剖析物質(zhì)變化中的能量變化

1、第四章 剖析物質(zhì)變化中的能量變化4.2 化學反應中的能量變化松江二中徐建春一、教學目標知識與技能1、知道化學反應中釋放能量的多種形式，理解放熱反應和吸熱反應的概念；2、了解熱化學方程式的意義；3、從燃料的充分燃燒和熱能的充分利用兩個角度思考節(jié)能的策略。過程與方法通過對幾個實驗的觀察及思考，體會化學反應中能量有多種形式，而大多數(shù)化學反應是以熱能形式表現(xiàn)出來的，明白人類研究化學反應主要是利用化學反應制取新物質(zhì)；利用化學反應中釋放出的能量。情感、態(tài)度和價值觀在人類對能源的需求量越來越大的今天，節(jié)約能源和開發(fā)利用新能源具有重要的意義，在充分利用能源的同時要思考節(jié)能還要增強環(huán)保的意識。二、教學分析1、學

2、情分析本節(jié)是第四章第二節(jié)化學反應中的能量變化 ?？梢灾v是高中化學理論聯(lián)系實際的又一篇章。本節(jié)教學中介紹的理論知識，主要用于聯(lián)系實際。分別由氧化還原反應、復分解反應的能量變化等不同反應類型、不同反應過程及實質(zhì)加以聯(lián)系和理解，使學生在感性認識中對知識深化和總結，同時提高自身的素養(yǎng)。2、重點、難點化學反應中的能量變化，吸熱反應和放熱反應?；瘜W反應中的能量變化的觀點的建立及能量的“儲存 ”和 “釋放 ”。3、教學策略和方法以探究式學習為主。安排一個演示實驗引出課題。這樣做既能充分體現(xiàn)化學是以實驗為主體的學科，而實驗又能調(diào)動學生學習的積極性，還能培養(yǎng)學生觀察實驗現(xiàn)象描述實驗現(xiàn)象的能力。 教學思路： 用演

3、示實驗引入課題 化學反應中的能量變化學生實驗驗證和探討 確定吸熱反應和放熱反應的概念 討論燃料充分燃燒的條件和保護環(huán)境 能源的展望和人類的進步 布置自學內(nèi)容?！窘虒W設計】以實驗探究教學作為切入點。首先從一個實驗入手（KClO 3 的受熱分解）啟發(fā)學生理解物質(zhì)發(fā)生化學反應的同時還伴隨著能量的變化，而這些能量變化通常又表現(xiàn)為熱能變化 進入實驗探究教學 提出“為什么有的化學反應吸熱，而有的化學反應放熱” 的問題 進入教學 提出人類如何利用化學反應產(chǎn)生的熱量問題 進入實際應用教學。這一教學思路強調(diào)的是科學研究的一般過程，即應用實驗創(chuàng)設教學情境，引發(fā)學生發(fā)現(xiàn)并提出新的問題，設計并進行實驗用以收集、整理事

4、實和數(shù)據(jù)，再得出結論，得出吸熱反應和放熱反應的概念，然后上升到理論高度去理解概念，最后應用到實際中去。整個教學過程是一個完整的科學探究過程。1實驗探究教學單元中，在探討化學反應放熱、吸熱本質(zhì)時，要使學生明確三點：1.熱量變化是化學反應中能量變化的主要表現(xiàn)形式；2.化學反應過程中的能量守恒；3.化學反應在發(fā)生過程中是吸熱還是放熱，決定于反應物的總能量與生成物的總能量的相對大小。幾個實驗是教學中非常重要的教學資源，為了最大限度的發(fā)揮其教學價值，我將其中的一個實驗安排為學生分組實驗，因為放熱現(xiàn)象不能用眼睛直接觀察到，而安排學生分組實驗以增強感性認識。 由于另一個實驗中產(chǎn)生氨氣， 因此安排教師演示實驗

