学年高中化学必修二讲义专题2 第四单元 太阳能生物质能和氢能的利用含答案Word文档格式.docx

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实例

能量转化方式

直接

利用

光合作用

光能转化为化学能

太阳能热水器

光能转化为热能

太阳能电池

光能转化为电能

光解水制氢气

间接

化石燃料

太阳能间接转化为化学能

1．植物通过光合作用能将CO2和水转化成哪些物质？

提示：

转化成葡萄糖和氧气。

2．摄入人体内的淀粉是如何转化成能量的？

淀粉在人体内水解转化成葡萄糖；

葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，释放出能量。

1．太阳能与其他能源的关系

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。

缺点：

受季节、地区、气候等影响，不能维持常量等。

3．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。

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

解析：

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；

利用太阳能不会产生温室气体；

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。

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。

生物质能的利用

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点燃,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：

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。

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。

2．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

（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．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。

1．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

选D　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。

2．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

选A　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。

（对应学生用书P39）

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．氢能的生产与利用

（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。

1．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。

2．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。

答案：

（1）氧化剂　氧化剂　

（2）<

[三级训练·

节节过关]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．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

选B　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。

2．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

选A　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。

3．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

选D　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、不完全燃烧产生的一氧化碳、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。

4．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

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、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。

5．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_________________________________

________________________________________________________________________。

（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。

（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

1．下列说法中不正确的是（　　）

A．电解水生成氢气和氧气时，电能转变成化学能

B．煤燃烧时化学能大部分转变成热能

C．绿色植物光合作用过程中太阳能转变成化学能

D．白炽灯工作时电能全部转变成光能

选D　电解过程是电能转化为化学能，A正确；

煤燃烧时化学能大部分转变成热能，少部分化学能转化为光能，B正确；

绿色植物的光合作用过程中太阳能转变成化学能，C正确；

白炽灯工作时电能大部分转变成光能，少部分转变成热能，D不正确。

2．下列说法不正确的是（　　）

A．CO2、甲烷都属于温室气体

B．用甘蔗生产的燃料乙醇属可再生能源，利用乙醇燃料不会产生温室气体

C．氢能利用的难题是氢气的贮存与运输

D．风能发电属于绿色能源

选B　乙醇作燃料产生CO2气体，会引起温室效应，B项错误。

3．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．①②③　　　　　　　　B．①③④

C．①②④D．①②③④

选D　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。

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

选B　石油燃烧是化学能转变为热能；

核电站发电是核能转化为电能；

太阳能电池供电是太阳能转化为电能；

植物的光合作用是太阳能转化为生物质能。

5．“绿色化学”要求从根本上减少乃至杜绝污染。

下列对农作物收割后留下的秸秆的处理方法中，不符合“绿色化学”要求的是（　　）

A．就地焚烧B．发酵后作农家肥

C．加工成精饲料D．制造沼气

选A　就地焚烧会产生大量烟尘、含硫化合物，造成雾霾等污染。

6．氢能是理想的清洁能源。

下列制氢的方法中，最节能的是（　　）

A．电解水制氢：

2H2O

2H2↑＋O2↑

B．高温使水分解制氢：

C．太阳光催化分解水制氢：

D．天然气制氢：

CH4＋H2O

CO＋3H2

选C　A需要消耗电能，B和D需要高温，都消耗较多的能量。

7．生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能固化为化学能而贮存在生物质内部的能量，一直是人类赖以生存的重要能源。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．农村通过杂草和动物的粪便发酵制沼气，沼气的主要成分是甲烷

B．推广使用乙醇汽油，乙醇可由富含淀粉的谷物发酵产生

C．氢能可以通过电解海水，大量推广使用

D．开发生物质能有利于环境保护和经济可持续发展

选C　电解海水可制得H2，但成本高，不能大量推广使用。

8．化石燃料仍是目前能源的主体，但已经面临危机，开发新能源是解决能源问题的关键。

下列能量转换过程，不涉及化学变化的是（　　）

A．利用氢氧燃料电池提供电能

B．利用太阳能分解水制备氢气

C．利用水流驱动涡轮机发电

D．利用植物秸秆为原料生产乙醇燃料

选C　A项，利用氢氧燃料电池提供电能是化学能转化为电能，涉及化学变化；

B项，利用太阳能分解水制备氢气是光能转化为化学能，涉及化学变化；

C项，利用水流驱动涡轮机发电是机械能转化为电能，不涉及化学变化；

D项，利用植物秸秆为原料生产乙醇燃料发生化学变化。

9．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。

（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

10．

（1）利用新能源发电的形式有很多，如图所示，其中A表示潮汐能发电，B表示地热能发电，C表示________能发电，D表示________能发电。

（2）人类所使用的能量绝大部分来源于太阳能，捕获太阳能的生物主要为绿色植物，其光合作用的总反应式是________________________________，光合作用的能量转换是把________转化为________。

