高中化學 專題2 化學反應與能量轉(zhuǎn)化 第四單元 太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用學案 蘇教必修2

1、第四單元太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用一、太陽能的利用1能源與太陽能能源是人類生活和社會發(fā)展的基礎(chǔ)。地球上最基本的能源是太陽能。2太陽能利用的能量轉(zhuǎn)化方式被吸收的太陽能化學能熱能、光能或電能(1)太陽能轉(zhuǎn)化為化學能物質(zhì)轉(zhuǎn)化：在太陽光作用下，植物體內(nèi)的葉綠素把水、二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖，進而生成淀粉、纖維素。化學反應：6CO26H2OC6H12O66O2。能量轉(zhuǎn)化：光能化學能。(2)化學能轉(zhuǎn)化為熱能物質(zhì)轉(zhuǎn)化：動物攝入體內(nèi)的淀粉、纖維素能水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖，其氧化生成二氧化碳和水，釋放出熱量，供給生命活動的需要?；瘜W反應：(C6H10O5)nnH2OnC6H12O6；C6H12O66O26H2O6CO2

2、。能量轉(zhuǎn)化：化學能熱能。3太陽能的利用實例能量轉(zhuǎn)化方式直接利用光合作用光能轉(zhuǎn)化為化學能太陽能熱水器光能轉(zhuǎn)化為熱能太陽能電池光能轉(zhuǎn)化為電能光解水制氫氣光能轉(zhuǎn)化為化學能間接利用化石燃料太陽能間接轉(zhuǎn)化為化學能太陽能與其他能源的關(guān)系例1(2018寧波市期中)人類將在未來幾十年內(nèi)逐漸由“碳素燃料文明時代”過渡至“太陽能文明時代”(包括風能、生物質(zhì)能等太陽能的轉(zhuǎn)換形態(tài))，屆時人們將適應“低碳經(jīng)濟”和“低碳生活”。下列說法不正確的是()A煤、石油和天然氣都屬于碳素燃料B發(fā)展太陽能經(jīng)濟有助于減緩溫室效應C太陽能電池可將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能D目前研究菠菜蛋白質(zhì)“發(fā)電”不屬于太陽能文明答案D例2下列屬于直接利用太

3、陽輻射能的方式是()光熱轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換光化學能轉(zhuǎn)換光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換A BC D答案D二、生物質(zhì)能的利用1生物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市與工業(yè)有機廢棄物和動物糞便等。2生物質(zhì)能的來源：植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量。3生物質(zhì)能的利用方式：(1)直接燃燒：植物枝葉的燃燒反應可表示為(以纖維素代表枝葉的主要成分)(C6H10O5)n6nO26nCO25nH2O。(2)生物化學轉(zhuǎn)換：用植物的秸稈、枝葉、雜草和人畜糞便等制取沼氣，其主要成分是CH4；同時提供優(yōu)良的肥料。用含糖類、淀粉較多的農(nóng)作物為原料制取乙醇。反應為(C6H10O5)nnH2OnC6H12O6，C6H12O62C2H5OH2C

4、O2。(3)熱化學轉(zhuǎn)換：使生物質(zhì)在一定條件下發(fā)生化學反應，產(chǎn)生熱值較高的可燃氣體。生物質(zhì)能的利用利用方式優(yōu)缺點直接燃燒利用效率低，影響生態(tài)環(huán)境生物化學轉(zhuǎn)換有效利用生物質(zhì)能，還能提供優(yōu)良肥料等；燃燒特性好，有益于保護生態(tài)環(huán)境熱化學轉(zhuǎn)換功耗少、轉(zhuǎn)化率高、較易工業(yè)化例3下列有關(guān)生物質(zhì)能的說法不正確的是()A生物質(zhì)能是可再生能源B生物質(zhì)能來源于太陽能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)能轉(zhuǎn)化為化學能答案C解析生物質(zhì)能來源于植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量，生物質(zhì)能最終利用的結(jié)果：除釋放能量外，產(chǎn)生無污染的CO2和H2O，通過植物的光合作用，重新將太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，

