2019-2020年高中化學專題2化學反應與能量變化第四單元太陽能生物質(zhì)能和氫能的利用教學案蘇教版必修2知識條目必考要求加試要求1.太陽能開發(fā)利用的途徑和方式aa2.生物質(zhì)能的利用途徑aa3.氫能的優(yōu)點、開發(fā)與利用，了解化石燃料的不可再生性及其給環(huán)境帶來的問題aa能力要求1.知道能源的分類。2.認識開發(fā)利用清潔高效新能源的重要意義。1下圖是太陽能的轉(zhuǎn)化關系圖觀察分析上圖，回答下列問題：(1)地球上最根本的能源是太陽能，太陽能可以轉(zhuǎn)化為各種不同的能量，如熱能、風能、生物質(zhì)能等。自然界中利用太陽能最重要也是最成功的途徑是植物的光合作用。(2)目前，世界所需的能源大多來自于石油、煤、天然氣，它們是由遠古生物掩埋在地下深處歷經(jīng)幾百萬年演變所形成的。(3)在太陽光作用下，植物體內(nèi)的葉綠素把水、二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖，進而生成淀粉、纖維素，把光能轉(zhuǎn)化為化學能，動物攝入體內(nèi)的淀粉、纖維素能水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖，葡萄糖氧化生成水和二氧化碳，釋放出熱量，供給生命活動的需要。2閱讀教材內(nèi)容，回答下列問題：(1)直接利用太陽能的方式有哪些？答案直接利用太陽輻射能，基本方式有：光熱轉(zhuǎn)換，如太陽能熱水器等；光電轉(zhuǎn)換，如太陽能電池等；光化學能轉(zhuǎn)換；光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換。(2)舉例說明太陽能可間接轉(zhuǎn)化為機械能、電能或化學能。答案太陽能間接轉(zhuǎn)化為機械能和電能。如太陽輻射能使地表水分蒸發(fā)形成云雨，匯成江、河，上游的水位提高，形成落差，推動水輪機發(fā)電。太陽能間接轉(zhuǎn)化為化學能。如礦物燃料由遠古時代的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化而來，歸根到底是由太陽能轉(zhuǎn)化而來。1.人類生命活動使用的能量主要來源于太陽能2被廣泛開發(fā)利用的理想能源太陽能(1)數(shù)量巨大；(2)時間長久；(3)普照大地；(4)清潔安全。1下列有關太陽能的說法不正確的是()A太陽能以光波形式傳送到地面B化石燃料蘊藏的能源來自太陽能C太陽能是潔凈能源，不污染環(huán)境D食用植物體內(nèi)的淀粉、蛋白質(zhì)等屬直接利用太陽能答案D2下列能源物質(zhì)中不是源于太陽能的是()A煤炭B水能C地熱能D沼氣答案C解析煤炭是遠古植物吸收太陽能固定下來的能量，是儲存在地殼中的“太陽能”；水能是地球上的水經(jīng)過植物的光合作用、新陳代謝等生命活動推動了地球上水的循環(huán)，所以水能是間接的來自于太陽能；沼氣是植物吸收太陽能轉(zhuǎn)化成化學能，儲存在植物體內(nèi)，經(jīng)過細菌的腐化而產(chǎn)生的，也是太陽能的轉(zhuǎn)換。二、生物質(zhì)能的利用1閱讀教材回答：生物質(zhì)能的來源是什么？你所熟悉的生物質(zhì)有哪些？答案生物質(zhì)能來源于植物及其加工產(chǎn)品所儲存的能量。生物質(zhì)包括農(nóng)業(yè)廢棄物(如植物的秸稈、枝葉)、水生植物、油料植物、城市與工業(yè)有機廢棄物、動物糞便等。2舉例說明生物質(zhì)能利用的方式主要有哪幾種？答案生物質(zhì)能利用的方式主要有三種：(1)直接燃燒燃燒植物枝葉獲得熱量：(C6H10O5)n6nO26nCO25nH2O(2)生物化學轉(zhuǎn)換用淀粉制取燃料乙醇(C6H10O5)nnH2OnC6H12O6C6H12O62CH3CH2OH2CO2(3)熱化學轉(zhuǎn)換生物質(zhì)隔絕空氣加強熱產(chǎn)生可燃氣體3現(xiàn)代垃圾處理廠是把大量生活垃圾中的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為熱能、電能。