第二节　资源综合利用　环境保护教学活动设计方案

能源

1．能源分类

2．解决能源问题的措施

(1)提高能源的利用效率：①改善开采、运输、加工等各个环节；②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。

(2)开发新能源：开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。

深度思考

正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”。

(1)太阳能是清洁能源(

) (2)化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能(

) (3)农村用沼气池产生的沼气作燃料属于生物质能的利用(

) (4)人类利用的能源都是通过化学反应获得的(

) (5)随着科技的发展，氢气将成为主要能源之一(

) (6)食用植物体内的淀粉、蛋白质等属于直接利用能源(

) (7)粮食作物是制乙醇燃料的重要原料(

) (8)化石燃料属于可再生能源，不影响可持续发展(

) (9)开发利用各种新能源，减少对化石燃料的依赖，可以降低空气中PM2.5的含量(

) (10)低碳生活注重节能减排，尽量使用太阳能等代替化石燃料，减少温室气体的排放(

) 答案

(1)√

(2)√

(3)√

(4)×

(5)√

(6)×

(7)√

(8)×

(9)√

(10)√

1．为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。

下列说法正确的是(

) A．H2O的分解反应是放热反应

B．氢能源已被普遍使用

C．2 mol 液态H2O具有的总能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量

D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

答案

C 解析

2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)是吸热反应，说明2 mol 液态H2O的能量低于2 mol H2和1 mol O2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。

2．为缓解能源紧张，越来越多的国家开始重视生物质能源(利用能源作物和有机废料，经过加工转变为生物燃料的一种能源)的开发利用。

(1)如图是某国能源结构比例图，其中生物质能源所占的比例是______。

(2)生物柴油是由动植物油脂转化而来，其主要成分为脂肪酸酯，几乎不含硫，生物降解性好，一些国家已将其添加在普通柴油中使用。关于生物柴油及其使用，下列说法正确的是________。

①生物柴油是可再生资源

②可减少二氧化硫的排放

③与普通柴油相比易分解

④与普通柴油制取方法相同

A．①②③

C．①③④

B．①②④

D．②③④

答案

(1)27%

(2)A 解析

(1)油料作物和甘蔗是能源作物，属于生物质能源；化石燃料不是生物质能源。

(2)生物柴油的原料是动植物油脂，可再生(①对)，几乎不含硫(②对)，生物降解性好(③对)，主要成分为酯类，而普通柴油源于烃类(石油)，所以④错。

1．正误判断，正确的划“√”，错误的划“×”

(1)相同条件下，等质量的碳按a、b两种途径完全转化，途径a比途径b放出更多热能

途径a：C――→CO＋H2――→CO2＋H2O 高温燃烧途径b：C――→CO2(×) 燃烧(2015·江苏，3B) (2)物质内部储存的能量决定化学反应的热效应(√) (2015·上海，15D) 2．(2015·北京理综，9)最新报道：科学家首次用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：

O2H2OO2

下列说法正确的是(

) A．CO和O生成CO2是吸热反应

B．在该过程中，CO断键形成C和O C．CO和O生成了具有极性共价键的CO2

D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程

答案

C 解析

A项，由能量—反应过程图像中状态Ⅰ和状态Ⅲ知，CO和O生成CO2是放热反应，错误；B项，由状态Ⅱ知，在CO与O生成CO2的过程中，CO没有断键形成C和O，错误；C项，由状态Ⅲ及CO2的结构式COO知，CO2分子中存在碳氧极性共价键，正确；D项，由能量—反应过程图像中状态Ⅰ(CO和O)和状态Ⅲ(CO2)分析，状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO和O原子反应生成CO2的过程，错误。

3．(2015·海南，4)已知丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol1。若一定量的丙烷完全燃烧后生－

成1.8 g水，则放出的热量约为(

) A．55 kJ

B．220 kJ

C．550 kJ

D．1 108 kJ 答案

A 解析

由丙烷的燃烧热ΔH＝－2 215 kJ·mol1，可写出其燃烧的热化学方程式：C3H8(g)＋－5O2(g)===3CO2(g)＋4H2O(l)

ΔH＝－2 215 kJ·mol1，丙烷完全燃烧产生1.8 g水，n(H2O)－＝m÷M＝1.8 g÷18 g·mol1＝0.1 mol，所以反应放出的热量Q＝(2 215 kJ÷4 mol)×0.1 mol≈－55.4 kJ，A选项正确。

4．(2015·上海，8)已知H2O2在催化剂作用下分解速率加快，其能量随反应进程的变化如下图所示。下列说法正确的是(

)

A．加入催化剂，减小了反应的热效应

B．加入催化剂，可提高H2O2的平衡转化率

1C．H2O2分解的热化学方程式：H2O2―→H2O＋O2＋Q

2D．反应物的总能量高于生成物的总能量

答案

D 解析

A、B项，催化剂不会影响反应的热效应和平衡转化率；C项，热化学方程式应标明状态。

5．(2015·重庆理综，6)黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为

S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)

ΔH＝x kJ·mol1

－已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol1

－S(s)＋2K(s)===K2S(s)

ΔH2＝b kJ·mol1

－2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)

ΔH3＝c kJ·mol1，则x为(

) －A．3a＋b－c

B．c－3a－b

C．a＋b－c

D．c－a－b

答案

A 解析

由碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol1，得C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH1＝a kJ·mol1，目标反－－应可由①×3＋②－③得到，所以ΔH＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3，即x＝3a＋b－c。

