專題二四太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用

1、專題二四太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用目標大瀏覽知識與技能目標知識與技能目標簡單了解太陽能、生物質(zhì)能、氫能的利用現(xiàn)狀。過程與方法目標過程與方法目標通過查資料、上網(wǎng)等多種手段更多地了解太陽能、生物質(zhì)能和氫能，培養(yǎng)學生科學探究精神。情感、態(tài)度與價值觀情感、態(tài)度與價值觀認識開發(fā)、利用高能、清潔能源的重要性和迫切性。要點大思考1.大自然利用太陽能最成功的是_，在太陽光的作用下，植物體內(nèi)的葉綠素把水、二氧化碳轉(zhuǎn)化為_，進而生成_，把_能轉(zhuǎn)化為_能。方程式為_。動物體內(nèi)的淀粉、纖維素在_的作用下，與_反應分解為_，最后氧化為_和_，又釋放出熱量。2.生物質(zhì)能來源于_能量。生物質(zhì)能包括_等。生物質(zhì)能的利用主要

2、有以下幾種方式：（1）_；（2）_；（3）_；（4）_。3.氫能利用的途徑（1）_；（2）_；（3）_。植物的光合作用葡萄糖淀粉、纖維素光化學6H2O+6CO2=C6H12O6+6O2酶水葡萄糖CO2H2O植物及其加工產(chǎn)品所儲存的農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市與工業(yè)有機廢棄物、動物糞便 熱化學轉(zhuǎn)換法，獲得木炭、焦油和可燃氣體等品位高的能源產(chǎn)品，該方法又按其熱加工的方法不同，分為高溫干餾、熱解、生物質(zhì)液化等方法 生物化學轉(zhuǎn)換法，主要指生物質(zhì)在微生物的發(fā)酵作用下，生成沼氣、酒精等能源產(chǎn)品用油料植物所產(chǎn)生的生物油 把生物質(zhì)壓制成成型狀燃料（如塊型、棒型燃料），以便集中利用和提高熱效率燃料燃燒放

3、熱火箭燃料氫氧燃料電池學點大清倉交流研討交流研討學點學點1 1 太陽能的利用太陽能的利用問題1：太陽能的開發(fā)和利用是最為引人注目的。據(jù)估計，太陽輻射到地球表面的能量是目前世界能量消費的1萬多倍。如何利用這些能量，是人類特別是科學家們十分關心的問題。你知道目前利用太陽能有哪些方法嗎？太陽能的利用形式主要有兩種：一是熱能的直接利用，如利用鏡面或反射槽將太陽太陽能的利用形式主要有兩種：一是熱能的直接利用，如利用鏡面或反射槽將太陽光聚焦在收集器上，由中間介質(zhì)吸熱產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪機組發(fā)電。二是利用小型光聚焦在收集器上，由中間介質(zhì)吸熱產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪機組發(fā)電。二是利用小型太陽能裝置為房屋采暖供熱，現(xiàn)已

4、大量使用。太陽能裝置為房屋采暖供熱，現(xiàn)已大量使用。歸納總結歸納總結:1.太陽能利用形式概括2.太陽能的利用方式直接利用太陽輻射能，基本上有下列四種方式：（1）光熱轉(zhuǎn)換這是目前技術最為成熟、成本最為低廉、應用最為廣泛的形式。其基本原理是利用太陽輻射能加熱物體而獲得熱能，如地膜、大棚、溫室等。目前使用較多的一種形式是太陽能熱水器，另一種形式是聚焦型集熱器，如反射式太陽灶、高溫太陽爐等。（2）光電轉(zhuǎn)換太陽能的大規(guī)模利用主要是用于發(fā)電，發(fā)電方式有兩種：一種是光熱轉(zhuǎn)換方式，另一種是光電轉(zhuǎn)換方式。光熱電轉(zhuǎn)換方式的基本原理是利用太陽輻射熱發(fā)電，一般是由太陽能集熱器發(fā)電，由太陽能集熱器將吸收的熱能轉(zhuǎn)換為蒸汽，

