《太阳能生物质能和氢能的利用》导学案.docx

《太阳能生物质能和氢能的利用》导学案.docx

《《太阳能生物质能和氢能的利用》导学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《太阳能生物质能和氢能的利用》导学案.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

《太阳能生物质能和氢能的利用》导学案

《太阳能、生物质能和氢能的利用》导学案

基础落实

一、太阳能的利用

1．能源

（1）人类目前使用的主要能源有________、________、____________等。

（2）化石燃料面临的问题

①储量________；

②使用化石燃料引起的________问题越来越严重。

2．太阳能的利用方式

太阳能利用的实例

能量转化方式

直接利用太阳辐射能

地球上众多植物的光合作用：

6CO2＋6H2O

C6H12O6＋6O2

光能转化为生物质能，其本质是________能转化为________能

太阳能热水器

________能转化为________能

太阳能电池

________能转化为________能

光解水制得氢气

________能转化为________能

间接利用太阳能

水力发电

太阳能间接转化为________能和________能

化石燃料

太阳能间接转化为________能

二、生物质能的利用

1．来源

生物质能是指来源于________及其________所贮存的能量。

生物质包括农业废弃物（如植物的秸秆、枝叶）、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。

这些物质中蕴藏着丰富的生物质能。

2．生物质能的利用方式

（1）直接燃烧

将植物的枝叶等直接点燃来获得热量，是人类远古时代主要的能量来源。

这个时期被称

为“柴草能源时期”。

现在也是我国农村主要的能量来源方式之一。

其燃烧反应可表示为________________________________________________________。

（2）生物化学转换

①制取沼气

将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在厌氧条件下，经过沼气细

菌的作用，生成沼气。

沼气的主要成分是______。

CH4是一种清洁、高效的气体燃料，

其燃烧反应方程式为________________________________________________。

②粮食发酵制乙醇

用含糖类、淀粉较多的农作物（如玉米、高粱）为原料，在催化剂存在下，经________和

细菌________，可以制得________。

乙醇可以直接作为燃料，也可以和汽油混合后作发

动机燃料。

有关反应方程式为_________________________________，

________________________________________________________________________。

③热化学转换

使生物质在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃气体。

例如，在汽化炉内加

热固体生物质，同时通入空气或水蒸气，或者隔绝空气高温加热生物质，使之发生复杂的化学反应产生____________。

三、氢能的开发与利用

1．氢能源及其利用

氢气完全燃烧放出的热量是等质量汽油完全燃烧放出热量的3倍多；制取它的原料是水，资源不受限制；它燃烧的产物是水，不会污染环境，是理想的清洁燃料。

液态氢还可用作火箭的燃料。

氢气被人们看作理想的“绿色能源”。

此外，用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池也是氢能源利用的一种重要方式。

2．氢气的制备方法

（1）电解法

电解法是目前用得最多的方法。

但耗费大量的________，成本太高，难于普遍使用。

（2）光解法

在催化剂作用下利用太阳能，将水分解生成氢气。

这种方法是制氢气的主要研究方向。

其主要难题是催化剂的选择和制取。

（3）生物法

利用________等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解释放氢气。

3．氢气的贮存

氢气的熔、沸点很低，难于液化，所以氢气的贮存运输一度成为科学难题，现在科学家发现的________解决了这一科学难题。

对点训练

知识点1　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

2．下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中错误的是（　　）

A．化石燃料物质内部储存着能量

B．太阳能不能直接转化为电能

C．物质的化学能可能在不同条件下转化为热能、电能为人类所用

D．绿色植物发生光合作用时，将太阳能转化为化学能储存起来

知识点2　生物质能的利用

3．下列对于城市废弃物中生物质能的利用不合理的是（　　）

A．把废弃物拉到乡下找个地方埋掉

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化获取甲烷

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

4．“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，不符合“绿色化学”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

