高中化学《太阳能生物质能和氢能的利用》导学案+课后提升练习.docx
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高中化学《太阳能生物质能和氢能的利用》导学案+课后提升练习
第四单元 太阳能、生物质能和氢能的利用
[学习目标] 1.知道太阳能、生物质能、氢能的利用。
2.认识开发利用清洁高效新能源的重要意义。
知识点
太阳能的利用
[学生预习区]
能源是人类生活和社会发展的基础,地球上最基本的能源是
太阳能。
太阳能以
光和热的形式传送到地面。
人们可以直接利用太阳能,同时绿色植物通过
光合作用吸收太阳能,动物食用植物体内的淀粉、纤维素和蛋白质间接利用太阳能。
1.太阳能的间接利用
在太阳光的作用下,植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖,进而生成淀粉和纤维素,把光能转化为化学能。
方程式为
6H2O+6CO2
C6H12O6+6O2。
动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖,葡萄糖氧化生成二氧化碳和水,同时释放出热量。
方程式为
(C6H10O5)n+nH2O
nC6H12O6;
C6H12O6(s)+6O2(g)―→6CO2(g)+6H2O(l) ΔH=-2804kJ·mol-1。
2.太阳能的直接利用
续表
1.太阳能的利用有哪些优缺点?
提示:
优点是成本低、无污染;缺点是受天气影响较大。
[教师点拨区]
1.太阳能的利用前景
太阳能的开发利用是当今国际上一大热点,经过近20多年的努力,太阳能技术有了显著进步,太阳能的利用领域已由生活热水、建筑采暖等扩展到工农业生产的许多部分,人们已经强烈意识到,一个广泛利用太阳能和可再生能源的新时代——太阳能时代即将到来。
2.太阳能的特点
优点:
太阳能是巨大、无尽的能源;太阳能可以为人类共享,可免费使用;太阳能对环境无任何污染等。
缺点:
受季节、地区、气候等影响,不能维持常量等。
[对点即时练]
1.下列有关太阳能的说法不正确的是( )
A.太阳能以光和热的形式传送到地面
B.化石燃料蕴藏的能源来自太阳能
C.太阳能是洁净能源,不污染环境
D.食用植物体内的淀粉、蛋白质等属直接利用太阳能
答案 D
解析 淀粉、蛋白质等物质内蕴藏化学能,这些化学能通过化学反应在人体内转化为人体活动所需的能量,食用这些物质属于间接利用太阳能。
2.下列有关太阳能利用的叙述不正确的是( )
A.太阳能热水器是将光能转化为热能
B.太阳能电池是将光能转化为电能
C.光解水制氢气是将光能转化为化学能
D.水力发电是将太阳能直接转化为机械能
答案 D
解析 太阳能的利用方式分为直接利用和间接利用。
直接利用太阳辐射能有四种基本方式:
①光-热转换;②光-电转换;③光-化学能转换;④光-生物质能转换,水力发电是间接利用太阳能。
规律方法
太阳能与其他能量的关系
知识点
生物质能的利用
[学生预习区]
1.生物质能的来源
植物及其加工产品所贮存的
能量。
2.生物质能的利用方式
(1)直接燃烧(用纤维素代表植物枝叶的主要成分)
化学方程式为
(C6H10O5)n+6nO2
6nCO2+5nH2O。
(2)生物化学转换
①制沼气
沼气的成分主要是
CH4,还含有CO2及少量H2S、NH3、PH3等。
②制乙醇
化学方程式:
(C6H10O5)n+nH2O
nC6H12O6;
C6H12O6
2C2H5OH+2CO2↑。
(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。
2.生物质能的利用有哪些优点?
