2 再看厨房中的燃料

观察与发现 1

暑假开始，小文就跟着学校组织的科学考察小组进行了社会实践。这些天同学们有时住在野外，有时住农家，不仅学会了如何进行科学观测，还学会了很多在野外生存的技能……小文刚一回到家就和爸爸妈妈说起了这次外出的所见所闻。妈妈看着兴奋的小文，好奇地问：“你们在野外的时候是怎么做饭呢？”小文得意地说：“我们在外面可不像在家里有液化气、天然气可以使用，到了农家还好，有煤炉、木炭可以烧水做饭，在野外的时候我们就捡稻草、树枝等当燃料，把锅架起来进行加热野炊。我们小组最团结，得到了老师的表扬，我们还帮助其他组……”爸爸妈妈看着滔滔不绝的小文，真是感到有说不出的高兴。爸爸提醒小文，一定要把这次的经历好好总结一下。

接下来的几天，小文把这次外出考察实践活动进行了认真的总结。他发现社会生产生活中常用的燃料很多，厨房中常用的燃料有煤炭、液化气、天然气等。此外，汽油、煤油、柴油、液氢等燃料在工农业生产、航空航天等领域也应用广泛。

小文

化博士

根据生活经验和以往的学习我们知道，有的化学反应放热，有的化学反应吸热，我们可以这样理解，当反应物的总能量高于生成物的总能量时，反应表现出来的是向环境放热，这是我们通常所说的放热反应；当反应物的总能量低于生成物的总能量时，即为吸热反应。所有的燃烧反应都是放热反应，即燃料在燃烧过程中能释放能量。

小文

化博士

化学反应中，既然有新物质生成，就一定伴随着能量变化。化学反应的实质是旧键断裂、新键形成，化学键断裂需要吸收能量，化学键形成会释放能量，所以化学反应中会伴随着能量的变化。对于化学反应中的能量变化问题，我们可以从宏观和微观两个层面来分析理解。从宏观的角度来看，燃料燃烧释放能量是由于反应物的总能量高于生成物的总能量。从微观的角度来看，燃料燃烧释放能量是由于旧键断裂吸收的能量比新键形成释放的能量低。

下面以氢气的燃烧为例。从宏观的角度说，反应物氢气和氧气的总能量高于生成物水的总能量。从微观的角度说，反应物中氢气中的H—H键和氧气中的 键断裂吸收的能量比生成物水形成H—O键时释放的能量要低。这是化学反应中能量变化的根本原因。我们还可以通过查阅资料手册找到相关键能的数据，进而定量分析化学反应中能量的变化。

小文

化博士

选择厨房燃料时，不仅需要考虑来源、成本，还需要考虑使用的便捷性与安全性、是否绿色环保等因素。

观察与发现 2

不同时期厨房燃料的变化，凸显了科学技术的进步给社会、居民日常生活、环境带来的变化。小文从网上查到了我国城市燃气管道长度图以及人工煤气、液化石油气与天然气占比图后，又产生了新的疑问。

小文

化博士

天然气的主要成分是甲烷，液化气的主要成分是丁烷。根据前面我们讲述的，查阅资料手册中的键能数据，可以分别计算1 mol甲烷和1 mol丁烷完全燃料时释放的能量。

甲烷和丁烷完全燃烧的化学方程式可以分别表示为：

计算1 mol甲烷和1 mol丁烷完全燃烧时释放的能量如下：

1 mol甲烷燃烧时释放的能量：

1 mol丁烷燃烧时释放的能量：

我们通过计算不难得出结论：相同物质的量的丁烷比甲烷燃烧释放的能量更多。尽管如此，国家依然倡导用天然气替代液化气，原因是天然气来源更广、成本更低、使用更便捷、污染更小。我国的蓝鲸2号钻井平台，采用了国际最先进的天然气开采技术，为大规模开采和使用天然气提供了有力保障。

2021年全国“两会”期间，政府工作报告中提到的“碳达峰”“碳中和”成为热词。小文如果感兴趣的话，可以上网查阅一下这些热词的含义。当下，氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，小文请你想一想，可否将氢气用作厨房燃料？

