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第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用[目标导学]1.简单了解太阳能利用的现状;认识开发利用太阳能的重要性和迫切性。2.简单了解生物质能、氢能利用的现状。3.认识开发利用生物质能、氢能的重要性和迫切性。[背诵经典导学]1.太阳能利用的重要反应:(1)6CO2+6H2O――→光叶绿素C6H12O6+6O2(太阳能→化学能);(2)(C6H10O5)n+nH2O――→催化剂nC6H12O6,C6H12O6+6O2―→6CO2+6H2O(化学能→热能)。2.生物质能的利用:(1)直接燃烧:(C6H10O5)n+6nO2――→点燃6nCO2+5nH2O;(2)生物化学转换:制沼气;制乙醇;(3)热化学转换。3.氢能的三大优点:(1)来源广;(2)无污染;(3)热值高。扬帆起航温习双基课前学习空间1.太阳能的利用(1)______________是人类生活和社会发展的基础。(2)地球上最基本的能源——太阳能以光和热的形式传送到地面,绿色植物通过______________吸收太阳能,动物食用植物体内的_______________________间接利用太阳能。能源光合作用淀粉、纤维素和蛋白质(3)化石燃料蕴藏的能量也来自_______________________________________,最终转化为________。物质中的化学能又可以通过各种形式的化学反应转化为_____________________。(4)大自然利用太阳能最成功的是______________。人类直接利用太阳能的方式有_________________________________________________________________。远古时期生物体所吸收化学能热能、光能或电能植物的光合作用光—热转换、光—电转换、光—利用的太阳能化学能转换、光—生物质能转换2.生物质能的利用(1)生物质能来源于_____________________________;生物质又包括_____________________________________________________________________。(2)生物质能的利用主要方式有_____________________________________________________。植物及其加工产品所贮存的能量农业废弃物、水生植物、油料植物,城市与工业直接燃烧、生物化学转化、有机废弃物、动物粪便等热化学转化(3)生活垃圾中生物质能的利用方式是______________,将生物质能转化为______________,它的意义在于__________________________________________________________________________________________。焚烧热能、电能减轻了垃圾占地给城市造成的压力,大大改善了城市环境,增强了市民的环保意识3.氢能的开发与利用(1)氢气作为一种理想的“绿色能源”是由于_______________________________________。(2)生活和生产实际中大量应用氢能源,首先要解决的问题是________________________________________________。(3)目前工业上制取氢气的主要方法有______________________________________。它燃烧产物是水,不会污染环境由水制备氢气的能耗、氢气的贮存和运输等问题电解法、光能法、生物法——小试身手考查:11.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.大棚是一种光—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:光—热转换、光—电转换、光—化学能转换和光—生物质能转换是直接利用太阳能的基本方式。它们都是把光能转换成其他形式的能的过程。D项是将电能转换成光能的过程。答案:D考查:22.“生物质”是指由植物或动物生命体衍生得到的物质的总称。作为人类解决能源危机重要途径之一的“生物质能”,主要指用树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量。下列说法不正确的是()A.生物质能是可再生的能源B.生物质能来源于太阳能C.使用沼气作为能源是利用生物质能的一种方式D.生物质能的缺点是严重污染环境解析:生物质能直接或间接地来源于绿色植物的光合作用,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,选项A正确;生物质能就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,选项B正确;产生沼气是生物质能转化为化学能,使用沼气作为能源是利用生物质能的一种方式,选项C正确;生物质能是一种可再生能源,不会导致严重的环境污染,选项D不正确。答案选D。答案:D核心要点突破定位重点深化理解知识点一太阳能的利用1.利用太阳能需要解决的若干问题根据太阳能的特点,必须解决以下四个基本技术问题,才能有效地加以利用。①太阳能采集;②太阳能转换;③太阳能贮存;④太阳能运输。2.太阳能的利用方式太阳能以光和热的形式传送到地面,利用方式有多种:(1)直接利用方式①光—热转换——目前技术最成熟、成本最低廉、应用最广泛的形式。原理:利用太阳辐射能加热物体而获得热能。应用:地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等。②光—电转换——太阳能大规模的利用方法一:光—热—电转换原理:利用太阳辐射能发电。方法二:光—电直接转换原理:利用光电效应,将太阳能直接转化为电能。应用:电子仪表、光电信号器件、无人中继站、高山气象站等。③光—化学能转换原理:利用太阳能使物质发生化学反应。应用:芒硝(Na2SO4·10H2O)晶体白天吸收热量熔化,晚上放出热量结晶;太阳辐射能和催化剂分解水制得氢气等。④光—生物质能转换原理:绿色植物通过光合作用,将太阳辐射能转化为生物质能。