5、因此生物質(zhì)能是可再生的新能源，A正確；光生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化本質(zhì)是光化學能的轉(zhuǎn)換，B正確；焚燒生活垃圾發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是：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質(zhì)能轉(zhuǎn)化為化學能，D正確。例4下列對于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)下找個地方埋掉B對廢棄物進行處理后焚燒，利用產(chǎn)生的熱能供熱和發(fā)電C把廢棄物進行生物化學轉(zhuǎn)化獲取甲烷D讓廢棄物在一定條件下發(fā)生化學反應，產(chǎn)生熱值較高的可燃性氣體答案A解析城市廢棄物中含有豐富的生物質(zhì)能，埋掉是一種資源浪費，故A不合理；處理后焚燒利用產(chǎn)生的熱能供熱和發(fā)電，故B合理；將廢物進行生物化學轉(zhuǎn)化獲取甲烷、可燃性氣體均

6、合理，故C、D合理。三、氫能的開發(fā)和利用1能源特點2氫能開發(fā)利用的困難與解決方法(1)困難：能耗高、儲存和運輸困難等。(2)方法：在光分解催化劑存在條件下，在特定的裝置中，利用太陽能分解水制氫氣。利用藍綠藻等低等植物和微生物在陽光作用下分解水釋放出氫氣。發(fā)現(xiàn)和應用貯氫材料，解決氫氣的儲存和運輸問題。氫能的產(chǎn)生和利用途徑例5(2018金華、溫州、臺州三市聯(lián)考)氫能是一種理想的“綠色能源”，以下有關(guān)氫能開發(fā)的方式中最理想的是()A大量建設(shè)水電站，用電力分解水制取氫氣B利用化石燃料燃燒放熱，使水高溫分解產(chǎn)生氫氣C在催化劑作用下，利用太陽能分解水制取氫氣D利用鐵等金屬與酸反應產(chǎn)生氫氣答案C解析消耗大量

7、的電能，A錯誤；產(chǎn)生大量污染物，且造成能量的浪費，B錯誤；太陽能無污染，且取之不盡用之不竭，C正確；消耗大量的金屬，D錯誤。思維啟迪能源的分類1(2018襄陽高一期中)下列對能源的看法不合理的是()A風能是人類通過風車等工具獲取的能源，但屬于一次能源B生物質(zhì)能是一種可再生能源，有廣泛的應用前景C太陽能、氫能、核能、地熱能都屬于新能源D化石燃料與人類生活密切相關(guān)，要多開采，多使用答案D解析風能可以直接從自然界獲得并加以利用，屬于一次能源，A正確；生物質(zhì)能是自然界有生命的植物提供的，這些植物以生物質(zhì)作為介質(zhì)儲存太陽能，屬于再生能源，B正確；核能、太陽能、氫能、地熱能都是潔凈能源，是未來發(fā)展的新能源

8、，C正確；化石燃料的貯量有限，是不可再生能源，故要節(jié)約、高效使用，避免資源枯竭，D錯誤。2“綠色化學”要求從根本上減少乃至杜絕污染。下列對農(nóng)作物收割后留下的莖桿的處理方法中，不符合“綠色化學”的是()A就地焚燒 B發(fā)酵后作農(nóng)家肥C加工成精飼料 D制造沼氣答案A解析就地焚燒會產(chǎn)生大量煙塵、含硫化合物造成霧霾等污染。3下列過程中的能量轉(zhuǎn)化，屬于太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能的是()A石油燃燒 B植物的光合作用C核電站發(fā)電 D太陽能電池供電答案B4下列變化過程和對應的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系錯誤的是()A植物光合作用：光能生物質(zhì)能B太陽能熱水器：太陽能電能C石灰石高溫分解：熱能化學能D鉛蓄電池：化學能電能答案B解析太陽能

9、熱水器是把太陽能轉(zhuǎn)化為熱能。5下列有關(guān)能源和能量轉(zhuǎn)換的敘述正確的是()A推廣使用太陽能、風能、海洋能、氫能，有利于緩解溫室效應B乙醇和汽油都是可再生能源，應大力推廣“乙醇汽油”C普通鋅錳干電池不含環(huán)境污染物，用完后可以隨意扔掉，使用方便D燃料電池是利用燃料燃燒，將化學能轉(zhuǎn)化為熱能，然后再轉(zhuǎn)化為電能的化學電源答案A解析汽油是不可再生能源；廢舊電池會造成土壤污染、水污染等環(huán)境問題；原電池是把化學能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 對點訓練題組一太陽能的利用1下列有關(guān)太陽能的利用方式以及列舉的實例錯誤的是()A太陽能電池是一種光電轉(zhuǎn)換形式B太陽能熱水器是一種光熱轉(zhuǎn)換形式C綠色植物進行的光合作用，是一種光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)

