過程如圖所示：
(1)根據(jù)上圖填寫下表：
化學鍵 能量變化
斷裂或形成1 mol化學鍵時 反應中能量變化
Cl—Cl 吸收243 kJ 共吸收______kJ
H—H 吸收436 kJ
H—Cl 放出431 kJ 共放出______kJ
(2)該反應________(填“放出”或“吸收”)________kJ熱量。
答案：(1)679　862　(2)放出　183
2．下列各組熱化學方程式中，化學反應的ΔH前者大于后者的是________(填序號)。
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2
②S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH4
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH7
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s)　ΔH8
⑤N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH9
2NH3(g)??N2(g)＋3H2(g)　ΔH10
答案：②③④
解析：①中1 mol C(s)完全燃燒生成CO2比不完全燃燒生成CO放出的熱量多，|ΔH1|>|ΔH2|，但ΔH1、ΔH2均小于0，故ΔH1<ΔH2；②中由S(s)→S(g)要吸收熱量，所以S(g)燃燒放出的熱量多，由于ΔH3、ΔH4均小于0，故ΔH3>ΔH4；③中ΔH6＝2ΔH5，由于ΔH6、ΔH5均小于0，所以ΔH5>ΔH6；④中ΔH7>0(吸熱反應)，而ΔH8<0(放熱反應)，所以ΔH7>ΔH8；⑤中N2與H2的化合反應是放熱反應，ΔH9<0，其逆反應是吸熱反應，ΔH10>0，所以ΔH9<ΔH10。
知識點二　燃料燃燒
1．燃料燃燒釋放的熱量
(1)特點
質量相同的不同燃料，由于它們的熱值不同，完全燃燒后放出的熱量不相同。
(2)計算方法
燃料燃燒放出的熱量＝生成物中形成化學鍵放出的總能量－反應物中斷裂化學鍵吸收的總能量。
2．燃料充分燃燒的條件
(1)要有足夠多的空氣。
(2)燃料與空氣要有足夠大的接觸面積。
3．常規(guī)能源與新型能源
(1)常規(guī)能源：煤、石油、天然氣等。
(2)新型能源：新能源一般是指在新技術基礎上加以開發(fā)利用的可再生能源，包括：太陽能、生物質能、水能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能等；此外還有氫能、沼氣、酒精、甲醇等。
(3)重點開發(fā)的能源：太陽能、風能、生物質能、潮汐能、地熱能、氫能和核能等。
4．提高燃料燃燒效率的措施及意義
(1)提高燃料的燃燒效率的措施
①盡可能使燃料充分燃燒，提高能量的轉化率。關鍵是燃料與空氣或氧氣要盡可能充分接觸，且空氣要適當過量。
②盡可能充分利用燃料燃燒所釋放出的熱能，提高熱能的利用率。
(2)提高燃料的燃燒效率的意義在于節(jié)約能源、節(jié)約資源、減少污染。
3．下列措施可以提高燃料燃燒效率的是(　　)
①提高燃料的著火點　②降低燃料的著火點　③將固體燃料粉碎　④將液體燃料霧化處理　⑤將煤進行氣化處理　⑥通入適當過量的空氣
A．①③④ B．②⑤⑥
C．③④⑤⑥ D．②③④⑥
答案：C
4．氫氣是21世紀極有前途的新能源，是各國研究的熱點之一。氫能開發(fā)的首要問題是研究如何以水為原料制取氫氣。以下研究方向中你認為可行的是(　　)
A．大量建設水電站，用電能分解水制取氫氣
B．設法將太陽能聚焦，產生高溫，使水分解產生氫氣
C．尋找更多的化石燃料，利用其燃燒放熱，使水分解產生氫氣
D．尋找特殊化學物質，用于開發(fā)廉價清潔能源，以分解水制取氫氣
答案：B
本課總結
自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
隨堂提升
1．下列有關能源的說法不正確的是(　　)
A．化石能源物質內部貯存著大量的能量
B．植物的光合作用使太陽能轉化為化學能
C．利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節(jié)約資源保護環(huán)境
D．燃料燃燒時只是將化學能轉化為熱能
答案：D
2．一種生產和利用氫能的途徑如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A．氫能屬于二次能源
