第四单元 太阳能 生物质能和氢能的利用教学实录与评析

《太阳能、生物质能和氢能的利用》自修破疑评价单

【问题导读】

一、太阳能的利用

1．太阳能的优、缺点

（1）优点：储量大、分布广、时间长、对环境无害，是被广泛开发利用的理想能源。

（2）缺点：受季节、地区、气候的影响。

2．自然界利用太阳能的途径

太阳能是地球上最基本的能源，人类生命活动使用的能量主要来源于太阳能。

（1）绿色植物通过

吸收太阳能。这是自然界利用太阳能最重要、最成功的途径。

在太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为

，进而生成

、

，把光能转化为化学能。

化学方程式为

。

（2）动物食用植物体内的的

、

和

间接利用太阳能。

动物食用植物体内的的

、

能水解转化为

，进而被氧

化为

和

，释放出能量，供给生命活动所需。

化学方程式为

；

。

（3）化石燃料蕴含的能量来自

所吸收利用的太阳能。

目前，世界所需的能源大多来自于

、

、

，它们是由

掩埋在地下深处历经几百万年演变所形成的。这即为太阳能间接转化为化学能。

3．直接利用太阳能的方式及能量转化形式

（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。

①原理：利用

加热物体从而获得热能。

②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。

（2）光—电转换：太阳能大规模利用的主要方式。

①方法一：光—热—电转换。

原理是利用

发电。由

吸收热能，使

转化

为

，利用

驱动

发电。

②方法二：光—电直接转换。

原理是利用

，将

直接转换为

。

基本装置就是

。

（3）光—化学能转换：

①原理：利用

使物质发生化学变化。

②应用：芒硝（Na2SO4·H2O）白天

热量溶解，晚上结晶

，用于

。

还可以利用太阳辐射能和催化剂使水分解制取氢气。

（4）光—生物质能转换。

①原理：绿色植物利用

将

转化为生物质能。本质也是

。



太阳能也可间接转化为机械能和电能。如太阳辐射能使地表水分蒸发形成云雨，汇成江、河，上游的水位提高，形成落差，推动水轮机发电。

例1

下列有关太阳能的说法不正确的是（

）

A．太阳能以光波形式传送到地面

B．化石燃料蕴藏的能源来自太阳能

C．太阳能是洁净能源，不污染环境

D．食用植物体内的淀粉、蛋白质等属直接利用太阳能

例2

下列能源物质中不是源于太阳能的是（

）

A．煤炭

B．水能

C．地热能

D．沼气

二、生物质能的利用

1．生物质能

（1）生物质能来源于植物及其加工产品所储存的能量。

（2）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。

2．生物质能利用

（1）直接燃烧

通过燃烧，

能直接转化为

能。

若用纤维素代表植物枝叶的主要成分，其燃烧方程式为

。

（2）生物化学转换

生物质能直接转化为化学能，化学能再转化为热能。

①制沼气：将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气池，在

条件下，经过

的作用，生成沼气作为燃料（同时获得优质肥料）。

②制乙醇：用含糖类、淀粉较多的作物，在催化剂的作用下，可制取乙醇。

主要方程式是

，

。

乙醇可直接作为

，也可以与

混合后作为

。

（3）热化学转换

生物质能直接转化为化学能，

使

在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的

。

3．生活垃圾中生物质能的利用

（1）我国主要采用

的方式。

（2）发达国家主要采用

的方式。该方式可以把大量生活垃圾中的

转化为

、

，能极大减轻

给城市造成的压力，大大改善城市环境，增强市民的环保意识。

例3

植物及其废弃物可制成乙醇燃料，下列关于乙醇燃料的说法错误的是（

）

A．它是一种可再生能源

B．乙醇易燃烧，污染小

C．乙醇只能在实验室内作燃料

D．粮食作物是制乙醇的重要原料

例4

能源与人类的生活和社会发展密切相关。下列关于能源开发和利用的说法正确的是（

）

A．用粮食发酵得到酒精代替汽油作汽车燃料