生物質(zhì)能的優(yōu)點及利用方式(1)生物質(zhì)能具有可再生、儲量大、污染低等優(yōu)點。(2)生物質(zhì)能利用的方式有直接燃燒；生物化學轉(zhuǎn)換；熱化學轉(zhuǎn)換。3植物及其廢棄物可制成乙醇燃料，下列關于乙醇燃料的說法錯誤的是()A它是一種可再生能源B乙醇易燃燒，污染小C乙醇只能在實驗室內(nèi)作燃料D糧食作物是制乙醇的重要原料答案C解析糧食作物經(jīng)過發(fā)酵可制得乙醇，所以A、D正確；乙醇燃燒生成二氧化碳和水，污染小，所以B正確；乙醇也可用作汽車的燃料，所以C錯誤。4能源與人類的生活和社會發(fā)展密切相關。下列關于能源開發(fā)和利用的說法正確的是()A用糧食發(fā)酵得到酒精代替汽油作汽車燃料B隨著科技的發(fā)展，氫氣將會成為主要能源C在農(nóng)村不提倡利用沼氣作生活燃料D人類利用的能源都是通過化學反應獲得的答案B解析用糧食發(fā)酵得到酒精會大量消耗糧食，不符合我國糧食安全的國情，A錯；在農(nóng)村提倡利用沼氣作生活燃料，C錯；人類利用的能源有的是通過化學反應獲得的，有的是自然界提供的，如水能、風能等，D錯。三、氫能的開發(fā)和利用1通過初中化學的學習，氫能為什么是最好的新型能源？答案氫能的三大優(yōu)點：(1)熱值高；(2)來源廣；(3)無污染。2氫能是一種理想的、極有前途的二次能源，它被人們視為理想的“綠色能源”?，F(xiàn)在有多少種氫能的開發(fā)方式？這些方式有哪些優(yōu)點和缺點？答案目前人類制取氫氣的方法有：(1)以天然氣、石油和煤為原料，在高溫下與水蒸氣反應或用部分氧化法制氫氣。此法消耗大量不可再生的能源。(2)電解水制氫氣。該方法制備氫氣的條件比較簡單，對環(huán)境也不會造成污染，但用該方法來制備氫氣需要消耗大量的電能，生產(chǎn)成本太高。(3)在光分解催化劑存在下，在特定的裝置中，利用太陽能分解水制氫氣。3舉例說明氫能的利用有哪些途徑？答案(1)氫氣燃燒放熱(如以液態(tài)氫作為火箭的燃料)；(2)用高壓氫氣、氧氣制作氫氧燃料電池；(3)利用氫的熱核反應釋放的核能(如氫彈)。氫能的開發(fā)利用及其優(yōu)點(1)氫能具有熱值高、無污染、來源廣等優(yōu)點。(2)氫能開發(fā)利用的關鍵問題是低成本制備H2(關鍵是尋找有效的催化劑)；H2的貯存運輸(貯氫材料的研制應用)。5綠色能源是指使用過程中不排放或排放極少污染物的能源，如一級能源中的水能、地熱能、天然氣等；二級能源中的電能、氫能等。下列能源屬于綠色能源的是()太陽能風能石油煤潮汐能木材ABCD答案D6冰島火山爆發(fā)再一次向人類敲響了警鐘，必須發(fā)展“低碳經(jīng)濟”。氫能是一種既高效又干凈的新能源，發(fā)展前景良好，用氫作能源的燃料電池汽車備受青睞。下列不是氫能優(yōu)點的是()A原料來源廣B易燃燒，放出熱量多C生成物無污染D制取H2簡單易行答案D解析工業(yè)上制取H2的原料是H2O，來源廣，A正確；H2易燃燒且等質(zhì)量物質(zhì)中放出的熱量較多，產(chǎn)物為H2O，無污染，B、C正確；工業(yè)上利用水制取H2需消耗大量能量且效率低，D錯。1能量的轉(zhuǎn)化2能源的分類1“能源分類相關圖”如下圖所示，四組能源選項中全部符合圖中陰影部分的能源是()A煤炭、石油、潮汐能B水能、生物能、天然氣C太陽能、風能、沼氣D地熱能、海洋能、核能答案C解析A項，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B項，天然氣不是新能源，也不是可再生能源；D項，地熱能是來自地球內(nèi)部的能源，核能不是可再生能源，也不是來自太陽的能源。