B．圖中能量轉化的方式至少有6種
C．太陽能電池把電能轉化為太陽能
D．太陽能、風能、氫能都屬于新能源
答案：C
解析：氫能是利用太陽能等產生的，故屬于二次能源，A正確；圖中涉及的能量轉化方式有太陽能、風能、水能轉化為電能，電能與化學能的相互轉化，電能與光能、熱能的轉化等，B正確；太陽能電池把太陽能轉化為電能，C錯誤；太陽能、風能、氫能都屬于新能源，D正確。
3．鎂粉在火星上可以扮演地球上煤的角色，反應Mg＋CO2MgO＋CO可以為火星上的采礦車、電站等提供熱能。下列關于該反應的說法中，不正確的是(　　)
A．屬于放熱反應
B．反應物的總能量低于生成物的總能量
C．屬于氧化還原反應
D．能量變化與化學鍵的斷裂和形成有關
答案：B
4．小明從表中提供的信息中，得到以下幾個結論，其中正確的是(　　)
燃料 熱值/(J·kg－1) 燃料 熱值/(J·kg－1或J·m－3)
柴油 4．3×107 焦炭 3．0×107
酒精 3．0×107 氨 1．4×108
汽油 4．6×107 煤氣 3．9×107
木炭 3．4×107 沼氣 1．9×107
A．熱值大的燃料燃燒時放出的熱量多
B．1千克汽油燃燒時放出的熱量是4．6×107 J
C．木炭燃燒不充分時其熱值會變小
D．2 m3的沼氣完全燃燒時放出的熱量是3．8×107 J
答案：D
解析：未給出燃料質量，則不能只由熱值比較放出的熱量，故A錯誤；汽油的熱值為4．6×107 J·kg－1，則1千克汽油完全燃燒時放出的熱量是4．6×107 J，若不完全燃燒放出的熱量減少，故B錯誤；熱值為一定條件下單位質量的可燃物完全燃燒放出的熱量，不完全燃燒時放出的熱量不是熱值，故C錯誤。
5．如圖所示，ΔH1＝－393．5 kJ·mol－1，ΔH2＝－395．4 kJ·mol－1，下列說法或表示正確的是(　　)
A．C(石墨，s)===C(金剛石，s)，該反應的ΔH為負值
B．石墨的穩(wěn)定性弱于金剛石
C．石墨和金剛石的轉化是物理變化
D．1 mol石墨的總鍵能比1 mol金剛石的總鍵能大1．9 kJ
答案：D
解析：根據(jù)題圖，金剛石的能量大于石墨的能量，C(石墨，s)===C(金剛石，s)反應吸熱，該反應的ΔH為正值，故A錯誤；根據(jù)題圖，金剛石的能量大于石墨的能量，能量越低越穩(wěn)定，所以石墨的穩(wěn)定性強于金剛石，故B錯誤；石墨和金剛石是兩種不同的物質，石墨和金剛石的轉化是化學變化，故C錯誤。
課時分層練
題號 1 2 3 4 5 6 7
難度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
對點 能源 能源的利用 化學反應的能量變化 能源的利用 化學鍵與化學反應能量變化的關系 能源的利用 化學反應與能量變化的圖像分析
題號 8 9 10 11 12 13
難度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★
對點 化學鍵與化學反應能量變化的關系 熱值、熱化學方程式的正誤判斷 與熱化學方程式有關的計算 化學反應能量變化的實質 反應熱的計算與比較 氫能、化學反應能量變化的實質
[學習·理解]
1．人類對于能源的利用大致可以分為三個時代：柴草能源時代、化石能源時代、多能源結構時代。以下說法正確的是(　　)
A．原始社會人類學會利用火，他們以天然氣取暖，吃熟食，從事生產活動
B．目前我國能源以太陽能為主
C．核能、太陽能、氫能等都是新能源
D．我國化石能源豐富，應不斷開發(fā)化石能源滿足社會經濟發(fā)展需要
答案：C
2．下列有關太陽能的利用方式以及列舉的實例錯誤的是(　　)
A．直接利用太陽輻射能的基本方式有四種：光—熱轉換、光—電轉換、光—化學能轉換和光—生物質能轉換
B．太陽能熱水器是光—熱轉換
C．綠色植物進行的光合作用是光—生物質能轉換，它的本質是光—化學能轉換
D．將電能通過用電器進行照明的過程是光—電能轉換
答案：D
3．某化學反應的能量變化如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．該反應一定需要加熱才能發(fā)生
B．該反應的反應物的總能量比生成物的低
C．該反應斷開化學鍵吸收的能量比形成化學鍵放出的能量多
D．該反應(A2＋B2===2AB)是放熱反應
答案：D
4．下列說法中，不正確的是(　　)
A．光合作用是將光能轉化為化學能的有效途徑
B．煤、石油、天然氣都是可再生的化石燃料
C．用植物秸稈制沼氣是有效利用生物質能的方式之一
