2019_2020学年高中化学专题2化学反应与能量转化第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用学案苏教版3094.pdf

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1、第四单元 太阳能、生物质能和氢能的利用 1.了解太阳能、生物质能和氢能利用的现状。2.了解开发利用太阳能的广阔前景和尚未攻克的技术难题。3.认识开发利用高效、清洁新能源的重要性和迫切性。太阳能的利用 一、人类目前使用的能源 1.主要能源：煤、石油、天然气。2.化石燃料面临的问题（1）形成时间长，储量有限。（2）引起的环境污染越来越严重。二、太阳能的利用 利用方式 实例 能量转化方式 直接 利用 光合作用 光能转化为化学能 太阳能热水器 光能转化为热能 太阳能电池 光能转化为电能 光解水制氢气 光能转化为化学能 1.判断正误（1）化石燃料储藏丰富，取之不尽，用之不竭，是可再生能源。（）（2）地球

2、上的能源，直接或间接的来自于太阳能。（）（3）太阳能和热、电、化学能等都可以直接转换。（）答案：（1）（2）（3）2.下列有关太阳能的说法不正确的是（）A.太阳能以光波形式传送到地面 B.化石燃料蕴藏的能源来自太阳能 C.太阳能是洁净能源，不污染环境 D.食用植物体内的淀粉、蛋白质等属直接利用太阳能 答案：D 3.能源与人类的生活和社会发展密切相关。下列关于能源开发和利用的说法正确的是（）A.用粮食发酵得到酒精代替汽油作汽车燃料 B.随着科技的发展，氢气将会成为主要能源 C.在农村不提倡利用沼气作生活燃料 D.人类利用的能源都是通过化学反应获得的 解析：选 B。用粮食发酵得到酒精会消耗大量粮食

3、，不符合我国粮食安全的国情，A 错；在农村提倡利用沼气作生活燃料，C 错；人类利用的能源有的是通过化学反应获得的，有的是自然界提供的，如水能、风能等，D 错。太阳能的利用方式 能量转 换方式 转换原理 实例 光 热转换 利用太阳辐射能加热物体而获得热能 地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉 光电转换 光 热 电转 换 利用太阳辐射能发电，一般由太阳能集热器发电，太阳能集热器吸收的热量使水转化为水蒸气，再驱动汽轮机发电 太阳能发电站 光 电直 接转 换 利用光电效应，将太阳辐射能直接转换为电能 太阳能电池 光化学 能转换 利用太阳辐射能促使一些化学反应的发生 我国的一些农村地

4、区把 Na2SO410H2O晶体和其他物质装在密闭包装袋中，白天放在阳光下暴晒，当温度达到25 时，Na2SO410H2O 晶体失水，溶解吸热；夜里气温下降，袋里的Na2SO4溶液结晶，重新析出水合晶体，释放热量，用于取暖；光解水制氢气 续 表 能量转 换方式 转换原理 实例 光 生物质 众多植物通过光合作用，将太阳辐射能转化为生物质能。光生物质能转换的本质也是光化学能光合作用 能转换 的转换 下列有关太阳能利用的叙述不正确的是（）A.太阳能热水器是将光能转化为热能 B.太阳能电池是将光能转化为电能 C.光解水制氢气是将光能转化为化学能 D.水力发电是将太阳能直接转化为机械能 解析 太阳能的利

5、用方式分为直接利用和间接利用。直接利用太阳辐射能有四种基本方式：光热转换（如太阳热水器、温室、地膜等）；光电转换（如太阳能电池等）；光化学能转换（如 Na2SO410H2O 晶体的溶解吸热和结晶放热、光解水等）；光生物质能转换（如绿色植物的光合作用，其本质也是光化学能转换）。水力发电、矿物燃烧则是间接利用太阳能。答案 D 太阳能的利用 1.下列关于能源和作为能源的物质的叙述中错误的是（）A.化石能源物质内部蕴藏着大量的能量 B.绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能“贮存”起来 C.物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能，为人类所利用 D.吸热反应没有利用价值 解析：选 D。任何反