2下列說法正確的是()A煤是無機化合物，天然氣和石油是有機化合物B利用化石燃料燃燒放出的熱量使水分解產(chǎn)生氫氣，是氫能開發(fā)的研究方向C化學電源放電、植物光合作用都發(fā)生化學變化，并伴隨能量的轉(zhuǎn)化D若反應過程中斷開化學鍵放出的能量大于形成化學鍵所吸收的能量，則反應放熱答案C解析煤、天然氣和石油均是混合物，A項錯誤；氫能開發(fā)的研究方向應該是利用太陽能使水分解產(chǎn)生氫氣，B項錯誤；化學電源放電、植物光合作用都發(fā)生化學變化，化學電源放電為化學能轉(zhuǎn)化為電能，而植物光合作用則是光能轉(zhuǎn)化為化學能，C項正確；斷開化學鍵需要吸收能量，而形成化學鍵則放出能量，D項錯誤。3據(jù)報道，某國一集團擬在太空建造巨大的集光裝置，把太陽光變成激光用于分解海水制氫：2H2O2H2O2。下列說法正確的是()水的分解反應是放熱反應氫氣是一次能源使用氫氣作燃料有助于控制溫室效應若用生成的氫氣與空氣中多余的二氧化碳反應生成甲醇儲存起來，可以改善生存環(huán)境ABCD答案C解析中水的分解反應是吸熱反應；中在自然界中氫氣無法直接取得，是二次能源；中氫氣的燃燒產(chǎn)物是水，化石燃料燃燒會產(chǎn)生二氧化碳，所以氫氣作燃料有助于控制溫室效應；中生成的氫氣與空氣中多余的二氧化碳反應生成甲醇，則可以對二氧化碳進行循環(huán)利用。4根據(jù)“綠色化學”的思想，某化學家設計了下列化學反應步驟：CaBr2H2OCaO2HBr2HBrHgHgBr2H2HgBr2CaOHgOCaBr22HgO2HgO2該方案的目的是制備()AHBrBCaOCH2DHg答案C解析根據(jù)“綠色化學”的思想，反應要提高原子利用率，最終產(chǎn)品應該是環(huán)境友好型產(chǎn)品。將化學方程式222得：2H2O=2H2O2。5能源是現(xiàn)代文明的原動力，通過化學方法可以使能量按人們所期望的形式轉(zhuǎn)化，從而開辟新能源和提高能源的利用率。(1)氫氣在燃燒時，放出大量熱量，說明該反應是_熱反應，這是由于反應物的總能量_(填“大于”“小于”或“等于”，下同)生成物的總能量；從化學反應的本質(zhì)角度來看，是由于斷裂反應物中的化學鍵吸收的總能量_形成生成物中的化學鍵放出的總能量。(2)氫氣被公認為是21世紀代替礦物燃料的理想能源，2g氫氣燃燒時放出286kJ熱量，而每千克汽油燃燒放出的熱量為46000kJ。試據(jù)此分析氫氣作為能源代替汽油的優(yōu)勢：_。答案(1)放大于小于(2)清潔能源，燃燒后無污染環(huán)境的物質(zhì)生成；單位質(zhì)量放出的熱量多解析(1)燃燒反應都是放熱反應，所以氫氣的燃燒反應是放熱反應，根據(jù)能量守恒定律，放熱反應是反應物的總能量大于生成物的總能量；化學反應的本質(zhì)是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成，放熱反應的本質(zhì)是斷裂反應物中的化學鍵吸收的總能量小于形成生成物中的化學鍵放出的總能量。(2)2 g氫氣燃燒時放出286 kJ熱量，所以1 000 g氫氣燃燒放出143 000 kJ的熱量，約是每千克汽油燃燒放出熱量的3倍，且氫氣燃燒的產(chǎn)物是水，對環(huán)境無污染?；A過關題組一太陽能的利用1下列有關太陽能的利用方式以及列舉的實例錯誤的是()A太陽能電池是一種光電轉(zhuǎn)換形式B太陽能熱水器是一種光熱轉(zhuǎn)換形式C綠色植物進行的光合作用，是一種光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換，它的本質(zhì)是光化學能轉(zhuǎn)換D風能是空氣流動形成的，與太陽能無關答案D解析光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、光化學能轉(zhuǎn)換和光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換是太陽能利用的基本方式。