D．開發(fā)氫能、太陽能、風能、生物質能等是實現(xiàn)“低碳生活”的有效途徑
答案：B
5．已知斷開1 mol H—H鍵吸收的能量為436 kJ，形成1 mol H—N鍵放出的能量為391 kJ，根據(jù)化學方程式N2＋3H22NH3，反應完1 mol N2放出的能量為92．4 kJ，則斷開1 mol N≡N鍵需吸收的能量是(　　)
A．431 kJ B．945．6 kJ
C．649 kJ D．869 kJ
答案：B
6．為消除燃料燃燒時產生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機，有關專家提出了利用太陽能制取氫能的構想，如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．H2O的分解反應是放熱反應
B．氫能源已被普遍使用
C．2 mol H2O的總能量低于2 mol H2和1 mol O2的總能量
D．氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值
答案：C
解析：水分解生成氫氣和氧氣是吸熱反應，說明2 mol H2O的總能量低于2 mol H2和1 mol O2的總能量。因H2不易貯存和運輸，所以氫能源利用并未普及，但發(fā)展前景廣闊。
7．如圖所示，有關化學反應和能量變化的說法正確的是(　　)
A．圖甲表示的是吸熱反應的能量變化
B．圖甲不需要加熱就能發(fā)生，圖乙一定需要加熱才能發(fā)生
C．圖甲可以表示C與CO2反應生成CO的能量變化
D．圖乙中反應物比生成物穩(wěn)定
答案：D
解析：圖甲中反應物的總能量大于生成物的總能量，為放熱反應，A錯誤；反應是放熱還是吸熱與反應條件沒有必然關系，B錯誤；C與CO2反應生成CO的反應是吸熱反應，圖甲表示的是放熱反應，C錯誤；物質具有的能量越低越穩(wěn)定，圖乙中反應物的總能量較低，更穩(wěn)定，D正確。
8．SF6是一種優(yōu)良的絕緣氣體，分子結構中只存在S—F鍵。已知：1 mol S(s)轉化為氣態(tài)硫原子吸收能量280 kJ，斷裂1 mol F—F鍵、S—F鍵需吸收的能量分別為160 kJ、330 kJ。則反應S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的ΔH為(　　)
A．－450 kJ·mol－1 B．＋430 kJ·mol－1
C．－1220 kJ·mol－1 D．－1780 kJ·mol－1
答案：C
解析：根據(jù)SF6分子結構中只存在S—F鍵可知，1 mol SF6分子中含有6 mol S—F鍵，則ΔH＝反應物的鍵能總和－生成物的鍵能總和＝280 kJ·mol－1＋3×160 kJ·mol－1－6×330 kJ·mol－1＝－1220 kJ·mol－1。
[應用·實踐]
9．25 ℃、101 kPa下，煤炭、氫氣、天然氣和甲醇(CH3OH)等幾種燃料的熱值依次是33 kJ·g－1、143 kJ·g－1、56 kJ·g－1、23 kJ·g－1，則下列熱化學方程式正確的是(　　)
A．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－396 kJ·mol－1
B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－896 kJ·mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－572 kJ·mol－1
D．CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝736 kJ·mol－1
答案：B
10．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH1＝－572 kJ·mol－1
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH2＝－890 kJ·mol－1
現(xiàn)有H2與CH4的混合氣體112 L(標準狀況)，使其完全燃燒生成CO2和H2O(l)，若實驗測得反應放熱3695 kJ，則原混合氣體中H2與CH4的物質的量之比是(　　)
A．1∶2 B．1∶3
C．1∶4 D．2∶3
答案：B