本质:光—化学能转换典例:植物的光合作用——太阳能的最成功利用在太阳光作用下,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、纤维素,把光能转化为化学能。6CO2+6H2O――→光叶绿素C6H12O6+6O2动物体内的淀粉、纤维素在酶的作用下,水解生成葡萄糖,葡萄糖氧化生成二氧化碳和水,又释放出热量,把化学能转化为热能。(C6H10O5n淀粉、纤维素+nH2O――→催化剂nC6H12O6葡萄糖C6H12O6(s)+6O2(g)――→酶6CO2(g)+6H2O(l)ΔH=-2803kJ·mol-1(2)间接利用方式①水力发电原理:太阳辐射能使地表水分蒸发形成云雨,下雨之后,江、河上游的水位提高形成落差,推动水轮机发电。②化石燃料的燃烧原理:化石燃料蕴藏的能量来自远古时期的生物体所吸收利用的太阳能,这些被吸收的太阳能通过各种形式的化学反应转化为化学能被储存下来,物质中的化学能又可以通过各种形式的化学反应转化为热能、光能或电能释放出来。知识点二生物质能的利用1.直接燃烧若用纤维素代表植物枝叶的主要成分,燃烧反应可表示为:(C6H10O5)n+6nO2――→点燃6nCO2+5nH2O。生物质能燃烧是传统的利用方式,不仅热效率低,而且劳动强度大,污染严重。2.生物化学转换此法利用生物质通过微生物发酵的方法转换成气体或液体燃料。如含淀粉[化学式为(C6H10O5)n]较多的农植物果实为原料,经水解,微生物发酵生产酒精。植物秸秆、枝叶、水生植物及粪便等在厌氧条件下,经过沼气细菌作用,生成沼气(CH4)。3.热化学转换使生物质在一定条件下受热发生化学变化,产生热值较高的可燃性气体或液体燃料或固体燃料。知识点三氢能的开发和利用1.氢气作为能源的优点(1)热值高:氢气完全燃烧放出的热量比等质量的化石燃料放出的热量多。(2)原料广:制取氢气的原料是水,资源不受限制。(3)清洁、无污染:氢气的燃烧产物是水,不会污染环境,是理想的清洁燃料。2.氢能的产生与利用的途径(如图)(1)氢能产生的途径:①利用电能,电解水制氢气;②在催化剂存在的条件下,在特定的装置中,利用太阳能分解水制氢气;③利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下释放出氢气。(2)氢能利用的途径:①直接燃烧法;②制作氢氧燃料电池。3.氢能利用存在的问题(1)由水制备氢气的能耗问题:利用电能电解水时要消耗大量的电能。(2)氢气的贮存和运输问题:贮氢合金的发现和利用,开辟了解决氢气贮存、运输难题的新途径。——对点训练考查:知识点一【例1】能源是当今社会发展的三大支柱之一。有专家指出:如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等能够实现利用太阳能让它们重新组合(如图),可以节约燃料,缓解能源危机。在此构想的物质循环中太阳能最终转化为()A.化学能B.电能C.生物质能D.热能【解析】CO2、H2O、N2等利用太阳能转化为燃料,这是将太阳能转化为生物质能,燃料燃烧释放出热量,这是生物质能转化为热量,最终太阳能转化为热能。【答案】D考查:知识点一【例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【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、矿物燃料是间接利用太阳能。【答案】D考查:知识点二【例3】生物质能可以通过生物化学转化为其他形式的能源,乙醇可以通过玉米、高粱等农作物(生物质)转化得到,下列选项中说明乙醇作为燃料的优点是()①燃烧时发生氧化反应②充分燃烧的产物不污染环境③乙醇是一种可再生能源④燃烧时放出大量的热A.②③B.①②④C.①③④D.②③④【解析】有机物燃烧时都能发生氧化反应,并不是乙醇作为燃料的优点。【答案】D考查:知识点二【例4】下列关于城市废弃物中生物质能的利用,不合理的是()A.把废弃的垃圾运送到农村丢弃B.对废弃物进行处理后焚烧,利用产生的热能供热和发电C.把废弃物进行生物化学转换获取甲烷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【解析】把废弃物随意丢弃,不但浪费了废弃物中的生物质能,而且会造成污染。正确的处理方法是利用各种技术(如生物化学能转换,热化学转换等)进行处理,充分利用废弃物中的生物质能。因此,把废弃的垃圾运送到农村丢弃的做法是错误的。【答案】A考查:知识点三【例5】氢气是21世纪极有前途的新型能源,是各国研究的热点之一。氢能开发的首要问题是研究如何以水为原料制取氢气,以下研究方向中你认为可行的是()A.大量建设水电站,用电力分解水制取氢气B.设法将太阳能聚焦,产生高温,使水分解产生氢气C.寻找更多化石燃料,燃烧放热,使水分解产生氢气D.开发特殊物质作催化剂,降低水分解过程中所需能量【解析】用电解法可以使水分解为氢气,但要消耗大量电能,A项不可行;化石燃料是不可再生能源,寻找更多化石燃料,燃烧放热,消耗大量热量,C项不可行;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,但催化剂的使用,不会降低水分解过程中所需能量,D项不可行;而B项中太阳能是已被人类使用的能源,它是可再生能源,可免费使用且不用运输,对环境无污染,是地球上最基本、最丰富的能源,故B项可行。【答案】B随堂基础演练现学现用小试身手1.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染,同时缓解能源危机,有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法正确的是()A.H2O的分解反应是放热反应B.氢能源已被普遍使用C.2molH2O具有的总能量低于2molH2和1molO2的总能量D.氢气不易贮存和运输,无开发利用价值解析:H2O分解为吸热反应,所以2molH2O具有的总能量低于2molH2和1molO2的总能量,A错误,C正确;由于氢气的制
本文标题:2019-2020学年高中化学 专题2 化学反应与能量转化 第4单元 太阳能、生物质能和氢能的利用课
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