它們都是把光能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量的過程。風能形成的本質(zhì)原因是太陽輻射使空氣受熱不均造成的，D項錯誤。2人工光合作用能夠借助太陽能，用CO2和H2O制備化學原料。下圖是通過人工光合作用制備HCOOH的原理示意圖，下列說法不正確的是()A該過程是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能的過程B催化劑a表面發(fā)生氧化反應，有O2產(chǎn)生C催化劑a附近酸性減弱，催化劑b附近酸性增強D催化劑b表面的反應是CO22H2e=HCOOH答案C解析由CO2和HCOOH中碳元素的化合價變化可知，CO2應該在正極放電形成HCOOH，由圖示裝置電子移動的方向可確定b為正極，a為負極。催化劑a表面：2H2O4e=4HO2，所以答案選C。3(xx寧波市期中)下列說法不正確的是()A化石燃料蘊藏的能量來自遠古時期生物體所吸收利用的太陽能B光熱轉(zhuǎn)化是目前技術(shù)最成熟、成本最低廉、應用最廣泛的利用太陽能形式C氫氣之所以被稱為“綠色能源”是因為它燃燒的產(chǎn)物不會污染環(huán)境D人類利用的能源都是通過化學反應獲得的答案D解析利用的能源有的通過化學反應得到，有的能源不通過化學反應也可得到，故D錯誤。題組二生物質(zhì)能的利用4下列有關生物質(zhì)能的說法不正確的是()A生物質(zhì)能是可再生能源B生物質(zhì)能來源于太陽能C焚燒生活垃圾發(fā)電是將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能D玉米、高粱發(fā)酵制乙醇是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為化學能答案C解析生物質(zhì)能來源于植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量，生物質(zhì)能最終利用的結(jié)果：除釋放能量外，產(chǎn)生無污染的CO2和H2O，通過植物的光合作用，重新將太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，因此生物質(zhì)能是可再生的新能源，A正確；光生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化本質(zhì)是光化學能的轉(zhuǎn)換，B正確；焚燒生活垃圾發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是生物質(zhì)能熱能電能，C不正確；含淀粉較高的農(nóng)作物發(fā)酵制燃料乙醇是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為化學能，D正確。5“地溝油”被稱為“生物燃料”，該燃料屬于生物質(zhì)能。已知生物質(zhì)的主要轉(zhuǎn)化途徑及主要產(chǎn)物如下圖所示。則下列關于生物燃料以及生物質(zhì)能的說法中正確的是()生物燃料本質(zhì)上能量來源于太陽能由纖維素水解獲得的乙醇屬于生物質(zhì)能生物質(zhì)裂解獲得的汽油、柴油等屬于純凈物由植物秸稈等發(fā)酵獲得的沼氣，主要成分是甲烷生物質(zhì)資源是一種污染小的可再生能源ABCD答案B解析汽油、柴油均是多種烴的混合物。題組三氫能的開發(fā)與利用6H2是一種很有前途的能源，以水為原料大量制取H2，最理想的途徑是()A利用太陽能直接使水分解為H2B以焦炭和水為原料制水煤氣后再分離出H2C以赤熱的Fe和水反應生成H2D由熱電廠提供電能，利用直流電電解水產(chǎn)生H2答案A解析B項，CH2O(g)COH2；C項，3Fe4H2O(g)Fe3O44H2；D項，2H2O2H2O2，B、C、D三項都要消耗傳統(tǒng)能源；而A項中太陽能是已被人們使用的新能源，與傳統(tǒng)能源相比較，太陽能的優(yōu)點很多，而且是一般傳統(tǒng)能源無法比擬的。