4.2能源及其利用（講義）（原卷版）

浙教版九年級下冊第四章第2節(jié)能源及其利用【知識點分析】一.能源的種類1.人們的生產(chǎn)和生活中涉及的能源有：化石能源(煤、石油、天然氣)、太陽能、水能、風能、生物質(zhì)能、地熱能、核能和潮汐能等。2.根據(jù)獲取方式對能源分類：（1）一次能源：化石能源、太陽能、風能、地熱能、核能和潮汐能等可以直接從自然界獲取的能源，稱為一次能源。（2）二次能源：我們利用的電能，無法從自然界直接獲取，而是通過一次能源的消耗才能得到，稱為二次能源。3.根據(jù)是否可以再生對能源分類：（1）不可再生能源：化石能源、核能等不可能在短時間內(nèi)從自然界得到補充，它們屬于不可再生能源。（2）可再生能源：太陽能、水能、風能、生物質(zhì)能等可以從自然界源源不斷地得到，它們屬于可再生能源。4.新能源的類別：太陽能、水能、風能、生物質(zhì)能、地熱能、潮汐能和核能等。二.化石能源1.化石能源：煤、石油、天然氣等都是千百萬年前埋藏在地下的動植物經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代形成的，通常稱為化石能源。2.煤：煤的主要成分是碳，它是由地球上古代的陸地植物在沼澤中大量沉積，經(jīng)長期演變而成的。大約在距今幾千萬年至幾億年之間，地球上曾有過氣候非常溫暖濕潤、植物非常茂盛的時期。后來，由于地殼運動，大批生長繁茂的植物被埋藏在地下，在缺氧的條件下，經(jīng)過復(fù)雜的變化，逐步形成了煤。3.石油：石油是埋藏在地下的一種可燃性液體能源，是由多種物質(zhì)組成的混合物。我們平時使用的汽油、煤油和柴油等都是從石油中提煉出來的。石油的形成過程和煤相似，千百萬年以前，低等生物遺骸大量沉積，隨著沉積層的不斷增加，導(dǎo)致溫度和壓力上升，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代這些有機物慢慢變成了石油。在石油的形成過程中，還釋放出天然氣。天然氣是多種成分組成的混合氣體燃料，其主要成分是甲烷。石油和天然氣滲流到堅硬的巖石層，并在巖層下面集聚起來。世界上石油的貯量比煤少得多，分布也更不均衡。三.新能源1.能源需求量大的背景：隨著人類社會的不斷發(fā)展，人們對能源的需求量也在不斷地增加。當今世界正從以化石能源為主的常規(guī)能源時期，向著以核能及可再生能源（太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能)為主的新能源時期過渡。2.太陽能：太陽幾乎是我們所使用的各種能量的源泉。在太陽向外輻射的能量中，只有二十二億分之一傳遞到地球，其中又只有不到一半被地球接收。即使這樣，地球上每年獲得的太陽能仍然是十分巨大的。太陽每秒鐘輻射到地球上的能量相當于600萬噸標準煤燃燒釋放出的能量。地球自形成以來就受到太陽的照射，在漫長的演化過程中所積累的太陽能是我們今天所用大部分能源的源泉。今天，我們開采化石能源來獲取能量，實際上就是在開采上億年前地球所接收的太陽能。3.太陽能的利用：人類對太陽能的利用有著悠久的歷史，人們很早以前就知道利用太陽能取暖、曬衣物、發(fā)展農(nóng)業(yè)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類找到了更多利用太陽能的方法和途徑。例如，人們利用太陽能熱水器加熱水，利用太陽能灶做飯，利用光伏電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能，建造太陽能電廠將太陽能轉(zhuǎn)化為電能等。4.核能：包括裂變能和聚變能兩種類型。目前運行的核電站都是利用裂變能來發(fā)電的。由于原子核裂變時會產(chǎn)生放射性較強的核廢料和公眾對核能安全性的擔心等因素的存在，限制了這類核電站的進一步發(fā)展。