氫能的開(kāi)發(fā)和利用.ppt

第2課時(shí)生物質(zhì)能的利用氫能的開(kāi)發(fā)和利用 課標(biāo)定位 簡(jiǎn)單了解生物質(zhì)能 氫能利用的現(xiàn)狀 認(rèn)識(shí)開(kāi)發(fā) 利用高能 清潔能源的重要性和迫切性 填一填 知識(shí)清單 一 生物質(zhì)能的利用1 來(lái)源生物質(zhì)能來(lái)源于 所貯存的能量 2 利用方式 1 直接燃燒 纖維素燃燒的化學(xué)方程式為 2 生物化學(xué)轉(zhuǎn)換 制沼氣 a 沼氣的主要成分是 還含有 和少量 等 b 應(yīng)用 制 燃料和優(yōu)質(zhì)肥料 制乙醇 由淀粉制乙醇的化學(xué)方程式為 3 熱化學(xué)轉(zhuǎn)換 使生物質(zhì)在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 產(chǎn)生熱值較高的 二 氫能的開(kāi)發(fā)與利用1 氫能的三大優(yōu)點(diǎn) 1 氫氣完全燃燒放出的熱量是等質(zhì)量汽油完全燃燒放出熱量的 2 原料是水 資源不受 3 燃燒產(chǎn)物是水 不會(huì) 環(huán)境 是理想的 燃料 2 氫能產(chǎn)生與利用的途徑 1 中的物質(zhì)為 2 中的物質(zhì)為 3 氫能的開(kāi)發(fā) 1 電解水制得氫氣的化學(xué)方程式為 2 在光分解催化劑存在下 在特定的裝置中 利用 分解水制氫氣 3 利用 等低等值物和 在陽(yáng)光作用下使水分解產(chǎn)生氫氣 4 開(kāi)發(fā)氫能的關(guān)鍵是 制備氫氣的 氫氣的 和 等問(wèn)題 5 的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用 開(kāi)辟了解決氫氣貯存 運(yùn)輸難題的新途徑 做一做 自我測(cè)評(píng) 1 下列有關(guān)生物質(zhì)能的說(shuō)法不正確的是 A 生物質(zhì)能是可再生能源B 生物質(zhì)能本質(zhì)上是化學(xué)能C 焚燒生活垃圾發(fā)電是將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能D 玉米 高粱發(fā)酵制乙醇是生物質(zhì)能的熱化學(xué)轉(zhuǎn)換 解析 生物質(zhì)能來(lái)源于植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量 生物質(zhì)能利用的最終結(jié)果 除釋放能量外 產(chǎn)生無(wú)污染的CO2和H2O 通過(guò)植物的光合作用 重新將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能 因此生物質(zhì)能是可再生的新能源 光 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換的本質(zhì)是光 化學(xué)能的轉(zhuǎn)換 B項(xiàng)也是正確的 焚燒生活垃圾發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程是 生物質(zhì)能 熱能 電能 C不正確 含淀粉較高的農(nóng)作物發(fā)酵制燃料乙醇是生物化學(xué)轉(zhuǎn)換 D不正確 答案 CD 2 氫氣是一種很有前途的綠色能源 以水為原料 大量制取氫氣最理想的途徑是 A 利用太陽(yáng)能直接使水分解產(chǎn)生氫氣B 以焦炭和水制水煤氣后分離出氫氣C 用Fe跟HCl反應(yīng)放出H2D 由熱電站提供電力 電解水產(chǎn)生氫氣解析 A中利用太陽(yáng)能直接使水分解產(chǎn)生氫氣是最理想的途徑 而B(niǎo) C D三項(xiàng)中都會(huì)消耗其他的物質(zhì)或能量 答案 A 核心解讀 一 氫氣作為新能源有以下特點(diǎn) 1 氫是自然界存在最普遍的元素 據(jù)估計(jì)它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75 除了廣泛存在于星體和星際的氣體中外 還主要以化合物的形態(tài)貯存于水中 而水是地球上最廣泛的物質(zhì) 據(jù)推算 如把海水中的氫全部提取出來(lái) 它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍 2 除核燃料外氫氣的發(fā)熱值是所有化石燃料 化工燃料和生物燃料中最高的 為142351kJ kg 是汽油發(fā)熱值的3倍多 3 氫氣燃燒性能好 點(diǎn)燃快 與空氣混合時(shí)有廣泛的可燃范圍 燃燒速率快 4 氫氣本身無(wú)毒 與其他燃料相比氫氣燃燒時(shí)最清潔 除生成水和少量氮化氫外不會(huì)產(chǎn)生諸如一氧化碳 二氧化碳 碳?xì)浠衔?