6．(2015·全国各省高考试题汇编) (1)[2015·安徽理综，27(4)]NaBH4(s)与水(l)反应生成NaBO2(s)和氢气(g)，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ，该反应的热化学方程式是

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

答案

NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g) ΔH＝－216 kJ·mol1

－(2)[2015·福建理综，24(2)③]已知：

Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(s)＋3CO(g) ΔH1＝＋1 344.1 kJ·mol1

－2AlCl3(g)===2Al(s)＋3Cl2(g) ΔH2＝＋1 169.2 kJ·mol1

－由Al2O3、C和Cl2反应生成AlCl3的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

答案

Al2O3(s)＋3C(s)＋3Cl2(g)===2AlCl3(g)＋3CO(g)

ΔH＝＋174.9 kJ·mol1

－(3)[2015·江苏，20(1)]烟气(主要污染物SO2、NOx)经O3预处理后用CaSO3水悬浮液吸收，可减少烟气中SO2、NOx的含量。O3氧化烟气中SO2、NOx的主要反应的热化学方程式为

NO(g)＋O3(g)===NO2(g)＋O2(g) ΔH＝－200.9 kJ·mol1

－1NO(g)＋O2(g)===NO2(g) 2ΔH＝－58.2 kJ·mol1

－SO2(g)＋O3(g)===SO3(g)＋O2(g) ΔH＝－241.6 kJ·mol1

－则反应3NO(g)＋O3(g)===3NO2(g)的ΔH＝________kJ·mol1。

－答案

－317.3 (4)[2015·广东理综，31(1)]用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。

传统上该转化通过如下图所示的催化循环实现。

其中，反应①为2HCl(g)＋CuO(s)H2O(g)＋CuCl2(s)

ΔH1

反应②生成1 mol Cl2的反应热为ΔH2，则总反应的热化学方程式为________________________________________________________________________ (反应热用ΔH1和ΔH2表示)。

1答案

2HCl(g)＋O2(g)2ΔH＝ΔH1＋ΔH2

(5)[2015·四川理综，11(4)]FeSO4可转化为FeCO3，FeCO3在空气中加热反应可制得铁系氧化物H2O(g)＋Cl2(g)

材料。

已知25 ℃，101 kPa时：

4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH＝－1 648 kJ·mol1

－C(s)＋O2(g)===CO2(g)

ΔH＝－393 kJ·mol1

－2Fe(s)＋2C(s)＋3O2(g)===2FeCO3(s) ΔH＝－1 480 kJ·mol1

－FeCO3在空气中加热反应生成Fe2O3的热化学方程式是

________________________________________________________________________。

答案

4FeCO3(s)＋O2(g)===2Fe2O3(s)＋4CO2(g) ΔH＝－260 kJ·mol1

－(6)[2015·山东理综，30(3)]贮氢合金ThNi5可催化由CO、H2合成CH4的反应，温度为T时，该反应的热化学方程式为

________________________________________________________________________。

已知温度为T时：CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)

ΔH＝＋165 kJ·mol1

－CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)

ΔH＝－41 kJ·mol1

－答案

CO(g)＋3H2(g)===CH4(g)＋H2O(g) ΔH＝－206 kJ·mol1

－(7)[2015·全国卷Ⅱ，27(1)]甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料，利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：

①CO(g)＋2H2(g)②CO2(g)＋3H2(g)③CO2(g)＋H2(g)回答下列问题：

已知反应①中相关的化学键键能数据如下：

化学键

E/(kJ·mol1) －－CH3OH(g)

ΔH1

CH3OH(g)＋H2O(g)

ΔH2

CO(g)＋H2O(g)

ΔH3

H—H 436 C—O 343 C≡O 1 076 －H—O 465 C—H 413 －由此计算ΔH1＝________kJ·mol1；已知ΔH2＝－58 kJ·mol1，则ΔH3＝________kJ·mol1。

答案

－99

＋41 解析

根据键能与反应热的关系可知，ΔH1＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(1 076 kJ·mol1＋2×436 kJ·mol1)－(413 kJ·mol1×3＋343 kJ·mol1＋465 kJ·mol1)＝－99 －－－－－kJ·mol1。

－根据质量守恒定律：由②－①可得：CO2(g)＋H2(g)－－CO(g)＋H2O(g)，结合盖斯定律可得：－ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝(－58 kJ·mol1)－(－99 kJ·mol1)＝＋41 kJ·mol1。

(8)[2015·全国卷Ⅰ，28(3)]已知反应2HI(g)===H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11 kJ·mol－1,1 mol H2(g)、1 mol I2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436 kJ、151 kJ的能量，则1 mol HI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为____________kJ。

答案

299 解析

形成1 mol H2(g)和1 mol I2(g)共放出436 kJ＋151 kJ＝587 kJ能量，设断裂2 mol HI(g)中化学键吸收2a kJ能量，则有：2a kJ－587 kJ＝11 kJ，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)，2E(H—I)＝ΔH＋E(H—H)＋E(I—I)＝11 kJ·mol1＋436 kJ·mol1＋151 kJ·mol1＝598 kJ·mol1，则E(H—I)＝299 kJ·mol1]。

－－－－－