5.潮汐能：海洋的潮汐中蘊藏著巨大的能量。在漲潮的過程中，洶涌而來的海水具有很大的動能，而隨著海水水位的升高，就把海水的巨大動能轉(zhuǎn)化為勢能；在落潮的過程中，海水奔騰而去，水位逐漸降低，勢能又轉(zhuǎn)化為動能。潮汐發(fā)電就是利用海灣、河口等有利地形，建筑水壩，形成水庫，大量蓄積海水，并利用安裝在大壩中的水輪發(fā)電機進行發(fā)電。6.風能：風具有能量，是一種天然能源?？諝饬鲃铀俣仍娇?，風能就越大。風力發(fā)電就是利用風力推動葉輪轉(zhuǎn)動，然后葉輪帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生電能。在風力發(fā)電場上安裝多臺大型風力發(fā)電機，并根據(jù)地形和主風向排列，共同向電網(wǎng)供電。7.生物質(zhì)能：生物質(zhì)能是以化學能的形式儲存在生物體中的太陽能，它來源于綠色植物的光合作用。地球上的植物進行光合作用所消耗的能量，占太陽照射到地球總輻射能量的02%。生物質(zhì)能主要來自于柴薪、人畜糞便、城市生活垃圾、綠色植物等。四.合理利用和開發(fā)能源1.合理利用能源：節(jié)約能源與提升利用效率，開發(fā)新能源2.提升能量利用效率：如循環(huán)利用家電和交通工具；購買能提高能源利用效率的新產(chǎn)品；在房屋上安裝絕熱材料、太陽能電池板或安裝新型窗戶來提高能源利用效率；發(fā)電廠使用可就近獲取的替代型能源以減少對化石能源的依賴等。3.開發(fā)新能源：在節(jié)約能源和提高能源利用效率的基礎(chǔ)上，我們還需要開發(fā)新技術(shù)以拓展能源來源，且要逐步轉(zhuǎn)向以利用核能及可再生能源（太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能)為主的新能源。4.合理利用和開發(fā)能源的意義：能源的大量使用，極大地提高了人們的生活質(zhì)量，推動人類社會不斷向前發(fā)展。但是，對常規(guī)能源的過度開發(fā)和利用，也不可避免地給人類生存環(huán)境造成了嚴重影響。為保障人類不斷增長的能源需求，需要改變現(xiàn)有能源利用的不合理結(jié)構(gòu)和能源利用方式，探究能源利用的新途徑，開發(fā)出滿足人類可持續(xù)發(fā)展的理想能源，最終實現(xiàn)人類與自然、環(huán)境的和諧發(fā)展?！纠}分析】【例1】2020年12月1日，中國探月工程“嫦娥五號”登陸月球表面進行土壤采樣，并于當月17日攜帶2kg多的月球土壤返回，中國由此成為繼美國、前蘇聯(lián)之后第三個攜帶月球樣品返回地球的國家。下列能源中，不可能作為“嫦娥五號”在月球上的工作能源的是（）A．太陽能 B．天然氣 C．電能 D．核能2．關(guān)于海洋能源的敘述，正確的是（）A．海洋能源主要是指海底石油、煤和天然氣等B．屬可再生能源，無污染C．能量密度大，開發(fā)利用較方便D．開發(fā)工程投資小，效益高3．下列關(guān)于能源的說法中正確的是()A．煤、石油是當今人類使用的主要能源，它們是可再生能源B．天然氣是一種清潔的能源，人類可以無盡地開發(fā)利用C．如果大量利用太陽能，可使太陽能在短期內(nèi)消耗殆盡D．水能和風能可以從自然界里得到，是可再生能源4．為全力打造“西湖藍”，杭州對環(huán)境進行了全面整治，如：大力推廣使用各類清潔能源、新能源等。目前杭州純電動公交已占運營車輛的90%左右。下列有關(guān)敘述合理的是（）A．電能、核能、汽油屬于新能源B．用汽油做燃料的汽車排出的廢氣主要對人體消化道造成嚴重影響C．大量使用純電動公交可以減少尾氣排放D．純電動公交在充電過程中將化學能轉(zhuǎn)化為電能5．下列關(guān)于信息和能源的說法中，正確的是（

