氢能的开发和利用

答案：A
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2．煤、石油、水能、生物能的共同点是( A．都是可再生的常规能源
)
B．都是来自太阳辐射的能量
C．都是清洁的能源 D．都是二次能源 解析：地球上的一切能源来自太阳辐射能。 答案：B
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3．自行车、电动自行车、普通汽车消耗的能量类型分别是 ( ①生物能 ②核能 ③电能 ④太阳能 ⑤化学能
部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大
9 000倍。 2．除核燃料外氢气的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃 料中最高的，为142 351 kJ/kg，是汽油发热值的3倍多。 3．氢气燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，
燃烧速率快。
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状况)。 (3)绿色植物光合作用的效能是_____________________________.
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解析： (1)纤维素在催化剂存在下水解生成葡萄糖，进一步发酵生 成乙醇，同时放出CO2。 (2)设1 000 g秸秆制得的乙醇燃料燃烧产生的热量为x，与标准状况 下的体积为y的甲烷完全燃烧产生的热量相当。 (C6H10O5)n～2nC2H5OH～1 367 kJ×2n 162n g 1 000×50%×80% g 2 734n kJ x
A．把废弃物拉到乡下找个地点填埋掉
B．对废弃物进行处理后焚烧，利用产生的热能供暖和发电 C．把废物进行生物化学转换获取CH4 D ．让废弃物在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃 性气体
解析： 垃圾焚烧处理可以把城市生活垃圾中的生物质能转化为热
能、电能；生活垃圾的填埋既是对生物质能的一种浪费，也会造成新的 环境污染。
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点拨：生物化学转化利用生物质能，常用的两种方法是：一是将 植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在厌氧的条件
下，经过沼气菌的作用，生成沼气；另一种方法是将纤维素或淀粉，在
催化剂存在条件下水解和细菌发酵，制成乙醇。
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知识点二
A．生物质能是可再生能源
B．生物质能本质上是化学能 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
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解析： 生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量，生物质 能利用的最终结果：除释放能量外，产生无污染的 CO2和H2O，通过植
下关键问题：
(1)廉价的制氢技术。 因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而 且目前制氢效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家 共同关心的问题。 (2)安全可靠的贮氢和输氢方法。 由于氢易气化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运 输问题也就成为开发氢能的关键。
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ΔH＝－890 kJ·mol－1
C2H5OH(l)＋3O2(g)→2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 367 kJ·mol－1 若某种植物的秸秆含纤维素约 50% ，由植物秸秆经过一系列转化 得到乙醇原料的总利用率为80%，则以1 000 g秸秆为原料制得的乙醇燃
料燃烧所产生的热量与 __________L甲烷完全燃烧产生的热量相当 (标准
列比例式，解得：x＝6 750.6 kJ。
CH4 22．4 L y 列比例式，解得：y＝170 L。
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～
890 kJ 890 kJ 6 750.6 kJ
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催化剂 答案：(1)(C6H10O5)n＋ nH2O ――→ nC6H12O6， 纤维素 葡萄糖 催化剂 C6H12O6 ――→ 2C2H5OH＋2CO2↑ 葡萄糖 (2)170 (3)在光能作用下，绿色植物将 CO2和 H2O转变为有机物，同时将 光能转化为生物质能 (化学能 )贮存起来。 乙醇
生物质能来源于____________________所贮存的能量。 2．利用方式 (1)直接燃烧。 纤维素燃烧的化学方程式为：____________________________。
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(2)生物化学转换。 ①制沼气。
a．沼气的主要成分是___，还含有______和少量________等。
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随着人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”，作为二次能源 的电能，可从各种一次能源中生产出来，例如煤炭、石油、天然气、太
阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能。而
作为二次能源的汽油和柴油等则不然，生产它们几乎完全依靠化石燃 料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资
二、氢能的开发与利用
1．氢能的三大优点 (1) 氢气完全燃烧放出的热量是等质量汽油完全燃烧放出热量的 ________。 (2)原料是水，资源不受________。
(3)燃烧产物是水，不会________环境，是理想的________燃料。
2．氢能产生与利用的途径
(1)中的物质为________，(2)中的物质为________。
氢能的开发
【例 2】 氢气是未来理想的能源，水是自然界广泛分布的物质，
用水生产大量的氢气是人类梦寐以求的愿望，但这一转化过程需要大量
的能源。请你为这一过程提供既经济又不污染环境的理想的三种能源 (或方法)。
解析： 此题以人们普遍关心的能源与环保问题设置情景。仔细审
题，可获得如下信息：①氢气是理想的二级能源，可用水生产氢气；② 用水生产氢气需大量能源；③所用能源要既经济又不污染环境。 答案： 太阳能、风能、潮汐能、地热能以及培养能将水分解成氢 气的细菌等。
产生机械能，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作
结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造， 现在的内燃机稍加改装即可使用。