5、， 此實驗直觀，現(xiàn)象明顯、有趣，能很好的調(diào)動學生的參與熱情。經(jīng)過分組實驗，學生有了完整豐富的感性認識后，引導學生進行高質(zhì)量的理性分析就水到渠成。通過學生間的交流，給學生創(chuàng)造機會學習對現(xiàn)象的描述和分析、對實驗事實和數(shù)據(jù)的處理、依據(jù)事實和數(shù)據(jù)進行抽象等科學方法。最后，為了能使實驗教學進入高層次的創(chuàng)造性實驗和創(chuàng)造性思維階段，可以提出一些富有挑戰(zhàn)性的學習問題或任務，供學生在課外深入學習。例如，在定性實驗的基礎上能否定量測定一個酸堿中和反應所放出的熱量？如果能，應該怎樣設計實驗？等等。教學過程 ： 引入新課 演示實驗： KClO 3 受熱分解實驗。問：實驗觀察到的現(xiàn)象說明什么問題？（2KClO 3+3C

6、 3CO2 +2KCl ）。KClO 3 受熱先熔化，此時并沒有氧氣放出；將帶火星的木條與熔融的 KClO 3 接觸以后立即放出氧氣， 木條在熔融的 KClO 3 中劇烈燃燒起來，由于燃燒放出的熱維持 KClO 3 放氧氣直到反應完成。教師講：化學變化的特征：化學變化中除有新物質(zhì)生成外，常伴隨著放熱、發(fā)光、 放出氣體、有時還會變色、生成沉淀等現(xiàn)象發(fā)生。有時還有電流（見實驗）本課我們一起來學習。 板書 4.2 化學反應中的能量變化（變化中熱效應是一種主要的形式）一、化學反應中的熱效應 過渡 化學反應中能量是怎樣變化的？PPt 課件 1 教師演示實驗 在一個小燒杯里,加入約 10 g NH 4Cl

7、 晶體加少量水 ,將小燒杯放在事先已滴有 3 4 滴水的木片上。 然后再加入約 20 g 已研磨成粉末的氫氧化鋇晶體Ba(OH) 28H 2O ，并立即用玻璃棒迅速攪拌，使二者充分反應，成糊狀即可。混合攪拌后，木片和小燒杯粘在一起，說明該反應吸收了大量的熱，使水溫降低結成冰?；瘜W反應方程式： Ba(OH) 2?8H2O+2NH 4Cl BaCl2+2NH 3 +10H2O問：由實驗推知， Ba(OH) 2?8H2O 固體和 NH 4Cl 固體的總能量_ _ BaCl2 溶液、氨氣和 H2O 的總能量。（吸熱）老師已經(jīng)做了幾個實驗了，同學們你們是否也想試一試，好PPt 課件 2、 學生分組實驗

8、1、在一個潔凈的試管中放入少量生石灰，再加入2 毫升左右的水。觀察實驗現(xiàn)象。請學生注意操作方法；仔細觀察實驗現(xiàn)象；總結實驗結論；寫出化學方程式。2反應產(chǎn)生大量熱，同時試管溫度升高（發(fā)燙） ，說明反應過程中有熱量放出?；瘜W反應方程式： CaO+H 2O Ca(OH) 2問：由實驗推知，CaO 和參加反應的水的總能量_氫氧化鈣的總能量。 （放熱）通過以上幾個實驗，我們是否已經(jīng)明白了化學反應中能量是怎樣變化的？請一個同學回答：PPt 課件 3： 結論 板書：化學反應中的能量變化主要表現(xiàn)為吸熱反應和放熱反應。放熱反應：化學上把有能量放出的化學反應叫做放熱反應。吸熱反應：化學上把吸收熱量的化學反應叫做吸

9、熱反應。 過渡 經(jīng)過前面的學習我們知道，人類研究化學反應主要是利用化學反應制取新物質(zhì)；利用化學反應中釋放出的能量。如何表示用化學反應方程式表示反應放出或吸收的熱量呢？我們可以用熱化學方程式表示。板書：二、熱化學方程式1、熱化學方程式的意義炭的燃燒可以表示如下：C(s)+ O 2(g) CO2 (g)+393.5kJ講：像這種表示化學反應放出或吸收熱量的化學方程式，叫做熱化學方程式。探究：熱化學方程式的意義。已知如下熱化學方程式： N 2H 4(g)+NO 2(g) 3/2N 2(g)+2H 2O(l)+655.85kJ N 2H 4(g)+NO 2(g) 3/2N 2(g)+2H 2O(g)+