）A．頻率越高的電磁波在空中傳播得越快B．汽車利用衛(wèi)星系統(tǒng)進行導(dǎo)航，其信息傳遞的媒介與“B超相同”C．核電站利用核裂變獲取能量，太陽內(nèi)部則是發(fā)生核聚變釋放能量D．太陽能、天然氣和鈾礦都屬于可再生能源6．下列屬于新能源的是（

）A．煤 B．石油 C．天然氣 D．潮汐7．“轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，推行低碳生活”的主題旨在倡導(dǎo)節(jié)約能源和利用清潔能源，減少溫室氣體二氧化碳的排放。下列措施①少用煤作燃料；②減少使用私家車次數(shù)、多乘公交車或騎自行車；③廢舊電池回收再利用；④開發(fā)新能源如太陽能；⑤焚燒廢舊塑料可解決“白色污染”中，符合該主題的有效措施是A．①②④ B．①②③⑤ C．①③④ D．①②③④8．“能源與環(huán)境”是世界各國共同面臨的問題，節(jié)約能源、保護環(huán)境是當代每個公民的責

任。下列有關(guān)做法中錯誤的是（

）A．將廢舊電池丟棄在池塘中B．盡可能用公共交通工具代替私家車出行C．用節(jié)能燈替換白熾燈D．夏季使用空調(diào)，溫度不設(shè)置過低9．“轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，推行低碳生活”的主題旨在倡導(dǎo)節(jié)約能源和利用清潔能源，減少溫室氣體二氧化碳的排放。下列措施中，符合該主題的是①減少用煤作燃料②減少使用私家車次數(shù)，多乘公交車或騎自行車③廢舊電池回收再使用④開發(fā)新能源，如太陽能⑤焚燒廢舊塑料以便解決“白色污染”①②④B．①②③⑤C．①③④ D．①②③④10．下列關(guān)于在核電站的說法錯誤的是（

）A．能量轉(zhuǎn)化過程是：核能→內(nèi)能→機械能→電能B．核反應(yīng)堆中發(fā)生的是鏈式反應(yīng)C．發(fā)生泄漏時會對人和生物造成傷害D．核廢料不會對環(huán)境造成污染11.充分燃燒1kg天然氣和煤所產(chǎn)生CO2和SO2的質(zhì)量如圖所示，下列說法不正確的是（）A．等質(zhì)量的煤和天然氣充分燃燒，產(chǎn)生CO2的量接近，但產(chǎn)生SO2的量卻相差較大B．煤、天然氣充分燃燒產(chǎn)生的CO2和SO2是導(dǎo)致酸雨的主要氣體C．煤、天然氣及石油等是重要的化石燃料，屬于不可再生能源D．由圖示可知，提倡將煤改為天然氣作燃料，有利于改善空氣質(zhì)量12．農(nóng)作物秸稈是一種十分寶貴的資源。農(nóng)作物秸稈綜合利用對于農(nóng)民增收、環(huán)境保護、資源節(jié)約意義重大。（1）人們禁止用焚燒這種方式處理秸稈，是因為焚燒會造成_____污染；（2）利用秸稈可生產(chǎn)乙醇，生產(chǎn)過程中涉及到如下反應(yīng)，則該反應(yīng)屬于基本反應(yīng)類型中的_____；（3）隨著社會的進步，可以推廣使用下列哪些能源替代秸稈作燃料_____（填字母）。A．煤

B．天然氣

C．太陽能13．如圖為四旋翼無人機，它的操控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)“一鍵起飛、一鍵返回、GPS懸停、規(guī)劃航線自動飛行和自動跟蹤”等功能，（1）它的操控系統(tǒng)是靠______________傳遞信息的；（2）無人機是利用電能來工作的，電能屬于__________(選填一次能源或二次能源)；（3）無人機采用太陽能電池，這是利用太陽能的三種方式中的