提示:
生物质能具有可再生、低污染、分布广泛等优点。
[教师点拨区]
1.生物质能
(1)生物质能是新能源,可以再生,合理利用不会造成环境污染。
(2)生物质能通过生物化学转换可以制取CH4、乙醇等能源物质,生物质通过热化学转换可以制取CH4、CO、H2等可燃性气体。
2.生物质能的特点
(1)生物质能储量大、种类多、利用形式多样。
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源,仅次于煤、石油和天然气,居世界能源第四位,在整个能源系统中占有重要地位。
(2)生物质能是一种理想能源,具有可再生、低污染、分布广泛等特点。
(3)缺点:
利用规模小,植物仅能将少量的太阳能转化为生物质能;单位土地面积的有机物能量偏低;缺乏适合栽种植物的土地。
3.生活垃圾中生物质能的利用
[对点即时练]
3.下列有关生物质能的说法不正确的是( )
A.生物质能是可再生能源
B.生物质能来源于太阳能
C.焚烧生活垃圾发电是将生物质能转化为热能再转化为电能
D.玉米、高粱发酵制乙醇是生物质能的热化学转换
答案 D
解析 生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量,生物质能的利用除释放能量外,产生无污染的CO2和H2O,通过植物的光合作用,重新将太阳能转化为生物质能,因此生物质能是可再生的新能源,A正确;光-生物质能的转换本质是光-化学能的转换,B正确;焚烧生活垃圾发电的能量转换过程是生物质能―→热能―→电能,C正确;含淀粉较高的农作物发酵制燃料乙醇是生物化学转换,D不正确。
4.下列对城市废弃物中生物质能利用不合理的是( )
A.把废弃物运到乡下找个地方填埋掉
B.对废弃物进行处理后焚烧,利用产生的热能供暖和发电
C.把废弃物进行生物化学转换获取CH4
D.让废弃物在一定条件下发生化学反应,产生热值较高的可燃性气体
答案 A
解析 生活垃圾采用填埋的方式会使能量不能被充分利用,同时占用了土地。
规律方法
直接燃烧生物质能的缺点
(1)燃烧不充分,产生的CO会污染空气。
(2)燃烧充分,产生大量CO2气体会加剧温室效应。
(3)热能利用率不高,损失大量能量。
(4)利用率低,若能综合利用可以制得各种产品,利用价值将成百倍地增加。
知识点
氢能的开发与利用
[学生预习区]
1.氢能的特点
(1)制备的原料是水,资源不受限制。
(2)氢气的热值高,燃烧放出的热量多,本身无毒。
(3)燃烧的产物是
水,不污染环境,且能循环使用。
2.氢能的利用
(1)氢能产生与利用的途径
(2)氢能产生与利用中存在的问题及解决问题的方法
①需解决用水制备氢气的
能耗问题
用电解方法可以使水分解:
2H2O
2H2↑+O2↑,但要消耗大量电能。
科学家正在研究利用其他方法由水制取氢气。
例如,在
光分解催化剂存在下,在特定的装置中,利用太阳能分解水制氢气;利用
蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气。
②需解决氢气的贮存和运输问题
贮氢合金的发现和应用,开辟了解决
氢气贮存、运输难题的新途径。
[教师点拨区]
氢能的产生
1.水煤气法
2.电解法
3.光解法
[对点即时练]
5.氢能是一种既高效又洁净的新能源,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.①②B.①③
C.③④D.②④
答案 A
解析 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、洁净的新能源,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。
6.(双选)氢能是一种应用前景非常诱人的新能源,目前仍处在研究、试验阶段,还未进入实用阶段,主要原因是( )
A.氢气燃烧放出的热量低于相同质量的化石燃料,经济效益欠佳
B.氢气燃烧对环境影响的评价问题尚无定论
C.氢气的制备耗能巨大,廉价制氢技术尚未成熟
D.氢气贮存、运输等安全技术尚未完全成熟
答案 CD
解析 氢气燃烧放出的热量高于相同质量的化石燃料,经济效益欠佳更是错误的。
氢气燃烧产物是水,对环境无污染,因此对环境影响的评价已经是公认的“绿色能源”。
C、D是导致氢能仍处于研究、试验阶段的主要原因。
规律方法
氢能的利用方式
(1)利用氢和氧化剂发生反应放出热能。
(2)利用氢和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电能。
(3)利用氢的热核反应释放出核能,这是氢能的一种特殊应用。
[A篇 知识对点训练]
知识点
太阳能的利用
