13-14版化学学习方略必修2课件24太阳能生物质能和氢能的利用(苏教版)

第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用1.了解太阳能、生物质能和氢能利用的现状。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、人类目前使用的主要能源及面临问题1.主要能源：人类目前使用的主要能源大多来自_________和_______等化石燃料。2.面临问题：(1)储量有限。(2)对环境污染严重。煤、石油天然气二、太阳能的利用实例能量转化方式直接利用_________光能转化为生物质能太阳能热水器_______________太阳能电池_______________光解水制氢气_________________间接利用火力发电太阳能间接转化为_____、_______和电能化石燃料太阳能间接转化为_______生命活动太阳能间接转化为_____光合作用光能转化为热能光能转化为电能光能转化为化学能热能机械能化学能热能三、生物质能①的来源和利用1.来源：_________________所贮存的能量。植物及其加工产品2.利用：(1)直接燃烧：植物枝叶的燃烧反应可表示为(以纤维素代表枝叶的成分)：_______________________________。点燃(C6H10O5)n+6nO26nCO2+5nH2O(2)生物化学转换：①用植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便等制取沼气，其主要成分是___;同时提供优良的肥料。②用含糖类、淀粉较多的农作物为原料制取乙醇。反应为____________________________，__________________________。(3)热化学转换：使生物质在一定条件下发生化学反应，产生_________的可燃气体。酶(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6酶C6H12O62C2H5OH+2CO2↑热值较高CH4四、氢能的开发和利用1.能源特点：2.氢能开发利用的困难与解决方法(1)困难：能耗高、贮存和运输困难等。(2)方法：①在光分解催化剂存在条件下，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发现和应用贮氢材料②，解决氢气的贮存和运输问题。太阳能蓝绿藻【思考辨析】1.判断正误：(1)煤、石油与天然气均由生物演变而成，故属于可再生资源。()分析：煤、石油与天然气属于化石燃料，均由远古生物深埋地下历经几百万年演变而成，不可再生。(2)储存在化石燃料中的化学能是由太阳能间接转化而来的。()分析：绿色植物通过光合作用吸收太阳能，绿色植物再经过演变后变为化石燃料。×√(3)用淀粉作原料制备乙醇属于太阳能的直接利用。()分析：用淀粉作原料可经过化学反应得到乙醇，应属于生物质能的利用。(4)氢能的利用有利于节能减排。()分析：氢气燃烧后的产物为水，对环境无污染，有利于减排，但以水为原料制备氢气时需要消耗大量的电能，并不节能。××2.问题思考：(1)长时间使用煤、石油和天然气后会出现什么现象?其后果如何?分析：煤、石油和天然气属于非再生能源，长时间使用会导致能源枯竭，且化石能源会产生大量的CO2，使温室效应加剧。(2)根据能量守恒原理，能量不会消失，那么还有必要节约能源吗?分析：能量不会减少，也不会增加，但能量是以不同的形式贮存在各类物质中的，大部分物质的能量和转化方式不能被人类所利用，作为能源可被人类利用的物质并不多，且有许多不能再生，所以我们必须要节约能源。【知识链接】①生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。②贮氢材料在一定温度和氢气压强下能迅速吸氢，适当加温或减小氢气压强时又能放氢的材料。贮氢材料多为易与氢起作用的某些过渡金属、合金或金属间化合物。一、能源的类型根据不同的标准，可对能源进行如下分类：【学而后思】(1)生物质能是二次能源吗?试说明原因。提示：生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量，是从自然界取得的未经任何改变或转换的能源，属于一次能源。(2)氢能、核能均是无污染的高效能源吗?提示：氢能是无污染的高效能源，核能是有污染的高效能源。二、能源的开发与利用1.生物质能的利用：利用方式优缺点直接燃烧利用效率低，影响生态环境生物化学转化有效利用生物质能，还能提供优良肥料等;燃烧特性好，有益于保护生态环境热化学转化功耗少、转化率高、较易工业化2.氢能的利用：【学而后思】(1)使用乙醇汽油的优点是什么?提示：乙醇是可再生能源，使用乙醇汽油可以减少化石燃料的使用，提高燃料的利用率，减少大气污染。(2)氢气制造技术有水电解法、水热化学制氢法、水光电池分解法等，哪种方法是最有发展前景的?提示：水光电池分解法。前两种方法需要消耗大量的电能或热能，而第三种方法可以利用清洁廉价的太阳能，是最有发展前景的方法。类型一能源的分类与转换【典例】(2013·杭州高一检测)可再生能源是我国重要的能源资源，在满足能源需求、改变能源结构、减少环境污染、促进经济发展等方面具有重要作用。应用太阳能光伏发电技术，是实现节能减排的一项重要措施。下列有关分析不正确的是()A.风能、太阳能、生物质能等属于可再生能源B.推广可再生能源有利于经济可持续发展C.上图是太阳能光伏电池原理图，图中A极为正极D.光伏电池能量转化方式是太阳能直接转化为电能【解题指南】解答本题要注意以下两点：(1)可再生能源具有取之不尽、用之不竭的特点。(2)根据电流方向判断电极种类。【解析】选C。风能、太阳能、生物质能等是在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽、用之不竭的特点，属于可再生能源，A正确;推广可再生能源有利于经济可持续发展，B正确;外电路中电流由正极流向负极，由图中的电流可知A极应为负极，C不正确;光伏电池发电是将光能直接转化为电能，D正确。