知识点3　氢能的开发和利用

5．根据“绿色化学”的思想，某化学家设计了下列化学反应步骤：

①CaBr2＋H2O

CaO＋2HBr

②2HBr＋Hg

HgBr2＋H2↑

③HgBr2＋CaO

HgO＋CaBr2

④2HgO

2Hg＋O2↑

该方案的目的是制备（　　）

A．HBrB．CaOC．H2D．Hg

6．氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车倍受

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．①③C．③④D．②④

课后作业

1．下列关于能量转换的认识不正确的是（　　）

A．电解水生成氢气和氧气时，电能转变为化学能

B．煤燃烧时化学能主要转变为热能

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化为光能

2．新的替代能源主要包括（　　）

①核能　②柴草　③焦炭　④太阳能　⑤氢能　⑥液化石油气　⑦水煤气　⑧天然气

A．②③⑥⑦B．①④⑤

C．③⑥⑦⑧D．①④⑤⑧

3．原始大气是还原性气体，不含O2。

现今地球上的大气具有氧化性，其中大部分游离态的氧气是下列哪种过程的结果（　　）

A．呼吸作用B．光合作用

C．排泄作用D．化学能合成作用

4．据估计，地球上的绿色植物通过光合作用每年能结合来自CO2中的碳1500亿吨和来自水中的氢250亿吨，并释放4000亿吨氧气。

光合作用的过程一般可用下式表示：

CO2＋H2O＋微量元素（P、N等）

（蛋白质、碳水化合物、脂肪等）＋O2

下列说法不正确的是（　　）

A．某些无机物通过光合作用可转化为有机物

B．碳水化合物就是碳和水组成的化合物

C．叶绿素是光合作用的催化剂

D．增加植被，保护环境是人类生存的需要

5．“能源分类相关图”如图所示，下列四组能源选项中，全部符合图中阴影部分的能源是（　　）

A．煤炭、石油、沼气

B．水能、潮汐能、天然气

C．太阳能、风能、生物质能

D．地热能、海洋能、核能

6．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

解得到氢气的新技术，其中水分解可以用化学方程式表示为2H2O

2H2↑＋O2↑。

下列有关说法中不正确的是（　　）

A．TiO2在反应中作氧化剂

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

题号

1

2

3

4

5

6

答案

7．氢能源是21世纪极具开发前景的新能源之一，它既是绿色能源，又可循环使用。

（1）请在下图的两个空框中填上循环过程中的反应物和生成物的化学式，以完成理想的氢能源循环体系图（循环中接受太阳能的物质在自然界中广泛存在）。

（2）从能量转换角度看，过程Ⅱ主要是__________能转化为________能。

8．能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，常规能源的合理利用和新能源的开发是当今社会人类面临的严峻课题，回答下列问题：

（1）我国是世界上少数以煤为主要燃料的国家，下列关于煤作燃料的论点正确的是

________。

A．煤是重要的化工原料，把煤作燃料简单燃烧掉太可惜，应该综合利用

B．煤是发热很高的固体燃料，我国煤炭资源相对集中，开采成本低，用煤作燃料合算

C．煤燃烧时产生大量二氧化硫和烟尘，对环境污染严重

D．通过洁净煤技术，如煤的气化和液化，以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的热利用率

（2）乌克兰科学家将铜和铁混合熔化制成多孔金属，用于制作太空火箭上使用的煤油燃料

雾化器，该雾化器的作用是

________________________________________________________________________。

（3）乙醇是未来内燃机的首选环保型液体燃料，它可以由绿色植物的秸秆制取，制取乙醇的两步反应的化学方程式分别是：

___________________________________________

________________________________________________________________________；

1．0g乙醇完全燃烧生成液态水放出1.367kJ热量，表示乙醇燃烧的热化学方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）一些科学家对以下3个反应很感兴趣：

①3FeCl2＋4H2O（g）

Fe3O4＋6HCl＋H2

②Fe3O4＋

Cl2＋6HCl===3FeCl3＋3H2O＋

O2

③3FeCl3

3FeCl2＋

Cl2↑

科学家利用上述反应是为了生产______________，

对制备此物质而言，FeCl2的作用是_______________________________________。

9．阳光照射到太阳

能集热器上，将太阳能转化为________能，如图所示是一种太阳能热水器的示意图，图

中A是集热器，B是储水容器，在阳光直射下水将沿________（填“顺”或“逆”）时针方向流动，这是因为________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________，

C是辅助加热器，其作用是______________________________________

________________________________________________________________________。

请在图中适当位置安上进水阀门和出水阀门，并说明选择位置的理由。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

10．随着工业的发展，能源问题越来越引起人们的重视。

科学家们预言，未来最理想的燃料是绿色植物，即将植物的秸秆（主要成分是纤维素）用适当的催化剂作用，水解成葡萄糖，再将葡萄糖转化为乙醇，用作燃料。

（1）已知：

C2H5OH（l）＋3O2（g）―→2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－1367kJ·mol－1

CH4（g）＋2O2（g）―→CO2（g）＋2H2O（l）

ΔH＝－890kJ·mol－1

若某种植物的秸秆含纤维素约为50%，由植物秸秆经过一系列转化得到乙醇原料的总利

用率为80%，则以1000g秸秆为原料制得的乙醇燃料燃烧所产生的热量与______L甲烷完全燃烧产生的热量相当（标准状况）。

（2）绿色植物光合作用的效能是_____________________________________

________________________________________________________________________。

答案

基础落实

一、1.