10、換，它的本質(zhì)是光化學能轉(zhuǎn)換D風能是空氣流動形成的，與太陽能無關(guān)答案D解析光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、光化學能轉(zhuǎn)換和光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換是太陽能利用的基本方式。它們都是把光能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量的過程。風能形成的本質(zhì)原因是太陽輻射使空氣受熱不均造成的，D項錯誤。2(2018云南廣南6月月考)有專家指出，如果對燃燒產(chǎn)物如二氧化碳、水、氮氣等利用太陽能使它們重新組合，使之能夠?qū)崿F(xiàn)，可以節(jié)約燃料，緩解能源危機。在此構(gòu)想的物質(zhì)循環(huán)中太陽能最終轉(zhuǎn)化為()A化學能 B熱能C生物質(zhì)能 D電能答案B解析由圖可以知道，太陽能首先轉(zhuǎn)化為化學能(燃料合成過程)，其次化學能轉(zhuǎn)化為熱能(燃料燃燒放出熱量)；B正確。3太陽能的開發(fā)和利用

11、是21世紀一個重要課題。利用儲能介質(zhì)儲存太陽能的原理是：白天在太陽照射下某種鹽熔化，吸收熱量，晚間熔鹽固化釋放出相應的能量，已知數(shù)據(jù)：鹽熔點()熔化吸熱(kJmol1)參考價格(元t1)CaCl26H2O29.937.3780850Na2SO410H2O32.477.0800900Na2HPO412H2O35.1100.11 6002 000Na2S2O35H2O45.049.71 4001 800其中最適宜選用作為儲能介質(zhì)的是()ACaCl26H2O BNa2SO410H2OCNa2HPO412H2O DNa2S2O35H2O答案B解析適宜作為儲能介質(zhì)的物質(zhì)，應具有熔點較低，熔化時吸熱量較大

12、，價格較低等特點，Na2SO410H2O最適合。題組二生物質(zhì)能的利用4生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能固化為化學能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量，一直是人類賴以生存的重要能源。下列有關(guān)說法不正確的是()A農(nóng)村通過雜草和動物的糞便發(fā)酵制沼氣，沼氣的主要成分是甲烷B推廣使用乙醇汽油，乙醇可由富含淀粉的谷物發(fā)酵產(chǎn)生C氫能可以通過電解海水，大量推廣使用D開發(fā)生物質(zhì)能有利于環(huán)境保護和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展答案C解析電解海水可制得H2，但成本高，不能大量推廣使用。5能源與人類的生活和社會發(fā)展密切相關(guān)。下列關(guān)于能源開發(fā)和利用的說法正確的是()A用糧食發(fā)酵得到酒精代替汽油作汽車燃料B隨著科技的發(fā)展，氫氣將會成為主要能源

13、C在農(nóng)村不提倡利用沼氣作生活燃料D人類利用的能源都是通過化學反應獲得的答案B解析用糧食發(fā)酵得到酒精會消耗大量糧食，不符合我國糧食安全的國情，A錯；在農(nóng)村提倡利用沼氣作生活燃料，C錯；人類利用的能源有的是通過化學反應獲得的，有的是自然界提供的，如水能、風能等，D錯。題組三氫能的開發(fā)與利用6氫氣是一種高效而無污染的理想能源。下列是某化學興趣小組的學生查閱資料歸納出的工業(yè)上制取氫氣的方法，其中包括正在研究的方案：電解法：2H2O2H2O2甲烷轉(zhuǎn)化法：CH4H2OCO3H2水煤氣法：CH2O(g)COH2碳氫化合物熱裂解法：CH4C2H2設(shè)法將太陽光聚集產(chǎn)生高溫使水分解：2H2O2H2O2尋找高效催化