10、567.85kJ問：熱化學方程式與一般的化學方程式有哪些不同呢？（同學們相互討論一下）（建議）（ 1）可以知道吸熱或放熱的熱量數(shù)值； （ 2）以物質(zhì)的量作為計量單位，所以熱化學方程式的系數(shù)可以用分數(shù)表示； （ 3）反應物和生成物的聚集狀態(tài)不同，吸熱或放熱數(shù)值也不同。想一想：下列熱化學方程式的意義。 C(s)+H 2O(g) CO(g)+H 2(g) 131.3kJ CO(g)+1/2 O 2(g) CO2(g)+283kJ H 2(g) +1/2 O 2(g) H2O(l)+241.8kJ講： + + =如下熱化學方程式：C(s)+ O 2(g) CO2(g)+393.5kJ請一位同學談談體會

11、。 化學反應不管是一步完成，還是分幾步完成，這個過程的總的熱效應是相同的。（師講：多么偉大的發(fā)現(xiàn)?。∵@是 1840 年俄國化學家蓋斯總結出來的定律又名。）PPt 課件：蓋斯定律：“一個化學反應不管是一步完成的, 還是多步完成的, 其熱效應總是相同的。三、燃料的充分利用和新能源展望 思考 現(xiàn)代人怎樣利用化學反應中釋放出的能量？（請同學們看課本P95-97）講：人類所需要的能量，絕大部分是通過化學反應產(chǎn)生的。主要是煤、石油和天然氣等化石燃料及它們的制品燃燒所產(chǎn)生的。而化石燃料可能在幾百年內(nèi)被耗盡。因此如何充分利用燃料及節(jié)約能源具有重要意義。3下面我們一起來討論幾個問題。PPt 課件：提出三個問題：

12、 學生分組討論三個問題（ 1）燃料充分燃燒條件？（兩個小實驗：一支蠟燭，用針筒鼓空氣量大和量少。簡易噴霧器噴乙醇。） 結論 使燃料充分燃燒需要考慮兩點：燃燒時要有足夠多的氧氣；燃料與空氣要有足夠大的接觸面?？諝獠蛔悖豪速M資源；產(chǎn)生大量一氧化碳污染空氣，危害人體健康?？諝膺^量：過量空氣會帶走部分熱量，浪費能源。增大接觸面：改變?nèi)剂系臓顟B(tài)。如固體燃料粉碎、將液體燃料以霧狀噴出、固體燃料液化等。2）熱能怎樣充分利用？熱交換器：3）大量使用化石燃料的危害？及改良措施？大量使用化石燃料危害：能引起溫室效應；會造成化石燃料蘊藏量的枯竭；煤燃燒排放二氧化硫，導致酸雨；煤燃燒會產(chǎn)生大量的煙塵。改良措施：煤脫硫

13、；煤的汽化；煤的液化。o?76.2%? ?5.1% ? ?16.6%2.1%總之，一方面，人們利用煤、石油、天然氣的燃燒放熱來獲取能量；另一方面，人們利用這些熱能來完成常溫下很難發(fā)生的化學反應。如 CaCO3 經(jīng)過高溫煅燒分解生成 CaO 的化學反應?？杀硎救缦拢喝剂系某浞秩紵凸?jié)能是一個方面，我認為人類應該用更積極的態(tài)度去開發(fā)新能源。如氫4能、核能等等?；瘜W在過去、現(xiàn)在和未來，它在人類能源的利用和開發(fā)上始終都扮演著重要的角色，今天化學反應將能源轉化為人類所需能量的過程中起著關鍵的作用。即使在未來的多能源時期，氫能、生物能等在本質(zhì)上仍然是化學反應；而核能、太陽能等的利用主要依靠化學所研制的新型

