高一化學(xué)學(xué)案：第四單元太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精典題精講例1下列選項說明乙醇作為燃料的優(yōu)點是（）①燃燒時發(fā)生氧化反應(yīng)②充分燃燒的產(chǎn)物不污染環(huán)境③乙醇是一種再生能源④燃燒時放出大量熱量A.①②③B。①②④C。①③④D。②③④思路解析：所有燃料的燃燒都發(fā)生氧化反應(yīng)，這并不是乙醇作為燃料的優(yōu)點。乙醇充分燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳、水，對環(huán)境無污染，且放出大量的熱量，這是乙醇作為燃料的優(yōu)點.而煤、石油的燃燒會產(chǎn)生污染物SO2.由于許多植物發(fā)酵都可以制得乙醇，其燃燒產(chǎn)物又可通過光合作用變?yōu)樘欠?，最終變成制乙醇的原料，所以乙醇是一種可再生的能源.答案：D綠色通道：本題可采用以下方法解答：(1)對比法：通過對比常見燃料燃燒的污染物和乙醇燃燒的產(chǎn)物可以得出乙醇作為燃料的優(yōu)點.(2）理解能源的可再生性：乙醇通過光合作用得以循環(huán)，可以再生。變式訓(xùn)練為減少汽車對城市大氣的污染，1998年6月我國成功地開發(fā)出了以新燃料作能源的“綠色汽車”。這種汽車可避免有毒的有機鉛、苯和苯的同系物以及多環(huán)芳烴的排放，保護環(huán)境.這種“綠色汽車”的燃料是()A。甲醇B.汽油C。柴油D.重油思路解析：汽油、柴油、重油作為汽車燃料,不能減少對城市大氣的污染。答案：A例2能源可劃分為一級能源和二級能源.自然界以現(xiàn)成方式提供的能源稱為一級能源;需依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二級能源。氫氣是一種高效而沒有污染的二級能源，它可以由自然界中大量存在的水來制?。?H2O(l)2H2(g)+O2（g），該反應(yīng)要吸收大量的熱.根據(jù)上述內(nèi)容完成下列問題:(1)下列敘述正確的是()A。電能是二級能源B.水力是二級能源C.天然氣是一級能源D.水煤氣是一級能源（2)關(guān)于用水制取二級能源氫氣,以下研究方向不正確的是（）A.構(gòu)成水的氫和氧都是可以燃燒的物質(zhì)，因此可研究在水不分解的情況下，使氫氣成為二級能源B。設(shè)法將太陽光聚焦，產(chǎn)生高溫，使水分解產(chǎn)生氫氣C.尋找高效催化劑，使水分解產(chǎn)生氫氣，同時釋放能量D.尋找特殊催化劑，用于開發(fā)廉價能源，以分解水制取氫氣思路解析：(1)由題給信息可知，水力、天然氣是一級能源，電能是依靠煤燃燒的熱能或水能、風(fēng)能、核能等轉(zhuǎn)化而制得的；水煤氣是CO和H2的混合氣體，是由焦炭和水蒸氣在高溫下反應(yīng)生成的.因此電能和水煤氣均為二級能源。（2)水本身并不能燃燒，水分解后生成的H2才可以燃燒放出熱量。而水的分解是吸熱反應(yīng)，題中已給出信息，在發(fā)生吸熱反應(yīng)時，反應(yīng)物需要吸收能量才能轉(zhuǎn)化為生成物。答案：（1）AC（2)AC變式訓(xùn)練據(jù)報道，某國一集團擬在太空建造巨大的集光裝置，把太陽光變成激光用于分解海水制氫：2H2O2H2↑+O2↑,下列說法正確的是()A。水的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)B。氫氣是一級能源C.使用氫氣作燃料有助于控制溫室效應(yīng)D。若用生成的氫氣與空氣中多余的二氧化碳反應(yīng)生成甲醇儲存起來，可以改善生存環(huán)境思路解析：選項A中水的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；選項B中在自然界中天然存在，可以直接取得的是一級能源,氫氣無法直接取得,是二級能源。選項C中氫氣的燃燒產(chǎn)物是水,化石燃料燃燒會產(chǎn)生二氧化碳，所以氫氣作燃料有助于控制溫室效應(yīng).