______________________轉(zhuǎn)換（選填光—熱、光—電或光—化學）14．閱讀下列材料，回答相關(guān)問題：材料一：氫氣作為未來理想能源的優(yōu)點：來源廣泛，可以由水制得；燃燒的熱值高，大約是汽油熱值的兩倍；最突出的優(yōu)點是燃燒產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境；燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。氫能源的開發(fā)主要有兩種：一是電解水的方法，但消耗電量太多，成本高，不經(jīng)濟，不能大規(guī)模地制取氫氣。第二種方法，也是最理想的制氫方法是尋找合適的光分解催化劑，使水在太陽光的照射下分解產(chǎn)生氫氣。材料二：太陽能具有總量巨大、安全經(jīng)濟、清潔無污染等優(yōu)點。人類利用太陽能有三大技術(shù)領(lǐng)域，即光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換和光化轉(zhuǎn)換。光電轉(zhuǎn)換就是太陽能電池把太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能；光化轉(zhuǎn)換包括光合作用、光電化學作用、光敏化學作用及光分解反應(yīng)，目前該技術(shù)領(lǐng)域尚處在實驗研究階段。材料三：太陽能可以就地開發(fā)利用，不存在運輸問題，尤其對交通不發(fā)達的農(nóng)村、海島和邊遠地區(qū)更具利用價值。如圖是某海島上一村民建在房頂上的分布式光伏電站，它屬于家用并網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，發(fā)電功率為2千瓦，該電站發(fā)的電，滿足自家使用后，多余的并入電網(wǎng)。(1)①水分解產(chǎn)生氫氣的過程屬于_____變化。②該并網(wǎng)型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，光照6小時能發(fā)電_____千瓦時。(2)對于氫能源和太陽能的開發(fā)，你認為以下課題中具有研究價值的是_____。(填字母)A．尋找直接從空氣中分離氫氣的方法，節(jié)約制氫成本B．尋找合適的催化劑，使水在太陽光照射下分解產(chǎn)生氫氣C．尋找制作太陽能電池的新型材料，提高光電轉(zhuǎn)換效率(3)面對“能源危機”和“環(huán)境問題”，從自身出發(fā)，談?wù)勗谌粘Ｉ钪形以撛趺醋?。請寫出一項具體做法：_____。15．2011年3月11日，日本地震使福島第一核電站發(fā)生核泄漏，引起人們的恐慌。這是因為核材料中有一些放射性物質(zhì)，這些物質(zhì)產(chǎn)生的放射線大量作用于人畜時會造成很大的傷害。核電站在發(fā)電的時候?qū)⒑四苻D(zhuǎn)化為能，當前核電站獲得核能的途徑是（選填“輕核聚變”或“重核裂變”）。16．當今社會面臨諸多問題，科學家希望從科學的角度，通過科學的方法解決問題，為人類的發(fā)展與進步作出更大的貢獻?？茖W家所研究的課題很多，如：①新型藥品的開發(fā)；②高效化肥的合成；③研制人造器官；④尋找高效催化劑在低消耗情況下分解水得到氫氣；⑤研究快速降解的塑料；⑥消除汽車有害尾氣。請把有助于解決相關(guān)問題的課題序號填在相應(yīng)的橫線上。（1）健康問題：_______。（2）糧食問題：_______。（3）能源問題：_______。（4）環(huán)境問題：_______。17．如右下圖所示是太陽能LED照明路燈，它主要由太陽能電池板、LED燈頭等部分構(gòu)成。LED是一種發(fā)光二極管，通過電流可以把電能直接轉(zhuǎn)化成_________能。太陽能清潔無污染，是在太陽內(nèi)部氫原子核發(fā)生____________（選填“裂變”或“聚變”）時釋放出的核能。18．近日中國首次成功地為其“人造太陽”核聚變反應(yīng)堆提供了動力，并成功放電。核聚變反應(yīng)放出“核聚變能”就是宇宙間所有恒星（包括太陽）釋放光和熱及氫彈的能源。人類已經(jīng)能控制和利用核裂變能，但由于很難將兩個帶正電核的輕原子核靠近從而產(chǎn)生聚變反應(yīng)，控制和利用核聚變能則需要歷經(jīng)長期的、非常艱苦的研發(fā)歷程。這標志著該國核電研究能力的巨大進步。（1）核電站中，通過復(fù)雜的過程，核能最終轉(zhuǎn)化成了___________能。（2）有人認為投入大量資金和人才研究“人造太陽”不值得。以下觀點支持研究“人造太陽”的有___________。A．輕核聚變相比重核裂變來的更加干凈，幾乎不產(chǎn)生放射性污染，是一種真正的清潔能源B．核聚變產(chǎn)生的能量是核裂變的數(shù)倍，一座聚變反應(yīng)堆的輸出功率遠遠超過目前最強大的核電站C．核聚變所需的燃料是氫的各種同位素，在地球海水中儲量極度豐富，完全不必擔心消耗問題，只要攻克可控核聚變，人類就能解決能源危機D．核聚變反應(yīng)堆起動需要極高的溫度，不容易達到19．衢州許多農(nóng)村地方都安裝了太陽能路燈（如圖所示），該燈在節(jié)約能源的同時減少了環(huán)境污染。