14、材料?？傊?，化學能使人類的生活更美好。我們從內(nèi)心發(fā)出這樣的感嘆“英文”討論和研究型試題 1：天然氣和液化石油氣燃燒的主要化學反應方程式分別為。天然氣： CH4+2O2 CO223 82 3CO22O+2HO 液化石油氣（假設） C H +5O+4H請同學們討論或進行實物研究（不要實驗！），如何把一套以天然氣為燃料的爐具改成以液化石油氣為燃料的爐具?；卮穑骸４鸢福阂钥諝獾倪M氣量和燃料的出氣量的角度回答討論和研究型試題2：在定性實驗的基礎上能否定量測定一個酸堿中和反應所放出的熱量？如果能，應該怎樣設計實驗？板書設計：4.2 化學反應中的能量變化一、化學反應中的熱效應化學反應中的能量變化主要表現(xiàn)為吸

15、熱反應和放熱反應。放熱反應：化學上把有能量放出的化學反應叫做放熱反應。吸熱反應：化學上把吸收熱量的化學反應叫做吸熱反應。二、熱化學方程式1、熱化學方程式的意義1）可以知道吸熱或放熱的熱量數(shù)值；2）以物質(zhì)的量作為計量單位，所以熱化學方程式的系數(shù)可以用分數(shù)表示；3）反應物和生成物的聚集狀態(tài)不同，吸熱或放熱數(shù)值也不同。2、蓋斯定律：“一個化學反應不管是一步完成的, 還是多步完成的, 其熱效應總是相同。三、燃料的充分利用1）燃料充分燃燒條件：燃燒時要有足夠多的空氣；燃料與空氣要有足夠大的接觸面。2）熱能的充分利用：3）大量使用化石燃料的后果。會造成化石燃料蘊藏量的枯竭；煤燃燒排放二氧化硫，導致酸雨；煤

16、燃燒會產(chǎn)生大量的煙塵。5能引起溫室效應。預習教材完成下列各題：一、化學反應中的能量變化1、化學反應中通常伴隨，主要形式為。在非燃燒反應中也可以有。2、根據(jù)化學反應中伴隨的能量變化，可以將化學反應分為_ 和 _。放熱反應：有放出的化學反應。如果反應物所具有的總能量生成物所具有的總能量。在發(fā)生化學反應時，有一部分能量就會轉變成的形式釋放出來。這就是放熱反應。吸熱反應：的化學反應。如果反應物所具有的總能量生成物的總能量。在發(fā)生化學反應時。反應物就需要才能轉化為生成物。這就是吸熱反應。3、化學反應中的能量變化可看成物質(zhì)內(nèi)部_ 與熱能的轉化 (_ 反應： _能轉化為 _能； _反應： _能轉化為 _ )

17、 。二、燃料的充分燃燒1區(qū)別氧化反應、燃燒、自然、緩慢氧化。通常講的燃燒是指可燃物與空氣中的_發(fā)生的一種發(fā)光發(fā)熱的劇烈的氧化反應。燃燒的條件有兩個_ 。使燃料充分燃燒的目的是：_ 。使燃料充分燃燒的方法有：對氣體燃料而言對液體燃料而言對固體燃料而言固體與空氣的接觸面決定其，愈小，即越大，其接觸面越大。(舉例說明如：火電廠有專門磨煤機，將煤磨成煤粉)2化石燃料通常包括_ 等。目前，我國能源主要是_，將其直接燃燒時，會產(chǎn)生_ 和 _，對環(huán)境影響很大。煤的_和 _ 是高效、清潔地利用煤炭的重要途徑。教師的友情提示：1化學反應中的能量變化化學反應都有新物質(zhì)生成，反應的本質(zhì)是反應物的粒子(原子、離子等)

18、重新組合成生成物的粒子 (原子、離子等 )。這個過程必然伴隨著能量的變化?；瘜W反應釋放出的能量(主要是熱能 )是當今社會所需要的重要能源之一。 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中有著十分重要的作用。2放熱反應和吸熱反應根據(jù)化學反應中伴隨的能量變化，可以將化學反應分為放熱反應和吸熱反應。6放熱反應：有熱量放出的化學反應。如果反應物所具有的總能量高于生成物所具有的總能量。在發(fā)生化學反應時，有一部分能量就會轉變成熱能的形式釋放出來。這就是放熱反應。吸熱反應：吸收熱量的化學反應。如果反應物所具有的總能量低于生成物的總能量。在發(fā)生化學反應時。反應物就需要吸收能量才能轉化為生成物。這就是吸熱反應。3燃料的燃燒