解析：由題意知，1 mol H2完全燃燒可以放出286 kJ的熱量；1 mol CH4完全燃燒可以放出890 kJ的熱量。現(xiàn)有H2與CH4的混合氣體112 L(標準狀況)，則氣體的總物質的量為5 mol，其完全燃燒后測得反應放熱3695 kJ，則n(H2)＋n(CH4)＝5 mol，286 kJ· mol－1×n(H2)＋890 kJ·mol－1×n(CH4)＝3695 kJ，解之得n(H2)＝1．25 mol、n(CH4)＝3．75 mol，所以H2與CH4的物質的量之比是1∶3。
11．根據(jù)下圖所示N2(g)和O2(g)反應生成NO(g)過程中的能量變化情況，判斷下列說法正確的是(　　)
A．N2(g)與O2(g)反應生成NO(g)是放熱反應
B．2 mol O原子結合生成O2(g)時需要吸收498 kJ能量
C．1 mol NO(g)分子中的化學鍵斷裂時需要吸收632 kJ能量
D．該反應斷開反應物中化學鍵吸收的總能量小于形成生成物中化學鍵釋放的總能量
答案：C
解析：根據(jù)反應熱＝反應物總鍵能－生成物總鍵能，該反應的反應熱為(946＋498－2×632) kJ·mol－1＝180 kJ·mol－1，為吸熱反應，A、D錯誤；O原子結合形成O2需要放熱，B錯誤；斷鍵需要吸熱，由題圖可知，1 mol NO(g)分子中的化學鍵斷裂時需要吸收632 kJ能量，C正確。
12．保護環(huán)境已成為當前和未來的一項全球性重大課題。為解決目前燃料使用過程中的環(huán)境污染問題，并緩解能源危機，有的專家提出利用太陽能促使燃料循環(huán)使用的構想，如圖所示：
請回答下列問題：
(1)過程Ⅰ的能量轉化形式為________能轉化為________能。
(2)上述轉化過程中，ΔH1和ΔH2的關系是________。
(3)斷裂1 mol化學鍵所需的能量見下表：
H—N H—O N≡N O===O
E/kJ·mol－1 393 460 941 499
常溫下，N2與H2O反應生成NH3的熱化學方程式為___________________________________。
答案：(1)太陽　化學　(2)ΔH1＝－ΔH2
(3)2N2(g)＋6H2O(l)===4NH3(g)＋3O2(g)
ΔH＝1189 kJ·mol－1
[創(chuàng)新·提高]
13．氫能是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础ｊP于氫能，根據(jù)要求回答問題：
制備氫氣常采用以下方法：
①電解水法：2H2O2H2↑＋O2↑；
②水煤氣法：C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2OCO2＋H2；
③太陽能光催化分解水法：2H2O2H2↑＋O2↑。
(1)三種方法中最節(jié)能的是________(填序號)。
(2)已知斷裂1 mol H—H、1 mol O===O和1 mol H—O分別需要的能量依次為436 kJ、498 kJ和463 kJ，則理論上3．6 g H2O(g)完全分解，需________(填“放出”或“吸收”)能量________ kJ。下列能正確表示該過程的能量變化示意圖的是________(填字母)。
答案：(1)③　(2)吸收　48．2　C
解析：(2)2 mol H2O(g)完全分解為2 mol H2(g)和1 mol O2(g)，斷鍵吸收的能量為2×2×463 kJ＝1852 kJ，成鍵放出的能量為2×436 kJ＋498 kJ＝1370 kJ，因斷鍵吸收的總能量>成鍵放出的總能量，故該反應為吸熱反應，2 mol H2O(g)反應吸收的能量為1852 kJ－1370 kJ＝482 kJ，則3．6 g(即0．2 mol)H2O(g)反應時吸收的能量為48．2 kJ。化學反應的本質是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，吸熱反應的本質是斷裂反應物中的化學鍵吸收的總能量大于形成生成物中的化學鍵放出的總能量，能正確表示該過程的能量變化示意圖的是C。
1化學　必修 第二冊(蘇教)
第二課時　化學反應中能量變化的原因　燃料燃燒
　1．能從定性與定量、宏觀與微觀相結合的角度理解化學反應中的能量變化，能進行一些簡單的能量變化計算。2．認識提高燃料的燃燒效率、開發(fā)高能清潔燃料的重要性。3．能利用化學反應中的能量變化解決生產、生活中的簡單問題，促進“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)的發(fā)展。