其內(nèi)部安裝的是一個規(guī)格為“12V20W”LED燈，需要照明時主要由2塊太陽能電池板供電，每塊面積為0．25m2。請利用所學的知識回答下列問題。（1）圖中標號①所用的是______材料。（選填合成陶瓷或金屬）（2）太陽能電池中不可缺少的材料之一是硅(Si)．利用石英砂(主要成分為二氧化硅)在無水無氧的環(huán)境中生產(chǎn)高純硅的流程示意圖如下：為了達到綠色化學和節(jié)約資源的目的，物質(zhì)M需要循環(huán)使用，它的化學式為________。（3）資料顯示，太陽光照射到地面時的輻射功率為800J/(s·m2)，若不計能量損耗，則電池板接受光照1小時，可供該燈正常工作多少小時？__________20．運用“藍鯨一號”鉆探平臺,我國南海實現(xiàn)可燃冰試采成功。材料一:可燃冰,學名天然氣水化合物,其化學式為CH4·8H2O。它是天然氣的固體狀態(tài)(因海底高壓)。埋于海底地層深處的大量有機質(zhì)在細菌的分解作用下,最后形成石油和天然氣(石油氣),其中許多天然氣被包進水分子中,在海底的低溫(2~5℃)與壓力下結(jié)晶,形成“可燃冰”材料二:“藍鯨一號”鉆探平臺設(shè)計和建造過程刷新了多項世界紀錄,它長117米,寬92.7米,高118米,質(zhì)量為42000噸。請根據(jù)上述材料回答:(1)形成可燃冰需要生態(tài)環(huán)境①海底地層深處,這些分解有機質(zhì)的細菌能很好的生存,體現(xiàn)了生物對環(huán)境的__________這些細菌分解有機質(zhì)________(填“需要”或“不需要”)氧氣,這些細菌與真菌在細胞結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是______②在開采過程中,極少量的垃圾廢棄物沒有對海洋環(huán)境造成破壞這主要是因為海洋生態(tài)系統(tǒng)___________的能力(2)形成可燃冰的其中一個條件是有甲烷氣源。①可燃冰(CH·8H2O中C:H:O的元素質(zhì)量比是________________,甲烷屬于_________(填“有機物”或“無機物)②與石油煤等化石燃料相比較,開采可燃冰的積極意義有______________(3)如果南海海水的密度是1.03×103千克/米3,“藍鯨一號”鉆探平臺漂浮海面受到海水浮力是_________牛,開采出的可燃冰可以直接在管口點燃成為氣體,從固體變成氣體的原因可能是_______________21．2015年3月，全球最大的太陽能飛機“陽光動力2號”(如圖所示)開始首次環(huán)球航行，途徑我國重慶和南京兩個城市，此行的重要目的是傳播新能源理念。（1）該機白天飛行時，利用高效太陽能電池板將電磁能(太陽能)轉(zhuǎn)化成_____能；夜間飛行時，利用其超輕薄鋰離子電池儲備的_____能轉(zhuǎn)化成電能，首次實現(xiàn)晝夜飛行而不耗費一滴燃油。（2）該機從重慶飛往南京的航程約為1260千米。用時17．5小時，則它的飛行速度為多少千米/小時?_____（3）為降低飛行時的能量消耗，該機選用新型輕質(zhì)材料。取面積為1平方米、厚度為1毫米的新型材料，測得其質(zhì)量為250克，則該材料的密度為多少?_____（4）該機計劃從南京起飛后直飛美國夏威夷。是此次環(huán)球航行中最具挑戰(zhàn)性的一段航程，飛行時間長達120小時。飛行過程中依靠平均功率為10千瓦的電動機提供動力，其消耗的能量全部由電池板吸收的太陽能提供，則此段航行中至少需要吸收多少太陽能?_____(太陽能電池板的轉(zhuǎn)化效率約為30%)22．2010年1月《焦點訪談》介紹了我省首個“低碳小區(qū)”——溫州中瑞曼哈頓西區(qū)景觀工程，“低碳小區(qū)”內(nèi)設(shè)有喬木種植近5000株，小灌木草坪10396平方米，小區(qū)年吸收二氧化碳量為227.8噸。而中瑞曼哈頓住宅小區(qū)西區(qū)共288戶，按戶均1輛車，每輛日均跑8公里計算，則年均共排出二氧化碳241.9噸，基本能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳量的平衡。請根據(jù)材料回答下列問題：（1）綠色植物通過______________作用吸收CO2。（2）而購買“碳匯”，營造碳匯林是目前世界流行的一種為自身因工作、生活而排放的二氧化碳排放埋單、消除“碳足跡”的方式。按照溫州某碳匯林項目二氧化碳25元/噸計算，該小區(qū)居民還應(yīng)共花____________元來購買本小區(qū)多排出的二氧化碳。（3）而為解決日益加劇的溫室效應(yīng)問題，科學家正在研究建立如下圖所示的二氧化碳新循環(huán)體系：結(jié)合上述關(guān)系圖，下列說法正確的有______。①化學變化中元素種類是守恒的；②燃燒時化學能可以轉(zhuǎn)化為熱能和光能；③二氧化碳也是一種重要的資源；④光能或電能可以轉(zhuǎn)化為化學能；⑤無機物和有機物可以相互轉(zhuǎn)化。A．只有①②③

B．①②④⑤

C．①④⑤

D．①②③④⑤（4）低碳生活，是指生活作息時所耗用能量要減少，從而減低碳，特別是二氧化碳的排放。低碳生活對