選項D中生成的氫氣與空氣中多余的二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，則可以對二氧化碳進行循環(huán)利用.答案：CD例3美國《科學(xué)美國人》雜志在1971年7月刊登的“地球的能量資源”一文中提供了如下數(shù)據(jù):到達地球表面的太陽輻射能的幾條主要去路直接反射52000×109kJ·s—1以熱能方式離開地球81000×109kJ·s—1水循環(huán)40000×109kJ·s—1大氣流動370×109kJ·s-1光合作用40×109kJ·s-1請選用以上數(shù)據(jù)計算：（1）地球?qū)μ柲艿睦寐始s為____________.(2)通過光合作用，每年有___________千焦的太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（每年按365天計)。(3）每年由綠色植物通過光合作用(6CO2+6H2OC6H12O6+6O2)為我們生存的環(huán)境除去二氧化碳的質(zhì)量為A。試根據(jù)能量關(guān)系列出A的計算式.列式中缺少的數(shù)據(jù)用符號表示。A=___________kg.所缺數(shù)據(jù)的化學(xué)含義為___________.思路解析:該題沒有生硬地給出地球?qū)μ柲艿睦寐适嵌嗌伲翘峁┝艘唤M數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)的比較、分析、計算，自己體會太陽能的利用前景。形式新穎，方法獨特。獲得的能量是水循環(huán)、大氣運動和光合作用三部分。留在地球上的熱能是被地球利用的熱能,離開地球的熱能，沒有被地球利用.(1)造成“水循環(huán)”“大氣流動”和進行“光合作用”的太陽能被地球利用。則地球?qū)μ柲艿睦寐蕿椋骸?00%=23。3％(2）40×109kJ·s-1×（365×24×3600s）=1。26×1018kJ（3）A=(×6×44g）÷103g·kg-1=QkJ的含義為：每生成180g葡萄糖所需要吸收的能量（或每消耗6×44gCO2所需要吸收的能量）。答案:（1)23.3％(2）1。26×10(3)每生成180g葡萄糖所需要吸收的能量(或每消耗6×44gCO2所需要吸收的能量)綠色通道：表格是表達事物的一種直觀的方法。本題要求對表格中的數(shù)據(jù)進行比較、分析、取舍，進而得出結(jié)論。表格題是定量討論的一種形式，這種形式在研究性學(xué)習(xí)中同樣會用到。變式訓(xùn)練在綠色植物光合作用中,每放出1個氧分子要吸收8個波長為6。88×107m的光量子。同時每放出1molO2，植物儲存469kJ的能量。綠色植物能量轉(zhuǎn)換效率為（普朗克常數(shù)值:h=6.63×10—37kJ·sA.33.7%B。29%C。37%D。40%思路解析：每放出1molO2植物吸收的光能為:E=8NA=1392。3kJ.能量轉(zhuǎn)換效率為×100％=33。7％。答案：A例4隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，能源問題已經(jīng)越來越引起人們的重視。科學(xué)家預(yù)言，未來最理想的燃料是綠色植物，即將植物的秸稈(主要成分是纖維素）用適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔盟獬善咸烟?，再將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇，用作燃料.(1）寫出將綠色植物的秸稈轉(zhuǎn)化為乙醇的化學(xué)方程式:______________________________。(2）已知:C2H5OH（l）+3O2(g)====2CO2（g）+3H2O（l）ΔH=—1367kJ·mol—1若某種植物的秸稈含纖維素50％,由植物秸稈經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化得到乙醇原料的總利用率為80％，則用1000g秸稈為原料制得的乙醇燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量為__________,與__________升甲烷完全燃燒產(chǎn)生的熱量相當(dāng)（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）.