3-5、3-6 能源与可持续发展 能源的开发利用与环境保护 学案1

第五讲　能源与可持续发展
第六讲　研究性学习——能源的开发利用与环境保护
[目标定位]　1.知道一些常规能源.2.知道温室效应和酸雨形成的原因、危害及防治措施.3.了解新能源开发与利用.
一、能源与环境
1.常规能源：煤、石油、天然气.
2.大量消耗常规能源造成的危害
(1)空气质量恶化，危害生态环境.
(2)大气污染最突出的影响是：温室效应和酸雨.
二、温室效应
1.温室效应是人类过多地排放二氧化碳，干扰了地球的热量平衡造成的.
2.控制全球变暖的对策：调整能源结构，控制二氧化碳的过量排放.
三、酸雨
1.定义：pH值小于5.6的降水.
2.酸雨形成原因：人为排放的二氧化硫和氮氧化合物是酸雨形成的根本原因.
3.酸雨的危害：酸雨影响人的健康，危害生态系统，使土壤酸化和贫瘠，腐蚀建筑物和艺术品.
4.防治酸雨的措施
(1)健全法规，强化管理，控制排放.
(2)发展清洁煤技术，减少燃烧过程SO2的排放.
(3)改造发动机，安装汽车尾气净化器.
四、能量降退与节约能源
1.能量降退：能量可利用程度降低的现象.
2.节约能源：由于常规能源是不可再生的能源，不是用之不竭的.
五、新能源的开发和利用
1.化石能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急.
2.新能源主要有下列几种
(1)太阳能
(2)生物质能
(3)风能
(4)水(河流、潮汐)能
太阳能、风能、水能是清洁能源.风能和水能是可再生能源.
[温馨提示]　能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低，它实际上将能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式.煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能.
解决学生疑难点
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一、能源的特点及分类
能源分类方法
能源分类名称
特点
举例
按形成或转换特点分
一次能源
自然形成，未经加工
太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能
二次能源
由一次能源经加工转换而成
焦炭、木炭、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能
按利用技术分
常规能源
已大规模正常使用
煤、石油、天然气、水能
新能源
正在开发，或有新的利用方式
太阳能、核能、地热能、海洋能、沼气、风能
按可否再生分
可再生能源
可循环使用、不断补充
水能、风能、太阳能、地热能
不可再生能源
短期内无法转换获得
煤、石油、天然气、核燃料
按对环境污染情况分
清洁能源
对环境基本上没有污染
太阳能、海洋能、风能、水能
污染能源
会严重污染环境
化石燃料(煤、石油、天然气)
例1　水力发电站的电能最终来自于(　　)
A.太阳能
B.水的动能
C.水的势能
D.水的内能
答案　A
二、能量降退与节约能源
1.能量降退
(1)概念：能量可利用程度降低的现象.
(2)对能量降退的理解
①由于自然界中的宏观过程的方向性，使能量在转化过程中，可利用程度逐渐降低.
②内燃机不可能把燃料燃烧释放的内能全部用来对外做功，总有散失到环境中的能量，这些能量很难重新利用，可利用程度很低，若用内燃机输出的机械能带动发电机发电，又有一部分机械能转化为发电机的内能，发电机温度升高，把这些内能散失到周围空间，这些弥散的能量可利用程度也很低，由此看来，能量的可利用程度是逐渐降低的.
2.节约能源的原因
(1)煤炭、石油、天然气等常规能源都是不可再生能源，都存在能量降退的现象.
(2)随着生产力的飞速发展，能源的消耗急剧增长.
(3)地球上的石油、煤炭等能源储藏量有限，能源需求的成倍增长与常规能源的有限性的矛盾将不断引起能源危机.
例2　下列供热方式最有利于环境保护的是(　　)
A.用煤做燃料供热
B.用石油做燃料供热
C.用天然气或煤气做燃料供热
D.用太阳能灶供热
答案　D
解析　煤、石油、天然气等燃料的使用，使人类获得大量能源，但是由于这些燃料中含有杂质以及燃烧的不充分，使得废气中含有粉末、一氧化碳、二氧化硫等物质污染大气，而太阳能是一种无污染的能源.
借题发挥　太阳能是一种清洁能源，不会污染环境.不会污染环境的能源还有：风能、海洋能、地热能、生物质能和氢能等.