6、应都有有利和不利的一面，如 CCO2=高温2CO 是吸热反应，但在炼钢工业中可利用该反应得到更多的还原剂 CO。2.天然气、石油、煤等在地球上的蕴藏量是有限的。因此我们可以采取的措施有可利用电解水的方法得到氢气作能源；可用酒精作能源；砍伐树木作能源；应开发太阳能、核能等新能源。上述说法中正确的是（）A.只有 B.和 C.和 D.和 解析：选 D。用电解水的方法生产氢气所需成本很高，不宜采用；酒精可由淀粉转化得到，属于可再生能源；砍伐树木作能源会极大地破坏森林，造成生态失衡；开发太阳能、核能等新能源具有广阔的前景。3.下列有关太阳能的利用方式以及列举的实例错误的是（）A.直接利用太阳辐射能的基本

7、方式有四种：光热转换、光电转换、光化学能转换和光生物质能转换 B.太阳能热水器是一种光热转换方式 C.绿色植物进行的光合作用，是一种光生物质能转换，它的本质是光化学能转换 D.将电能通过用电器进行照明的过程是一种光电能转换过程 解析：选 D。光热转换、光电转换、光化学能转换和光生物质能转换是太阳能利用的基本方式。它们都是把光能转换成其他形式的能量的过程。D 项是将电能转换成光能的过程。生物质能、氢能的利用 一、生物质能的利用 1.来源：植物及其加工产品所贮存的能量。2.利用方式（1）直接燃烧 若用纤维素代表植物枝叶的主要成分，则其燃烧的化学方程式为（C6H10O5）n6nO2 点燃6nCO25

8、nH2O。（2）生物化学转换 制沼气 a.沼气的成分：主要是 CH4，还含有 CO2及少量 H2S、NH3、PH3等。b.应用：制气体燃料和优质肥料。制乙醇 含糖类、淀粉较多的农作物，在催化剂作用下，经水解和细菌发酵，可以制得乙醇，化学反应方程式为（C6H10O5）nnH2O 酶nC6H12O6，C6H12O6 酶2C2H5OH2CO2。（3）热化学转换 使生物质在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃气体。二、氢能的开发与利用 1.氢能的优点（1）完全燃烧放出的热量多。（2）原料是水，来源广。（3）燃烧产物是水，无污染。2.氢能的开发（1）方法 在光分解催化剂存在下，在特定的装置中，利用

9、太阳能分解水制氢气。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。发现和应用贮氢合金。（2）困难：能耗高、贮存和运输困难等。1.判断正误（1）生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量。（）（2）生物质通常包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、粪便等。（）（3）氢气、沼气等能源均属于生物质能的应用。（）（4）氢能是理想的“绿色能源”。（）答案：（1）（2）（3）（4）2.“绿色能源”是指使用过程中不排放或排放极少污染物的能源，如一级能源中的水能、地热能、天然气等；二级能源中的电能、氢能等。下列能源属于“绿色能源”的是（）太阳能 风能 石油 煤 潮汐能 木材 A.

10、B.C.D.答案：D 3.氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括（）原料来源广 易燃烧、热值高 储存方便 制备工艺廉价易行 A.B.C.D.解析：选 A。地球上有大量的水，可用水为原料制氢气；H2易燃烧，无污染，热值高，是一种高效、干净的新能源。但在利用氢燃料时，其储存和制备成本较高，到现在还不能大量使用。1.生物质能的利用 生物质 能利用 反应原理（或实例）能量转 化方式 直接 燃烧 用纤维素代表植物枝叶的主要成分，燃烧反应可表示为（C

11、6H10O5）n6nO2 点燃6nCO25nH2O 生物质能转 化为热能 生物化 学转换 将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在厌氧条件下，经过沼气细菌的作用，生成沼气，沼气可用作气体燃料（沼气的主要成分为CH4，还含有 CO2、H2S、NH3、PH3等）。沼气燃烧可表示为 CH42O2 点燃CO22H2O 生物质能转化为化学能，化学能再转化为热能 用含糖类、淀粉较多的农作物为原料，在催化剂存在下，经水解和细菌发酵，可制得乙醇。乙醇可用作燃料。反应过程为（C6H10O5）nnH2O 酶 nC6H12O6，C6H12O6 酶 2C2H5OH2CO2，C2H5OH3O2 点燃2CO

12、23H2O 热化学 转换 使生物质在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的气体，如工业上用煤或焦炭作燃料生成水煤气：CH2O（g）=高温COH2；再如煤的干馏 生物质能转化为化学能 2.氢能是一种极为优越的新能源，其主要优点有燃烧热值高，每千克氢气燃烧后的热量，约为汽油的 3 倍，酒精的 3.9 倍，焦炭的 4.5 倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。来源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。下列有关生物质能的说法正确的是（）A.生物质能是不可再生能源 B.生物质能本质上是太阳能 C.焚烧生活垃圾发电是将生物质能直接转化为电能 D