19、燃料通常包括煤、石油、天然氣等。常稱為化石燃料。屬非再生能源。而風能、潮汐能、水能等屬于再生能源。能源可劃分為一級能源和二級能源。自然界中以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一級能源。需依靠其他能源間接制取的能源稱為二級能源。燃料充分燃燒的條件： 一是要有足夠多的空氣 (氧氣 )；二是燃料與空氣要有足夠大的接觸面?？諝馓鄷ё卟糠譄崃?，造成浪費；空氣不足會造成燃料不完全燃燒，不僅產(chǎn)生的熱量少。而且還會產(chǎn)生 CO 等有害氣體和燃燒不完全的顆粒，造成空氣污染。危害人體健康。擴大燃料與空氣接觸面的方法是：將固體燃料粉碎或將液體燃料以霧狀噴出，從而提高燃料燃燒的效率。思考與討論：1在相同條件下，下列燃料在燃燒時

20、對大氣污染程度最小的是()。A 液化氣B 柴油C煤餅D木柴2煤經(jīng)過加工處理后可以得到CO、 H2、 SO2、CH 3OH( 甲醇 )，下列說法錯誤的是()。甲醇和乙醇一樣對人體無害 CO、 SO2 都是大氣污染物，是導致酸雨形成的主要原因C CO、H 2 都具有可燃性、還原性D 甲醇可以燃燒，是液體燃料3能源可化分為一級能源和二級能源。自然界以現(xiàn)成方式提供的能源稱為一級能源；需依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二級能源。氫氣是一種高效而沒有污染的二級能源，它可以由自然界中大量存在的水來制?。焊邷?H 2O（ l）2H 2（ g） O2（ g）該反應要吸收大量的熱。根據(jù)上述內(nèi)容回答下列問題：(

21、1) 下列敘述正確的是A 電能是二級能源B 水力是二級能源C天然氣是一級能源水煤氣是一級能源關于用水制取二級能源氫氣，以下研究方向不正確的是A 構成水的氫和氧都是可以燃燒的物質(zhì)，因此可研究在水不分解的情況下，使氫氣成為二級能源。設法將太陽光聚焦，產(chǎn)生高溫，使水分解產(chǎn)生氫氣。C尋找高效催化劑，使水分解產(chǎn)生氫氣，同時釋放能量。尋找特殊催化劑，用于開發(fā)廉價能源，以分解水制取氫氣。7同步練習（只學不練，等于沒學）級（基礎鞏固）1下列物質(zhì)加入水中顯著放熱的是（）A 固體 NaClB生石灰C無水乙醇D 固體硝酸銨2下列選項中說明乙醇作為燃料的優(yōu)點的是（）燃燒時發(fā)生氧化反應充分燃燒的產(chǎn)物不污染壞境乙醇是一種

22、再生能源燃燒時放出大量熱量A BCD 3我國鍋爐燃煤采用沸騰爐逐漸增多，采用沸騰爐的好處在于（）增大煤炭燃燒時的燃燒熱并形成清潔能源B 減少爐中雜質(zhì)氣體(如 SO2 等)的形成C提高煤炭的熱效率并減少CO 的排放使得燃料燃燒充分，從而提高燃料的利用率4在海灣戰(zhàn)爭期間，科威特大批油井被炸著火。在滅火工作中，下列措施不能用于滅火的是( )A 設法阻止石油噴B設法降低火焰溫度C設法降低石油著火點D 設法使火焰隔絕空氣5.冬天用煤火取暖，有時能發(fā)生煤氣中毒，這是因為煤氣中的CO（）A 易燃B 具有還原性C能和氧氣結合成CO2D 和血紅蛋白結合，造成人體缺氧6下列反應既屬于氧化還原反應，又是吸熱反應的是