针对训练　下列对能量降退的理解正确的是(　　)
A.能量降退说明能量在不断减少
B.能量降退遵守能量守恒定律
C.能量降退说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D.能量降退从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
答案　BD
解析　能量降退是在能量转化的过程中可利用程度逐渐降低，散失的部分无法再回收利用，但不违反能量守恒定律，能量既没有减少，也没有消失，它只是从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故B、D选项正确.
能源与环境
1.下列情况可引起大气污染的是(　　)
A.太阳能热水器的使用
B.工业废气的排放
C.燃放鞭炮
D.风车在发电
答案　BC
解析　太阳能与风能是清洁能源，而工业废气及燃放鞭炮都可能会引起大气污染，选B、C.
2.关于“温室效应”，下列说法正确的是(　　)
A.太阳能源源不断地辐射到地球上，由此产生了“温室效应”
B.石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C.“温室效应”使得地面气温上升，两极冰雪熔化
D.“温室效应”使得土壤酸化
答案　BC
解析　“温室效应”的产生是由于石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量.它的危害是使地面气温上升、两极冰雪熔化、海平面上升淹没沿海城市、海水向河流倒灌、耕地盐碱化等，故正确答案为B、C.
能源开发与利用
3.下列关于能量耗散的说法，不正确的是(　　)
A.能量耗散使能的总量减少，违背了能量守恒定律
B.能量耗散是指耗散在环境中的内能再也不能被人类利用
C.各种形式的能量向内能的转化，是能够自动全额发生的
D.能量耗散导致能量品质的降低
答案　A
解析　能量耗散是能量在转化的过程中有一部分以内能的形式被周围环境吸收，遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错、D对；耗散的内能无法再被利用，B项对；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，但相反过程却不能够全额进行，C项对；故选B、C、D.
(时间：60分钟)
题组一　能源的分类
1.以下说法正确的是(　　)
A.煤、石油、天然气等燃料的最初来源可追溯到太阳能
B.汽油是一种清洁能源
C.水能是可再生能源
D.煤、石油等常规能源是取之不尽、用之不竭的
答案　AC
解析　煤、石油、天然气等是动植物转化成的，其来源可追溯到太阳能，A正确；汽油燃烧会引起一些化合物的产生，导致有毒气体的生成，B错误；水能是可再生能源，C正确；煤、石油等存量是有限的，是不可再生能源，D错误.
2.作为新型燃料，从环保角度来看，氢气具有的突出特点是(　　)
A.在自然界里存在氢气
B.氢气轻，便于携带
C.燃烧氢气污染小
D.氢气燃烧发热量高
答案　C
解析　氢气燃烧生成水，所以对环境污染小.
题组二　能源与环境
3.你认为下列能源中，最适合作为未来能源的是(　　)
A.太阳能
B.风能
C.柴薪能源
D.潮汐能
答案　A
4.关于能源的开发和节约，你认为下列哪些观点是错误的(　　)
A.常规能源是有限的，无节制地利用常规能源，如石油之类，是一种盲目的短期行为
B.根据能量守恒定律，担心能源枯竭是一种杞人忧天的表现
C.能源的开发和利用，必须要同时考虑其对环境的影响
D.通过核聚变和平利用核能是目前开发新能源的一种新途径
答案　B
解析　能量虽然守恒，但能量的耗散导致能量的品质降低及不可再利用，也往往对环境产生破坏，从而应开发新型的清洁型的能源，故B选项错.
5.下列叙述中不正确的是(　　)
A.市区禁止摩托车通行是为了提高城区空气质量
B.无氟冰箱的使用会使臭氧层受到不同程度的破坏
C.大气中CO2含量的增多是引起温室效应的主要原因
D.“白色污染”是当前环境保护亟待解决的问题之一
答案　B
解析　城市的空气污染一方面来自工业，另一方面来自机动车尾气的排放；氟是促使臭氧分解的催化剂，所以无氟冰箱的使用会降低对臭氧层的破坏；二氧化碳的性质决定了它能引起温室效应，现在大气中二氧化碳的浓度日益增大；由于塑料极难分解，所以“白色污染”成了当前环境保护的重大问题之一.
题组三　能源的开发与利用
6.下面关于能源的说法中正确的是(　　)
A.一切能源是取之不尽，用之不竭的
B.能源是有限的，特别是常规能源，如煤、石油、天然气等
C.大量消耗常规能源会使环境恶化，故提倡开发利用新能源
D.核能的利用对环境的影响比燃烧石油、煤炭大
答案　BC
解析　尽管能量守恒，但耗散的内能无法重新收集利用，所以能源是有限的，特别是常规能源，A错、B对；常规能源的利用比核能的利用对环境的影响大，C对、D错.