一、化學反應中能量變化的原因
1．化學反應中能量變化與化學鍵的關系(微觀探析)
(1)化學反應過程
(2)化學反應中能量變化的實質
2．化學反應中能量變化的決定因素(宏觀辨識)
宏觀解釋
能量變化示意圖
由能量變化示意圖知
(1)反應吸收能量而使體系內能量 。ΔH為正值，即ΔH 0。
(2)反應放出能量而使體系內能量 。ΔH為負值，即ΔH 0。
二、燃料燃燒釋放的能量
1．熱值
(1)定義：在一定條件下 的可燃物 所放出的熱。
(2)應用：熱值可用于比較單位質量的燃料燃燒放出熱量的多少，是燃料燃燒釋放的能量的直觀反映。
2．提高燃料的使用效率
(1)當今世界上使用最多的能源是化石燃料，包括： 、 、 。
(2)化石燃料存在的問題
①煤等化石燃料的燃燒常伴隨著 、氮氧化物(NOx)等有毒有害物質的排放，污染環(huán)境。
②燃料燃燒過程中，一般只有約的能量可以實現(xiàn)有效轉化，燃料使用效率 。
(3)解決燃料燃燒中存在問題的研究方向
① 現(xiàn)有的能源，尤其是減少作為燃料的煤和石油的開采。
②提高燃料的 ，通過化學方法將化石燃料轉化為潔凈燃料。
③積極開發(fā) 、 、 、 等潔凈、高效的新能源。
三、氫燃料的應用前景
1．氫氣的特點
(1)氫氣的 在普通燃料中是最高的。
(2)燃燒產物是 ，不污染環(huán)境，是一種清潔燃料。
(3)密度 、熔點 、 液化，貯存液氫的容器要求高。
2．應用前景
(1)常用液氫作運載火箭的燃料。
(2)氫燃料混合動力有軌電車。
(3)氫燃料電池。
　判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。
(1)只要有化學鍵的斷裂，一定發(fā)生化學反應。(　　)
(2)斷裂化學鍵放出能量，形成新化學鍵則吸收能量。(　　)
(3)氫氣的熱值較高，是目前主要的能源。(　　)
(4)我國目前使用燃料效率不高，而且引起的污染大。(　　)
(5)利用太陽光催化分解水制氫是一種理想的制氫手段。(　　)
(6)化石燃料在任何條件下都能充分燃燒。(　　)
材料一　氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗澜缟显S多國家和地區(qū)已經廣泛開展了氫能研究。氫氣燃燒生成水蒸氣的能量變化如圖所示： 材料二　華東理工大學材料科學與工程學院楊化桂教授課題組在太陽能光解水領域取得重要進展，以金屬性光催化材料氮化鎢為催化劑，光解水獲得H2和O2，獲取氫能源。 [問題探究] 1．氫氣在氧氣中燃燒時，化學能轉化成哪些形式的能量？ 提示：氫氣在氧氣中燃燒時，化學能轉化為熱能、光能等。 2．根據(jù)氫氣燃燒生成水蒸氣的能量變化圖判斷反應2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)是吸熱反應還是放熱反應？ 提示：斷裂2 mol H2(g)和1 mol O2(g)中的化學鍵吸收的總能量為2×436 kJ＋249 kJ×2＝1370 kJ，形成2 mol H2O(g)中的化學鍵釋放的總能量為926 kJ×2＝1852 kJ，形成生成物中化學鍵釋放的總能量大于斷裂反應物中化學鍵吸收的總能量，故反應2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)是放熱反應。 3．太陽能光解水的過程中，主要發(fā)生的能量轉化形式是什么？ 提示：太陽能轉化為化學能。 4．氫能是公認的新型清潔能源，推測氫能具有哪些優(yōu)點和缺點？ 提示：氫能的優(yōu)點是原料豐富，熱值高；燃燒產物是水，無污染。缺點是制備氫氣的能耗高，氫氣的貯存和運輸不方便等。
知識點一　反應熱的簡單計算與比較
1．計算ΔH的三種方法
(1)根據(jù)熱化學方程式進行計算
ΔH和化學方程式中的化學計量數(shù)成正比。
(2)根據(jù)反應物和生成物的鍵能計算
ΔH＝反應物的總鍵能－生成物的總鍵能。
[注意]　計算時要注意化學計量數(shù)與共價鍵總數(shù)的關系，如1 mol H2O中含有2 mol H—O鍵。不能都按1 mol計算，要按實際配平的反應方程式計算反應物或生成物的總鍵能。
(3)根據(jù)反應物和生成物的總能量計算
ΔH＝生成物的總能量－反應物的總能量。
2．反應熱的比較
可燃物完全燃燒放出的熱量大于不完全燃燒放出的熱量。可燃物完全燃燒是指生成物為穩(wěn)定的氧化物，即C元素→CO2(g)，H元素→H2O(l)，S元素→SO2(g)。
