資源簡介

6.2第2課時(shí)　燃料燃燒釋放的能量氫燃料的應(yīng)用前景
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1.了解熱值的概念,能根據(jù)熱值的大小選擇能源。
2.能列舉提高燃料燃燒效率的方法,合理利用化石燃料,減少燃料對環(huán)境的污染,說明開發(fā)高能清潔燃料的重要性。
3.正確判斷氫能、太陽能使用的可行性,了解新能源開發(fā)的基本原理。
【合作探究】
【學(xué)習(xí)情境】
人類自從學(xué)會(huì)了用火,便以草、木等作為燃料,利用燃燒放出的熱從事各種活動(dòng)。而后,煤炭、石油等化石燃料相繼被開采出來,供人類使用,燃料的更替為人類工業(yè)文明的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。生活中常見的燃料有煤炭、石油、天然氣等。為什么質(zhì)量相同的不同燃料,完全燃燒后放出的熱量不相等 這與什么有關(guān) 用化石燃料獲取能量面臨哪些問題 怎樣解決這些問題 氫燃料的應(yīng)用前景如何
任務(wù)1　燃料燃燒釋放的能量
【新知生成】
一、熱值
一定條件下　　　　　　　的可燃物　
燃燒所放出的熱。單位是　　　　。
二、化石燃料獲取能量面臨的問題
1.影響環(huán)境:煤炭等化石燃料的燃燒常常伴隨著大量　　　　　　　　　　　　　　等有毒有害物質(zhì)的排放,后兩者還能導(dǎo)致　　　　　　　,對環(huán)境的破壞非常嚴(yán)重。
2.燃料使用效率　　　　　　　　。
三、解決燃料燃燒中存在的問題的措施
1.　　　　　　　現(xiàn)有的能源。
2.提高燃料的　　　　　　,減少對環(huán)境的　　　　　。
3.積極開發(fā)優(yōu)質(zhì)的　　　　,如　　　　、水能、　　　　、風(fēng)能。
【答案】一、單位質(zhì)量　完全　kJ·g-1　二、1.煙塵、CO、SO2、氮氧化物(NOx)　酸雨　2.不高　三、1.節(jié)約　2.使用效率　污染　3.新能源　氫能　太陽能
【核心突破】
典例1　已知下列物質(zhì)燃燒的熱化學(xué)方程式:
H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1
CO(g)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-283.0 kJ·mol-1
C8H18(l)+O2(g)8CO2(g)+9H2O(l)　ΔH=-5518.0 kJ·mol-1
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)　ΔH=-890.3 kJ·mol-1
相同質(zhì)量的H2、CO、C8H18、CH4完全燃燒時(shí),放出熱量最少的是(　　)。
A.H2(g) B.CO(g)
C.C8H18(l) D.CH4(g)
【答案】B
【解析】若質(zhì)量均為1 g,根據(jù)熱化學(xué)方程式可知,1 g H2完全燃燒放出的熱量為 =142.9 kJ;1 g CO完全燃燒放出的熱量為≈10.1 kJ;1 g C8H18完全燃燒放出的熱量為≈48.4 kJ;1 g CH4完全燃燒放出的熱量為≈55.6 kJ,所以等質(zhì)量燃燒時(shí),CO(g)放出的熱量最少。
【歸納總結(jié)】
1.燃料燃燒釋放的能量
(1)特點(diǎn):質(zhì)量相同的不同燃料,由于它們的熱值不同,完全燃燒后放出的能量不相同。
(2)計(jì)算:熱量=燃料的質(zhì)量×該燃料的熱值
2.解決燃料燃燒存在問題的研究方向
①研究化石燃料完全燃燒的條件和減少燃料燃燒產(chǎn)生的熱量損耗的技術(shù),研究提高燃料利用率的措施。
②防止燃料燃燒造成的環(huán)境污染。
③通過化學(xué)方法把化學(xué)燃料轉(zhuǎn)化為潔凈燃料。
④開發(fā)氫能、水能、太陽能、風(fēng)能等清潔、高效的新能源。
　　訓(xùn)練1　我國是燃煤大國,對提高煤的燃燒效率的研究有著十分重大的意義,則以下說法不正確的是(　　)。
A.將煤塊粉碎后,進(jìn)行燃燒,有利于提高燃燒效率
B.提高燃煤轉(zhuǎn)化率,關(guān)鍵是燃料與空氣或氧氣要盡可能充分地接觸,且空氣要適當(dāng)過量
C.適當(dāng)加高燃煤爐膛高度,可以提高燃煤轉(zhuǎn)化率
D.提高煤燃燒效率的意義在于節(jié)約能源,節(jié)省資源,減少污染
【答案】C