5、再驅(qū)動汽輪機發(fā)電，后一過程與火力發(fā)電一樣。太陽能的光熱電轉(zhuǎn)換的缺點是效率低，成本高，至少比普通火電站貴510倍。光電直接轉(zhuǎn)換方式的基本原理是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能。光電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池，它適用于電子儀表、光電信號器件、無人中繼站、高山氣象站等方面，尤其可以在分散的邊遠山區(qū)、高山荒漠、海島和農(nóng)村使用，以節(jié)省一些造價很貴的輸線電路。（3）光化學能轉(zhuǎn)換20世紀90年代，我國一些農(nóng)場農(nóng)村地區(qū)，把裝在密閉包裝袋里的Na2SO410H2O晶體，白天放在陽光下暴曬，當溫度達到25 時，Na2SO410H2O晶體先失水，溶解吸熱，夜里硫酸鈉溶液結晶，重新析出水合晶體，釋放熱量，用

6、于取暖。這是利用太陽能的一種簡易方法?，F(xiàn)在，人們已能利用太陽輻射能和催化劑使水分解（光解水）制得氫氣。氫氣是二級能源，用途很廣，既可以作為燃料，又是化工原料。氫氣可以用于合成天然氣、石油。這是一種很有前途的光化學能轉(zhuǎn)換方式。水在地球上的儲量是極為豐富的，利用太陽能從水制氫氣是一種很有吸引力的途徑，它也能從根本上改善目前人類利用能源的狀況。（4）光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換主要是通過地球上眾多植物的光合作用，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能。光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換的本質(zhì)也是光化學能的轉(zhuǎn)換。學點學點2 2 生物質(zhì)能的利用生物質(zhì)能的利用交流研討交流研討問題2：生物質(zhì)能有哪些？在實際生活中有哪些應用？（1）生物質(zhì)能是最安全、最穩(wěn)

7、定的能源，通過一系列轉(zhuǎn)換技術，可以生產(chǎn)出不同）生物質(zhì)能是最安全、最穩(wěn)定的能源，通過一系列轉(zhuǎn)換技術，可以生產(chǎn)出不同品種的能源，如固化和炭化可以生產(chǎn)固體燃料，氣化可以生產(chǎn)氣體燃料，液化和植品種的能源，如固化和炭化可以生產(chǎn)固體燃料，氣化可以生產(chǎn)氣體燃料，液化和植物油可以獲得液體燃料，如果需要還可以生產(chǎn)電力等等。物油可以獲得液體燃料，如果需要還可以生產(chǎn)電力等等。（2）生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術主要包括：沼氣、氣化、液化、碳化、乙醇發(fā)酵和固化成型等，這些技術大部分在過去的20年中取得了相當大的進展。直接燃燒，家庭使用的薪柴和木炭，薪柴至今仍為許多發(fā)展中國家的重要能源，仍需依賴柴薪來滿足大部分能量需求，不過由于日益

8、增加薪柴的需求，將導致林地日減。生物化學轉(zhuǎn)換，農(nóng)村沼氣池的填料主要是豬糞、秸稈、污泥、水等。當然，人的糞便、牛糞、雞糞等都是很好的發(fā)酵料。將植物的秸稈、枝葉、雜草和人畜糞便加入沼氣發(fā)酵池中，在厭氧條件下，經(jīng)過沼氣細菌的作用，生成沼氣。沼氣的主要成分是甲烷和二氧化碳。建造沼氣池，不僅能有效地利用生物質(zhì)能，還能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)良的肥料。熱化學轉(zhuǎn)化，使生物質(zhì)能在一定條件下發(fā)生化學反應，產(chǎn)生熱值較高的可燃氣體。如利用木炭制造水煤氣，并帶動蒸汽機作動力，甚至在中國抗日戰(zhàn)爭的困難時期，因為石油缺乏，還以這種煤氣開汽車，即叫做“木炭車”，這種技術的基本原理是含碳物質(zhì)在不充分氧化（燃燒）的情況下，會產(chǎn)生一氧化

