生物质能和氢能的利用

答案 B
实验探究十四 太阳能的利用方式
【案例】 我国未来将建立太空空间站，现 设计了如下充
分利用太阳能的工作原理示意图：
请回答下列问题：
(1)从能量转换角度看，①发生了________， 其基本装置是________，此时空间站处于 ________(填“向日面”或“背日面”)。
(2)要使空间站上的水分解顺利进行，要解 决的关键问题是________________，氢储 罐中可选择________来贮存氢气。
(3)若燃料电池中的电解质溶液是KOH溶液， 则负极的电极反应式为 ________________________。
(4)该工作原理有哪些优点？
解析 由工作原理示意图可看出向空间站提供电能的方式 有两种：①是光电转换向空间站提供电能；②是经过光分 解水生成H2和O2，再由氢氧燃料电池向空间站提供电能。 系统中水可以循环使用。光—电直接转换在太阳能电池中 进行。氢氧燃料电池中负极的电极反应为氢气的失电子反 应。注意：在碱性条件下，负极的电极反应不能写成：H2 －2e－===2H＋，而应写为：H2＋2OH－－2e－===2H2O。
【慎思2】 大自然是如何利用太阳能的？
提示 植物的光合作用，在阳光照射下，植物 体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖， 进一步生成淀粉、纤维素，实现光能到化学能
【慎思3】 生物质能的来源是什么？包括哪些物 质？怎样利用这些生物质能？
提示 生物质能来源于植物及其加工产品所贮 存的能量。包括：农业废弃物(秸秆、枝叶等)、 水产植物、油料植物、有机废弃物、动物粪便 等。利用：直接燃烧、转化为化学能(如制成 沼气)、热化学转换(在汽化炉内与水、空气反 应生成燃气)。
解析 氢气的热值高于化石燃料的热值，经济效 益欠佳是错误的。氢气燃烧产物是水，对环境无 污染，因此对环境影响的评价已经是公认的“绿 色能源”。 制备耗能巨大、廉价制氢技术尚未 成熟是导致氢能仍处于研究、试验阶段的根本原 因。
答案 C
使学生能熟练掌握生物质能、氢能的优点以及利 用方式、发展前景、面临的问题等。
热能
地膜、大棚、温 室、太阳能热水 器、反射式太阳 灶、高温太阳炉
利用太阳辐射能
发电，一般由太 光－ 阳能集热器发电， 光 热— 太阳能集热器吸 太阳能发电站
光
我国的农村地区把Na2SO4·10H2O－ 利用Βιβλιοθήκη 晶体和其他物质装在密闭包装袋中，
化 阳辐射 白天放在阳光下暴晒，当温度达到
学 能促使 25 ℃时，Na2SO4·10H2O晶体失水， 能 一些化 溶解吸热，夜里气温下降，袋里的
的 学反应 硫酸钠溶液结晶，重新析出水合晶
转 的发生 体，释放热量，用于取暖。
化
光解水制氢气
光－生 物质能
转化
众多植物通过光合作用，将
太阳辐射能转化为生物质能。 光－生物质能的转化本质也
光合作用
是光－化学能的转化。
【例1】下列有关太阳能利用的叙述不正确的是 ( )。
A．太阳能热水器是将光能转化为热能
③如何开发高效的燃料电池。
【例2】氢能是一种应用前景非常诱人的新能源， 目前仍处在研究、试验阶段，还未进入普及阶 段，主要原因是
( )。
A．氢气燃烧放出的热量低于相同质量的化石 燃料，经济效益欠佳
B．氢气燃烧对环境影响的评价问题尚无定论
C．氢气的制备耗能巨大，廉价制氢技术尚未 成熟
D．氢气燃烧易爆炸
③H2的热值高，完全燃烧放出的热量是等质 量汽油的3倍多。
(2)利用方式：
①直接燃烧，化学能转化为热能；
②制成燃料电池，用高压氢气、氧气制作氢氧燃 料电池也是氢能源利用的一种重要方式。化学能 转化为电能，制成燃料电池与直接燃烧相比，能 量利用率要高得多；
③通过氢的热核反应，化学能转化为核能。如用 H、H制成氢弹。
【 体 验 2】 下 列 有 关 生 物 质 能 的 说 法 正 确 的 是 ( )。
A. 生物质能是不可再生能源
B. 生物质能本质上是太阳能
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 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产物一般是无污染 的CO2和H2O，通过植物的光合作用，重新将太 阳能又转化为生物质能，因此生物质能是可再生 的新能源，生物质的能量来源于太阳能，A项错 误， B项正确；焚烧生活垃圾发电的能量转化过 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。
笃学二 生物质能的利用
生物质能来源于 植物 及其 加工产品 所贮存的能量。 1．直接燃烧：用纤维素代表植物枝叶的主要成分，燃烧反应为：
(C6H10O5)n＋6nO2―点―燃→6nCO2＋5nH2O。 2．生物化学转换：用含糖类、淀粉较多的农作物，制乙醇的反应