B．随着科技的发展，氢气将会成为主要能源

C．在农村不提倡利用沼气作生活燃料

D．人类利用的能源都是通过化学反应获得的

三、氢能的开发和利用

1．氢气作为能源的优点

氢能是一种理想的、极有前途的二次能源，它被人们视为理想的“绿色能源”。

（1）热值高：是汽油的

倍；

（2）来源广：制取氢气的原料是水，资源不受限制；

（3）无污染：燃烧产物是水，无污染且可循环使用。

2．氢能利用的途径

（1）氢气燃烧释放

（如以

作为火箭的燃料）；

（2）用高压氢气、氧气制作

，将化学能转化为

；

（3）利用氢的热核反应释放的核能（如氢弹）。

3．氢能的开发方式及这些方式的优、缺点

（1）以天然气、石油和煤为原料，在高温下与水蒸气反应或用部分氧化法制氢气。

如水煤气法：

、

。

此法消耗大量不可再生的化石燃料。

（2）电解水制氢气。

方程式为

。

该方法制备条件比较简单，对环境也不会造成污染，但需要消耗大量的电能，成本太高。

（3）光解水制氢气。

可在

存在下，在特定的装置中，利用

分解水制氢气。

也可利用

等低等植物和微生物在

作用下分解水制氢气。

该方法资源可再生，对环境无污染。

4．开发利用氢能需要克服的问题

（1）解决廉价制H2的问题（关键是寻找有效的催化剂）；

（2）解决H2的贮存和运输问题（贮氢材料的研制应用）。

例5 绿色能源是指使用过程中不排放或排放极少污染物的能源，如一级能源中的水能、地热能、天然气等；二级能源中的电能、氢能等。下列能源属于绿色能源的是（

）

①太阳能

②风能

③石油

④煤

⑤潮汐能

⑥木材

A．①②③

B．③④⑤

C．④⑤⑥

D．①②⑤

例6

冰岛火山爆发再一次向人类敲响了警钟，必须发展“低碳经济”。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备受青睐。下列不是氢能优点的是（

）

A．原料来源广

B．易燃烧，放出热量多

C．生成物无污染

D．制取H2简单易行

四、知识拓展——能源的分类

1．从其产生的方式可分为一次能源和二次能源

（1）一次能源指从自然界直接取得的天然能源，如水能、风能、太阳能；

（2）二次能源指一次能源经过加工转换后获得的能源，如电能、氢能。

2．根据能源利用的早晚可分为常规能源和新能源

（1）常规能源包括

、

、

、水能等；

（2）新能源包括核能、风能、太阳能、海洋能、氢能、生物质能等。

3．从能源是否可以再生的角度可划分为可再生能源和不可再生能源

（1）可再生能源有水能、风能、生物质能等；

（2）不可再生能源包括化石燃料和核能等。

【针对性练习】

1．“能源分类相关图”如上图所示，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、潮汐能

B．水能、生物能、天然气

C．太阳能、风能、沼气

D．地热能、海洋能、核能

2．下列说法正确的是（

）

A．煤是无机化合物，天然气和石油是有机化合物

B．利用化石燃料燃烧放出的热量使水分解产生氢气，是氢能开发的研究方向

C．化学电源放电、植物光合作用都发生化学变化，并伴随能量的转化

D．若反应过程中断开化学键放出的能量大于形成化学键所吸收的能量，则反应放热

3．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：2HO=====激光22H2↑＋O2↑。下列说法正确的是（

）

①水的分解反应是放热反应

②氢气是一次能源

③使用氢气作燃料有助于控制温室效应

④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

A．①④

B．②③

C．③④

D．①②

4．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．HBr

B．CaO

C．H2

D．Hg

《太阳能、生物质能和氢能的利用》自修破疑评价单

参考答案

例1D 例2C

解析

煤炭是远古植物吸收太阳能固定下来的能量，是储存在地壳中的“太阳能”；水能是地球上的水经过植物的光合作用、新陈代谢等生命活动推动了地球上水的循环，所以水能是间接的来自于太阳能；沼气是植物吸收太阳能转化成化学能，储存在植物体内，经过细菌的腐化而产生的，也是太阳能的转换。