【名师点评】讲解本题时应注意以下两点：(1)可再生能源与不可再生能源的区别：能否永续利用。(2)如何根据电流方向判断电源的正负极：外电路中电流由正极流向负极。【变式训练】下列关于能量转换的认识中，不正确的是()A.AgBr见光分解时，主要是光能转化为化学能B.甲烷燃烧是将全部的化学能转化为热能C.电池长时间使用会发热，说明部分化学能转变成热能D.光合作用是将太阳能转化成化学能【解析】选B。甲烷在氧气中剧烈燃烧，产生淡蓝色火焰，放出大量的热，所以该过程中除了将化学能转化为热能外，还有一部分化学能转化为光能。【变式备选】人类将在几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能转换形态)，届时人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”。下列说法不正确的是()A.煤、石油和天然气都属于碳素燃料B.发展太阳能经济有助于减缓温室效应C.太阳能电池可将太阳能直接转化为电能D.目前研究菠菜蛋白质“发电”不属于太阳能文明【解析】选D。煤、石油和天然气属于化石燃料，均含有碳元素，均属于碳素燃料，提供能量的过程中，会产生CO2，产生温室效应，而太阳能的利用有多种方式，如光热转化、光电转化等，这样可减少CO2的排放，A、B均正确;利用光电效应，太阳能电池可将太阳能直接转化为电能，C正确;菠菜蛋白质“发电”是指通过菠菜的光合作用产生电流，是对太阳能的间接利用，属于太阳能文明。类型二新能源的开发和利用【典例】美国的《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个主要去向直接反射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)。(3)每年由绿色植物通过光合作用(6CO2+6H2OC6H12O6+6O2)为我们生存的环境除去二氧化碳的质量为A。试根据能量关系列出A的计算式：A=kg(列式中缺少的数据用符号表示)，所缺数据的化学含义为。光叶绿素【解题指南】本题是一道综合信息题。解题的关键是正确理解“地球对太阳能的利用率”的含义，水、大气和光合作用产生的糖类，都是人们生存所必不可少的，所以地球利用的太阳能包括水循环吸热+大气流动吸热+光合作用吸热。【解析】地球对太阳能的利用率为利用率=通过光合作用，每年太阳能转化的化学能为365×24×3600s×40×109kJ·s-1≈1.26×1018kJ;设每生成1mol葡萄糖所需吸收的能量为Q，9191400003704010kJs100%23.3%(52000810004000037040)10kJs（），由：6CO2+6H2OC6H12O6+6O2ΔH=Q6×44g×10-3kg·g-1QkJA1.26×1018kJ则：A=Q为生成1mol葡萄糖所需吸收的能量。光叶绿素1831171.2610kJ644g10kgg3.3310kgQkJQ－－答案：(1)23.3%(2)1.26×1018(3)每生成1mol葡萄糖所需吸收的能量173.3310Q【变式训练】关于用水制取二次能源氢气，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，使氢成为二次能源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D.寻找特殊化学物质，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气【解析】选A。氢能源指氢气能源，在水不分解的情况下，得不到氢气，且氧不可燃烧，所以A的说法是错误的。利用太阳能、使用催化剂等都是对水作用，能够使水分解，生成H2。【变式备选】(2013·蚌埠高一检测)氢气虽然是一种理想的绿色能源，但目前仍处在研究、实验阶段，还未得到广泛应用，其原因可能是()A.氢气虽可由水制备获得，但水资源严重匮乏B.氢气制备耗能巨大，廉价制氢技术尚未成熟C.氢气贮存、运输等安全技术已经很好地解决了D.氢气燃烧产物虽无污染，但其放出热量较少【解析】选B。氢气是一种放出热量多、无污染的、理想的绿色能源，但目前仍处在研究、实验阶段，不是由于水资源的原因，我国淡水资源不是很丰富，但是海水资源比较丰富，A项错;氢气可以由水制备，但是需要消耗大量的能源，廉价制氢技术尚未成熟，B项正确;氢气在贮存、材料研发和运输等安全技术方面还有待提高与完善，C项错;氢气燃烧产物为H2O，无污染，1mol氢气燃烧放热为285.8kJ热量，单位质量的氢气燃烧时放热较多，D项错。1.下列有关能源的叙述正确的是()A.水能、电能、风能属一次能源B.蒸汽、电能属二次能源C.汽油、酒精属一次能源D.石油、煤属二次能源【解析】选B。水能、风能、石油、煤属一次能源，电能、蒸汽、汽油、酒精属二次能源。2.下列有关太阳能的说法不正确的是()A.太阳能以光波形式传送到地面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能源【解析】选D。食用植物体内的淀粉、蛋白质等，物质中的化学能转化为热能，再被利用。3.绿色能源是指使用后不会对环境造成污染的能源，下列属于绿色能源的是()①太阳能②风能③石油④煤⑤木材⑥潮汐能A.①②⑥B.②③④C.①②⑤D.②⑤⑥【解析】选A。绿色能源属于新能源，符合条件的有太阳能、风能和潮汐能。4.下列过程中的能量转化，属于太阳能转化为生物质能的是()A.石油燃烧B.植物的光合作用C.核电站发电D.太阳能电池供电【解析】选B。石油燃烧属于化石燃料的利用，把化学能转化为热能;植物的光合作用是将太阳能转化为生物质能;核电站发电是核能利用，将核能转化为电能;太阳能电池供电是太阳能转化为电能。5.城市使用的燃料，现大多用煤气、液化石油气。煤气的主要成分是一氧化碳和氢气的混合气体，它由煤炭与水蒸气反应制得，故又称水煤气。(1)试写出制取煤气的主要化