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6．氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及 各种应用环境的不同要求。 由以上特点可以看出氢是一种理想的新的含能体能源。目前液氢 已广泛用作航天动力的燃料，但氢能的大规模的商业应用还有待解决以
b．应用：制______燃料和优质肥料。 ②制乙醇。 由淀粉制乙醇的化学方程式为： ________________________，____________________________。
(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______。
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2．氢气是一种很有前途的绿色能源，以水为原料，大量制取氢气 最理想的途径是( )
A．利用太阳能直接使水分解产生氢气
B．以焦炭和水制水煤气后分离出氢气 C．用Fe跟HCl反应放出H2 D．由热电站提供电力，电解水产生氢气 解析： A 中利用太阳能直接使水分解产生氢气是最理想的途径，
而B、C、D三项中都会消耗其他的物质或能量。
第2课时
生物质能的利用
氢能的开发和利用
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课标定位：①简单了解生物质能、氢能利用的现状。②认识开 发、利用高能、清洁能源的重要性和迫切性。
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填一填·知识清单——————————————— 一、生物质能的利用
1．来源
分为“过程性能源”和“含能体能源”。当今电能就是应用最广的“过 程性能源”；柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”。由于目前 “过程性能源”尚不能大量地直接贮存，因此汽车、轮船、飞机等机动 性强的现代交通运输工具就无法直接使用从发电厂输出来的电能，只能 采用像柴油、汽油这一类“含能体能源”。可见，过程性能源和含能体 能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围。
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3．氢能的开发 (1)电解水制得氢气的化学方程式为________________。
(2)在光分解催化剂存在下，在特定的装置中，利用________分解
水制氢气。 (3)利用 ________ 等低等值物和 ________ 在阳光作用下使水分解产 生氢气。 (4) 开发氢能的关键是：制备氢气的 ________ 、氢气的 ______ 和 ______等问题。 (5)________的发现和应用，开辟了解决氢气贮存、运输难题的新 途径。
4．氢气本身无毒，与其他燃料相比氢气燃烧时最清洁，除生成水 和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化
物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也
不会污染环境，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。 5．氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中
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自我校对 6nO2 点燃 ――→
一、 1.植物及其加工产品 6nCO2＋ 5nH2O
2.(1)(C6H10O5)n＋ CO2 H2S、 NH3、 PH3 C6H12O6 酶 ――→
(2)① a.CH4
b．气体
酶 ②(C6H10O5)n＋ nH2O ――→ nC6H12O6 (3)可燃气体 (2)限制 (3)污染 清洁 2.H2O
2C2H5OH＋ 2CO2↑ 二、 1.(1)3倍多
H2、 O2 微生物 (4)能
通电 3.(1)2H2O ===== 2H2↑＋ O2↑ 耗 贮存 运输 (5)贮氢合金
(2)太阳能
(3)蓝绿藻
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做一做·自我测评——————————————— 1．下列有关生物质能的说法不正确的是( )
答案：A
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核心解读——————————————————— 一、氢气作为新能源有以下特点：
1 ．氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的
75%，除了广泛存在于星体和星际的气体中外，还主要以化合物的形态 贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全
)
A．①④⑤
C．①②③
B．①③⑤
D．①③④
解析： 人骑自行车是将生物能转化为机械能；电动自行车是将蓄 电池的电能转化为机械能；普通汽车是将汽油反应的化学能转化为机械 能。 答案：B
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点拨：最有希望的新能源是太阳能、燃料电池、风能和氢能以及 来自地球内部的能量如地热能、核能等，还有来自天体的引力能如潮汐
能等。这些新能源的特点是资源丰富，而且有些可以再生，为再生能
源，对环境没有污染或污染少。
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随堂反馈——————————————————— 1．下列对城市废弃物中生物质能的利用不合理的是 ( )
源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新
的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机时出现、在开发新的二次 能源的同时人们期待的新的二次能源。
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题型研析——————————————————— 知识点一 生物质能的生物化学转换
【例 1】 随着工业的发展，能源问题越来越引起人们的重视。科
学家预言，未来最理想的燃料是绿色植物，即将植物的秸秆 (主要的成 分是纤维素 )用适当的催化剂作用，水解成葡萄糖，再将葡萄糖转化为
乙醇，用作燃料。
(1)写出将绿色植物的秸秆转化为乙醇的化学方程式： _________。
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(2)已知： CH4(g)＋2O2(g)→CO2(g)＋2H2O(l)
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。光－生物质能转换的本质是光－化学能的转换，B项也是正 确的 。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。 答案：CD
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二、一次能源和二次能源的区别与联系 能源可划分为一次能源和二次能源。自然界中以现成形式提供的
能源称为一次能源；如太阳能、石油、煤、天然气、风能、水力等，一
次能源经加工、转换得到的能源称为二次能源，如煤气、电力、汽油、 蒸气、氢气等。
二次能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带。二次能源又可