第6节
能源和可持续发展
1．(2020·江苏省宿迁市宿豫区校级月考)下列说法中正确的是( D )
A．由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机
B．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度
C．第一类永动机违背热力学第一定律
D．自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性
解析：由于能量转移或转化是有方向性的，虽然能量守恒，但是还会产生能源危机，故A错误；绝对零度只能无限接近，不能达到，故B错误；第一类永动机违背能的转化和守恒定律，不能制造出来，不是违背了热力学第一定律，故C错误；根据热力学第二定律，自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性，故D正确。
2．(多选)(2020·福建厦门外国语学校高二下学期检测)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”。下列有关说法中正确的是( ACD )
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
解析：煤粉加压气化制备合成气中既有物理变化，又有化学变化，A正确，B错误；该技术使煤得以高效良好利用又环保，C、D正确。
3．(2020·山东省济宁市实验中学高二下学期检测)热现象过程中不可避免地出现能量耗散的现象。所谓能量耗散是指在能量转化的过程中无法把散失的能量重新收集、加以利用。下列关于能量耗散的说法中正确的是( D )
A．能量耗散说明能量不守恒
B．能量耗散不符合热力学第二定律
C．能量耗散过程中能量不守恒
D．能量耗散是从能量转化的角度，反映出自然界中涉及热运动的宏观过程具有方向性
解析：能量耗散是指能量在转化和转移的过程中扩散到周围环境中无法再收集起来的，其满足能量守恒定律，也符合热力学第二定律，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了。能量耗散反应了涉及热运动的宏观过程都具有方向性，所以A、B、C错误；D正确。
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-(共23张PPT)
第十章
热力学定律
第六节 能源和可持续发展
【素养目标定位】
※
了解什么是能量耗散和品质降低
※
了解能源与人类社会、环境的关系
※
了解几种新能源的发展
【素养思维脉络】
课前预习反馈
知识点
1
1．能量耗散
系统的内能流散到______________，没有办法把这些内能________起来加以利用，这种现象叫作能量耗散。
2．品质降低
能量从高度有用的形式降级为____________的形式叫品质降低。能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为__________的能量。
能量耗散和品质降低
周围环境中
收集
不大可用
低品质
知识点
2
1．能源
能源是指能够提供______________的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。
2．常规能源
常规能源是指________________的能源，如煤、石油、天然气、水力等。
能源与人类社会发展、环境
可利用能量
已被广泛应用
3．能源危机
按目前的消耗量，石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。
4．环境污染
能源利用的过程也直接污染着地球环境，主要有____________、____________、__________的破坏等。
温室效应
酸雨污染
臭氧层
『判一判』
(1)石油、天然气都属于新能源。
( )
(2)能量耗散不遵循能量守恒定律。
( )
(3)能量耗散会导致能量品质的降低。
( )
(4)为了可持续发展，必须节约能源。
( )
(5)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”。
( )
(6)能量耗散现象反映了在一些特殊过程中能量并不守恒，从而导致能源不可再生。
( )
×
×
√
√
√
×
辨析思考
『选一选』
在研究性学习的过程中，同学们提出了以下四个活动方案，哪些从理论上讲是可行的( )
A．制作一个内能回收器，将散失在周围环境中的内能全部收回再利用
B．发明一种制冷设备，使温度降至绝对零度
C．汽车尾气中各类有害气体排入大气后严重污染了空气，想办法使它们自发地分离，既清洁了空气，又变废为宝
D．将房屋顶盖上太阳能板，可直接用太阳能来解决照明和热水问题
解析：系统的内能流失到周围环境中，不可能全部收回再利用，A错；温度不能无限降低，绝对零度不可能达到，B错；扩散现象具有方向性，逆过程不可能自发进行，C错；太阳能可以用来发电和进行加热，D正确。
D
『想一想』
如图所示是两幅宣传节约能源的图片。请问：
既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源？
答案：能量是守恒的，但能量耗散却会导致能量品质降低，它实际上将能量从可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。故能量虽然不会减少但可利用的高品质能源会越来越少，所以要节约能源。
课内互动探究
能源和能源对环境的影响
探究
思考讨论
如图所示是我国最大的山坡光伏发电站——河北曲阳光伏发电站。太阳能是一种具有良好开发前景的新能源，与常规能源相比它具有哪些优点？
提示：光伏发电过程简单，没有机械传动部件，不消耗燃料，无噪音、无污染，太阳能资源分布广泛且取之不尽，用之不竭。
归纳总结
1．能源概念、分类
(1)概念
能源是提供可利用能量的物质。
(2)能源的分类
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
