2011年高一化学精品课件：2.4　太阳能、生物质能和氢能的利用（苏教版必修2）

(共41张PPT)
第四单元　太阳能、生物质能和氢能的利用
第四单元
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
探究整合应用
课前自主学案
自主学习
一、人类目前使用的能源
1．主要能源有：___、_____、________。
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。
二、太阳能的利用
煤
石油
天然气
实例 能量转化方式
直接
利用 光合作用 _____转化为_______
太阳能热水器 光能转化为热能
太阳能电池 _____转化为_____
光解水制氢气 ______转化为______
间接
利用 水力发电 太阳能间接转化为机械能和______
化石燃料 太阳能间接转化为化学能
光能
化学能
光能
电能
光能
化学能
电能
思考感悟
太阳能利用过程中存在哪些问题？
【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。
三、生物质能的利用
1．来源：_____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为：
_____________________________________。
(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。
植物
CH4
②制乙醇
含糖类、淀粉较多的农作物，在催化剂作用下，经水解和细菌发酵，可以制得乙醇，化学反应方程式为：
_______________________________，
_______________________________。
(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。
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，来源广。
(3)燃烧产物是水，无_____。
2．氢能的开发
(1)困难：______高、贮存和运输困难等。
(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利用蓝绿藻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______材料。
多
污染
能耗
太阳能
贮氢
自主体验
答案：C
答案：A
答案：D
课堂互动讲练
太阳能的利用方式
太阳能利用的实例 能量转化方式
太阳辐射能直接利用 地球上众多植物的光合作用：6CO2＋6H2O光照叶绿素C6H12O6＋6O2 光能转化为生物质能，其本质是光能转化为化学能
地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等 光能转化为热能，基本原理是将太阳辐射能加热物体而获得热能
太阳能电池 光能转化为电能，基本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能
光解水制得氢气(利用太阳辐射能和催化剂使水分解) 光能转化为化学能，这是一种很有前途的转换方式
太阳能利用的实例 能量转化方式
间接利用太阳辐射能 水力发电。太阳辐射能使地表上的水分蒸发形成云雨，下雨之后，江、河上游的水位提高，形成落差，推动水轮机而发电 太阳能间接转化为热能和电能
化石燃料。由远古时代的生物质能转化而来，归根到底是由太阳能转化而来 太阳能间接转化为化学能
例1
美国《科学美国人》杂志在“地球的能量资源”一文中提供了如下数据：
到达地球表面的太阳辐射能的几条主要去路
直接反射 52000×109千焦/秒
以热能方式离开地球 81000×109千焦/秒
水循环 40000×109千焦/秒
大气流动 370×109千焦/秒
光合作用 40×109千焦/秒
请选用以上数据计算：
(1)地球对太阳能的利用率约为________。
(2)通过光合作用，每年有________ kJ的太阳能转化为化学能(每年按365天计)。
变式训练1　下列有关太阳能的利用方式以及列举的实例错误的是(　　)
A．直接利用太阳辐射能的基本方式有四种：光—热转换、光—电转换、光—化学能转换和光—生物质能转换
B．太阳能热水器是一种光—热转换形式
C．绿色植物进行的光合作用，是一种光—生物质能转换，它的本质是光—化学能转换
D．将电能通过用电器进行照明的过程是一种光—电能转换过程
解析：选D。光—热转换、光—电转换、光—化学能转换和光—生物质能转换是太阳能利用的基本方式。它们都是把光能转换成其他形式的能量的过程。D项是将电能转换成光能的过程。
生物质能的利用
例2
(2011年泉州高一检测)随着现代工业的发展，能源问题已经越来越引起人们的重视。科学家预言，未来最理想的燃料是绿色植物，即将植物的秸秆(主要成分是纤维素)用适当的催化剂作用水解成葡萄糖，再将葡萄糖转化为乙醇，用作燃料。
(1)写出将绿色植物的秸秆转化为乙醇的化学方程式
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)已知：C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1367 kJ·mol－1
