高一化學(xué)學(xué)案：專題第四單元太陽能、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)必貴于專精第四單元太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用問題導(dǎo)學(xué)一、太陽能的利用活動(dòng)與探究1人類所使用的能量大部分來源于太陽能，下圖列出了太陽能向其他形式能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系,請觀察圖表并思考后面的問題。（1）太陽能的資源特點(diǎn)有哪些？(2）太陽能利用過程中存在哪些問題？遷移與應(yīng)用美國的《科學(xué)美國人》雜志在“地球的能量資源"一文中提供了如下數(shù)據(jù)：到達(dá)地球表面的太陽輻射能的幾個(gè)主要去向。直接反射52000×109千焦/秒以熱能方式離開地球81000×109千焦/秒水循環(huán)40000×109千焦/秒大氣流動(dòng)370×109千焦/秒光合作用40×109千焦/秒請選用以上數(shù)據(jù)計(jì)算.(1)地球?qū)μ柲艿睦寐始s為______.(2)通過光合作用,每年有______kJ的太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（每年按365天計(jì))。（3）每年由綠色植物通過光合作用（6CO2＋6H2Oeq\o(→，\s\up7（光）,\s\do5（葉綠素）)C6H12O6＋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(jì)算式：A＝______kg(列式中缺少的數(shù)據(jù)用符號表示)，所缺數(shù)據(jù)的化學(xué)含義為________________________________________________________________________。太陽能的利用方式太陽能利用的實(shí)例能量轉(zhuǎn)化方式太陽輻射能直接利用地球上眾多植物的光合作用:6CO2＋6H2Oeq\o(→,\s\up7（光照）,\s\do5（葉綠素))C6H12O6＋6O2光能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，其本質(zhì)是光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能地膜、大棚、溫室、太陽能熱水器、反射式太陽灶、高溫太陽爐等光能轉(zhuǎn)化為熱能，基本原理是用太陽輻射能加熱物體而獲得熱能太陽能電池光能轉(zhuǎn)化為電能，基本原理是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能光解水制得氫氣(利用太陽輻射能和催化劑使水分解）光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，這是一種很有前途的轉(zhuǎn)換方式間接利用太陽輻射能水力發(fā)電。太陽輻射能使地表上的水分蒸發(fā)形成云雨，下雨之后，江、河上游的水位提高，形成落差，推動(dòng)水輪機(jī)而發(fā)電太陽能間接轉(zhuǎn)化為熱能和電能化石燃料。由遠(yuǎn)古時(shí)代的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化而來，歸根到底是由太陽能轉(zhuǎn)化而來太陽能間接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能二、生物質(zhì)能的利用方式活動(dòng)與探究2如圖為生物燃料生產(chǎn)、循環(huán)的過程。觀察分析圖中的轉(zhuǎn)化,思考探究以下問題。（1）從能源的可再生性角度來看，在未來一個(gè)較短的時(shí)期內(nèi)，最有潛力替代石油的能源是什么？(2)光能→生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化的本質(zhì)是什么？（3）圖中涉及的能量轉(zhuǎn)化形式有哪些？生物質(zhì)能的利用方式1．直接燃燒用化學(xué)反應(yīng)方程式表示為(C6H10O5)n＋6nO2eq\o(→,\s\up7(點(diǎn)燃）)5nH2O＋6nCO2以直接燃燒的方式利用生物質(zhì)能簡單易行，但能源利用率低,容易導(dǎo)致環(huán)境污染。2．生物化學(xué)轉(zhuǎn)換生物化學(xué)轉(zhuǎn)換就是通過生化反應(yīng)將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為新的能源物質(zhì)。