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第2课时　燃料燃烧释放的能量　氢燃料的应用前景　
【课标定向】
　　1.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用。(科学探究与创新意识)
　　2.能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。(科学态度与社会责任)
【教学建议】
能源问题与生产、生活密切相关,教学时建议采用多媒体展示、引导学生查阅资料、交流讨论等多种教学手段,帮助学生了解我国的能源结构、新能源的发展状况、我国在节能减排方面做出的努力以及未来承担的责任等。
【情境导入】
2024年2月4日,举世瞩目的北京冬奥会在国家体育场“鸟巢”盛大开幕,氢气在开幕式作为燃料点燃了冬奥赛场主火炬,实现奥林匹克精神与绿色、环保进一步结合。氢气是公认的清洁能源,你知道当今世界使用的主要能源是什么吗
学习任务一:燃料燃烧释放的热量　基础理解
【教材认知】
1.热值
(1)热值:指在一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热量。
(2)不同的燃料其组成和结构也不同,燃烧后放出的能量也不同。比较几种不同燃料的热值(见下表):
物质 天然气 石油 煤炭 氢气
热值/(kJ·g-1) 约56 约48 约33 143
其中,氢气热值最大,是最理想的燃料。
2.提高燃料的使用效率
(1)当今世界上使用最多的能源:
化石燃料即煤、石油、天然气。
(2)化石燃料亟待解决的问题:
(3)解决燃料燃烧存在的问题和研究方向:
①节约现有能源;
②提高燃料的使用效率,减少对环境的污染,如把石油、煤等化石燃料转化为洁净燃料;
③开发氢能、水能、太阳能、风能等更清洁、更高效的能源。
[闪问]　可燃物燃烧必须具备的条件是什么
提示:一是温度达到着火点以上;二是可燃物与O2充分接触。
【思考讨论】
1.思考:化石能源在我国的消费结构中占据了相当大的比例,你知道使用化石能源面临哪些问题吗
提示:化石能源是不可再生能源,储量有限、污染较严重。
2.探索:已知下列几种燃料的热值:
物质 天然气(CH4) 氢气(H2)
热值/(kJ·g-1) 约56 143
相同状况下,分别完全燃烧等体积的天然气和氢气,放出热量的比值是多少
提示:完全燃烧等体积的天然气和氢气,放出的热量之比为16×56∶2×143=
448∶143。
【核心总结】
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。
【针对训练】
将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧,这样处理的目的是(　　)
①使煤充分燃烧,提高煤的利用率　②减少SO2的产生,避免造成“酸雨”　③减少有毒的CO产生,避免污染空气　④减少CO2的产生,避免“温室效应”
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②③④
【解析】选A。将煤块粉碎是为了提高煤的利用率;脱硫是为了减少SO2的产生;通入适当过量空气是为了减少CO的产生。
【补偿训练】1.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】选A。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。
2.下列说法正确的是(　　)
A.增加燃料的量,可使燃料的热值增加
B.在一定条件下,1 g碳燃烧所放出的热量为碳的热值
C.由C(石墨,s)→C(金刚石,s)　ΔH=1.9 kJ·mol-1可知,金刚石比石墨稳定
D.等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,前者放出的热量多
【解析】选D。热值指一定条件下单位质量的可燃物完全燃烧所放出的热,A错误;在一定条件下,单位质量的物质完全燃烧所放出的热量叫该物质的热值,未指明碳完全燃烧生成二氧化碳,B错误;比较稳定性应比较其能量的高低,能量越高,物质越不稳定,由C(石墨,s) →C(金刚石,s)　ΔH=1.9 kJ·mol-1可知,金刚石能量高,不稳定,C错误;因为硫固体变为硫蒸气要吸热,所以等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,前者放出的热量多,D正确。
学习任务二:氢燃料的应用前景　基础理解
【教材认知】
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。
4.太阳能及其利用
(1)太阳能转化为化学能
太阳光作用下,植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖,进而生成淀粉、纤维素。
(2)化学能转化为热能
动物摄入体内的淀粉能水解转化为葡萄糖,葡萄糖被氧化生成二氧化碳和水,释放出热,供给生命活动的需要。
【思考讨论】
1.思考:氢气作为一种新型能源,未来发展潜力很大,请分析H2作为新型能源有哪些优点
提示:①生产H2的原料来源广(如水);
②H2的热值高,即单位质量的H2完全燃烧放出的热量多;
③H2的燃烧产物是水,无污染。
2.探索:氢气燃烧只生成水,对环境无污染,符合“低碳”原则,是一种非常理想的洁净燃料,但目前氢能的大规模使用受到限制,你认为最安全高效的氢能源使用方式是什么
提示:最安全高效的使用方式是通过燃料电池将氢能转化为电能。目前,氢能的开发正在引发一场深刻的能源革命,并将可能成为21世纪的主要能源。