23、()A 鋁片與稀鹽酸的反應B Ba(OH) 28H2O 和 NH 4Cl 的反應C熾熱的碳與 CO2 的反應D甲烷 (CH 4)在氧氣中的燃燒7以下敘述正確的是 ()化學反應除了生成新物質(zhì)外，還伴隨著能量的變化放熱反應不需要加熱就能發(fā)生C反應條件加熱的反應都是吸熱反應化學反應放熱還是吸熱，決定于生成物具有的總能量和反應物具有的總能量的大小8等質(zhì)量的固體硫和硫蒸氣分別在相同條件下完全燃燒，放出的熱量()A 前者多 B后者多C兩者相等D無法比較9某化學反應，設反應物總能量為E1，生成物總能量為 E2。 (1)若 E1E 2，則該反應物為_熱反應，該反應的過程可看成是_ 。(2) 若 E1E2，則該

24、反應為 _熱反應，那么在發(fā)生反應時，反應物需要_才能轉化成生成物，該反應過程可看成是_ 。B 級（能力提高）1下列反應屬于放熱反應的是（）A 鐵跟鹽酸反應BC 和 CO2 共熱8C碳酸鈣的分解D Ba(OH) 2 晶體與 NH 4Cl 晶體反應2天然氣、石油、煤等在地球上的蘊藏量是有限的，因此：可利用電解水的反應得到氫氣作能源； 可用酒精作能源；砍伐樹木作能源；應開發(fā)太陽能、核能等新的資源。上述說法正確的是()A 只有B 和C和D只有3能源是人類生存和發(fā)展的重要支撐因素。請回答以下有關能源的問題。人類歷史進程的各個階段，如按照石器時代、鐵器時代、蒸氣時代、電氣時代劃分，各時代主要的動力來源分別

25、是 _、 _、 _、 _。(2) 煤、石油、天然氣、水能及生物能等是多年來大規(guī)模使用的能源，被稱為_能源。而核能、 地熱、海洋能、 沼氣以及現(xiàn)在又有新的利用方式的太陽能、風能等都被稱為_能源。人類所使用的能量絕大部分來源于太陽能。捕獲太陽能的生物主要為綠色植物。綠色植物能夠通過光合作用把太陽能轉化為化學能。光合作用的總反應式是_ 。光合作用釋放的氧氣來自于參加反應的哪種物質(zhì)_。煤、石油、天然氣等能源以熱的形式供給人們需要的能量。 試以它們各自的主要成分 C、 CnH 2n+2 和 CH 4 為代表，寫出它們?nèi)紵^程的化學方程式，指出它們質(zhì)量相同時，哪一種燃料對環(huán)境造成的負面影響 (產(chǎn)生溫室效應

26、 )最小。思考題：思考一：在定性實驗的基礎上能否定量測定一個酸堿中和反應所放出的熱量？如果能，應該怎樣設計實驗？思考二、天然氣和液化石油氣燃燒的主要化學反應方程式分別為。天然氣： CH4+2O2 CO2+2H 2O液化石油氣（假設） C3H 8+5O2 3CO2+4H 2 O請同學們討論或進行實物研究（不要實驗！），如何把一套以天然氣為燃料的爐具改成以液化石油氣為燃料的爐具?；卮穑骸？碱}樣板（看看高考是怎樣考的）1(2002 年上海 )“搖搖冰 ”是一種即用即冷的飲料。 吸食時將飲料罐隔離層中的化學物質(zhì)和水混合后搖動即會制冷。該化學物質(zhì)是A 氯化鈉B 固體硝酸銨C固體氫氧化鈉D生石灰【解析】

27、“搖搖冰 ”是與水反應吸熱的物質(zhì)。固體氫氧化鈉、生石灰水反應放熱，氯化鈉水反應熱量變化小，固體硝酸銨與水反應吸熱。答案： B92 (2002 年上海 )航天飛機用鋁粉與高氯酸銨(NH 4ClO 4 )的混合物為固體燃料，點燃時鋁粉氧化放熱引發(fā)高氯酸銨反應，其方程式可表示為：2 NH 4ClO 4N2 +4H2O+Cl 2 +2O +Q下列對此反應的用途述中錯誤的是()。上述反應屬于分解反應上述反應瞬間產(chǎn)生大量高溫氣體推動航天飛機飛行C反應從能量變化上說，主要是化學能轉變?yōu)闊崮芎蛣幽茉诜磻懈呗人徜@只起氧化劑的作用【解析】在 2 NH 44222 +2O +Q中，可以看出 NH4ClO4中的 N