（1）煤　石油　天然气　

（2）①有限　②污染

2．光　化学　光　热　光　电　光　化学　电　内　化学

二、1.植物　加工产品

2．

（1）（C6H10O5）n＋6nO2

6nCO2＋5nH2O　

（2）①甲烷　CH4＋2O2

CO2＋2H2O　②水解　发酵　乙醇　（C6H10O5）n＋nH2O

nC6H12O6　C6H12O6

2CH3CH2OH＋2CO2↑　③可燃气体

三、2.

（1）电能　（3）蓝绿藻　3.贮氢合金

对点训练

1．D　[光——热转换是利用太阳辐射能加热物体而获得热能；光——电转换是利用太阳辐射能，通过光电效应获得电能；光——化学能的转换是将太阳辐射能转化为化学能贮存起来；光——生物质能转换是将太阳辐射能通过植物的光合作用转化为生物质能。

]

2．B　[太阳能可以通过光电效应直接转化为电能。

]

3．A　[将城市废弃物填埋是将生物质能白白浪费的一种措施。

]

4．A　[将植物秸秆就地焚烧不仅造成能源的浪费，也会造成环境污染。

]

5．C　[根据“绿色化学”的思想，反应要提高原子利用率，最终产品应该是环境友好的产品或者是清洁燃料等。

将化学方程式①×2＋②×2＋③×2＋④得：

2H2O

2H2↑＋O2↑。

]

6．A　[地球上有大量的水，可用水为原料制取氢气。

H2易燃烧，无污染，热值高，是一种高效、干净的新能源，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。

]

课后作业

1．D　[白炽灯工作时电能转化为光能的同时也有部分转化为热能。

]

2．B

3．B　[植物在进行光合作用时消耗CO2，会产生O2而其他选项中的各种作用均可消耗O2。

]

4．B　[根据光合作用过程可推知A、C正确；碳水化合物通常是指由C、H、O等元素组成的有机化合物，B错；增加植被，保护环境，可以通过植物获取能源和食物，D正确。

故选B。

]

5．C　6.A

7．

（1）A：

H2O　B：

H2、O2　

（2）化学　电

8．

（1）ACD

（2）使煤油雾化，增大与助燃剂的接触面积，提高燃烧效率

（3）（C6H

＋nH2O

nC6H

；

C6H12O6

2C2H5OH＋2CO2↑

C2H5OH（l）＋3O2（g）===2CO2（g）＋3H2O（l）

ΔH＝－62.88kJ·mol－1

（4）H2　催化剂

解析　本题是对煤、石油、乙醇、氢几种能源的对比，使学生认识社会的进步和科学的发展。

（1）煤是一种化石燃料，也是重要的化工原料，属于不可再生能源，把煤作为燃料简单燃烧掉是一种浪费，并且煤中所含的硫在燃烧时生成的SO2会造成环境污染，通过洁净煤技术，如煤的气化和液化以及烟气脱硫，不仅减轻了燃煤污染，还能提高煤燃烧的利用率。

（2）煤油雾化可使煤油与助燃剂充分接触，提高燃烧效率。

（3）由绿色植物的秸秆（主要成分为纤维素）制取乙醇即用纤维素制葡萄糖，再经发酵制乙醇，1mol乙醇燃烧放出的热量为1.367kJ×

＝62.88kJ·mol－1。

（4）将题目信息所给三个反应方程式相加可得：

H2O（g）

H2＋

O2

可知科学家利用上述反应是为了生产H2，FeCl2是催化剂。

9．热　顺　集热器中的水被太阳光晒热后密度变小，受到浮力的作用沿着管向右上方运动，形成顺时针方向流动的水流　在阴天用电加热的方式使水温升高　在封闭的环形管道的左下方安上进水阀门，在储水容器下方竖直管道上安装出水阀门，以便使热水流出，冷水得以补充。

解析　此题是对太阳能的一种直接利用方式——太阳能集热器的工作原理的考查。

分析此类实际应用问题应注意从能量的利用率和原料的循环使用等方面入手进行考虑和作答。

另外此类问题往往和物理学和生物学的相关知识原理有联系。

此题中，集热器内的水受热后，密度变小，故受浮力作用会沿着管向右上方运动，形成顺时针方向流动的水流，应在左下方安上进水阀，在储水容器下方竖直管道处安出水阀门。

10．

（1）169.9

（2）在光能作用下，绿色植物将CO2和H2O转化为有机物，同时将光能转化为化学能（生物质能）贮存起来

解析　

（1）设1000g秸秆制得的乙醇燃烧产生的热量为x，与标准状况下体积为y的甲烷完全燃烧产生的热量相当。

（C6H10O5）n～2nC2H5OH～1367kJ×2n

162ng2734nkJ

1000×50%×80%gx

列比例式求得x＝6750.6kJ

CH4　　～　　890kJ

22．4L890kJ

y6750.6kJ

列比例式，解得y＝169.9L。