苏教版高一化学必修2第四单元太阳能生物质能和氧能的利用讲义

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――→化学反应1化学能――→化学反应2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――→光叶绿素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――→催化剂 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――→点燃 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――→酶 nC6H12O6；

C6H12O6――→酶 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=====通电 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；② H2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)<

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1．太阳能利用的重要反应： (1)6CO2＋6H2O――→光叶绿素C6H12O6＋6O2(太阳能→化学能)，

(2)(C6H10O5)n＋nH2O――→催化剂 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――→点燃 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)(C6H10O5n淀粉＋nH2O――→酶nC6H12O6葡萄糖 (2)C6H12O6――→发酵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=====太阳能 2H2↑＋O2↑

B．C＋H2O(g)=====高温 CO＋H2 C．3Fe＋4H2O(g)=====高温 Fe3O4＋4H2 D．2H2O=====通电 2H2↑＋O2↑