28、 從3價ClON +4HO+C1升高到 0 價， Cl 從 +7價降到 0價，0從 2 價升至 O2 中的 0 價，故 NH 4ClO 4 既是氧化劑又是還原劑。 答案： D 。3（ 1999 年上海）美國科學美國人雜志在1971 年 7 月刊登的 “地球的能量資源 ”一文中提供了如下數(shù)據(jù)：到達地球表面的太陽輻射能的幾條主要去路直接反射52，000109千焦 /秒以熱能的方式離開地球81，000109千焦 /秒水循環(huán)40，000109千焦 /秒大氣流動370109千焦 /秒光合作用40109 千焦 /秒請選用以上數(shù)據(jù)計算： 1、地球對太陽能的利用率約為_ ；2、通過光合作用，每年有千焦的能轉化

29、為化學能（每年按365 天計）。3、每年由綠色植物通過光合作用22OC61262(6CO +6HHO +6O )為我們生存的環(huán)境除去二氧化碳的質(zhì)量。試根據(jù)能量關系列出的計算式。列式中缺少的數(shù)據(jù)用符號表示。A=（千克）所缺數(shù)據(jù)的化學含義為解析（ 1）23.3% （ 2）1.26 1018千焦 （ 3）A=3.331017千克 Q 為每生成1 摩爾葡萄糖Q所需要吸收的能量（或：每消耗6 摩爾 CO2 所需吸收的能量）趣味閱讀1化學與城市煤氣化近十幾年來，生活燃料煤氣化，已在我國許多城市逐漸推廣，“煤氣 ”已走進我們的生活。從化學角度觀察“煤氣 ”，也是很有趣的事。“煤氣 ”一詞源于英國，早在上世紀

30、初（1806 年）就用煤制造出可燃性氣體用于工業(yè)和10生活。以后又出現(xiàn)了多種氣體燃料，也多與煤有關，所以將這些燃氣統(tǒng)稱煤氣。這里所說的煤氣則泛指所有氣體燃料。煤氣因來源不同，有不同的名稱， 有取之于大自然的天然氣，也有另一類 “人工煤氣 ”：把煤干餾而得到的氣體叫焦爐煤氣；把煤（或焦炭）在不完全條件下燃燒可得到發(fā)生爐煤氣；若高溫的炭與水蒸氣作用，能得到水煤氣；煉鐵高爐排出的氣體中還有相當多的可燃成分，叫高爐煤氣；若是加工石油產(chǎn)品，可得液化石油氣；若把某些有機廢料密閉發(fā)酵，制得的沼氣也能為我們生活服務。一般說來，煤氣多是混合物。各種煤氣所含可燃成分的種類、比例不同，它們的發(fā)熱效率也不一樣。例如天

31、然氣和沼氣主要含甲烷，發(fā)生爐煤氣和高爐煤氣主要是一氧化碳，液化石油氣含丙烷、丁烷、丙烯、丁烯等可燃物，焦爐煤氣則富含氫氣、甲烷，還有一氧化碳及少量乙烯。人工煤氣是化學加工的產(chǎn)物。人們把液態(tài)或固態(tài)物質(zhì)用化學方法處理，把得到的氣體燃料用于生活和工業(yè)生產(chǎn)，既方便又清潔，大大改善了勞動條件和居住環(huán)境的質(zhì)量（使用管道煤氣的用戶更能深深體會到這一點）。但是，人們對燃料的改造不僅僅是為了方便和清潔。以焦爐煤氣為例，若把煤當作燃料直接燒掉，那就不只是不方便、不清潔的問題，更重要的是浪費了寶貴的自然資源，因為煤里面還含有許多復雜的有機物。把煤干餾之后，可以得到優(yōu)質(zhì)固體燃料 焦炭，又可得到重要的化工原料 煤焦油，