鉛化物和粉塵顆粒等對(duì)環(huán)境有害的污染物質(zhì) 少量的氮化氫經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理也不會(huì)污染環(huán)境 而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫 反復(fù)循環(huán)使用 5 氫能利用形式多 既可以通過(guò)燃燒產(chǎn)生熱能 在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械能 又可以作為能源材料用于燃料電池 或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料 用氫代替煤和石油 不需對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)裝備作重大的改造 現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)稍加改裝即可使用 6 氫可以以氣態(tài) 液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn) 能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求 由以上特點(diǎn)可以看出氫是一種理想的新的含能體能源 目前液氫已廣泛用作航天動(dòng)力的燃料 但氫能的大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有待解決以下關(guān)鍵問(wèn)題 1 廉價(jià)的制氫技術(shù) 因?yàn)闅涫且环N二次能源 它的制取不但需要消耗大量的能量 而且目前制氫效率很低 因此尋求大規(guī)模的廉價(jià)的制氫技術(shù)是各國(guó)科學(xué)家共同關(guān)心的問(wèn)題 2 安全可靠的貯氫和輸氫方法 由于氫易氣化 著火 爆炸 因此如何妥善解決氫能的貯存和運(yùn)輸問(wèn)題也就成為開(kāi)發(fā)氫能的關(guān)鍵 二 一次能源和二次能源的區(qū)別與聯(lián)系能源可劃分為一次能源和二次能源 自然界中以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一次能源 如太陽(yáng)能 石油 煤 天然氣 風(fēng)能 水力等 一次能源經(jīng)加工 轉(zhuǎn)換得到的能源稱為二次能源 如煤氣 電力 汽油 蒸氣 氫氣等 二次能源是聯(lián)系一次能源和能源用戶的中間紐帶 二次能源又可分為 過(guò)程性能源 和 含能體能源 當(dāng)今電能就是應(yīng)用最廣的 過(guò)程性能源 柴油 汽油則是應(yīng)用最廣的 含能體能源 由于目前 過(guò)程性能源 尚不能大量地直接貯存 因此汽車 輪船 飛機(jī)等機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具就無(wú)法直接使用從發(fā)電廠輸出來(lái)的電能 只能采用像柴油 汽油這一類 含能體能源 可見(jiàn) 過(guò)程性能源和含能體能源是不能互相替代的 各有自己的應(yīng)用范圍 隨著人們將目光也投向?qū)で笮碌?含能體能源 作為二次能源的電能 可從各種一次能源中生產(chǎn)出來(lái) 例如煤炭 石油 天然氣 太陽(yáng)能 風(fēng)能 水力 潮汐能 地?zé)崮?核燃料等均可直接生產(chǎn)電能 而作為二次能源的汽油和柴油等則不然 生產(chǎn)它們幾乎完全依靠化石燃料 隨著化石燃料耗量的日益增加 其儲(chǔ)量日益減少 終有一天這些資源將要枯竭 這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的 儲(chǔ)量豐富的新的含能體能源 氫能正是一種在常規(guī)能源危機(jī)時(shí)出現(xiàn) 在開(kāi)發(fā)新的二次能源的同時(shí)人們期待的新的二次能源 題型研析 知識(shí)點(diǎn)一生物質(zhì)能的生物化學(xué)轉(zhuǎn)換 例1 隨著工業(yè)的發(fā)展 能源問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視 科學(xué)家預(yù)言 未來(lái)最理想的燃料是綠色植物 即將植物的秸稈 主要的成分是纖維素 用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔?水解成葡萄糖 再將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇 用作燃料 1 寫出將綠色植物的秸稈轉(zhuǎn)化為乙醇的化學(xué)方程式 2 已知 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890kJ mol 1C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H 1367kJ mol 1若某種植物的秸稈含纖維素約50 由植物秸稈經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)化得到乙醇原料的總利用率為80 則以1000g秸稈為原料制得的乙醇燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量與 L甲烷完全燃燒產(chǎn)生的熱量相當(dāng) 標(biāo)準(zhǔn)狀況 3 綠色植物光合作用的效能是 解析 1 纖維素在催化劑存在下水解生成葡萄糖 進(jìn)一步發(fā)酵生成乙醇 同時(shí)放出CO2 2 設(shè)1000g秸稈制得的乙醇燃料燃燒產(chǎn)生的熱量為x 與標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為y的甲烷完全燃燒產(chǎn)生的熱量相當(dāng) C6H10O5 n 2nC2H5OH 1367kJ 2n162ng2734nkJ1000 50 80 gx列比例式 解得 x 6750 6kJ CH4 890kJ22 4L890kJy6750 6kJ列比例式 解得 y 170L 點(diǎn)撥 生物化學(xué)轉(zhuǎn)化利用生物質(zhì)能 常用的兩種方法是 一是將植物的秸稈 枝葉 雜草和人畜糞便加入沼氣發(fā)酵池中 在厭氧的條件下 經(jīng)過(guò)沼氣菌的作用 生成沼氣 另一種方法是將纖維素或淀粉 在催化劑存在條件下水解和細(xì)菌發(fā)酵 制成乙醇 知識(shí)點(diǎn)二氫能的開(kāi)發(fā) 例2 氫氣是未來(lái)理想的能源 水是自然界廣泛分布的物質(zhì) 用水生產(chǎn)大量的氫氣是人類夢(mèng)寐以求的愿望 但這一轉(zhuǎn)化過(guò)程需要大量的能源 請(qǐng)你為這一過(guò)程提供既經(jīng)濟(jì)又不污染環(huán)境的理想的三種能源 或方法 解析 此題以人們普遍關(guān)心的能源與環(huán)保問(wèn)題設(shè)置情景 仔細(xì)審題 可獲得如下信息 氫氣是理想的二級(jí)能源 可用水生產(chǎn)氫氣 用水生產(chǎn)氫氣需大量能源 所用能源要既經(jīng)濟(jì)又不污染環(huán)境 答案 太陽(yáng)能 風(fēng)能 潮汐能 地?zé)崮芤约芭囵B(yǎng)能將水分解成氫氣的細(xì)菌等 點(diǎn)撥 最有希望的新能源是太陽(yáng)能 燃料電池 風(fēng)能和氫能以及來(lái)自地球內(nèi)部的能量如地?zé)崮?核能等 還有來(lái)自天體的引力能如潮汐能等 這些新能源的特點(diǎn)是資源豐富 而且有些可以再生 為再生能源 對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染或污染少 隨堂反饋 1 下列對(duì)城市廢棄物中生物質(zhì)能的利用不合理的是 A 把廢棄物拉到鄉(xiāng)下找個(gè)地點(diǎn)填埋掉B 對(duì)廢棄物進(jìn)行處理后焚燒 利用產(chǎn)生的熱能供暖和發(fā)電C 把廢物進(jìn)行生物化學(xué)轉(zhuǎn)換獲取CH4D 讓廢棄物在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 產(chǎn)生熱值較高的可燃性氣體解析 垃圾焚燒處理可以把城市生活垃圾中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能 電能 生活垃圾的填埋既是對(duì)生物質(zhì)能的一種浪費(fèi) 也會(huì)造成新的環(huán)境污染 答案 A 2 煤 石油 水能 生物能的共同點(diǎn)是 A 都是可再生的常規(guī)能源B 都是來(lái)自太陽(yáng)輻射的能量C 都是清潔的能源D 都是二次能源解析 地球上的一切能源來(lái)自太陽(yáng)輻射能 答案 B 3 自行車 電動(dòng)自行車 普通汽車消耗的能量類型分別是 生物能 核能 電能 太陽(yáng)能 化學(xué)能A B C D 解析 人騎自行車是將生物能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 電動(dòng)自行車是將蓄電池的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 普通汽車是將汽油反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 答案 B 4 下列敘述不正確