（1）在一定條件下將秸稈、雜草等轉(zhuǎn)化為沼氣(含CH4、CO2及少量NH3、H2S等）。（2）用富含糖類物質(zhì)的農(nóng)作物(如玉米、高粱、紅薯等)為原料,在催化劑作用下，經(jīng)過一系列的生化反應(yīng)，可制得新的能源物質(zhì)-—乙醇，該生化反應(yīng)可簡單表示為(C6H10O5)n＋nH2Oeq\o（→,\s\up7(酶)）nC6H12O6，C6Heq\o（12O6，\s\do4（葡萄糖）)eq\o(→,\s\up7(酶）)2C2H5OH＋2CO2↑。（3）熱化學(xué)轉(zhuǎn)換。熱化學(xué)轉(zhuǎn)換就是通過加熱或高溫使生物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為新的能源物質(zhì)。把植物秸稈在氣化爐內(nèi)隔絕空氣加熱反應(yīng)，可生成一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃性氣體。三、氫能的開發(fā)和利用活動(dòng)與探究31mol氫氣燃燒時(shí)約放熱286kJ,而1kg汽油燃燒時(shí)約放熱46000kJ.請回答下列問題。(1)等質(zhì)量的氫氣和汽油相比，______（填“氫氣"或“汽油”）放出的熱量多。（2）氫氣被公認(rèn)是21世紀(jì)替代礦物燃料的理想能源,試簡述氫氣作為能源的3個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：①________________________________________________________________________.②________________________________________________________________________。③________________________________________________________________________。氫能的開發(fā)和利用1．氫能的優(yōu)點(diǎn)（1）制備原料廣?？梢杂盟疄樵现苽錃錃?水在自然界中儲量大，特別是海水。(2）熱值高。氫氣完全燃燒放出的熱量是等質(zhì)量汽油完全燃燒放出熱量的3倍多.（3）燃燒快并易充分燃燒.（4)無污染。氫氣跟氧氣反應(yīng)釋放能量生成水，水既無污染又可循環(huán)利用.氫氣被看做是理想的“綠色能源”。2．氫能的利用方式(1)利用氫和氧化劑發(fā)生反應(yīng)放出熱能。（2）利用氫和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)直接獲取電能。（如氫氧燃料電池)（3）利用氫的熱核反應(yīng)釋放出的核能，這是氫能的一種特殊應(yīng)用。答案:【問題導(dǎo)學(xué)】活動(dòng)與探究1：答案：（1)太陽能是取之不盡、用之不竭、無污染、方便、持久的可再生的能源，是全世界公認(rèn)的最有前途的新能源之一.（2）①太陽能吸熱板費(fèi)用昂貴；②太陽能的利用受季節(jié)和天氣的影響;③大部分太陽能都是夏季期間收集，如何把這部分能量儲存起來，留待冬季使用,仍然是一個(gè)有待解決的問題.遷移與應(yīng)用：答案：(1)23.3％（2）1。26×1018（3）eq\f（3.33×1017，Q）每生成1mol葡萄糖所需吸收的能量解析：地球?qū)μ柲艿睦寐蕿?利用率＝eq\f（(40000＋370＋40）×109kJ·s－1，(52000＋81000＋40000＋370＋40)×109kJ·s－1)×100％≈23.3％，通過光合作用，每年太陽能轉(zhuǎn)化的化學(xué)能為：365×24×3600s×40×109kJ·s－1≈1。26×1018kJ;設(shè)每生成1mol葡萄糖所需吸收的能量為Q，由：6CO2＋6H2Oeq\o(→,\s\up7（光），\s\do5(葉綠素)）C6H12O6＋6O2ΔH＝QkJ·mol－16×44g×10－3kg·g－1QA1.26×1018kJ則:A＝eq\f(1。26×1018kJ×6×44g×10－3kg·g－1,QkJ)≈eq\f(3.33×1017，Q)kgQ為生成1mol葡萄糖所需吸收的能量?；顒?dòng)與探究2：答案：(1）最有潛力替代石油的能源是生物質(zhì)能源。(2)本質(zhì)為光能→化學(xué)能的轉(zhuǎn)換.植物通過光合作用，吸收太陽輻射能,將CO2和H2O轉(zhuǎn)化為具有較高生物質(zhì)能的糖類。(3）太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；化學(xué)能轉(zhuǎn)化為生物