7科學家最近研究出一種環(huán)保、安全的儲氫方法，其原理可表示為NaHCO3H2HCOONaH2O。下列有關說法正確的是()A儲氫、釋氫過程均無能量變化B儲氫過程中，NaHCO3被氧化CNaHCO3、HCOONa均含有離子鍵和共價鍵D釋氫過程中，每消耗0.1molH2O放出2.24L的H2答案C解析儲氫、釋氫過程均存在能量變化，A不正確；儲氫過程中，NaHCO3被H2還原，B不正確；NaHCO3中Na與HCO之間存在離子鍵，HCO中存在共價鍵，HCOONa中Na與HCOO之間存在離子鍵，HCOO中存在共價鍵，C正確；釋氫過程中，每消耗0.1molH2O放出0.1molH2，但沒說明狀態(tài)，無法知道其體積，D不正確。8為消除目前燃料燃燒時產(chǎn)生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機，有關專家提出了利用太陽能制取氫能的構(gòu)想。下列說法正確的是()AH2O的分解反應是放熱反應B氫能源已被普遍使用C2molH2O具有的總能量低于2molH2和1molO2具有的總能量D氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值答案C解析2H2O=2H2O2是吸熱反應，說明2molH2O的能量低于2molH2和1molO2的能量。因由水制取H2耗能多且H2不易貯存和運輸，所以氫能源利用并未普及，但發(fā)展前景廣闊。題組四能源的轉(zhuǎn)化與利用以及環(huán)境問題9出行是人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚沫h(huán)節(jié)，出行的工具五花八門，使用的能量也各不相同。自行車、電動自行車、普通汽車消耗能量的類型分別是()生物質(zhì)能核能電能太陽能化學能ABCD答案B解析騎自行車是消耗人體內(nèi)的能量做功，是生物質(zhì)能；電動自行車是將電能轉(zhuǎn)化為機械能；普通汽車是通過燃燒汽油而轉(zhuǎn)化為機械能。10有專家指出，如果利用太陽能使燃燒產(chǎn)物如CO2、H2O、N2等重新組合，那么，不僅可以消除對大氣的污染，還可以節(jié)約燃料，緩解能源危機。觀察下面圖示，判斷在此構(gòu)想的物質(zhì)循環(huán)中，太陽能最終轉(zhuǎn)化為()A化學能B熱能C生物質(zhì)能D電能答案B解析理解圖示的轉(zhuǎn)化關系便可順利解題。關鍵信息是利用太陽能使CO2、H2O、N2等重新組合，根據(jù)圖示可知燃料燃燒后轉(zhuǎn)化為燃燒產(chǎn)物并放出熱量，燃燒產(chǎn)物又結(jié)合太陽能轉(zhuǎn)化為燃料，如此循環(huán)可知太陽能最終轉(zhuǎn)化為熱能。故選B。11煤、石油、天然氣和生物質(zhì)能的能量形成和轉(zhuǎn)換利用過程基本上是()A太陽能化學能熱能B太陽能機械能電能C生物質(zhì)能電能化學能熱能D太陽能機械能化學能答案A解析煤、石油、天然氣是遠古植物吸收太陽能固定下來的能量，是儲存在地殼下面的“太陽能”，可以說是遠古植物將太陽能轉(zhuǎn)換為化學能而儲存下來的；生物質(zhì)能是植物進行光合作用將太陽能轉(zhuǎn)換的化學能。最后化學能通過各種途徑變?yōu)闊崮堋㈦娔艿饶芰啃问?。能力提?2(1)請在每個化學方程式后的橫線上注明化學反應過程中能量的主要轉(zhuǎn)化形式。ZnAg2OH2OZn(OH)22Ag：_(填正向反應的能量轉(zhuǎn)化形式)。2C2H25O24CO22H2O：_。6H2O6CO2C6H12O66O2：_。CaCO3CaOCO2：_。