2019高中化学第1部分专题2第四单元太阳能、生物质能和氧能的利用讲义(含解析)苏教版必修2

太阳能、生物质能和氧能的利用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CO 2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――→化学反应化学能――→化学反应热能、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：6CO 2＋6H 2O ――→光叶绿素C 6H 12O 6＋6O 2。

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：(C 6H 10O 5)n ＋n H 2O ――→催化剂n C 6H 12O 6； C 6H 12O 6＋6O 2―→6H 2O ＋6CO 2。

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H 2S 、CO 2杂质气体？ 提示：CH 4；用NaOH 溶液可除去沼气中的少量H 2S 和CO 2。

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(C 6H 10O 5)n ＋6n O 2――→点燃6n CO 2＋5n H 2O 。

(2)生物化学转换。

①制沼气：沼气的成分主要是CH 4，还含有CO 2及少量H 2S 、NH 3、PH 3等。

②制乙醇：化学反应：(C 6H 10O 5)n ＋n H 2O ――→酶n C 6H 12O 6；C 6H 12O 6――→酶2C 2H 5OH ＋2CO 2。

(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CO 2，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H 2？该方法有何缺点？提示：能，该反应的化学方程式为2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑；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H 2的能耗高；② H 2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H 2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＋2H 2O===2NaOH ＋H 2↑， ②NaH＋H 2O===NaOH ＋H 2↑。

回答问题：(1)指出H 2O 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H 2O 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)6CO 2＋6H 2O ――→光叶绿素C 6H 12O 6＋6O 2(太阳能→化学能)，(2)(C 6H 10O 5)n ＋n H 2O ――→催化剂n C 6H 12O 6， 淀粉或纤维素 葡萄糖 C 6H 12O 6＋6O 2―→6CO 2＋6H 2O(化学能→热能)。

葡萄糖2．生物质能的利用：(1)直接燃烧：(C 6H 10O 5)n ＋6n O 2――→点燃6n CO 2＋5n H 2O ， (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CO 2和H 2O ，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CH 4、乙醇等能源物质，生物质通过热化学转换可以制取CH 4、CO 、H 2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)(C 6H10O 5n 淀粉＋n H 2O ――→酶n C 6H12O 6葡萄糖 (2)C 6H 12O 6――→发酵2C 2H 5OH ＋2CO 2↑ 葡萄糖[例3] H 2是一种很有前途的能源，以水为原料大量制取H 2，最理想的途径是( )A ．2H 2O =====太阳能2H 2↑＋O 2↑ B ．C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2C ．3Fe ＋4H 2O(g)=====高温Fe 3O 4＋4H 2D ．2H 2O=====通电2H 2↑＋O 2↑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：2H 2O=====激光2H 2↑＋O 2↑。

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。