13、.玉米、高粱发酵制乙醇是生物质能的热化学转换 解析 生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量，生物质能最终利用的结果：除释放能量外，还产生无污染的 CO2和 H2O，然后通过植物的光合作用，重新将太阳能转化为生物质能，因此生物质能是可再生的新能源，A 项不正确。焚烧生活垃圾发电的能量转化过程是生物质能热能电能，C 项不正确。含淀粉较高的农作物发酵制燃料乙醇是生物化学转换，D 项不正确。答案 B 生物质能、氢能的利用 1.下列措施不符合节能减排的是（）A.大力发展火力发电，解决电力紧张问题 B.在屋顶安装太阳能热水器为居民提供生活用热水 C.用石灰对煤燃烧后形成的烟气脱硫，并回收石膏 D.用杂

14、草、生活垃圾等有机废弃物在沼气池中发酵产生沼气，作家庭燃气 解析：选 A。火力发电必须使用外界的能源，不节能，故 A 项不符；太阳能热水器，使用太阳能是节能的，B 项符合；回收石膏，是充分利用原料的一种表现，C 项符合；沼气作燃气，是节能的，D 项符合。2.氢能是一种应用前景非常诱人的新能源，目前仍处在研究、试验阶段，还未进入实用阶段，主要原因是（）A.氢气燃烧放出的热量低于相同质量的化石燃料，经济效益欠佳 B.氢气燃烧对环境影响的评价问题尚无定论 C.氢气的制备耗能巨大，来源不丰富 D.氢气贮存、运输等安全技术尚未完全成熟 解析：选 D。氢气的燃烧值仅次于核能等能源，不低于相同质量的化石燃料

15、，经济效益欠佳说法错误。氢气燃烧的产物是水，对环境无污染，因此从对环境的影响来评价，氢气已经是公认的“绿色能源”。氢气制备的来源是丰富的水资源。贮存、运输困难是导致氢能仍处于研究、试验阶段的主要原因。3.随着现代工业的发展，能源问题已经越来越引起人们的重视。科学家预言，未来最理想的燃料是绿色植物，即将植物的秸秆（主要成分是纤维素）用适当的催化剂作用水解成葡萄糖，再将葡萄糖转化为乙醇，用作燃料。（1）写出将绿色植物的秸秆转化为乙醇的化学方程式：_。（2）已知：C2H5OH（l）3O2（g）=2CO2（g）3H2O（l）H1 367 kJmol1。若某种植物的秸秆含纤维素为 50%，由植物秸秆经过

16、一系列转化得到乙醇原料的总利用率为 80%，则用 1 000 g 秸秆为原料制得的乙醇燃烧所产生的热量为 ，与 L甲烷完全燃烧产生的热量相当（标准状况下，1 mol CH4 燃烧产生 890 kJ 的热量）。解析：（1）本小题要求掌握化学中的转化关系：纤维素葡萄糖乙醇，并熟悉转化的化学方程式。（2）本小题是有关热化学方程式的计算：设 1 000 g 秸秆制得乙醇燃烧产生的热量为x，与体积为y的标准状况下的甲烷完全燃烧产生的热量相当。（C6H10O5）n2nC2H5OH1 367 kJmol12n mol 162n g 2 734n kJ 1 000 g50%80%x 162n g1 000 g

17、50%80%2 734n kJx 解得：x6 750.6 kJ；CH4 890 kJmol11 mol 22.4 L 890 kJ y 6 750.6 kJ 22.4 Ly890 kJ6 750.6 kJ 解得：y170 L。答案：（1）（C6H10O5）nnH2O 酶nC6H12O6；C6H12O6 酶2C2H5OH2CO2（2）6 750.6 kJ 170 重难易错提炼 1.能源是人类生活和社会发展的基础，而地球上最根本的能源是太阳能。太阳能的利用分为直接利用和间接利用。2.生物质能包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物以及动物粪便等，这些物质中蕴藏着丰富的生物质能；生物质能的利用也是太阳能的间接利用，如沼气的使用、淀粉制备乙醇、乙醇作燃料等。3.氢能是最理想的“绿色能源”，但由水制备 H2、H2的贮存和运输是目前氢能充分利用所需解决的问题。