能源分类方法
能源分类名称
特点
举例
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、生物质能、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)
2.能源对环境的影响
(1)常规能源对环境的影响
石油和煤燃烧产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，产生了“温室效应”，引发了一系列问题，如两极的冰雪融化、海平面上升，海水倒灌、耕地盐碱化……这些都是人类过度开发自然所产生的严重问题。
(2)做好环境保护工作
目前的任务是采用环境能源技术，解决突出的环境污染问题，例如：城市生活垃圾问题，变垃圾为能源；提高汽车发动机效率，解决尾气问题，达到废气“零”排放；环境污染的综合治理问题，解决废物、废水、废气等，变废为宝。
典例剖析
(多选)关于能源的开发和利用，下列观点正确的是( )
A．无节制地利用能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．开发和利用能源的同时，必须加强对环境的保护
D．不断开发新能源，是缓解能源危机的主要途径
解题指导：虽然能量是守恒的，但能源会越来越少，所以要节约能源。常规能源的储量有限，且存在环境污染问题，必须开发新能源。
ACD
典
例
解析：能源是有限的，必须合理利用能源，A正确；尽管能量守恒，但使用过程中会有能量耗散及品质降低，B错误；能源开发利用推动人类进步，但同时会破坏人类生存的环境，所以必须加强对环境的保护，C正确；开发新能源、清洁能源可以缓解常规能源的不足，D正确。
对点训练
(2020·山东省潍坊二中高二下学期月考)“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题。对此，以下措施可行的是( )
A．人人都要自觉做到节约用水、节约用电，不浪费和人为毁坏物品
B．关闭现有的火力发电站
C．各地都要兴建水力和风力发电站
D．停止使用石油资源，而以核能和太阳能取代
解析：受地域环境的限制，风力、水力发电站不能在各地兴建，因而不能关闭火力发电站，故B、C错；受技术限制，核能和太阳能尚未大规模被利用，所以也不能停止使用石油资源，故D错误。
A
核心素养提升
1．能量耗散
自然界中集中度较高(即有序度较高)的能量，如机械能、电能、化学能，当它们变为环境的内能后，就成为更加分散因而也是无序度更大的能量，没有办法把这些分散的无序度更大的内能重新变成有序度较高的能量加以利用，这样的现象叫作能量耗散。
各种形式的能量向内能的转化，是无序程度较小的状态向无序程度较大的状态的转化，是能够自动发生、全额发生的，能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中涉及热现象的宏观过程都具有方向性。
能量耗散和品质降低
2．能量品质的降低
能量耗散虽然不会使能量减少，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。内能较之机械能、电能、光能、核能等是一种低品质能量。
(多选)下列关于能量耗散的说法，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．能量耗散是指散失在环境中的内能再也不能收集起来被人类利用
C．各种形式的能量向内能的转化，是能够全额发生的
D．能量耗散导致能量品质降低
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，能量耗散遵守能量守恒定律，但使得能量品质降低，故A错误，D正确；耗散的内能无法再被收集起来利用，B正确；其他形式的能在一定的条件下可以全部转化为内能，C正确。故选B、C、D。
案
例
BCD第6节
能源和可持续发展
(时间：30分钟 总分：50分)
基础夯实
一、选择题(1、2题为单选题，3、4题为多选题)
1．以下说法正确的是( C )
A．煤、石油、天然气等燃烧时可放出氧气
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
解析：煤、石油、天然气等是动植物转化成的，燃烧时放出二氧化碳，A错；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；水能是可再生能源，C对；煤、石油等存储量是有限的，是不可再生能源，D错。
2．人类只有一个地球，我们要保护赖以生存的环境。试完成以下三个题目：
(1)下列哪一种不属于当今世界的三大环境问题( C )
A．酸雨
B．臭氧层的破坏
C．人口的急剧增长
D．温室效应
(2)酸雨的形成主要是由于( B )
A．大气中CO2含量的增加
B．大气中SO2含量的增加
C．乱砍滥伐森林，破坏生态环境
D．大气中氟利昂含量增加
(3)大气臭氧层( D )
A．能大量反射太阳辐射中的紫外线，所以那里的温度较低
B．能散射太阳光中的紫外线，使地面生物免受紫外线之害
C．是大气层中存在臭氧的唯一场所，我们应该加以保护
D．吸收大量的太阳紫外线，减少到达地面的紫外线辐射
3．下列对能量耗散的理解正确的有( BD )
A．能量耗散说明能量在不断减少
B．能量耗散遵守能量守恒定律
C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失
D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性
解析：在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散。能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错。
4．关于“温室效应”，下列说法正确的是( BC )
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的二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”
