第四单元 太阳能、生物质能和氢能的利用
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课件33张PPT。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、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、利用高能、清洁能源的重要性和迫切性。一、人类目前使用的能源
1.主要能源有:________和_______。
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。煤、石油天然气二、太阳能的利用光能转化为化学能光能转化为热能光能转化为电能光能转化为化学能机械能电能化学能三、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:
___________________________________。(2)生物化学转换
①制沼气
a.沼气的成分:主要是_____,还含有CO2及少量 H2S、NH3、PH3等。
b.应用:制气体燃料和优质肥料。
②制乙醇
含糖类、淀粉较多的农作物,经水解和细菌发酵, 可以制得乙醇,反应方程式为:
_________________________________________。
(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。CH4(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。
四、氢能的开发与利用
1.氢能的优点
(1)完全燃烧放出的热量___。
(2)原料是水,来源___。
(3)燃烧产物是水,无_____。多广污染2.氢能的开发
(1)困难:_____高、_____和_____困难等。
(2)方法:
①在光分解催化剂存在下,在特定的装置中,利 用_______分解水制氢气。
②利用______等低等植物和微生物在阳光作用 下分解水释放出氢气。
③发现和应用_____合金。能耗贮存运输太阳能蓝绿藻贮氢太阳能利用过程中存在哪些问题？
[师生互动]
【提示】①太阳能吸热板费用昂贵；②太阳能的利用受季节和天气的影响；③大部分太阳能都是夏季期间收集,如何把这部分能量储存起来,留待冬季使用,仍然是一个有待解决的问题。[师生互动]
【提示】 氢能的产生和利用途径
(1)关于用水制取二级能源H2,以下研究方向中正确的是( )
A.构成水的氢和氧是可以燃烧的物质,因此可研究在水不分解的情况下,使氢气成为二级能源
B.设法将太阳聚焦、产生高温,使水分解产生H2
C.寻找高效催化剂,使水分解产生H2,同时释放能量
D.寻找特殊的化学物质,用于开发廉价能源,如分解水制取H2(2)1 mol氢气燃烧时约放出286 kJ的热量,而每1 kg汽油燃烧时约放出46 000 kJ的热量,氢气被公认为是21世纪替代矿物燃料的理想能源。请你试述氢气作为能源的三个主要优点:
①____________________________；
②________________________________；
③________________________________。【解析】 水分子中的氢、氧以化合态存在,所以不可能直接燃烧,故选项A错误；高温状态下,水可以分解为氢气和氧气,但需要能量,太阳能是地球万能之源,取之不尽,用之不竭,所以可以设法收集(如聚焦)太阳能,用于水的分解,故选项B正确；催化剂的存在,只能加快化学反应速率,不会改变一个化学反应的方向,所以再“高效”的催化剂,也只能使水分解,不可能同时释放能量(水分解必须吸收能量),故选项C也是错误的；选项D是正确的,廉价的能源,如太阳能(如果有合适的材料,太阳能的转化率较高)、水力资源丰富的地区的水能(可以转化为电能,利用电能电解水)等。【答案】 (1)BD (2)①以水为原料,来源丰富 ②单位质量的氢气燃烧时放出的热量多(约为143 000 kJ/kg,远远大于汽油的46 000 kJ/kg) ③燃烧产物是水,没有污染(2009年广东理基)下列措施不符合节能减排的是( )
A.大力发展火力发电,解决广东电力紧张问题
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】 节能减排就是减少化石燃料的直接燃烧,如煤和石油等,开发利用太阳能、风能、潮汐能、核能等能源。因此A项中大力发展火力发电不符合节能减排的要求。
【答案】 A1.知识小结2.规律点拨
能源问题是涉及人类生活和社会发展的热点,随着社会的发展和人们生活水平的提高,对能源的需求量越来越大,而它对周围的环境也产生越来越大的影响。因此新能源的开发和利用是当今社会的任务。
(1)调整和优化能源结构,降低燃煤在能源结构中的比率,节约油气资源,加强科技投入,加快开发水电、核电和新能源。
(2)新能源包括太阳能、燃料电池、风能和氢能等。这些新能源的特点是资源丰富,且有些可以再生,为再生性能源,对环境没有污染或污染少。【解析】 太阳能是来自太阳的能量；风能是新能源,太阳辐射使各个地区温度不同,因而产生温度差,产生风,故风能是来自太阳的能量；沼气燃烧生成二氧化碳和水,参与光合作用,植物叶等转化成沼气,它是可再生能源。
【答案】 C2.有关能源的下列说法不正确的是( )
A.煤、石油、天然气均为化石能源
B.化石能源是非再生能源
C.氢能是可再生能源
D.氢能、核能均是无污染的高效能源
【解析】 核能是污染的高效能源。