1.下列属于直接利用太阳辐射能的方式是( )
①光-热转换 ②光-电转换 ③光-化学能转换 ④光-生物质能转换
A.①②③B.①③④
C.①②④D.①②③④
答案 D
解析 直接利用太阳能的方式基本上有四种:
①光-热转换,②光-电转换,③光-化学能转换,④光-生物质能转换。
2.下列叙述不正确的是( )
A.化石燃料内部“贮存”着能量
B.太阳能不能直接转化为电能
C.物质的化学能可以在不同的条件下分别转化为热能、电能等为人类所用
D.绿色植物发生光合作用时,将太阳能转化为化学能“贮存”起来
答案 B
解析 化石燃料在燃烧时会放出能量,故内部“贮存”着能量,A项正确;太阳能可以直接转化为电能,如太阳能电池,B项错误;化学能可以转化为热能或电能等,如燃烧放热或电源放电等,C项正确;光合作用是将光能转化为化学能的过程,D项正确。
3.有专家指出,如果针对燃烧产物CO2、H2O、N2等,利用太阳能使它们重新组合成燃料,使之能够实现循环利用,那么,不仅可以消除对大气的污染,还可以节约燃料,缓解能源危机。
在此构想的物质循环图中太阳能最后转化为( )
A.化学能B.热能
C.生物质能D.电能
答案 B
解析 从题给信息可知,利用太阳能可以使燃烧产物CO2、H2O、N2重新组合成燃料,而燃料转化为燃烧产物并放出热量,如此循环,由此可知太阳能最终转化为热能,B项正确。
知识点
生物质能的利用
4.能源与人类的生活和社会发展密切相关,下列有关说法不正确的是( )
A.用植物秸秆生产酒精代替汽油作汽车燃料
B.实行垃圾分类回收,将垃圾中的生物质能转化为热能
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
答案 D
解析 人类利用的能源不都是通过化学反应获得的,如水能、风能、太阳能等。
5.下面有关“生物质能”的说法,不正确的是( )
A.利用生物质能就是间接利用太阳能
B.生物质能源是可再生的能源
C.生物质能源是解决农村能源的主要途径
D.生物质能的缺点是严重污染环境
答案 D
解析 生物质的利用形式有多种,不一定是燃烧,不一定对环境有污染,D错误。
6.沼气是有机废弃物(树叶、秸秆、草类及垃圾、粪便等)在隔绝空气的条件下发酵分解而成的气体,主要成分是甲烷。
农村沼气池中发酵后的池底剩余物是很好的沤肥。
下面有关结论中,错误的是( )
A.沼气是一种清洁的能源
B.使用沼气作能源可以保护森林
C.使用沼气给农民的生活带来了不便
D.使用沼气是对化学能的充分利用
答案 C
解析 使用沼气能源可以减少其他能源的使用,进而保护森林。
知识点
氢能的开发与利用
7.下列不属于开发利用氢能源的关键技术的是( )
A.贮存与运输
B.氢能是可再生清洁能源
C.开发氢氧燃料电池
D.廉价制取
答案 B
解析 “氢能是可再生清洁能源”是氢能的优点,不是开发利用氢能源的技术。
8.近20年来,对以氢气为未来的动力燃料氢能源的研究获得了迅速发展,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且资源可持续利用的制氢气的方法是( )
A.电解水B.锌与稀硫酸反应
C.光解海水D.以石油、天然气为原料
答案 C
解析 制H2的要求为可供开发又较经济,且资源可持续利用,A、B两项不经济,D项可开发,但石油、天然气为化石燃料不可持续利用。
9.分析下图:
回答以下问题:
(1)电解水生成H2,首先要解决的问题是__________。
(2)氢气作为理想的“绿色能源”的主要理由是__________________。
答案
(1)需大量电能
(2)来源丰富(H2O),燃烧放出的热量多,产物无污染
解析
(1)电解水需要消耗大量电能。
(2)H2作为“绿色能源”优点有三:
来源丰富;热值高;无污染。
[B篇 综合提升训练]
10.下列变化过程和对应的能量转化关系错误的是( )
A.植物光合作用:
光能→生物质能
B.太阳能热水器:
太阳能→电能
C.石灰石高温分解:
热能→化学能
D.铅蓄电池:
化学能→电能
答案 B
解析 A项,植物的光合作用是把光能转化为生物质能,正确;B项,太阳能热水器是把太阳能转化为热能,错误;C项,石灰石高温分解生成氧化钙和二氧化碳,是把热能转化为化学能,正确;D项,铅蓄电池是把化学能转化为电能,正确。
11.绿色能源是人类理想的能源,不会造成环境污染,下列能源不属于绿色能源的是( )
A.氢能源B.太阳能
C.风能D.石油
答案 D
解析 氢能是氢气燃烧提供的,产物是水,无污染;太阳能是最清洁的能源;风能的使用也不会给环境带来污染;石油是化石燃料,其中硫元素燃烧生成的二氧化硫、碳元素不完全燃烧产生的一氧化碳、氮元素高温燃烧产生的氮氧化物等都是污染物,因此石油不是绿色能源。