思路解析：(1）這是一道考查有關(guān)能源利用問題的試題。本小題要求掌握化學(xué)中的轉(zhuǎn)化關(guān)系:纖維素→葡萄糖→乙醇，并熟悉轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式.(2)本小題是有關(guān)熱化學(xué)方程式的計算：設(shè)1000g秸稈制得乙醇，燃燒產(chǎn)生的熱量為x，與體積為y的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的甲烷完全燃燒產(chǎn)生的熱量相當(dāng)。（C6H10O5)n-2nC2H5OH—1367kJ·mol—1×2n162ng2734nkJ1000×50％×80％gx解得：x=6750.6kJCH4—890kJ·mol—1×1mol22。4L890kJy6750。6kJ解得：y=170L答案：(1)（C6H10O5）n+nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO2↑(2)6750.6kJ170綠色通道：（1)無污染，是能源、材料、食品等的發(fā)展方向.（2)計算兩個反應(yīng)熱量相當(dāng)?shù)膯栴}，先要計算一個反應(yīng)釋放（或吸收)的能量，再根據(jù)另一個反應(yīng)的反應(yīng)熱進行計算。變式訓(xùn)練近20年來，對以氫氣作為未來的動力燃料氫能源的研究獲得了迅速發(fā)展,像電一樣，氫是一種需要依靠其他能源如石油、煤、原子能等的能量來制取的所謂“二級能源”，而存在于自然界的可以提供現(xiàn)成形式能量的能源稱為一級能源，如煤、石油、太陽能和原子能等.（1）為了有效發(fā)展民用氫能源，首先必須制得廉價的氫氣,下列可供開發(fā)又較經(jīng)濟且資源可持續(xù)利用的制氫氣的方法是（）A.電解水B.鋅和稀硫酸反應(yīng)C。光解海水D.以石油、天然氣為原料（2）氫氣燃燒時耗氧量小,發(fā)熱量大。已知，熱化學(xué)方程式為：C（g)+O2(g)====CO2(g）ΔH=-393。5kJ·mol-1H2（g)+O2(g）====H2O（l）ΔH=-285。8kJ·mol-1試通過計算說明等質(zhì)量的氫氣和碳燃燒時產(chǎn)生熱量的比是__________。(3)氫能源有可能實現(xiàn)能源的貯存，也有可能實現(xiàn)經(jīng)濟、高效的輸送。研究表明過渡金屬型氫化物（又稱間充氫化物)，在這類氫化物中，氫原子填充在金屬的晶格間隙之間,其組成不固定，通常是非化學(xué)計量的,如：LaH2。76、TiH1。73、CeH2。69、ZrH1.98、PrH2.85、TaB0。78.已知標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1體積的鈀粉大約可吸附896體積的氫氣(鈀粉的密度為10.64g·cm-3,相對原子質(zhì)量為106.4)，試寫出鈀（Pd）的氫化物的化學(xué)式__________。思路解析:(1)光解水法：利用特殊催化劑，模擬生物光合作用制取氫氣，是較經(jīng)濟且資源可持續(xù)利用的制氫方法.（2)由熱化學(xué)方程式可知，相同質(zhì)量的氫氣和碳完全燃燒時放出的熱量之比:（285.8kJ·mol—1×)∶（393.5kJ·mol—1×)=4。36∶1。（3)由題意可知，1cm3鈀粉可吸收896cm3的氫氣，n（Pd）∶n(H）=）=1∶0.8故氫化物的化學(xué)式為PdH0.8。答案：（1)C（2）4.36∶1(3）PdH0。8問題探究問題為什么說“植物的光合作用是大自然利用太陽能最成功的例子”？導(dǎo)思：光合作用是在通常條件下，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的.并在此過程中生成動