(2)沼氣是一種廉價的能源，它是由秸稈、雜草等廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生的，有關過程如下：(C6H10O5)n(纖維素)nH2O3nCO23nCH4能量上述過程的實際意義是_。在使用沼氣做飯時，需要注意的問題是_。建立沼氣發(fā)電站，可以把_能轉(zhuǎn)化為電能，沼氣被稱為_能源。答案(1)化學能轉(zhuǎn)化為電能化學能轉(zhuǎn)化為熱能光能轉(zhuǎn)化為化學能熱能轉(zhuǎn)化為化學能(2)既是能源的一個重要來源，也是擴大肥源、提高肥效、改善農(nóng)村衛(wèi)生條件的重要措施防止沼氣泄漏，保持廚房通風良好生物質(zhì)新解析(1)放電時，該反應在原電池中進行，將化學能轉(zhuǎn)化為電能。C2H2(乙炔)燃燒時主要將化學能轉(zhuǎn)化為熱能。綠色植物進行光合作用時，主要將光能轉(zhuǎn)化為化學能。石灰石(CaCO3)高溫分解時，主要將熱能轉(zhuǎn)化為化學能。(2)秸稈、雜草等廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生沼氣，可將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為化學能，獲得潔凈的燃料，既可以提供能源，也可以擴大肥源、提高肥效、改善農(nóng)村衛(wèi)生條件。沼氣與空氣混合后遇到明火會發(fā)生爆炸，在使用沼氣做飯時，要防止沼氣泄漏，保護廚房通風良好。建立沼氣發(fā)電站，可以把生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能。13氫氣是未來最理想的能源，科學家最近研制出利用太陽能產(chǎn)生激光，并在二氧化鈦(TiO2)表面作用使海水分解得到氫氣的新技術(shù)：2H2O2H2O2。制得的氫氣可用于燃料電池。試回答下列問題：(1)分解海水時，實現(xiàn)了從_能轉(zhuǎn)變?yōu)開能，二氧化鈦作_。生成的氫氣用于燃料電池時，實現(xiàn)了從_能轉(zhuǎn)變?yōu)開能。水分解時，斷裂_鍵，分解海水的反應屬于_(填“放熱”或“吸熱”)反應。(2)某種氫氧燃料電池是用固體金屬氧化物陶瓷作電解質(zhì)，兩極上分別通入氫氣和氧氣，發(fā)生的電池反應為2H2O2=2H2O。則通入氫氣的一極是電池的_極，電流從該極_(填“流入”或“流出”)。答案(1)光化學催化劑化學電共價吸熱(2)負流入14隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，能源問題已經(jīng)越來越引起人們的重視。科學家預言，未來最理想的燃料是綠色植物，即將植物的秸稈(主要成分是纖維素)在適當?shù)拇呋瘎┳饔孟滤獬善咸烟?，再將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇，作為燃料。(1)寫出將綠色植物的秸稈轉(zhuǎn)化為乙醇的化學方程式：_。(2)已知：C2H5OH(l)3O2(g)2CO2(g)3H2O(l)H1367kJmol1若某種植物的秸稈含纖維素50%，由植物秸稈經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化得到乙醇原料的總利用率為80%，則用1000g秸稈為原料制得乙醇燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量為_。答案(1)(C6H10O5)nnH2OnC6H12O6、C6H12O62C2H5OH2CO2(2)6750.6kJ解析(2)設1000g秸稈制得乙醇，燃燒產(chǎn)生的熱量為x。(C6H10O5)n2nC2H5OH1367kJmol12n162ng2734nkJ100050%80%gx解得：x6750.6kJ。