C．“温室效应”使得地面气温上升、两极冰雪融化
D．“温室效应”使得土壤酸化
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、两极冰雪融化、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B、C选项正确。
二、非选择题
5．在上海市青少年校外活动营地“东方绿舟”内有一个绿色能源区，同学们可以在这里做太阳能和风能的研究性实验。某同学为了测定夏季中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，制作了一个太阳能集热装置，实验器材有：(a)内壁涂黑的泡沫塑料箱一个，底面积为1
m2；(b)盛水塑料袋一个；(c)温度计一个；(d)玻璃板一块(约1
m2)。如图所示。
假设图为一斜坡草地，太阳光垂直照射到草地表面，请将上述实验器材按实验设计要求画在下图中。
如果已知水的比热容c，被水吸收的热量Q与水的质量m、水温升高量Δt间的关系是Q＝cmΔt，则为了测定中午单位面积上、单位时间内获得的太阳能，除了需要测量m、Δt外，还应测量的物理量是__温度升高所用的时间T(或t)__，本实验会有一定误差，试写出一条产生误差的主要原因：__太阳能没有全部被水吸收(或水吸收的太阳能还有一部分损失等)__。
答案：实验图示如下：
6．某地的平均风速为5
m/s，已知空气密度是1.2
kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12
m的圆面，如果这个风车能将此圆面内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多少？
答案：3.4
kW
解析：首先可以求在时间t内作用于风车的气流质量为m＝πr2vtρ，这些气流的动能为mv2，转变的电能为E＝mv2×10%，故风车带动电动机功率为P＝＝πr2ρv3×10%代入数据以后得P＝3.4
kW
能力提升
一、选择题(单选题)
1.如图是水电站的发电原理图，由图可知下列说法错误的是( D )
A．水力发电不会造成污染
B．该装置将机械能转化为电能
C．要加大发电的功率，可采用仅“增大水落差”的方法
D．该装置可以将水库中储存的水的机械能全部转化为电能
解析：水力发电不会有污染，同时将水的机械能转化为电能，故选项A、B正确；如果仅将水落差增大，那么水流到发电机处的速度就增大，这一方法可加大发电的功率，故选项C正确；由于水下落过程以及发电机装置都有摩擦，故该装置不可能将水库中储存的水的机械能全部转化为电能，因此选项D错误。
2．凡是能提供某种形式能量的物质，或是物质各种各样的运动，统称为能源，下面是一组关于能源的问题，请完成下列题目。
(1)“能源分类的相关图”如图所示，四组能源选项中全部符合图中阴影部分能源的是( C )
A．煤炭、石油、天然气
B．水能、生物质能、天然气
C．太阳能、风能、生物质能
D．地热能、海洋能、核能
(2)煤、石油、天然气和生物质能作为能源的共同特点是( C )
A．可再生能源，取之不尽，用之不竭
B．不可再生能源，用一点，少一点
C．来自太阳辐射的能源
D．污染环境的能源
(3)煤、石油、天然气和生物质能资源的能量形成和转换利用过程基本上是( A )
A．太阳辐射能→化学能→热能
B．太阳辐射能→机械能→电能
C．生物质能→电能→化学能→热能
D．太阳辐射能→机械能→化学能
3．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浓度的增加，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，大气中二氧化碳气体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( D )
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( B )
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
(3)为了减缓CO2浓度的增加，可以采取的措施有( D )
A．禁止使用煤、石油和木柴
B．开发使用核能、太阳能和天然气
C．将汽车燃料由汽油改为液化石油气
D．植树造林
解析：大气中CO2浓度的增加，导致了温室效应；为了缓解这种局面，一方面要尽量少使用煤、石油等常规能源，另一方面要开发利用新能源并植树造林改善环境。
二、非选择题
4．太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1
m2地面上在1
s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103
J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经逐渐地出现在我们的生活中。
晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告：
(1)晓阳家每天大约需要100
kg热水，用这种热水器将这些水从25
℃加热到45
℃需要多长时间？
(2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天可节约多少电能？
答案：(1)3.9
h (2)2.9
kW·h
解析：(1)设T为光照时间，
k＝1.0×103
J/(s·m2)，
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103×100×20
J＝8.4×106
J
太阳能热水器传给水的热量Q放＝kSTη
因为Q吸＝Q放，所以
T＝＝s＝1.4×104
s≈3.9
h
(2)由Q电＝Wη1得
W＝＝
J＝1.05×107
J≈2.9
kW·h
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