9、碳，即煤氣。歸納總結歸納總結:1.生物質(zhì)能概念：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)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、城市及工業(yè)有機廢棄物、動物糞便等。2.生物質(zhì)能應用直接燃燒植物枝葉燃燒可表示為（C6H10O5）n+6nO2 6nCO2+5nH2O生物化學轉(zhuǎn)換將植物的秸稈、枝葉、雜草和人畜糞便加入沼氣發(fā)酵池中，在厭氧條件下，經(jīng)沼氣細菌的作用，生成沼氣。沼氣的主要成分是CH4，還含有CO2和少量H2S、PH3等。沼氣也是應用十分廣泛的氣體燃料，在我國農(nóng)村推廣建造沼氣池，不僅有效地利用生物質(zhì)能，還能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供優(yōu)良的肥料。用含糖類、淀粉較多的農(nóng)作物（如玉米

10、、高粱）為原料，在催化劑存在下、經(jīng)水解和細菌發(fā)酵，可以制成乙醇。乙醇可以直接作為燃料，也可以和汽油混合，做發(fā)動機燃料（C6H10O5）n+nH2O nC6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2熱化學轉(zhuǎn)換使生物質(zhì)在一定條件下發(fā)生化學反應，產(chǎn)生熱值較高的可燃氣體。例如，爐內(nèi)加熱固體生物質(zhì)，同時通入空氣或水蒸氣，或者隔絕空氣高溫加熱生物發(fā)生復雜的化學反應產(chǎn)生可燃氣體。點燃酶發(fā)酵學點學點3 3 氫能的開發(fā)與利用氫能的開發(fā)與利用交流研討交流研討問題3：什么是氫能？有哪些優(yōu)點？氫能系統(tǒng)包括制氫、儲氫、氫的應用三個方面，規(guī)模制氫和儲氫是氫能研究和開氫能系統(tǒng)包括制氫、儲氫、氫的應用三個方面，規(guī)模

11、制氫和儲氫是氫能研究和開發(fā)的兩個重要領域。發(fā)的兩個重要領域。微生物制氫是一種無污染的經(jīng)濟制氫方法。該方法具有原料易得（如采用有機污微生物制氫是一種無污染的經(jīng)濟制氫方法。該方法具有原料易得（如采用有機污染物為原料）、制氫成本低并可與治理環(huán)境污染相結合等優(yōu)點。染物為原料）、制氫成本低并可與治理環(huán)境污染相結合等優(yōu)點。歸納總結歸納總結:1.制備（1）利用2H2O 2H2+O2，但消耗大量電能；（2）利用2H2O 2H2+O2，節(jié)約電能；（3）利用藍綠藻低等植物和微生物在陽光作用下釋放出氫氣。2.優(yōu)點（1）產(chǎn)物是H2O，不會污染環(huán)境。（2）來源豐富。（3）熱效率高，由H2（g）+O2（g）=H2O（l）

12、H=-285.85 kJmol-1可知燃燒1 g H2可放出142.925 kJ的熱量，是燃燒等質(zhì)量的汽油放熱的3倍。（4）H2使用方便。 電解 光解光分解催化劑題型一題型一 各種能源的開發(fā)利用各種能源的開發(fā)利用【例1】下列屬于直接利用太陽輻射能的方式是 ( )光熱轉(zhuǎn)換 光電轉(zhuǎn)換 光化學能轉(zhuǎn)換 光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換A. B. C. D.D【解析】太陽能利用的主要途徑有光【解析】太陽能利用的主要途徑有光熱轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換、光化學能轉(zhuǎn)換、化學能轉(zhuǎn)換、光光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換。生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換。1.下列對于城市廢棄物中生物質(zhì)能的利用不合理的是 ( )A.把廢棄物拉到鄉(xiāng)下找個地方埋掉B.對廢棄物進行處

