18-19 专题2 第4单元 太阳能、生物质能和氢能的利用

第四单元 太阳能、生物质能和氢能的利用 学习目标：1.了解太阳能、生物质能和氢能利用的现状。

(重点)2.了解开发利用太阳能的广阔前景和尚未攻克的技术难题。

3.认识开发、利用高能、清洁能源的重要性和迫切性。

[自 主 预 习·探 新 知]
一、太阳能的利用
绿色植物体内的叶绿素H 2O 、CO 2葡萄糖――→
淀粉或纤维素，把光能转化为化学能，化学方程式为6H 2O ＋6CO 2――→光叶绿素
C 6H 12O 6＋6O 2；淀粉、纤维素在动物
体内水解为葡萄糖，继而被氧化生成CO 2和H 2O ，释放出热量，供给生命活动
的需要。

该过程的反应为(C 6H 10O 5)n ＋n H 2O ――→催化剂
n C 6H 12O 6，C 6H 12O 6(s)＋
6O 2(g)―→6H 2O(l)＋6CO 2(g) ΔH ＝－2 804 kJ·mol －1。

二、生物质能的利用
1．来源
生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量。

生物质包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。

2．利用方式
(1)直接燃烧
若用纤维素代表植物枝叶的主要成分，则其燃烧的化学方程式为(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
a ．沼气的成分：主要是甲烷，还含有CO 2及少量H 2S 、NH 3、PH 3等。

b ．应用：制气体燃料和优质肥料。

②制乙醇
含糖类、淀粉较多的农作物为原料，在催化剂存在下，经水解和细菌发酵，可以制得乙醇，反应方程式为 (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。

三、氢能的开发与利用
1．氢能的优点
(1)完全燃烧放出的热量多。

(2)原料是水，来源广。

(3)燃烧产物是水，无污染。

2．氢能产生与利用的途径
3．氢能的开发与利用
(1)在光分解催化剂存在下，在特定的装置中，利用太阳能分解水制氢气。

(2)利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气。

(3)发现和应用贮氢合金，解决氢气的贮存和运输问题。

[基础自测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)用淀粉为原料制备乙醇属于太阳能的直接利用。

( )
(2)氢能、太阳能均为无污染的绿色能源。

( )
(3)开发新能源，减少化石燃料的使用对解决环境问题有益。

( )
【答案】 (1)× (2)√ (3)√
2．下列有关能量转换的说法不正确的是( )
A ．煤燃烧是化学能转化为热能的过程
B．化石燃料和植物燃料燃烧时放出的能量均来源于太阳能
C．动物体内葡萄糖被氧化成CO2是热能转变成化学能的过程
D．植物通过光合作用将CO2转化为葡萄糖是太阳能转变成化学能的过程C[葡萄糖在体内被氧化成CO2是把化学能转化成热能的过程，故错误，选项C不正确。

]
3．生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在生物质内部的能量。

生物质能一直是人类赖以生存的重要能源。

下列有关说法不正确的是()
A．农村通过杂草和动物的粪便发酵制沼气，沼气的主要成分是甲烷
B．全国推广使用的乙醇汽油中的乙醇可由富含淀粉的谷物发酵产生
C．为减小对化石燃料的依赖，可在农村大量燃烧秸秆
D．开发生物质能有利于环境保护和经济可持续发展
C[大量燃烧秸秆，会产生严重污染，浪费生物质能。

]
[合作探究·攻重难]
下图归纳了氢能的产生和利用途径，分析下图，回答有关问题。

[思考交流]
(1)氢能是最好的新型能源之一，氢能有哪些优点呢？
【提示】热值高，来源广，无污染。

(2)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”。

现在有几种生产氢能的方式，这些方式有哪些优点和缺点？
【提示】目前人类制取氢气的方法及优缺点：
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。

此法消耗大量不可再生的能源。

②电解水制氢气。

该方法制备氢气的条件比较简单，对环境也不会造成污染，但用该方法来制备氢气需要消耗大量的电能，生产成本太高。

③在光分解催化剂存在下，在特定的装置中，利用太阳能分解水制氢气。

(3)常见的绿色能源有哪些？
【提示】水能、风能、海洋能、地热能、氢能、太阳能等。

1．能量之间的转化
2．新能源的开发
(1)调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油气资源，加强科技投入，加快开发水电、核电和新能源。

(2)新能源包括太阳能、燃料电池、风能和氢能等。

这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为可再生能源，对环境没有污染或污染少。

[当堂达标·固双基]
题组1能源的分类与能量转化
1．未来新能源的特点是资源丰富，在使用时对环境无污染或污染很小，且可以再生。

下列能源符合未来新能源标准的是()
【导学号：13572095】
①天然气；②煤；③核能；④石油；⑤太阳能；⑥生物质能；⑦风能；⑧氢能
A．①②③④B．⑤⑥⑦⑧C．③⑤⑥⑦⑧D．③④⑤⑥⑦⑧
B[天然气、煤、石油属于常规能源且不可再生，核能使用时对环境有污染，它们均不符合未来新能源的标准，太阳能、生物质能、风能、氢能符合未来新能源的标准。

]
2．下列给出的能源中，不能作为新能源的是()
A．太阳能B．无烟煤
C．燃料电池D．氢能
B[煤属于矿物燃料，会严重污染空气。

太阳能、燃料电池、氢能均为有发展前景的新能源。

]
题组2能源的开发利用
3．氢能是一种理想的“绿色能源”，以下有关氢能开发的方式中最理想的是()
【导学号：13572096】A．大量建设水电站，用电力分解制取氢气
B．利用化石燃料燃烧放热，高温分解水产生氢气
C．在催化剂作用下，利用太阳能分解水
D．利用铁等金属与酸反应产生氢气
C[A项，消耗大量的电能，错误；B项，产生大量污染物，且造成能量的浪费，错误；C项，太阳能无污染，且取之不竭用之不尽，正确；D项，消耗大量的金属，错误。

]
4．下列关于能源利用的说法中正确的是()
A．贮氢材料在使用中，氢分子被吸收时，在合金表面解离变成氢原子，同时放出热量
B．对城市废弃物进行处理后焚烧，利用产生的热能供暖和发电
C．使用化石燃料不会带来环境污染问题
D．将氢气作为燃料使用的优点之一是成本低
B[贮氢材料与氢分子生成了金属氢化物，在这一过程中，氢分子变成原子的过程是化学键断裂的过程，属于吸热过程，A项错误；发达国家对城市废弃物的处理方式主要是焚烧，利用产生的热能供暖和发电，B项正确；化石燃料在使用过程中往往会造成一定的环境污染问题，C项错误；氢气的主要来源是水，由水制得氢气的成本较高，D项错误。

]
5．近年来某市政府率先在公交车和出租车中推行用天然气代替汽油作燃料的改革，取得了显著进展。

走上街头你会发现不少公交车和出租车上有“CNG”的标志，代表它们是以天然气作为燃料的汽车。

(1)天然气是植物残体在隔绝空气的条件下，经过微生物的发酵作用而生成的，因此天然气中所贮藏的化学能最终来自于________。

(2)天然气的主要成分是________。

(3)天然气的主要成分是一种很好的燃料。

已知4 g该主要成分完全燃烧生成CO2气体和液态水时放出222.5 kJ的热量，则上述成分燃烧的热化学方程式为___________________________________________________________ ___________________________________________________________。

【解析】化石燃料所贮藏的化学能最终都是来自于太阳能。

【答案】(1)太阳能(2)CH4(3)CH4(g)＋2O2(g)===2H2O(l)＋CO2(g)ΔH ＝－890 kJ·mol－1。