[注意]　比較熱化學方程式中ΔH的大小時，必須帶正、負號比較。對于放熱反應，ΔH越小，放熱越多；對于吸熱反應，ΔH越大，吸熱越多。對于反應熱的比較，應注意是比較ΔH的大小還是比較反應放出(吸收)的熱量的大小，注意ΔH與|ΔH|的區(qū)別。
[知識拓展]　
1．一般來說，共價鍵的鍵能越大，該共價鍵越牢固；對于組成和結構相似的物質，其所含共價鍵的鍵能越大，物質越穩(wěn)定。
2．物質的穩(wěn)定性與其所具有的能量的高低密切相關。物質具有的能量越低越穩(wěn)定，參加反應時，化學鍵斷裂時吸收的能量就越多，而形成該物質時放出的能量也越多。反之，物質具有的能量越高越不穩(wěn)定，參加反應時，化學鍵斷裂時吸收的能量就越少，而形成該物質時放出的能量也越少。
1．H2＋Cl2===2HCl的反應過程如圖所示：
(1)根據(jù)上圖填寫下表：
化學鍵 能量變化
斷裂或形成1 mol化學鍵時 反應中能量變化
Cl—Cl 吸收243 kJ 共吸收______kJ
H—H 吸收436 kJ
H—Cl 放出431 kJ 共放出______kJ
(2)該反應________(填“放出”或“吸收”)________kJ熱量。
2．下列各組熱化學方程式中，化學反應的ΔH前者大于后者的是________(填序號)。
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2
②S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH4
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH7
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s)　ΔH8
⑤N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH9
2NH3(g)??N2(g)＋3H2(g)　ΔH10
知識點二　燃料燃燒
1．燃料燃燒釋放的熱量
(1)特點
質量相同的不同燃料，由于它們的熱值不同，完全燃燒后放出的熱量不相同。
(2)計算方法
燃料燃燒放出的熱量＝生成物中形成化學鍵放出的總能量－反應物中斷裂化學鍵吸收的總能量。
2．燃料充分燃燒的條件
(1)要有足夠多的空氣。
(2)燃料與空氣要有足夠大的接觸面積。
3．常規(guī)能源與新型能源
(1)常規(guī)能源：煤、石油、天然氣等。
(2)新型能源：新能源一般是指在新技術基礎上加以開發(fā)利用的可再生能源，包括：太陽能、生物質能、水能、風能、地熱能、波浪能、洋流能和潮汐能等；此外還有氫能、沼氣、酒精、甲醇等。
(3)重點開發(fā)的能源：太陽能、風能、生物質能、潮汐能、地熱能、氫能和核能等。
4．提高燃料燃燒效率的措施及意義
(1)提高燃料的燃燒效率的措施
①盡可能使燃料充分燃燒，提高能量的轉化率。關鍵是燃料與空氣或氧氣要盡可能充分接觸，且空氣要適當過量。
②盡可能充分利用燃料燃燒所釋放出的熱能，提高熱能的利用率。
(2)提高燃料的燃燒效率的意義在于節(jié)約能源、節(jié)約資源、減少污染。
3．下列措施可以提高燃料燃燒效率的是(　　)
①提高燃料的著火點　②降低燃料的著火點　③將固體燃料粉碎　④將液體燃料霧化處理　⑤將煤進行氣化處理　⑥通入適當過量的空氣
A．①③④ B．②⑤⑥
C．③④⑤⑥ D．②③④⑥
4．氫氣是21世紀極有前途的新能源，是各國研究的熱點之一。氫能開發(fā)的首要問題是研究如何以水為原料制取氫氣。以下研究方向中你認為可行的是(　　)
A．大量建設水電站，用電能分解水制取氫氣
B．設法將太陽能聚焦，產生高溫，使水分解產生氫氣
C．尋找更多的化石燃料，利用其燃燒放熱，使水分解產生氫氣
D．尋找特殊化學物質，用于開發(fā)廉價清潔能源，以分解水制取氫氣
本課總結
自我反思：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
隨堂提升
1．下列有關能源的說法不正確的是(　　)
A．化石能源物質內部貯存著大量的能量
B．植物的光合作用使太陽能轉化為化學能
C．利用太陽能等清潔能源代替化石燃料，有利于節(jié)約資源保護環(huán)境
D．燃料燃燒時只是將化學能轉化為熱能
2．一種生產和利用氫能的途徑如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A．氫能屬于二次能源
B．圖中能量轉化的方式至少有6種