13、理后焚燒，利用產(chǎn)生的熱能供熱和發(fā)電C.把廢棄物進行生物化學轉(zhuǎn)化獲取甲烷D.讓廢棄物在一定條件下發(fā)生化學反應，產(chǎn)生熱值較高的可燃性氣體對應訓練對應訓練A【解析】生物質(zhì)能利用主要有以下方式：（【解析】生物質(zhì)能利用主要有以下方式：（1）直接燃燒，（）直接燃燒，（2）生物化學能轉(zhuǎn)換，）生物化學能轉(zhuǎn)換，（3）熱化學能轉(zhuǎn)換。埋掉既造成能源浪費，又能造成污染，因此）熱化學能轉(zhuǎn)換。埋掉既造成能源浪費，又能造成污染，因此A項錯。項錯。題型二題型二 能源的綜合利用能源的綜合利用【例2】城市使用的燃料，現(xiàn)大多用煤氣、液化石油氣。煤氣的主要成分是一氧化碳和氫氣的混合氣體，它由煤炭與水（蒸氣）反應制得，故又稱水煤氣。（

14、1）試寫出制取煤氣的主要化學反應方程式：_。（2）液化石油氣的主要成分是丙烷，丙烷燃燒的熱化學方程式為C3H8（g）+5O2（g）=3CO2(g)+4H2O(l) H=-2220.0 kJmol-1已知CO氣體燃燒的熱化學方程式為CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) H=-282.57 kJmol-1試比較同物質(zhì)的量的C3H8和CO燃燒，產(chǎn)生的熱量比值約為_。（3）已知氫氣燃燒的熱化學方程式為2H2（g）+O2（g）= 2H2O（l） H=-571.6 kJmol-1試比較同質(zhì)量的氫氣和丙烷燃燒，產(chǎn)生的熱量比值約為_。（4）氫氣是未來的能源，除產(chǎn)生的熱量大之外，還具有的優(yōu)點是_。C+H2

15、O（g） CO+H2 高溫 7.86:12.83:1來源豐富，無污染，可再生【解析】水煤氣的主要成分是【解析】水煤氣的主要成分是CO和和H2，高溫下用碳和水蒸氣反應制取。，高溫下用碳和水蒸氣反應制取。1 mol C3H8反應放熱反應放熱2220 kJ，1 mol CO完全燃燒放熱完全燃燒放熱282.57 kJ，因此產(chǎn)生的熱量比值約為，因此產(chǎn)生的熱量比值約為2220:282.57=7.86:1，同理，等質(zhì)量的，同理，等質(zhì)量的H2和丙烷燃燒產(chǎn)生的熱量比值約為和丙烷燃燒產(chǎn)生的熱量比值約為2.83:1。2.能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，常規(guī)能源的合理利用和新能源的開發(fā)是當今社會人類面臨的嚴峻

16、課題，回答下列問題：（1）我國是世界上少數(shù)以煤為主要燃料的國家，下列關于煤作燃料的論點正確的是 （ ）A.煤是重要的化工原料，把煤作燃料簡單燃燒掉太可惜，應該綜合利用B.煤是發(fā)熱很高的固體燃料，我國煤炭資源相對集中，開采成本低，用煤作燃料合算C.煤燃燒時產(chǎn)生大量二氧化硫和煙塵，對環(huán)境污染嚴重D.通過清潔技術，如煤的氣化和液化，以及煙氣脫硫，不僅減輕了燃煤污染，還能提高煤燃燒的熱利用率（2）烏克蘭科學家用銅和鐵混合熔化制成多孔金屬，用于制作太空火箭上使用的煤油燃料霧化器，該霧化器的作用是_。A、C、D使煤油油滴變?yōu)橛挽F，增大與氧化劑的接觸面積，使煤油充分燃燒（3）乙醇是未來內(nèi)燃機的首選環(huán)保型液體燃料，它可以由綠色植物的秸稈制取，制取乙醇的兩步化學方程式是_；1.0 g乙醇完全燃燒生成液態(tài)水放出1.367 kJ熱量，表示乙醇