小文

化博士

小文的回答非常正确！氢能尽管优点非常突出，但是存在成本高、来源少、使用便捷性与安全性差等多个方面的问题，亟待今后进一步解决。

我知道了

厨房中常用的燃料经历了从木柴到煤、到液化气、再到天然气的过程。汽油、煤油、柴油、液氢等燃料广泛应用在工农业生产、航空航天等领域。

燃料之所以能提供能量，是由于在化学反应中，既然有新物质生成，就一定伴随着能量变化。从宏观的角度来看，燃料燃烧释放能量是由于反应物的总能量高于生成物的总能量；从微观的角度来看，燃料燃烧释放能量是由于旧键断裂吸收的能量比新键形成释放的能量低。

选择厨房燃料时，不仅需要考虑来源、成本，还需要考虑使用的便捷性与安全性、是否绿色环保等因素。

国家倡导用天然气替代液化气主要是由于天然气比液化气来源更广、成本更低、使用更便捷、污染更小。

氢能尽管优点突出，但是存在成本高、来源少、使用便捷性与安全性差等多个方面的问题，亟待今后进一步解决。

知识链接

1.反应热与焓变

在反应前后温度相同的条件下，化学反应体系向环境释放或从环境中吸收的热量，被称为化学反应的热效应，简称反应热。在科学研究和生产实践中，化学反应通常是在反应前后压强相同的条件下进行的。为此，科学家引入了一个与内能有关的物理量——焓（符号为 H ）来描述等压条件的反应热。研究表明，在等压条件下进行的化学反应，其反应热等于反应的焓变，用符号∆ H 表示，常用单位是kJ/mol。当反应体系放热时其焓减小，∆ H 为负值，即∆ H ＜0；当反应体系吸热时其焓增大，∆ H 为正值，即∆ H ＞0。例如，在25℃和101 kPa下，1 mol H ₂ 与1 mol Cl ₂ 反应生成2 mol HCl时释放184.6 kJ热量，则该反应的反应热为：∆ H =−184.6 kJ/mol。

2.热化学方程式

表明化学反应中所释放或吸收的热量的化学方程式，叫作热化学方程式。仍以上述反应为例，热化学方程式为：

热化学方程式中注明了反应物和生成物的聚集状态。物质的聚集状态不同时，它们所具有的焓也不同。其中，g代表气体（gas），l代表液体（liquid），s代表固体（solid），aq代表溶液（aqueous solution）。

真题实战

1.已知氢气在氯气中燃烧时产生苍白色火焰，在反应过程中，破坏1 mol氢气的化学键所要消耗的能量为 Q ₁ kJ，破坏1 mol氯气的化学键所要消耗的能量为 Q ₂ kJ，形成1 mol氯化氢中的化学键所释放的能量为 Q ₃ kJ，下列关系式正确的是（）。

A. Q ₁ + Q ₂ ＞ Q ₃

B. Q ₁ + Q ₂ ＞2 Q ₃

C. Q ₁ + Q ₂ ＜ Q ₃

D. Q ₁ + Q ₂ ＜2 Q ₃

答案： D

解析： 根据氢气燃烧反应的化学方程式 ，反应每消耗1 mol氢气和1 mol氯气，断裂1 mol H—H键和1 mol Cl—Cl键，生成2 mol H—Cl键，且燃烧反应放热，因此 Q ₁ + Q ₂ ＜2 Q ₃ ，D正确。

2.［2020北京，12］依据图示关系，下列说法 不正确 的是（）。

A.石墨燃烧是放热反应

B.1 mol C（石墨）和1 mol CO分别在足量O ₂ 中燃烧，全部转化为CO ₂ ，前者放热多

C.

D.化学反应的∆ H ，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关

答案： C

解析： ∆ H ₁ ＜0，石墨燃烧放热，故A正确。比较|∆ H ₁ |与|∆ H ₂ |的大小，1 mol石墨燃烧放热更多，故B正确。根据盖斯定律，即“一个化学反应，不管是一步完成的还是分几步完成的，其反应热是相同的”可知，在一定条件下，化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应进行的途径无关，故D正确。

根据盖斯定律，①-2×②可得：

故C中的说法不正确。

（过新炎，贺新） ZthLnBHPFHmjoT16s2Hzwg3se8bytC/1HDa+cYzjUaXYWOT3gm4y9XW/bvH+Wd7T