14、劑使水分解產(chǎn)生H2如果將來人類廣泛使用H2作為能源，你認為可行且有發(fā)展前途的方法是()A BC D答案B解析甲烷轉(zhuǎn)化法、水煤氣法、碳氫化合物熱裂解法都需要消耗傳統(tǒng)的能源，電解法耗能大，制取的成本高，這些都不適合作為未來工業(yè)上制取氫氣的方法。太陽能能量巨大、時間長久、清潔安全，所以可以研究利用太陽能分解水制氫氣；催化劑可以大大加快反應速率，所以可以研究高效催化劑，使水在比較低的溫度下分解生成氫氣，降低反應的耗能。7科學家最近研究出一種環(huán)保、安全的儲氫方法，其原理可表示為NaHCO3H2HCOONaH2O。下列有關(guān)說法正確的是()A儲氫、釋氫過程均無能量變化B儲氫過程中，NaHCO3被氧化CNaH

15、CO3、HCOONa均含有離子鍵和共價鍵D釋氫過程中，每消耗0.1 mol H2O放出2.24 L的H2答案C解析儲氫、釋氫過程均存在能量變化，A不正確；儲氫過程中，NaHCO3被H2還原，B不正確；NaHCO3中Na與HCO之間存在離子鍵，HCO中存在共價鍵，HCOONa中Na與HCOO之間存在離子鍵，HCOO中存在共價鍵，C正確；釋氫過程中，每消耗0.1 mol H2O放出0.1 mol H2，但沒說明狀態(tài)，無法知道其體積，D不正確。題組四能源的轉(zhuǎn)化與利用8(2018金華、溫州、臺州聯(lián)考)下列說法中，不正確的是()A光合作用是將光能轉(zhuǎn)化為化學能的有效途徑B煤、石油、天然氣都是可再生的化石燃

16、料C用植物秸稈制沼氣是有效利用生物質(zhì)能的方式之一D開發(fā)氫能、太陽能、風能、生物質(zhì)能等是實現(xiàn)“低碳生活”的有效途徑答案B解析光合作用是CO2和H2O在太陽能的作用下，合成葡萄糖或淀粉，把光能轉(zhuǎn)化成化學能的過程，是有效途徑，A正確；煤、石油、天然氣屬于化石燃料，非再生能源，B錯誤；植物秸稈利用微生物的發(fā)酵得到沼氣，C正確；這些都是清潔能源，對環(huán)境無危害，D正確。9(2018嘉興期末)下列對于太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用說法不正確的是()A芒硝晶體(Na2SO410H2O)白天在陽光下曝曬后失水、分解吸熱，夜里重新結(jié)晶放熱，實現(xiàn)了太陽能轉(zhuǎn)化為化學能繼而轉(zhuǎn)化為熱能B將植物的秸稈、枝葉、雜草和人畜糞便加

17、入沼氣發(fā)酵池中，在富氧條件下，經(jīng)過緩慢、復雜、充分的氧化反應最終生成沼氣，從而有效利用生物質(zhì)能C生活、生產(chǎn)中大量應用氫能源，首先要解決由水制備氫氣的能耗、氫氣的貯存和運輸?shù)葐栴}D垃圾焚燒處理廠把大量生活垃圾中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能、電能，減輕了垃圾占地給城市造成的壓力，改善了城市的環(huán)境答案B解析芒硝在白天光照下失水，是太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，晚上重新結(jié)晶放熱，是化學能轉(zhuǎn)化成熱能，A正確；生物質(zhì)能就是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量，將植物的秸稈、枝葉、雜草和人畜糞便加入沼氣發(fā)酵池中，在厭氧條件下進行，B錯誤；氫能源開發(fā)利用過程中需要解決的課題是由水制備氫氣的能耗和氫

18、氣的貯存運輸問題，C正確；利用垃圾發(fā)電可將生活垃圾中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能、電能等，D正確。10為消除目前燃料燃燒時產(chǎn)生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機，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()AH2O的分解反應是放熱反應B氫能源已被普遍使用C2 mol H2O具有的總能量低于2 mol H2和1 mol O2具有的總能量D氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值答案C解析2H2O=2H2O2是吸熱反應，說明2 mol 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不易貯存和運輸，所以氫能源利用并未普及，但發(fā)展前景廣闊。11下列關(guān)于能源和作為能源

