学年高一化学苏教版必修二教学案专题2 第四单元 太阳能生物质能和氢能的利用 Word版含答案Word文档格式.docx

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热能、光能或电能

（1）太阳能转化为化学能：

①物质转化：

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。

②化学反应：

6CO2＋6H2O

C6H12O6＋6O2。

③能量转化：

光能―→化学能。

（2）化学能转化为热能：

动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖，其氧化生成二氧化碳和水，释放出热量，供给生命活动的需要。

②化学反应为：

（C6H10O5）n＋nH2O

nC6H12O6；

C6H12O6＋6O2―→6H2O＋6CO2。

化学能―→热能。

[成功体验]

1．有关太阳能的利用，下面是四位同学的交流，请判断正误。

解析：

甲、乙、丙三位同学描述的是太阳能利用中的存在问题，丁同学描述的是太阳能利用中的能量转化形式，太阳能热水器是将太阳能转化为热能。

答案：

甲、乙、丙正确；

丁错误。

2．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

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。

探究1　生物质主要包括哪些物质？

生物质包括农业废弃物（如植物的秸秆）、水生植物、油料植物、有机废弃物等。

探究2　沼气的主要成分是什么？

如何除去沼气中的少量H2S、CO2杂质气体？

CH4；

用NaOH溶液可除去沼气中的少量H2S和CO2。

探究3　如何由甘蔗渣（主要成分是纤维素）制取酒精？

甘蔗渣（主要成分是纤维素）在催化剂的作用下先水解生成葡萄糖；

然后葡萄糖在酶的作用下发酵制得乙醇。

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：

化学反应：

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。

3．阅读下面的叙述，回答有关问题。

“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。

古老的刀耕火种、烧柴做饭、烧炭取暖等粗放用能方式正在被现代科学技术所改变。

（1）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

（2）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

（1）生物质燃烧的生成物主要是CO2，对环境的污染程度较低，D错误。

（2）使用沼气能源可以减少其他能源的使用，进而保护森林。

（1）D　

（2）C

探究1　与化石燃料相比，氢能源有哪些优点？

优点是：

①热值高；

②来源广；

③燃烧产物是水，无污染。

探究2　能否用电解水的方法来制取H2？

该方法有何缺点？

能，该反应的化学方程式为2H2O

2H2↑＋O2↑；

该方法的缺点是消耗大量的电能。

探究3　开发氢能需要解决哪些问题？

①制取H2的能耗高；

②H2的贮存和运输困难。

1．氢能的优点

2．氢能利用存在的问题

（1）廉价的制氢技术——首要难点。

原因：

制氢需要消耗大量的能量且效率低。

（2）安全可靠的贮氢和输氢方法——关键。

H2易汽化、易燃、易爆。

3．氢能的产生和利用途径

（1）氢能的产生

①水煤气法：

②电解法：

③光解法：

（2）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。

4．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

选C　制H2的要求为可供开发又较经济，且资源可持续利用，A、B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。

5．今有两反应：

①2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，

②NaH＋H2O===NaOH＋H2↑。

回答问题：

（1）指出H2O的作用：

反应①____________，反应②____________。

（2）反应①中的ΔH__________0（填“>

”或“<

”）。

两反应中H2O均作氧化剂，反应①为放热反应。

（1）氧化剂　氧化剂　

（2）<

———————————————[关键语句小结]————————————————

1．太阳能利用的重要反应：

（1）6CO2＋6H2O

C6H12O6＋6O2（太阳能→化学能），

（2）（C6H10O5）n＋nH2O

nC6H12O6，

淀粉或纤维素　　　　　葡萄糖

C6H12O6＋6O2―→6CO2＋6H2O（化学能→热能）。

葡萄糖

2．生物质能的利用：

（1）直接燃烧：

（C6H10O5）n＋6nO2

6nCO2＋5nH2O，

（2）生物化学转换：

制沼气；

制乙醇。

3．氢能的三大优点：

（1）来源广　

（2）无污染　（3）热值高

[例1]　人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”（包括风能、生物质能等太阳能的转换形态），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

选D　煤、石油和天然气都属于含碳元素的燃料，属于碳素燃料；

太阳能经济，不会产生温室气体；

利用光能电池可将太阳能直接转化为电能；

菠菜属于绿色植物，是通过光合作用生成的，D说法不正确。

太阳能与其他能源的关系：

1．煤、石油、天然气等化石燃料与太阳能有关吗？

煤、石油、天然气等化石燃料蕴藏的能量来自太阳能。

[例2]　[双选]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直接转化为电能

D．玉米、高粱发酵制乙醇是生物质能的热化学转换

选CD　生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量，生物质能最终利用的结果：

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项正确；

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不正确；

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。

（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．如何由玉米制取酒精？

写出反应的化学方程式。

（1）（C6H

＋nH2O

nC6H

（2）C6H12O6

2C2H5OH＋2CO2↑

[例3]　H2是一种很有前途的能源，以水为原料大量制取H2，最理想的途径是（　　）

A．2H2O

2H2↑＋O2↑

B．C＋H2O（g）

CO＋H2

C．3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

D．2H2O

选A　B、C、D三项都要消耗传统能源。

而A项中太阳能是已被人类使用的新能源，与传统能源相比较，太阳能的优点很多，而且是一般传统能源无法比拟的。

1．据报道，某国一集团拟在太空建造巨大的集光装置，把太阳光变成激光用于分解海水制氢：

2H2O

2H2↑＋O2↑。

A．水的分解反应是放热反应

B．氢气是二次能源

C．使用氢气作燃料有助于控制温室效应

D．若用生成的氢气与空气中多余的二氧化碳反应生成甲醇储存起来，可以改善生存环境

选A　选项A中水的分解反应是吸热反应；

选项B中在自然界中氢气无法直接取得，是二次能源；

选项C中氢气的燃烧产物是水，化石燃料燃烧会产生二氧化碳，所以氢气作燃料有助于控制温室效应；

选项D中生成的氢气与空气中多余的二氧化碳反应生成甲醇，则可以对二氧化碳进行循环利用。

1．能源的分类

（1）一次能源和二次能源：

（2）再生能源与非再生能源：

（3）常规能源和新能源：

①常规能源：

在一定历史时期和科学技术水平下，已经被广泛应用的能源。

如煤炭、天然气、石油等。

②新能源：

采用先进方法以及新发展的先进技术加以利用的能源。

如太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、氢能等。

2．化石燃料的缺点

（1）化石燃料都是不可再生的，且总量有限；

（2）燃烧化石燃料产生的SO2、NOx等严重污染环境。

3．新能源的优点

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小。

[例4]　有关能源的下列说法不正确的是（　　）

A．煤、石油、天然气均为化石能源

B．化石能源是非再生能源

C．氢能是可再生能源

D．氢能、核能均是无污染的高效能源

选D　煤、石油、天然气属化石燃料，属非再生能源，A、B正确；

氢能可再生且无污染，核能有污染，C正确，D错误。

能量之间的转化

2．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