【核心总结】
1.氢能源的特点
2.氢能开发利用的困难与解决方法
(1)困难:能耗高、储存和运输困难等。
(2)方法:
①在光分解催化剂存在条件下,在特定的装置中,利用太阳能分解水制氢气。
②利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下分解水释放出氢气。
③发现和应用贮氢材料,解决氢气的储存和运输问题。
【针对训练】
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】选C。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。
【补偿训练】1.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】选A。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。
2.近20年来,对以氢气为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展,为了有效发展民用氢能源,首先必须制得氢气,下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是(　　)
A.电解水
B.锌与稀硫酸反应
C.光解海水
D.以石油、天然气为原料
【解析】选C。制H2的要求为可供开发又较经济,且资源可持续利用,A、B项不经济,D项需要消耗石油、天然气,不可持续利用。
学情检测·素养达标
1.(2024·徐州高一检测)二十一世纪以来,人类一直致力于新能源的开发与利用。下列属于新能源的是(　　)
A.煤炭　　　　　　B.风能
C.天然气 D.石油
【解析】选B。新能源包括太阳能、核能、风能、氢能、地热能等,而煤炭、石油、天然气属于化石燃料。
2.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
【解析】选C。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。
3.利用太阳能,使燃料循环使用有如下构思和方案:
①2CO22CO+O2　②2H2O2H2↑+O2↑　③2N2+6H2O4NH3+3O2　④CO2+2H2OCH4+2O2
实现上述构思和方案的关键是(　　)
A.如何使物质吸收光能转变为其他物质
B.寻找催化剂
C.利用光能
D.利用绿色植物
【解析】选A。分析四个化学反应的特征,其关键都是要利用光能才能进行转变,因此,如何使物质吸收光能转变为其他物质是需要解决的关键问题。
【补偿训练】(等级性要求)氢能是最具前景的清洁能源之一,目前水分解制氢技术及贮氢材料的开发应用都取得了很大进展。已知:2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1。下列说法错误的是(　　)
A.1 mol H2O(l)分解制得1 mol H2(g)需要吸收571.6 kJ的能量
B.氢气作为新能源具有热值高、无污染、资源丰富、可再生等优点
C.贮氢材料具有能大量、快速和高效率吸收和释放氢气的特点
D.利用太阳能光催化分解水制氢是一种理想的制氢手段
【解析】选A。由热化学方程式计算可知,1 mol H2O(l)分解制得1 mol H2(g)需要吸收285.8 kJ的能量,A错误;氢气作为新能源具有热值高、无污染、资源丰富、可再生等优点,B正确;贮氢材料具有能大量、快速和高效率吸收和释放氢气的特点,C正确;利用太阳能光催化分解水制氢是一种理想的制氢手段,能够节省能源,D正确。
4.(选考要求)已知下列几种燃料的热值:
物质 天然气 焦炭 氢气 乙醇
热值/(kJ·g-1) 约56 约33 143 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　　　　　　　　。
答案:(1)④>②>①>③　
【解析】(1)完全燃烧相等物质的量(设为1 mol)的上述物质,放出热量的大小顺序是④>②>①>③。
(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: (2)③>②>①>④
【解析】(2)完全燃烧等质量(设为1 g)的上述物质,放出热量的大小顺序是③>②>①>④。第2课时　燃料燃烧释放的能量　氢燃料的应用前景　
【课标定向】
　　1.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用。(科学探究与创新意识)
　　2.能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。(科学态度与社会责任)
【教学建议】
能源问题与生产、生活密切相关,教学时建议采用多媒体展示、引导学生查阅资料、交流讨论等多种教学手段,帮助学生了解我国的能源结构、新能源的发展状况、我国在节能减排方面做出的努力以及未来承担的责任等。
【情境导入】
2024年2月4日,举世瞩目的北京冬奥会在国家体育场“鸟巢”盛大开幕,氢气在开幕式作为燃料点燃了冬奥赛场主火炬,实现奥林匹克精神与绿色、环保进一步结合。氢气是公认的清洁能源,你知道当今世界使用的主要能源是什么吗
学习任务一:燃料燃烧释放的热量　基础理解
【教材认知】
1.热值
(1)热值:指在一定条件下 的可燃物 所放出的热量。
(2)不同的燃料其组成和结构也不同,燃烧后放出的能量也不同。比较几种不同燃料的热值(见下表):
物质 天然气 石油 煤炭 氢气
热值/(kJ·g-1) 约56 约48 约33 143