19、的物質(zhì)敘述錯誤的是()A吸熱反應的反應物總能量低于生成物總能量B綠色植物進行光合作用時，將光能轉(zhuǎn)化為化學能“貯存”起來C物質(zhì)的化學能可以在不同條件下轉(zhuǎn)化為熱能、電能、光能等為人類所利用D天然氣屬于新能源答案D解析吸熱反應反應物的總能量低于生成物的總能量，A正確；綠色植物進行光合作用時，通過發(fā)生化學反應，將光能轉(zhuǎn)化為化學能“貯存”在化學物質(zhì)中，B正確；物質(zhì)的化學能可以在不同條件下轉(zhuǎn)化為熱能、電能、光能等為人類所利用，C正確；天然氣不屬于新能源，D錯誤。12可再生能源是我國重要的能源資源，在滿足能源需求、改變能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、促進經(jīng)濟發(fā)展等方面具有重要作用。應用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是實現(xiàn)節(jié)能減

20、排的一項重要措施。下列有關(guān)分析不正確的是()A風能、太陽能、生物質(zhì)能等屬于可再生能源B推廣可再生能源有利于經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展C上圖是太陽能光伏電池原理圖，圖中A極為正極D光伏電池能量轉(zhuǎn)化方式是太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能答案C解析風能、太陽能、生物質(zhì)能均屬可再生能源，推廣使用可再生能源有利于可持續(xù)發(fā)展；圖示中由電流方向可知A極是太陽能光伏電池的負極；該過程中太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。綜合強化13(1)請在每個化學方程式后的橫線上注明化學反應過程中能量的主要轉(zhuǎn)化形式。ZnAg2OH2OZn(OH)22Ag：_(填正向反應的能量轉(zhuǎn)化形式)。2C2H25O24CO22H2O：_。6H2O6CO2C6H12O66O2

21、：_。CaCO3CaOCO2：_。(2)沼氣是一種廉價的能源，它是由秸稈、雜草等廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生的，有關(guān)過程如下：(C6H10O5)n(纖維素)nH2O3nCO23nCH4能量上述過程的實際意義是_。在使用沼氣做飯時，需要注意的問題是_。建立沼氣發(fā)電站，可以把_能轉(zhuǎn)化為電能，沼氣被稱為_能源。答案(1)化學能轉(zhuǎn)化為電能化學能轉(zhuǎn)化為熱能 光能轉(zhuǎn)化為化學能熱能轉(zhuǎn)化為化學能(2)即是能源的一個重要來源，也是擴大肥源、提高肥效、改善農(nóng)村衛(wèi)生條件的重要措施防止沼氣泄漏，保持廚房通風良好生物質(zhì)新解析(1)放電時，該反應在原電池中進行，將化學能轉(zhuǎn)化為電能。C2H2(乙炔)燃燒時主要將化學能轉(zhuǎn)化為熱能

22、。綠色植物進行光合作用時，主要將光能轉(zhuǎn)化為化學能。石灰石(CaCO3)高溫分解時，主要將熱能轉(zhuǎn)化為化學能。(2)秸稈、雜草等廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生沼氣，可將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為化學能，獲得潔凈的燃料，既可以提供能源，也可以擴大肥源、提高肥效、改善農(nóng)村衛(wèi)生條件。沼氣與空氣混合后遇到明火會發(fā)生爆炸，在使用沼氣做飯時，要防止沼氣泄漏，保持廚房通風良好。建立沼氣發(fā)電站，可以把生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能。14保護環(huán)境已成為當前和未來的一項全球性重大課題。為解決目前燃料使用過程中的環(huán)境污染問題，并緩解能源危機，有的專家提出利用太陽能促使燃料循環(huán)使用的構(gòu)想，如圖所示：請回答下列問題：(1)過程的能量轉(zhuǎn)化形式為_能轉(zhuǎn)化為_能。(2)上述轉(zhuǎn)化過程中，H1和H2的關(guān)系是_。(3)斷裂1 mol化學鍵所需的能量見下表：HNHONNO=OE/kJmol1393460941499常溫下，N2與H2O反應生成NH3的熱化學方程式為_。答案(1)太陽化學(2)H1H2(3)2N2(g)6H2O(