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.docx
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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.docx
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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
1.化石能源主要是指哪些物质形成的能源?
提示:
煤、石油、天然气。
2.燃料的燃烧能将化学能转化成哪种能量形式?
提示:
转化成热能和光能等。
3.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。
4.你知道的新能源有哪些?
提示:
太阳能、氢能、核能、潮汐能、地热能。
[新知探究]
探究1 你知道目前利用太阳能有哪些方法,依据教材P47“你知道吗?
”完成表格。
探究2 摄入人体内的淀粉是如何转化成能量的?
提示:
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。
[必记结论]
1.太阳能的利用
能源是人类生活和社会发展的基础。
地球上最基本的能源是太阳能。
2.太阳能利用的能量转化方式
被吸收的太阳能
化学能
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:
①物质转化:
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。
③能量转化:
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
解析:
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。
[新知探究]
探究1 生物质主要包括哪些物质?
提示:
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?
提示:
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?
提示:
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。
[必记结论]
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:
(C6H10O5)n+nH2O
nC6H12O6;
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。
[成功体验]
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
解析:
(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。
答案:
(1)D
(2)C
[新知探究]
探究1 与化石燃料相比,氢能源有哪些优点?
提示:
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?
提示:
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?
提示:
①制取H2的能耗高;②H2的贮存和运输困难。
[必记结论]
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。
原因:
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。
[成功体验]
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
解析:
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“<”)。
解析:
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)<
———————————————[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)热化学转换。
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
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;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?
提示:
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
解析:
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。
提示:
(1)(C6H
+nH2O
nC6H
(2)C6H12O6
2C2H5OH+2CO2↑
葡萄糖
[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
2H2↑+O2↑
解析:
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↑。
下列说法不正确的是( )
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
解析:
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
解析:
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
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