12.下列有关能源和能量转换的叙述正确的是( )
A.推广使用太阳能、风能、海洋能、氢能,有利于缓解温室效应
B.乙醇和汽油都是可再生能源,应大力推广“乙醇汽油”
C.普通锌锰干电池不含环境污染物,用完后可以随意扔掉,使用方便
D.燃料电池是利用燃料燃烧,将化学能转化为热能,然后再转化为电能的化学电源
答案 A
解析 A项,可以减少二氧化碳的排放,有利于缓解温室效应,正确;B项,汽油是不可再生能源,错误;C项,废弃电池会造成土壤污染、水污染等环境问题,用完后不能随意扔掉,错误;D项,原电池是将化学能转化为电能的装置,D错误。
13.石油、水能、生物质能的共同点是( )
A.都是可再生的常规能源
B.本质上都是来自太阳辐射的能量
C.都是清洁型能源
D.都会对环境产生污染
答案 B
解析 石油属于不可再生能源,生物质能是新能源,A项错误;地球上大部分能源(石油、水能、生物质能等)从本质上讲都来自太阳能,B项正确;石油的使用会对环境产生污染,不属于清洁型能源,C项错误;水能属于清洁型能源,D项错误。
14.能源是现代文明的原动力,通过化学方法可以使能量按人们所期望的形式转化,从而开辟新能源和提高能源的利用率。
(1)氢气在燃烧时,放出大量热量,说明该反应是________热反应,这是由于反应物的总能量________(填“大于”“小于”或“等于”,下同)生成物的总能量;从化学反应的本质角度来看,是由于断裂反应物中的化学键吸收的总能量________形成生成物中的化学键放出的总能量。
(2)氢气被公认为是21世纪代替矿物燃料的理想能源,2g氢气燃烧时放出286kJ热量,而每千克汽油燃烧放出的热量为46000kJ。
试据此分析氢气作为能源代替汽油的优势:
_________________________。
答案
(1)放 大于 小于
(2)清洁能源,燃烧后无污染环境的物质生成;单位质量放出的热量多
解析
(1)燃烧反应都是放热反应,所以氢气的燃烧反应是放热反应,根据能量守恒定律,放热反应是反应物的总能量大于生成物的总能量;化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成,放热反应的本质是断裂反应物中的化学键吸收的总能量小于形成生成物中的化学键放出的总能量。
(2)2g氢气燃烧时放出286kJ热量,所以1000g氢气燃烧放出143000kJ的热量,约是每千克汽油燃烧放出热量的3倍,且氢气燃烧的产物是水,对环境无污染。
15.能源可划分为一级能源和二级能源。
自然界以现成方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,该反应要吸收大量的热,反应式为2H2O(l)
2H2(g)+O2(g)。
根据上述内容回答下列问题:
(1)下列叙述中,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.水煤气是一级能源
(2)关于用水制取二级能源氢气,以下研究方向不正确的是________。
A.构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质,因此可研究在水不分解的情况下,使氢气成为二级能源
B.设法将太阳光聚焦,产生高温,使水分解产生氢气
C.寻找高效催化剂,使水分解产生氢气,同时释放能量
D.寻找特殊催化剂,用于开发廉价能源,以分解水制取H2
(3)标准状况下,11.2LH2燃烧生成液态的水,放出QkJ的热量,写出该反应的热化学方程式:
____________________________________________。
答案
(1)AC
(2)AC (3)2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-4QkJ·mol-1
解析
(1)由题给信息可知水力、天然气是一级能源;电能是依靠煤燃烧的热能或水力、风能、核能等转化而制得的能源;水煤气是一氧化碳和氢气的混合气,它由焦炭和水蒸气在高温下反应生成,故电能和水煤气均是二级能源。
(2)水本身并不能燃烧,水分解后生成的氢气才可以燃烧放出热量,而水的分解是吸热反应。
在发生吸热反应时,反应物需要吸收能量才能转化为生成物。
(3)n(H2)=
=0.5mol,故2molH2燃烧生成液态水放出热量为
×QkJ=4QkJ。
热化学方程式为2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-4QkJ·mol-1。
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