C．太陽能電池把電能轉化為太陽能
D．太陽能、風能、氫能都屬于新能源
3．鎂粉在火星上可以扮演地球上煤的角色，反應Mg＋CO2MgO＋CO可以為火星上的采礦車、電站等提供熱能。下列關于該反應的說法中，不正確的是(　　)
A．屬于放熱反應
B．反應物的總能量低于生成物的總能量
C．屬于氧化還原反應
D．能量變化與化學鍵的斷裂和形成有關
4．小明從表中提供的信息中，得到以下幾個結論，其中正確的是(　　)
燃料 熱值/(J·kg－1) 燃料 熱值/(J·kg－1或J·m－3)
柴油 4．3×107 焦炭 3．0×107
酒精 3．0×107 氨 1．4×108
汽油 4．6×107 煤氣 3．9×107
木炭 3．4×107 沼氣 1．9×107
A．熱值大的燃料燃燒時放出的熱量多
B．1千克汽油燃燒時放出的熱量是4．6×107 J
C．木炭燃燒不充分時其熱值會變小
D．2 m3的沼氣完全燃燒時放出的熱量是3．8×107 J
5．如圖所示，ΔH1＝－393．5 kJ·mol－1，ΔH2＝－395．4 kJ·mol－1，下列說法或表示正確的是(　　)
A．C(石墨，s)===C(金剛石，s)，該反應的ΔH為負值
B．石墨的穩(wěn)定性弱于金剛石
C．石墨和金剛石的轉化是物理變化
D．1 mol石墨的總鍵能比1 mol金剛石的總鍵能大1．9 kJ
課時分層練
題號 1 2 3 4 5 6 7
難度 ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
對點 能源 能源的利用 化學反應的能量變化 能源的利用 化學鍵與化學反應能量變化的關系 能源的利用 化學反應與能量變化的圖像分析
題號 8 9 10 11 12 13
難度 ★★ ★★ ★★ ★★ ★★ ★★★
對點 化學鍵與化學反應能量變化的關系 熱值、熱化學方程式的正誤判斷 與熱化學方程式有關的計算 化學反應能量變化的實質 反應熱的計算與比較 氫能、化學反應能量變化的實質
[學習·理解]
1．人類對于能源的利用大致可以分為三個時代：柴草能源時代、化石能源時代、多能源結構時代。以下說法正確的是(　　)
A．原始社會人類學會利用火，他們以天然氣取暖，吃熟食，從事生產活動
B．目前我國能源以太陽能為主
C．核能、太陽能、氫能等都是新能源
D．我國化石能源豐富，應不斷開發(fā)化石能源滿足社會經濟發(fā)展需要
2．下列有關太陽能的利用方式以及列舉的實例錯誤的是(　　)
A．直接利用太陽輻射能的基本方式有四種：光—熱轉換、光—電轉換、光—化學能轉換和光—生物質能轉換
B．太陽能熱水器是光—熱轉換
C．綠色植物進行的光合作用是光—生物質能轉換，它的本質是光—化學能轉換
D．將電能通過用電器進行照明的過程是光—電能轉換
3．某化學反應的能量變化如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．該反應一定需要加熱才能發(fā)生
B．該反應的反應物的總能量比生成物的低
C．該反應斷開化學鍵吸收的能量比形成化學鍵放出的能量多
D．該反應(A2＋B2===2AB)是放熱反應
4．下列說法中，不正確的是(　　)
A．光合作用是將光能轉化為化學能的有效途徑
B．煤、石油、天然氣都是可再生的化石燃料
C．用植物秸稈制沼氣是有效利用生物質能的方式之一
D．開發(fā)氫能、太陽能、風能、生物質能等是實現(xiàn)“低碳生活”的有效途徑
5．已知斷開1 mol H—H鍵吸收的能量為436 kJ，形成1 mol H—N鍵放出的能量為391 kJ，根據(jù)化學方程式N2＋3H22NH3，反應完1 mol N2放出的能量為92．4 kJ，則斷開1 mol N≡N鍵需吸收的能量是(　　)
A．431 kJ B．945．6 kJ
C．649 kJ D．869 kJ
6．為消除燃料燃燒時產生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機，有關專家提出了利用太陽能制取氫能的構想，如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．H2O的分解反應是放熱反應
B．氫能源已被普遍使用
C．2 mol H2O的總能量低于2 mol H2和1 mol O2的總能量
D．氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值
7．如圖所示，有關化學反應和能量變化的說法正確的是(　　)
A．圖甲表示的是吸熱反應的能量變化