方程式为： (C6H10O5)n＋nH2O―酶―→nC6H12O6、C6H12O6―酶―→2C2H5OH＋ 2CO2↑ 。制得的乙醇可作为燃料。 3．热化学转换：使生物质能在一定条件下转换为热值较高的 可燃气体 。
2．农村沼气池中产生的气体主要成分是什么？ 提示 甲烷。
3．你知道怎样制取氢气吗？ 提示 活泼金属与酸反应、水的电解等。
笃学一 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 。 1．直接利用：太阳能以光和热的形式传送到地面，人们可以直接
利用太阳 辐射 获得光和热。 2．植物的光合作用：在太阳光的作用下，绿色植物把光能转化为
【慎思4】 为什么氢气被人们看做是理想的“绿 色能源”？
提示 等质量的氢气燃烧放出的热量多，原料 来源丰富，而且燃烧产物是水，无污染。
太阳能的利用
人类和动物对太阳能的利用方式可分为直接利用 和间接利用，直接利用太阳能的方式可分为：
能量转换 方式
转换原理
实例
利用太阳辐射能 光—热转化 加热物体而获得
考查学生对太阳能利用的掌握情况，使学生能理 解太阳能的利用方式，熟练掌握能量的转换形式。
【体验1】为防止大气污染、节约燃料、缓解能 源危机，专家指出，对燃烧产物如CO2、H2O、 N2等利用太阳能最终转化为 ( )。
A．生物能 D．电能
B．化学能 C．热能
解析 关键信息是据图示可知CO2、H2O、N2利 用太阳能使它们重新组合为可燃物，而可燃物燃 烧后转化为燃烧产物并放出热量，产物又结合太 阳能转化为燃料，如此循环可知太阳能最终转化 为热能。
【慎思1】 什么是化石燃料？燃烧化石燃料有何 利弊？
提示 煤、石油、天然气属于化石燃料，是由 远古生物被埋在地下经历几百万年演变而来的， 主要由碳、氢元素组成，还含有少量硫、磷、 氮等元素。好处：开采方便、利用方便，可直 接燃烧等。弊端：不可再生资源越用越少，能 源利用率低，单位产值能耗高，污染环境。
答案 (1)光—电直接转换 太阳能电池 向日面 (2)寻找高效光分解水的催化剂 储氢合金 (3)H2＋2OH－－2e－===2H2O (4)①把向日时的太阳能储存起来，留待背日时使用；② 水循环使用等
笃学三 氢能的开发和利用
1.氢能的优点
(1)制取H2的原料水 是 ，资源不受限制；
(2)H2的燃烧产物是水污，染不环会境
清，洁燃是料理想
的
绿，色氢能气源 被人们看做是理想的
“ 热值 ”；
(3)H2的
高，完全燃烧放出的热量是等质
量汽油的3倍多。
2．氢能的开发方式 (1)以天然气、石油和煤为原料，高温下与水蒸气反应： CH4＋H2O(g)―高―温→ CO＋3H2 ；C＋H2O(g)=高==温== CO＋H2 。 (2)电解水：2H2O=电==解== 2H2↑＋O2↑ 。 (3)使用催化剂，利用太阳能分解水：2H2O催==化光==剂= 2H2↑＋O2↑ 。 (4)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。
B．太阳能电池是将光能转化为电能
C．光解水制氢气是将光能转化为化学能
D．水力发电是将太阳能直接转化为机械能
解析 太阳能的利用方式分为直接利用和间接 利用。直接利用太阳辐射能有四种基本方式： ①光－热转换；②光－电转换；③光－化学 能转换；④光－生物质能转换。水力发电、 矿物燃料则是间接利用太阳能。
答案 D
(3)开发方式：
①以天然气、石油和煤为原料，在高温下与水蒸 气反应制得；②电解水制得；③光解水制得；④ 生物质汽化制得等。
(4)尚未完全解决的难题：
①如何廉价地获取氢气：寻找一种催化剂并利用 太阳能分解水是最佳制氢气方案；
②如何安全地贮存氢气：氢气难液化(－253 ℃)， 易扩散，易着火，液氢贮存难度大且不安全。利 用贮氢合金可以解决氢气的贮存问题；
答案 C
生物质能和氢能的利用
1．生物质能 (1)优点：可再生，低污染。 (2)缺点：①植物仅能将极少量的太阳能转化 为化学能；②存在很分散，热值较低；③体积 大而不易运输；④生物质的水分偏多。 (3)利用方式：直接燃烧、生物化学转换、热 化学转换等。
2．氢能
(1)优点： ①制取H2的原料是水，资源不受限制； ②H2的燃烧产物是水，不会污染环境。氢能 是理想的清洁燃料，氢气被人们看做是理想的 “绿色能源”；
第四单元 太阳能、生物质能和氢能的利用
1．通过交流与讨论，认识太阳能、生物质能、 氢能利用的现状，了解开发利用太阳能的广阔 前景和尚未攻克的一些技术难题。
2．通过对氢能开发与利用的讨论，认识开发、 利用高能洁净能源的重要性和迫切性。
1．你知道生活中都是怎样利用太阳能的吗？ 提示 植物的光合作用，太阳能热水器，地膜 覆盖、大棚种植农作物，太阳能电池等。
化学 能的化学方程式是 6H2O＋6CO2叶―光绿―→素C6H12O6＋6O2 。
3．间接利用 (1)人类所需的能源大多来自于石油 、天然气 、煤 ，它们所蕴 藏的能量就是远古生物吸收利用的 太阳 能。 (2)动物食用植物体内的淀粉、纤维素、蛋白质是 间接 利用太 阳能。