7.为了减缓大气中CO2浓度的增加，可以采取的措施有(　　)
A.禁止使用煤、石油和天然气
B.开发利用核能、太阳能
C.将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D.植树造林
答案　BD
解析　能源与环境是相互制约的，在目前能源比较短缺的情况下还不能禁止使用常规能源，A、C错，B正确；通过植树造林，可以把太阳辐射到地球的能量转化为生物的能量储存起来，又能吸收大气中的CO2，释放出O2，D正确.
8.关于能量和能源，下列说法中正确的是(　　)
A.化石能源是清洁能源，水能是可再生能源
B.人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
C.在能源的利用过程中，由于能量在数量上并未减少，所以不需要节约能源
D.能量耗散现象说明：在能量转化的过程中，虽然能量的总量并不减少，但能量品质降低了
答案　D
解析　化石能源在燃烧时放出SO2、CO2等气体，形成酸雨和温室效应，破坏生态环境，不是清洁能源，A项错；能量是守恒的，既不能创造也不可能消失，但能量品质会下降，故要节约能源，B、C均错，D项正确.
9.有一位柴油机维修师傅，他介绍说不用任何仪器，只要将手伸到柴油机排气管附近，感知一下排出尾气的温度，他就能够判断这台柴油机是否节能，关于尾气的温度跟柴油机是否节能之间的关系，你认为正确的是(　　)
A.尾气的温度越高，柴油机越节能
B.尾气的温度越低，柴油机越节能
C.尾气的温度高低与柴油机是否节能无关
D.以上说法均不正确
答案　B
解析　气体的内能不可能完全转化为柴油机的机械能，柴油机使柴油在它的气缸中燃烧，产生高温高压的气体，是一个高温热源；而柴油机排气管排出的尾气是一个低温热源，根据能量守恒定律，这两个热源之间的能量差就是转换的机械能，燃烧相同质量的柴油，要想输出的机械能越多，尾气的温度就要越低.
10.煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境.最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”.下列有关说法中不正确的是(　　)
A.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
B.煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
C.该技术实现了煤的清洁利用
D.该技术实现了煤的高效利用
答案　B
解析　煤粉加压汽化制备合成气中既有物理变化，又有化学变化，A正确；该技术使煤得以良好利用又环保，C、D正确，故选B.
11.CO2气体有个“怪脾气”，它几乎不吸收太阳的短波辐射，大气中CO2浓度增加，能使地表温度因受太阳辐射
而上升；另外，它还有强烈吸收地面红外热辐射的作用，阻碍了地球周围的热量向外层空间的排放，使整个地球就像一个大温室一样.因此，大气中CO2浓度的急剧增加已导致气温的逐步上升，使全球气候变暖.
(1)这种大气中以CO2为主的气体产生的效应称为(　　)
A.光热效应
B.光电效应
C.光气效应
D.温室效应
(2)导致大气中CO2浓度增加的主要原因是(　　)
A.大量植物和生物物种灭绝
B.大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧
C.人口剧增，呼出的二氧化碳增多
D.自然因素破坏了地球环境生态平衡
答案　(1)D　(2)B
解析　以CO2为主的气体产生的效应称为温室效应，导致这种效应产生的重要原因为大量燃料如石油、煤炭、天然气等的燃烧.
12.能源问题是当前热门话题，传统的能源——煤和石油，由于储量有限，有朝一日要被开采完毕，同时在使用过程中也会带来污染，寻找新的、无污染的能源是人们努力的方向，利用潮汐发电即为一例.如图1表示的是利用潮汐发电，左方为陆地和海湾，中间为大坝；其下有通道，水经通道可带动发电机.涨潮时，水进入海湾，待内外水面高度相同时，堵住通道如图甲；潮落至最低点时放水发电，如图乙；待内外水面高度相同时，再堵住通道，直到下次涨潮至最高点，又进水发电，如图丙.设海湾面积为5.0×107m2，高潮与低潮间高度差为3.0m，则一天内流水的平均功率为(　　)
图1
A.75MW
B.100MW
C.125MW
D.150MW
答案　B
解析　潮汐发电其实质就是将海水的重力势能转化为电能.每次涨潮时流进海湾(落潮时流出海湾)的海水的重力为mg＝ρShg＝1.0×103×5.0×107×3×10N＝1.5×1012N，其重心高度变化为h′＝1.5m.
一天内海水两进两出，故水流功率为
P＝＝W＝1.0×108W＝100MW.