若某种植物的秸秆含纤维素50%，由植物秸秆经过一系列转化得到乙醇原料的总利用率为80%，则用1000 g秸秆为原料制得的乙醇燃料燃烧所产生的热量为______，与______ L甲烷完全燃烧产生的热量相当(标准状况下，1 mol CH4燃烧产生890 kJ的热量)。
【解析】　(1)这是一道考查有关能源利用问题的题目。本小题要求掌握化学中的转化关系：纤维素→葡萄糖→乙醇，并熟悉转化的化学方程式。
(2)本小题是有关热化学方程式的计算：
设1000 g秸秆制得乙醇，燃烧产生的热量为x，与体积为y的标准状况下的甲烷完全燃烧产生的热量相当。
(C6H10O5)n～2nC2H5OH～1367 kJ·mol－1×2n mol
162n g 2734n kJ
1000×50%×80% g x
解得：x＝6750.6 kJ；
CH4　～　890 kJ·mol－1×1 mol
22．4 L 890 kJ
y 6750.6 kJ
解得：y≈170 L。
【答案】　(1)(C6H10O5)n＋nH2O nC6H12O6；
C6H12O6 2C2H5OH＋2CO2↑
(2)6750.6 kJ　170
【规律方法】　(1)无污染，是能源、材料、食品等的发展方向。
(2)计算两个反应热量相当的问题，先要计算一个反应释放(或吸收)的能量，再根据另一个反应的反应热进行计算。
变式训练2　
人类发现、利用沼气已有悠久的历史。1776年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽地里腐烂的生物质发酵，从水底冒出一连串的气泡，分析其主要成分为甲烷和二氧化碳等气体。由于这种气体产生于沼泽地，故俗称“沼气”。1781年，法国科学家穆拉发明人工沼气发生器。200多年过去了，如今全世界约有农村家用沼气池530万个，中国就占92%。农村沼气池的主要填料是猪粪、秸秆、污泥和水等。随着农村沼气使用的日益推广和大型厌氧工程技术的进步，20世纪90年代以来，世界范围内的一些大型沼气工程有了迅速发展。
垃圾和麦草的主要化学成分分别是C6H12O6、(C6H10O5)n，试写出用垃圾和麦草发酵产生沼气的化学方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________
解析：(C6H10O5)n先水解生成C6H12O6，然后再发酵生成甲烷，由元素守恒知道生成CH4的同时生成CO2。
关于氢能的开发和利用问题
氢能是一种极为优越的新能源，其主要优点有：①燃烧热值高，每千克氢气燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。②燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。③来源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。
例3
能源危机让许多国家开始实施能源多样化战略，加大新能源研发力度，探索代替石油的能源和技术。而在各种新能源中，氢能源目前被认为最有可能进入实用领域，它具备了成为投资者追捧的“明星”潜质。为了有效发展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济的方法是________(填写编号)。
①电解水　②锌和稀硫酸反应　③光解海水
其次，还需要解决的问题是______________________(写出其中一个)。
【解析】　太阳能和海水资源丰富，若能实现光解海水法制氢是经济的方式。由于氢气易着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。
【答案】　③　氢气的输送(或氢气的贮存)
变式训练3　氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括
(　　)
①原料来源广　②易燃烧、热值高　③储存方便　④制备工艺廉价易行
A．①②　　　　　　　　　　
B．①③
C．③④
D．②④
解析：选A。地球上有大量的水，可用水为原料制氢气。H2易燃烧，无污染，热值高，是一种高效、干净的新能源，但在利用氢燃料时，其储存和制备成本较高，到现在还不能大量使用。
探究整合应用
能量的利用和转化
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。
1．能量之间的转化
2．新能源的开发
(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。
3．氢能的产生和利用途径
例
(3)若生产条件和设备均很理想，在生产过程中只需添加的原料是________。
【解析】　从三个反应的产物来看，能够解决目前环境和能源问题的物质是氢气，所以该反应是用来制备氢气的。又因为这三个反应是“联合与循环”生产氢气的，所以可以将三个方程式叠加，得到总反应方程式，即可判断出反应物、生成物、中间产物和催化剂等。
将三个方程式叠加，可得总的方程式为：2H2O===2H2↑＋O2↑，故产物为H2和O2，其中H2能解决目前环境和能源问题；FeCl2和Cl2作催化剂，HCl、Fe3O4和FeCl3是中间产物。
【答案】　(1)H2　(2)使水分解为氢气和氧气　(3)水