（1）从题图C可看出，风车发电，是将风能转化为电能；

题图D是利用太阳能发电，是将太阳能转化为电能。

（2）绿色植物在光能作用下，将CO2和H2O转化为有机物和氧气，同时将光能转变为化学能贮存起来。

（1）风　太阳

（2）6H2O＋6CO2

C6H12O6＋6O2

光能　化学能

1．下列给出的能源中，不能作为新能源的是（　　）

A．太阳能B．无烟煤

C．燃料电池D．氢能

选B　煤属于化石燃料，不属于新能源；

太阳能、燃料电池、氢能均为有发展前景的新能源。

2．下列有关能量转化的认识不正确的是（　　）

A．通过植物的光合作用，太阳能转化为化学能

B．人类使用照明设备，将电能转化为光能

C．生物体内的化学变化过程在能量转化上比在体外发生的一些能量转化更为合理、有效

D．燃料燃烧，只是将化学能转化为了热能

选D　A项，植物的光合作用是把太阳能转化为化学能，正确；

B项，照明是电能转化为光能，正确；

C项，生物体内的化学变化过程在能量转化上更为合理、有效，正确；

D项，燃烧是剧烈的发光放热的氧化还原反应，反应过程中化学能可以变为光能、热能等，错误。

3．下列关于能源和作为能源的物质的叙述错误的是（　　）

A．吸热反应的反应物总能量低于生成物总能量

B．绿色植物进行光合作用时，将光能转化为化学能“贮存”起来

C．物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能、光能等为人类所利用

D．天然气属于新能源

选D　A项，吸热反应反应物的总能量低于生成物的总能量，正确；

B项，绿色植物进行光合作用时，通过发生化学反应，将光能转化为化学能“贮存”在化学物质中，正确；

C项，物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能、光能等为人类所利用，正确；

D项，天然气不属于新能源，错误。

4．氢气是未来的“绿色能源”，科学家们最新研制出利用太阳能产生激光，再用激光使水分解制得氢气的新技术，其中水的分解可以用化学方程式表示为2H2O

2H2↑＋O2↑。

A．TiO2在反应中作氧化剂，且该反应不需任何其他条件就能自发进行

B．水分解不产生污染物

C．TiO2在反应中作催化剂

D．该技术将太阳能转化为化学能

选A　从2H2O

2H2↑＋O2↑反应发生的条件来看，TiO2是该反应的催化剂。

2H2↑＋O2↑的能量变化是将太阳能转化为化学能。

5．有人认为人体实际上是一架缓慢燃烧着的“高级机器”，人体在生命活动过程中也需要不断补充“燃料”，按照这种观点，人们通常摄入的下列物质不能看作“燃料”的是（　　）

A．淀粉B．水

C．脂肪D．蛋白质

选B　A项，淀粉属于糖类，是人体的主要供能物质，错误；

B项，水在人体内主要是作溶剂，不能为人体提供能量，正确；

C项，脂肪能在人体内发生氧化反应提供能量，错误；

D项，蛋白质在人体内被水解为氨基酸后才能吸收，一部分氨基酸再重新合成人体的蛋白质，另一部分氨基酸氧化分解释放能量，供生命活动需要，错误。

6．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的能量

D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

选C　2H2O===2H2↑＋O2↑是吸热反应，说明2molH2O的能量低于2molH2和1molO2的能量；

因由水制取H2耗能多且H2不易贮存和运输，所以氢能源利用并未普及，但发展前景广阔。

7．太阳能的开发和利用是21世纪一个重要课题。

利用储能介质储存太阳能的原理是：

白天在太阳照射下某种盐熔化，吸收热量，晚间熔盐固化释放出相应的能量，已知数据：

盐

熔点（℃）

熔化吸热

（kJ·

mol－1）

参考价格

（元·

t－1）

CaCl2·

6H2O

29.9

37.3

780～850

Na2SO4·

10H2O

32.4

77.0

800～900

Na2HPO4·

12H2O

35.1

100.1

1600～2000

Na2S2O3·

5H2O

45.0

49.7

1400～1800

其中最适宜选用作为储能介质的是（　　）

A．CaCl2·

6H2OB．Na2SO4·

C．Na2HPO4·

12H2OD．Na2S2O3·

选B　适宜作为储能介质的物质，应具有熔点较低，熔化时吸热量较大，价格较低，Na2SO4·

10H2O最适合。

8．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

选C　风能、太阳能、生物质能均属可再生能源，推广使用可再生能源有利于可持续发展；

图示中由电流方向可知A极是太阳能光伏电池的负极；

该过程中太阳能转化为电能。

9．某人设想利用下述反应的联合与循环来生产能解决目前环境和能源问题的某种物质：

①3FeCl2＋4H2O（g）

Fe3O4＋6HCl＋H2

②4Fe3O4＋12Cl2＋12HCl

12FeCl3＋6H2O＋5O2

③6FeCl3

6FeCl2＋3Cl2↑

试回答：

（1）该人欲生产的这种物质是________。

（2）从化学原理来看这种生产的实质是______________________________________。

（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________。

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，所以可以将三个化学方程式叠加，可得总的化学方程式为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。

（1）H2　

（2）使水分解为氢气和氧气　（3）水

10．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