渝冀閩2018-2019版高中化學專題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版必修2 .doc

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。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?；瘜W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。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，C6H12O62C2H5OH2CO2。(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，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”，以下有關氫能開發(fā)的方式中最理想的是()A大量建設水電站，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，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，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解析太陽能熱水器是把太陽能轉(zhuǎn)化為熱能。5下列有關能源和能量轉(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)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，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。下列關于能源開發(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設法將太陽光聚集產(chǎn)生高溫使水分解：2H2O2H2O2尋找高效催化劑使水分解產(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CNaHCO3、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，有關專家提出了利用太陽能制取氫能的構想。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下列關于能源和作為能源的物質(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、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)電技術是實現(xiàn)節(jié)能減排的一項重要措施。下列有關分析不正確的是()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：_。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。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(l)=4NH3(g)3O2(g) H1 189 kJmol1解析(1)由圖可知，過程是太陽能轉(zhuǎn)化為化學能。(2)由能量守恒定律可知，H1H2。(3)常溫下，N2與H2O反應生成NH3的反應為2N2(g)6H2O(l)=4NH3(g)3O2(g)H2941 kJmol162460 kJmol1(43393 kJmol13499 kJmol1)1 189 kJmol1，熱化學方程式為2N2(g)6H2O(l)=4NH3(g)3O2(g)H1 189 kJmol1。15分析下圖，回答以下問題：(1)電解水生成H2，首先要解決的問題是_。(2)標準狀況下，11.2 L H2燃燒生成液態(tài)的水，放出Q kJ的熱量，寫出該反應的熱化學方程式：_。(3)氫氣作為理想的“綠色能源”的主要理由是_。(4)氫氧燃料電池是氫能源利用的一個重要方向。氫氣在_極上發(fā)生_反應，氧氣在_極上發(fā)生_反應。若電解質(zhì)溶液為KOH溶液，寫出正、負極上的電極反應式：負極：_，正極：_。答案(1)需大量電能(2)2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H4Q kJmol1(3)來源豐富(H2O)，燃燒放出的熱量多，產(chǎn)物無污染(4)負氧化正還原2H24e4OH=4H2OO24e2H2O=4OH解析(2)11.2 L H2為0.5 mol，故2 mol H2燃燒生成液態(tài)水放出熱量為2 mol4Q kJ，故該反應的熱化學方程式為2H2(g)O2(g)=2H2O(l)H4Q kJmol1。(3)H2作為“綠色能源”的優(yōu)點有：來源豐富；熱值高；無污染。(4)在氫氧燃料電池中，H2在負極失電子發(fā)生氧化反應，O2在正極得電子發(fā)生還原反應。若電解質(zhì)為KOH溶液，則負極為2H24e4OH=4H2O，正極為O24e2H2O=4OH。