B．圖甲不需要加熱就能發(fā)生，圖乙一定需要加熱才能發(fā)生
C．圖甲可以表示C與CO2反應生成CO的能量變化
D．圖乙中反應物比生成物穩(wěn)定
8．SF6是一種優(yōu)良的絕緣氣體，分子結構中只存在S—F鍵。已知：1 mol S(s)轉化為氣態(tài)硫原子吸收能量280 kJ，斷裂1 mol F—F鍵、S—F鍵需吸收的能量分別為160 kJ、330 kJ。則反應S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的ΔH為(　　)
A．－450 kJ·mol－1 B．＋430 kJ·mol－1
C．－1220 kJ·mol－1 D．－1780 kJ·mol－1
[應用·實踐]
9．25 ℃、101 kPa下，煤炭、氫氣、天然氣和甲醇(CH3OH)等幾種燃料的熱值依次是33 kJ·g－1、143 kJ·g－1、56 kJ·g－1、23 kJ·g－1，則下列熱化學方程式正確的是(　　)
A．C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－396 kJ·mol－1
B．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－896 kJ·mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－572 kJ·mol－1
D．CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝736 kJ·mol－1
10．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH1＝－572 kJ·mol－1
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH2＝－890 kJ·mol－1
現(xiàn)有H2與CH4的混合氣體112 L(標準狀況)，使其完全燃燒生成CO2和H2O(l)，若實驗測得反應放熱3695 kJ，則原混合氣體中H2與CH4的物質的量之比是(　　)
A．1∶2 B．1∶3
C．1∶4 D．2∶3
11．根據(jù)下圖所示N2(g)和O2(g)反應生成NO(g)過程中的能量變化情況，判斷下列說法正確的是(　　)
A．N2(g)與O2(g)反應生成NO(g)是放熱反應
B．2 mol O原子結合生成O2(g)時需要吸收498 kJ能量
C．1 mol NO(g)分子中的化學鍵斷裂時需要吸收632 kJ能量
D．該反應斷開反應物中化學鍵吸收的總能量小于形成生成物中化學鍵釋放的總能量
12．保護環(huán)境已成為當前和未來的一項全球性重大課題。為解決目前燃料使用過程中的環(huán)境污染問題，并緩解能源危機，有的專家提出利用太陽能促使燃料循環(huán)使用的構想，如圖所示：
請回答下列問題：
(1)過程Ⅰ的能量轉化形式為________能轉化為________能。
(2)上述轉化過程中，ΔH1和ΔH2的關系是________。
(3)斷裂1 mol化學鍵所需的能量見下表：
H—N H—O N≡N O===O
E/kJ·mol－1 393 460 941 499
常溫下，N2與H2O反應生成NH3的熱化學方程式為___________________________________。
[創(chuàng)新·提高]
13．氫能是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉础ｊP于氫能，根據(jù)要求回答問題：
制備氫氣常采用以下方法：
①電解水法：2H2O2H2↑＋O2↑；
②水煤氣法：C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2OCO2＋H2；
③太陽能光催化分解水法：2H2O2H2↑＋O2↑。
(1)三種方法中最節(jié)能的是________(填序號)。
(2)已知斷裂1 mol H—H、1 mol O===O和1 mol H—O分別需要的能量依次為436 kJ、498 kJ和463 kJ，則理論上3．6 g H2O(g)完全分解，需________(填“放出”或“吸收”)能量________ kJ。下列能正確表示該過程的能量變化示意圖的是________(填字母)。
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