32、還可得到含有氮元素的氨水，另外還有富含可燃成分的焦爐煤氣。我們用焦爐煤氣頂替煤作為生活燃料，把焦炭、煤焦油和粗氨水又派上其他重要用途。經(jīng)過這一化學加工，煤的利用價值比燒煤增大了許多倍，而居民的生活耗煤量反而大大下降（一個每年生活耗煤50 萬噸的城市，11用上焦爐煤氣的以后，年耗煤量劇減到8 萬噸），并且因此淘汰了大型煤加工廠和居民生活煤堆，美化了市容，飄塵也大大減少了，酸雨危害也隨之消失了 。所有這些，都是煤氣化的結果。化學，為人類做出了巨大貢獻?；瘜W與能源化學是一門使人類生活更加美好的基礎自然科學?；瘜W研究在解決能源等問題方面，起著關鍵的作用?；瘜W提供給人類合理利用能源的方法。能源是人類生存

33、的必要元素，人類生產(chǎn)、生活一刻也離不開能源。人類的歷史可以說就是從利用火開始的，人類早期開發(fā)使用的能源，如石油、煤、天然氣等已日趨減少，如何合理地使用這些能源、需要化學家的幫助。如何得到新型能源，如核能、風能、太陽能等，關鍵是通過化學制備得到所需材料；化學電源（電池）則更離不開化學?；瘜W電池化學電源是一種直接把化學能轉變?yōu)殡娔艿难b置，俗稱電池。無論是一次性電池，還是蓄電池，或是發(fā)展中的新型電池（包括燃料電池），其形式不管怎樣變化，實質(zhì)始終是氧化還原反應中電子的得失?；瘜W燃料人類使用的化學燃料主要是石油、煤、天然氣，利用它們?nèi)紵龝r產(chǎn)生的熱量作為能源。出于對環(huán)境的保護，以及煤和石油等燃料終將用竭這

34、一問題，人們開始利用化學反應等方法開發(fā)新型的清潔能源，如天然氣、氫氣、乙醇等。 太陽能12太陽能是取之不盡的無污染的能源。自然界最重要的利用太陽能的方法是光合作用。人類使用太陽能的突出途徑是利用太陽光直接發(fā)電。當前硅太陽能電池（轉換效率1521）已用做衛(wèi)星的電池和地面電站并入電網(wǎng)供電，更高轉換效率的砷化鎵太陽能電池（轉化效率2125）也已在 “風云一號 ”衛(wèi)星上使用?；瘜W家為更廉價、更廣泛的利用太陽能，用電化學裝置構成光化學電池。在光電池中，一個或兩個電極都是用能吸收光的半導體材料制成，吸收光子后在電極 電解質(zhì)界面上產(chǎn)生氧化還原反應，外電路中就有電流通過。 氫能氫能被世界公認為未來代替礦物燃料

35、的最理想能源。因為氫氣具有燃料效率高、發(fā)熱高，燃燒產(chǎn)物無污染，而資源又豐富三大主要優(yōu)點。制氫的方法可謂五花八門。常規(guī)的制氫方法主要以天然氣、石油、煤為原料，在高溫下使之與水蒸氣反應而制得。當然，也可采用電解水的方法制取。這些方法或從經(jīng)濟上，或從資源上來看，是不可取的。發(fā)展中的新型制氫技術，將主要從以下幾方面來考慮：首先可用硫化氫制取。世界上有不少高純度硫化氫礦和許多化工過程要求脫硫（多以硫化氫形態(tài)存在），在催化劑作用下，可以在回收硫黃的同時獲得氫氣。其次，可以用低電耗電解水方法制氫，新型的用加煤粉電化學催化氧化法電解水制氫，和常規(guī)的電解水制氫相比，可降低電壓和電耗一半以上。再次，還可用光化學的方法制氫。利用太陽能中光子的能量使水分子分解而獲得氫氣。第四，人們采用等離子化學制取氫。水以蒸氣形態(tài)在反應器中通過高頻放電，使水分13子外層失去電子而處于電離狀態(tài)，與經(jīng)電場加速的離子相互作用，進而分解為氫和氧。這種制氫法設備容積小，產(chǎn)氫率高，能量轉換率高達80。第五，利用太陽能和原子能制氫：利用聚焦太陽能得到的高溫或核反應堆的熱能來分解水制氫。另外，用生物化學的方法也能制氫?，F(xiàn)已知道，幾乎所有光合細菌，50以上的藻類植物在一定條件下都可放出氫氣。如藍綠藻既能光合