【解析】將煤塊粉碎后進(jìn)行燃燒,增大了煤與氧氣的接觸面積,有利于提高燃燒效率,A項(xiàng)正確;提高燃煤轉(zhuǎn)化率,燃燒時(shí)要有足夠多的空氣,燃料與空氣要有足夠大的接觸面積,B項(xiàng)正確;加高燃煤爐膛高度,不能提高燃煤轉(zhuǎn)化率,C項(xiàng)錯(cuò)誤;提高煤的燃燒效率,可以節(jié)約能源,節(jié)省資源,減少污染,D項(xiàng)正確。
訓(xùn)練2　下列有關(guān)燃料的說法錯(cuò)誤的是(　　)。
A.化石燃料燃燒產(chǎn)物CO2是溫室氣體之一
B.化石燃料不完全燃燒排放的CO是大氣污染物之一
C.化石燃料完全燃燒不會(huì)造成大氣污染
D.以液化石油氣代替燃油可減少大氣污染
【答案】C
【解析】化石燃料中含有硫、氮等元素,即使完全燃燒也會(huì)生成二氧化硫、氮的氧化物等空氣污染物,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。
任務(wù)2　氫燃料的應(yīng)用前景
【新知生成】
一、氫燃料的優(yōu)點(diǎn)
1.　　　　在普通燃料中是最高的。
2.燃燒產(chǎn)物只有　　　　,不會(huì)產(chǎn)生對環(huán)境有害的污染物,是一種　　　　燃料。
二、氫燃料的缺點(diǎn)
密度　　　　,熔點(diǎn)　　　　,難　　　　,貯存液氫的容器要求高。
【答案】一、1.熱值　2.水　潔凈　二、小　低　液化
【核心突破】
典例2　為消除目前燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的環(huán)境污染,同時(shí)緩解能源危機(jī),有關(guān)專家提出了利用太陽能制取氫能的構(gòu)想。下列說法正確的是(　　)。
A.H2O的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)
B.光分解過程只涉及太陽能與電能的轉(zhuǎn)化
C.2H2O(l)2H2(g)+O2(g)　ΔH>0
D.氫氣不易貯存和運(yùn)輸,無開發(fā)利用價(jià)值
【答案】C
【解析】H2O的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤;光分解過程是太陽能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,B項(xiàng)錯(cuò)誤;2H2O(l)2H2(g)+O2(g)為吸熱反應(yīng),ΔH>0,C項(xiàng)正確;氫氣的熱值高,氫能開發(fā)利用價(jià)值高,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
【歸納總結(jié)】
氫能的利用途徑
訓(xùn)練3　關(guān)于用水制取二級能源氫氣,以下研究方向不正確的是(　　)。
A.構(gòu)成水的氫和氧都是可以燃燒的物質(zhì),因此可研究在水不分解的情況下,使氫成為二級能源
B.設(shè)法將太陽光聚焦,產(chǎn)生高溫,使水分解產(chǎn)生氫氣
C.尋找高效催化劑,使水分解產(chǎn)生氫氣
D.尋找特殊化學(xué)物質(zhì),用于開發(fā)廉價(jià)能源,以分解水制取氫氣
【答案】A
【解析】水是由氫元素和氧元素組成的,元素不等同于單質(zhì),水必須經(jīng)過分解才能制取二級能源氫氣,A項(xiàng)錯(cuò)誤。
【課堂小結(jié)】
【隨堂檢測】
1.要實(shí)現(xiàn)我國的碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo),下列措施不切實(shí)際的是(　　)。
A.大力開發(fā)氫能源 B.充分利用太陽能
C.不使用含碳能源 D.提高能源利用率
【答案】C
【解析】含碳能源(煤、石油、天然氣等)目前還是我國生產(chǎn)生活中的主要能源,不使用含碳能源是不切實(shí)際的。
2.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(diǎn)　②降低燃料的著火點(diǎn)　③將固體燃料粉碎　④將液體燃料霧化處理　⑤將煤進(jìn)行氣化處理　⑥通入適量的空氣
A.①③④⑤ B.②③⑤⑥
C.③④⑤⑥ D.①②③④
【答案】C
【解析】燃料的著火點(diǎn)是物質(zhì)固有的性質(zhì),不可改變,①②不可行。理論上,提高燃料燃燒效率的常用方法是增大燃料與空氣的接觸面積,并通入適量的空氣,③④⑤所采取的措施均是為了增大燃料與空氣的接觸面積。