例3C

解析

粮食作物经过发酵可制得乙醇，所以A、D正确；乙醇燃烧生成二氧化碳和水，污染小，所以B正确；乙醇也可用作汽车的燃料，所以C错误。

例4B

解析

用粮食发酵得到酒精会大量消耗粮食，不符合我国粮食安全的国情，A错；在农村提倡利用沼气作生活燃料，C错；人类利用的能源有的是通过化学反应获得的，有的是自然界提供的，如水能、风能等，D错。

例5D

例6D

解析

工业上制取H2的原料是H2O，来源广，A正确；H2易燃烧且等质量物质中放出的热量较多，产物为H2O，无污染，B、C正确；工业上利用水制取H2需消耗大量能量且效率低，D错。

【针对性练习】

1C

解析

A项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B项，天然气不是新能源，也不是可再生能源；D项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳的能源。

2C

解析

煤、天然气和石油均是混合物，A项错误；氢能开发的研究方向应该是利用太阳能使水分解产生氢气，B项错误；化学电源放电、植物光合作用都发生化学变化，化学电源放电为化学能转化为电能，而植物光合作用则是光能转化为化学能，C项正确；断开化学键需要吸收能量，而形成化学键则放出能量，D项错误。

3C

解析

①中水的分解反应是吸热反应；②中在自然界中氢气无法直接取得，是二次能源；

③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；④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。

4C

解析

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型产品。将化学方程式①×2＋②×2＋③×2＋④得：2H2O＝2H2↑＋O2↑。

能和氢能的利用》自修破疑评价单

参考答案

例1D 例2C

解析

煤炭是远古植物吸收太阳能固定下来的能量，是储存在地壳中的“太阳能”；水能是地球上的水经过植物的光合作用、新陈代谢等生命活动推动了地球上水的循环，所以水能是间接的来自于太阳能；沼气是植物吸收太阳能转化成化学能，储存在植物体内，经过细菌的腐化而产生的，也是太阳能的转换。

例3C

解析

粮食作物经过发酵可制得乙醇，所以A、D正确；乙醇燃烧生成二氧化碳和水，污染小，所以B正确；乙醇也可用作汽车的燃料，所以C错误。

例4B

解析

用粮食发酵得到酒精会大量消耗粮食，不符合我国粮食安全的国情，A错；在农村提倡利用沼气作生活燃料，C错；人类利用的能源有的是通过化学反应获得的，有的是自然界提供的，如水能、风能等，D错。

例5D

例6D

解析

工业上制取H2的原料是H2O，来源广，A正确；H2易燃烧且等质量物质中放出的热量较多，产物为H2O，无污染，B、C正确；工业上利用水制取H2需消耗大量能量且效率低，D错。

【针对性练习】

1C

解析

A项，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；B项，天然气不是新能源，也不是可再生能源；D项，地热能是来自地球内部的能源，核能不是可再生能源，也不是来自太阳的能源。

2C

解析

煤、天然气和石油均是混合物，A项错误；氢能开发的研究方向应该是利用太阳能使水分解产生氢气，B项错误；化学电源放电、植物光合作用都发生化学变化，化学电源放电为化学能转化为电能，而植物光合作用则是光能转化为化学能，C项正确；断开化学键需要吸收能量，而形成化学键则放出能量，D项错误。

3C

解析

①中水的分解反应是吸热反应；②中在自然界中氢气无法直接取得，是二次能源；

③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；④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。

4C

解析

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型产品。将化学方程式①×2＋②×2＋③×2＋④得：2H2O＝2H2↑＋O2↑。