【答案】 D3.能源可划分为一级能源和二级能源,自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源；需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源,它可以由自然界中大量存在的水来制取:2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)(吸收能量),下列叙述正确的是( )
A.电能是二级能源 B.水力是二级能源
C.天然气是一级能源 D.焦炉气是一级能源【解析】 题设指出,只有自然界中以现成形式存在的能源才属于一级能源。据此,天然气应是一级能源。电能通常是由其他能源(如煤、石油等)产生的,属于二级能源。因此A和C两个选项正确。焦炉气是炼焦的产物,是从煤间接制取的,属于二级能源。水的情况则较为复杂。在直接利用水的动能和势能时,水力应属于一级能源；如果用水力发电,则发出的电能又应属于二级能源。这样,B、D不正确。
【答案】 AC4.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不正确的是( )
A.用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】 人类利用的能源有的是通过化学反应获得到的,有的是自然界提供的,如水能、风能等。
【答案】 D5.能源是经济发展的重要物质基础。目前我国使用的主要能源煤、石油、天然气都属于不可再生能源,因此,开发利用新能源就显得格外重要。
利用新能源发电的形式有很多(如图),其中A表示潮汐能发电,B表示地热能发电,C表示________能发电,D表示________能发电。【解析】 从题图C可看出,风车发电,是将风能转化为电能；题图D是利用太阳能发电,是将太阳能转化为电能。
【答案】 风 太阳6.科学家认为,氢气是一种高效而无污染的理想能源,近20年来,对以氢气作为未来的动力燃料能源的研究获得了迅速发展。
(1)已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1,试写出H2完全燃烧的热化学方程式:
_________________________。
(2)用氢作为能源亟待解决的又一问题是贮氢材料的开发,研究表明某些过渡金属能与氢原子形成氢化物,氢原子填充在金属的晶格间隙之间,其组成不固定,通常是非化学计量的(如LaH2.76)。已知标准状况下,1体积的钯粉大约可吸附896体积的氢气(钯粉的密度为10.64 g·cm－3),试写出钯(Pd)的氢化物的化学式________。【解析】 (1)热化学方程式书写应注意:①注明状态,②注明对应的热效应(含＋、－号),③单位应为kJ·mol－1,不是kJ。
(2)通过求Pd和H的物质的量之比求Pd的氢化物的化学式。
【答案】 (1)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 (2)PdH0.8(或Pd5H4)练规范、练技能、练速度
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、利用高能、清洁能源的重要性和迫切性。一、人类目前使用的能源
1.主要能源有:________和_______。
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。煤、石油天然气二、太阳能的利用光能转化为化学能光能转化为热能光能转化为电能光能转化为化学能机械能电能化学能三、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:
___________________________________。(2)生物化学转换
①制沼气
a.沼气的成分:主要是_____,还含有CO2及少量 H2S、NH3、PH3等。
b.应用:制气体燃料和优质肥料。
②制乙醇
含糖类、淀粉较多的农作物,经水解和细菌发酵, 可以制得乙醇,反应方程式为:
_________________________________________。
(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。CH4(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。
四、氢能的开发与利用
1.氢能的优点
(1)完全燃烧放出的热量___。
(2)原料是水,来源___。
(3)燃烧产物是水,无_____。多广污染2.氢能的开发
(1)困难:_____高、_____和_____困难等。
(2)方法:
①在光分解催化剂存在下,在特定的装置中,利 用_______分解水制氢气。
②利用______等低等植物和微生物在阳光作用 下分解水释放出氢气。
③发现和应用_____合金。能耗贮存运输太阳能蓝绿藻贮氢太阳能利用过程中存在哪些问题？
[师生互动]
【提示】①太阳能吸热板费用昂贵；②太阳能的利用受季节和天气的影响；③大部分太阳能都是夏季期间收集,如何把这部分能量储存起来,留待冬季使用,仍然是一个有待解决的问题。[师生互动]
【提示】 氢能的产生和利用途径
(1)关于用水制取二级能源H2,以下研究方向中正确的是( )
A.构成水的氢和氧是可以燃烧的物质,因此可研究在水不分解的情况下,使氢气成为二级能源
B.设法将太阳聚焦、产生高温,使水分解产生H2
C.寻找高效催化剂,使水分解产生H2,同时释放能量
D.寻找特殊的化学物质,用于开发廉价能源,如分解水制取H2(2)1 mol氢气燃烧时约放出286 kJ的热量,而每1 kg汽油燃烧时约放出46 000 kJ的热量,氢气被公认为是21世纪替代矿物燃料的理想能源。请你试述氢气作为能源的三个主要优点:
①____________________________；
②________________________________；
③________________________________。【解析】 水分子中的氢、氧以化合态存在,所以不可能直接燃烧,故选项A错误；高温状态下,水可以分解为氢气和氧气,但需要能量,太阳能是地球万能之源,取之不尽,用之不竭,所以可以设法收集(如聚焦)太阳能,用于水的分解,故选项B正确；催化剂的存在,只能加快化学反应速率,不会改变一个化学反应的方向,所以再“高效”的催化剂,也只能使水分解,不可能同时释放能量(水分解必须吸收能量),故选项C也是错误的；选项D是正确的,廉价的能源,如太阳能(如果有合适的材料,太阳能的转化率较高)、水力资源丰富的地区的水能(可以转化为电能,利用电能电解水)等。【答案】 (1)BD (2)①以水为原料,来源丰富 ②单位质量的氢气燃烧时放出的热量多(约为143 000 kJ/kg,远远大于汽油的46 000 kJ/kg) ③燃烧产物是水,没有污染(2009年广东理基)下列措施不符合节能减排的是( )
A.大力发展火力发电,解决广东电力紧张问题
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】 节能减排就是减少化石燃料的直接燃烧,如煤和石油等,开发利用太阳能、风能、潮汐能、核能等能源。因此A项中大力发展火力发电不符合节能减排的要求。
【答案】 A1.知识小结2.规律点拨
能源问题是涉及人类生活和社会发展的热点,随着社会的发展和人们生活水平的提高,对能源的需求量越来越大,而它对周围的环境也产生越来越大的影响。因此新能源的开发和利用是当今社会的任务。
(1)调整和优化能源结构,降低燃煤在能源结构中的比率,节约油气资源,加强科技投入,加快开发水电、核电和新能源。
(2)新能源包括太阳能、燃料电池、风能和氢能等。这些新能源的特点是资源丰富,且有些可以再生,为再生性能源,对环境没有污染或污染少。【解析】 太阳能是来自太阳的能量；风能是新能源,太阳辐射使各个地区温度不同,因而产生温度差,产生风,故风能是来自太阳的能量；沼气燃烧生成二氧化碳和水,参与光合作用,植物叶等转化成沼气,它是可再生能源。
【答案】 C2.有关能源的下列说法不正确的是( )
A.煤、石油、天然气均为化石能源
B.化石能源是非再生能源
C.氢能是可再生能源
D.氢能、核能均是无污染的高效能源
【解析】 核能是污染的高效能源。
【答案】 D3.能源可划分为一级能源和二级能源,自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源；需依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源,它可以由自然界中大量存在的水来制取:2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)(吸收能量),下列叙述正确的是( )
A.电能是二级能源 B.水力是二级能源
C.天然气是一级能源 D.焦炉气是一级能源【解析】 题设指出,只有自然界中以现成形式存在的能源才属于一级能源。据此,天然气应是一级能源。电能通常是由其他能源(如煤、石油等)产生的,属于二级能源。因此A和C两个选项正确。焦炉气是炼焦的产物,是从煤间接制取的,属于二级能源。水的情况则较为复杂。在直接利用水的动能和势能时,水力应属于一级能源；如果用水力发电,则发出的电能又应属于二级能源。这样,B、D不正确。
【答案】 AC4.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不正确的是( )
A.用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】 人类利用的能源有的是通过化学反应获得到的,有的是自然界提供的,如水能、风能等。
【答案】 D5.能源是经济发展的重要物质基础。目前我国使用的主要能源煤、石油、天然气都属于不可再生能源,因此,开发利用新能源就显得格外重要。
利用新能源发电的形式有很多(如图),其中A表示潮汐能发电,B表示地热能发电,C表示________能发电,D表示________能发电。【解析】 从题图C可看出,风车发电,是将风能转化为电能；题图D是利用太阳能发电,是将太阳能转化为电能。
【答案】 风 太阳6.科学家认为,氢气是一种高效而无污染的理想能源,近20年来,对以氢气作为未来的动力燃料能源的研究获得了迅速发展。
(1)已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1,试写出H2完全燃烧的热化学方程式:
_________________________。
(2)用氢作为能源亟待解决的又一问题是贮氢材料的开发,研究表明某些过渡金属能与氢原子形成氢化物,氢原子填充在金属的晶格间隙之间,其组成不固定,通常是非化学计量的(如LaH2.76)。已知标准状况下,1体积的钯粉大约可吸附896体积的氢气(钯粉的密度为10.64 g·cm－3),试写出钯(Pd)的氢化物的化学式________。【解析】 (1)热化学方程式书写应注意:①注明状态,②注明对应的热效应(含＋、－号),③单位应为kJ·mol－1,不是kJ。
(2)通过求Pd和H的物质的量之比求Pd的氢化物的化学式。
【答案】 (1)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 (2)PdH0.8(或Pd5H4)练规范、练技能、练速度