3.氫氣是未來的“綠色能源”,科學(xué)家們最新研制出利用太陽能產(chǎn)生激光,再用激光使水分解制得氫氣的新技術(shù),其中水的分解可以用化學(xué)方程式表示為2H2O2H2↑+O2↑。下列有關(guān)說法不正確的是(　　)。
A.TiO2一定沒有參與化學(xué)反應(yīng)
B.水分解不產(chǎn)生污染物
C.TiO2在反應(yīng)中作催化劑
D.該技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能
【答案】A
【解析】從反應(yīng)2H2O2H2↑+O2↑發(fā)生的條件來看,TiO2是該反應(yīng)的催化劑,催化劑通常參與化學(xué)反應(yīng);2H2O2H2↑+O2↑的能量變化是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。
4.氫能是21世紀(jì)極具開發(fā)前景的新能源之一。
(1)氫能具有的優(yōu)點(diǎn)包括　　　　(填字母)。
①原料來源廣　②易燃燒、熱值高　③貯存方便　④制備工藝廉價(jià)易行
a.①② b.①③
c.③④ d.②④
(2)已知:
C(s)+O2(g)CO2(g)　ΔH=-393.5 kJ·mol-1
H2(g)+O2(g)H2O(l)　ΔH=-285.8 kJ·mol-1
計(jì)算等質(zhì)量的氫氣和碳燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量之比:　　　　。
(3)氫能源有可能實(shí)現(xiàn)能源貯存,也有可能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效地輸送。已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下,1體積鈀粉大約可吸附896體積氫氣(鈀粉的密度為10.64 g·cm-3,相對原子質(zhì)量為106.4),試寫出鈀(Pd)的氫化物的化學(xué)式:　。
【答案】(1)a　(2)4.36∶1　(3)PdH0.8(或其他合理形式)
【解析】(1)工業(yè)上生產(chǎn)氫氣的方式很多,常見的有水電解制氫、煤炭氣化制氫等,所以具有原料來源廣的優(yōu)點(diǎn);氫氣的燃燒產(chǎn)物是水,無污染;等質(zhì)量的氫氣完全燃燒放出的熱量多,具有熱值高的優(yōu)點(diǎn);但開發(fā)利用的制備工藝較復(fù)雜,貯運(yùn)不方便,是需要解決的首要問題。
(2)根據(jù)熱化學(xué)方程式可知,等質(zhì)量的氫氣和碳燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量之比是∶×393.5 kJ·mol-1=4.36∶1。
(3)由題意知,1 cm3鈀粉可吸收896 cm3氫氣,故n(Pd)∶n(H)=∶=1∶0.8,故鈀的氫化物的化學(xué)式為PdH0.8。
5.火箭推進(jìn)器中裝有還原劑肼(N2H4)和強(qiáng)氧化劑過氧化氫(H2O2),當(dāng)它們混合時(shí),即產(chǎn)生大量氮?dú)夂退魵?并放出大量熱。已知0.4 mol液態(tài)肼與足量過氧化氫反應(yīng),生成氮?dú)夂退魵?放出256.64 kJ的熱量。
(1)寫出肼和過氧化氫的結(jié)構(gòu)式:
肼:　　　　　　　,過氧化氫:　　　　　　。
(2)寫出反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:　 。
(3)已知H2O(l)H2O(g)　ΔH=+44 kJ·mol-1,則16 g液態(tài)肼與足量液態(tài)過氧化氫反應(yīng)生成氮?dú)夂鸵簯B(tài)水時(shí),放出的熱量是　　　　kJ。
(4)上述反應(yīng)用于火箭推進(jìn)劑,除釋放大量熱和快速產(chǎn)生大量氣體外,還有一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)是　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【答案】(1)　H—O—O—H
(2)N2H4(l)+2H2O2(l)N2(g)+4H2O(g) ΔH=-641.6 kJ·mol-1
(3)408.8
(4)產(chǎn)物是N2和H2O,對環(huán)境無污染
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