其中, 热值最大,是最理想的燃料。
2.提高燃料的使用效率
(1)当今世界上使用最多的能源:
化石燃料即 、 、 。
(2)化石燃料亟待解决的问题:
(3)解决燃料燃烧存在的问题和研究方向:
①节约现有能源;
②提高燃料的使用效率,减少对环境的污染,如把石油、煤等化石燃料转化为洁净燃料;
③开发氢能、水能、 能、风能等更清洁、更高效的能源。
[闪问]　可燃物燃烧必须具备的条件是什么
【思考讨论】
1.思考:化石能源在我国的消费结构中占据了相当大的比例,你知道使用化石能源面临哪些问题吗
2.探索:已知下列几种燃料的热值:
物质 天然气(CH4) 氢气(H2)
热值/(kJ·g-1) 约56 143
相同状况下,分别完全燃烧等体积的天然气和氢气,放出热量的比值是多少
【核心总结】
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。
【针对训练】
将煤块粉碎、经脱硫处理、在适当过量的空气中燃烧,这样处理的目的是(　　)
①使煤充分燃烧,提高煤的利用率　②减少SO2的产生,避免造成“酸雨”　③减少有毒的CO产生,避免污染空气　④减少CO2的产生,避免“温室效应”
A.①②③ B.②③④
C.①③④ D.①②③④
【补偿训练】1.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
2.下列说法正确的是(　　)
A.增加燃料的量,可使燃料的热值增加
B.在一定条件下,1 g碳燃烧所放出的热量为碳的热值
C.由C(石墨,s)→C(金刚石,s)　ΔH=1.9 kJ·mol-1可知,金刚石比石墨稳定
D.等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧,前者放出的热量多
学习任务二:氢燃料的应用前景　基础理解
【教材认知】
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 ,难 ,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 作燃料。
(2)氢燃料混合动力有轨电车。
(3)氢燃料电池。
4.太阳能及其利用
(1)太阳能转化为化学能
太阳光作用下,植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为 ,进而生成淀粉、纤维素。
(2)化学能转化为热能
动物摄入体内的淀粉能水解转化为葡萄糖,葡萄糖被氧化生成 ,释放出 ,供给生命活动的需要。
【思考讨论】
1.思考:氢气作为一种新型能源,未来发展潜力很大,请分析H2作为新型能源有哪些优点
2.探索:氢气燃烧只生成水,对环境无污染,符合“低碳”原则,是一种非常理想的洁净燃料,但目前氢能的大规模使用受到限制,你认为最安全高效的氢能源使用方式是什么
【核心总结】
1.氢能源的特点
2.氢能开发利用的困难与解决方法
(1)困难:能耗高、储存和运输困难等。
(2)方法:
①在光分解催化剂存在条件下,在特定的装置中,利用太阳能分解水制氢气。
②利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下分解水释放出氢气。
③发现和应用贮氢材料,解决氢气的储存和运输问题。
【针对训练】
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
【补偿训练】1.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
2.近20年来,对以氢气为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展,为了有效发展民用氢能源,首先必须制得氢气,下列可供开发又较经济且资源可持续利用的制氢气的方法是(　　)
A.电解水
B.锌与稀硫酸反应
C.光解海水
D.以石油、天然气为原料
学情检测·素养达标
1.(2024·徐州高一检测)二十一世纪以来,人类一直致力于新能源的开发与利用。下列属于新能源的是(　　)
A.煤炭　　　　　　B.风能
C.天然气 D.石油
2.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
3.利用太阳能,使燃料循环使用有如下构思和方案:
①2CO22CO+O2　②2H2O2H2↑+O2↑　③2N2+6H2O4NH3+3O2　④CO2+2H2OCH4+2O2
实现上述构思和方案的关键是(　　)
A.如何使物质吸收光能转变为其他物质
B.寻找催化剂
C.利用光能
D.利用绿色植物
【补偿训练】(等级性要求)氢能是最具前景的清洁能源之一,目前水分解制氢技术及贮氢材料的开发应用都取得了很大进展。已知:2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1。下列说法错误的是(　　)
A.1 mol H2O(l)分解制得1 mol H2(g)需要吸收571.6 kJ的能量
B.氢气作为新能源具有热值高、无污染、资源丰富、可再生等优点
C.贮氢材料具有能大量、快速和高效率吸收和释放氢气的特点
D.利用太阳能光催化分解水制氢是一种理想的制氢手段
4.(选考要求)已知下列几种燃料的热值:
物质 天然气 焦炭 氢气 乙醇
热值/(kJ·g-1) 约56 约33 143 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 。

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