高中化学三维设计江苏专版必修二讲义专题2太阳能生物质能和氢能的利用

第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用

［课标要求］

1.知道太阳能、生物质能、氢能的利用。

2.认识开发利用清洁高效新能源的重要意义。

晨背•重点语句

1.太阳能利用的重要反应：

（l）6C（h+6H20d^C6Hl2。6+6。2（太阳能一化学能）,

一化一

|⑵（CHioOs）1t+山2。------心心即

（2）（C6HIOOS）"+〃H2。催化剂,〃C6Hl2。6,

C6Hl2O6+6O2―>6CO2+6H2O（化学能一热能）。

2.生物质能的利用：

IAM

c（--------------------------------------------------------------------

1）直接燃烧：（C6H10OS）B+6/IO2点燃,6〃CO2+5〃H2O,

（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

太阳能的利用

•自主落尾

1.能源与太阳能

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・转化方式

被吸收的太阳能,等化学能曾热能、光能或电能

⑴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：6coZ+6H2。告三必2。计602。

③能量转化：光能一化学能。

⑵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。

催化剂

②化学反应为（qHuA）“十出2。------＞心H12（Q

C6Hl2O6+6O2—*6H2O+6CO2O

③能量转化：化学能一热能。

3.太阳能的利用

实例能量转化方式

光合作用光能转化为化学能

直接太阳能热水器光能转化为热能

利用太阳能电池光能转化为电能

光解水制氢气光能转化为化学能

间接

化石燃料太阳能间接转化为化学能

利用

■I•思考发现

1.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.

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。

曹即一•系统认知

1.太阳能与其他能源的关系

P大气升温不均匀-------►形成风（风能）

_

-使水循环----------►形成水流（水能）

太f食物

阳_被绿色植物、_^燥Lag居能、

辐微生物吸收石油（生物质能〉

_

射去饮#

能一直接利用（太阳能）•

-使大地变热（地热能）

一被海水吸收--------形成洋流（海洋能）

2.太阳能的特点

优点：太阳能是巨大、无尽的能源：太阳能可以为人类共享，可免费使用；太阳能对环境无任何污染。

缺点：受季节、地区、气候等影响，不能维持常量等。

3.太阳能的利用前景

太阳能的开发利用是当今国际上一大热点，经过近20多年的努力，太阳能技术有了显着进步，太阳

能的利用领域已由生活热水、建筑采暖等扩展到工农业生产的许多部分，人们已经强烈意识到，一个广泛

利用太阳能和可再生能源的新时代——太阳能时代即将到来。

牌1•应用体最

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

02/13

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；利用太阳能不会产生温室气

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，

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：光一热转换、光一电转换、光—化学能转换和光一生物

质能转换

B.太阳能热水器是一种光一热转换形式

C.绿色植物进行的光合作用，是一种光一生物质能转换，它的本质是光一化学能转换

D.将电能通过用电器进行照明的过程是一种光一电能转换过程

解析：选D光一热转换、光—电转换、光一化学能转换和光一生物质能转换是太阳能利用的基本方

式，它们都是把再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。

囱雌1破画生物质能的利用

Eljl•自主落实

1.生物质能的来源

植物及其加工产品所贮存的能量O

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(C6HIO05)〃+6〃02点燃,6〃CO2+5〃H2。。

(2)生物化学转换

①制沼气：

沼气的成分主要是CM,还含有CO2及少量H2S、NH3、PH3等。

②制乙醇：

化学方程式：0$0。5)Q?出2。2心办2。6

C6Hl2O6-^2C2H5OH+2c02。

⑶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。

函I•思考发加

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。

2.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；然后葡萄糖在薛的作用下发

酵制得乙醇。

•系统认疝

1.生物质能

(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、%等可燃性气体。

2.生物质能的特点

(1)生物质能储量大、种类多、利用形式多样。生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，仅次于煤、

石油和天然气居世界能源第四位，在整个能源系统中占有重要地位。

(2)生物质能是一种理想能源，具有可再生、低污染、分布广泛等特点。

(3)缺点：利用规模小，植物仅能将少量的太阳能转化为生物质能；单位土地面积的有机物能量偏低；

缺乏适合栽种植物的土地。

3.直接燃烧生物质能的缺点

(1)燃烧不充分，产生的CO会污染空气。

(2)燃烧充分，产生大量CO2气体会加剧温室效应。

(3)热能利用率不高，损失大量能量。

(4)利用率低，若能综合利用可以制得各种产品，利用价值将成百倍地增加。

面1•应用体验

1.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转化为热能再转化为电能

D.玉米、高粱发酵制乙醇是生物质能的热化学转换

解析：选D生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量，生物质能的利用除释放能量外，产生

无污染的CO2和HzO,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；光一生物质能的转换本质是光一化学能的转换，B正确；焚烧生活垃圾发电的能量转换

过程是生物质能一热能一电能，C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。

2.下列对城市废弃物中生物质能利用不合理的是()

A.把废弃物运到乡下找个地方填埋掉

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.把废弃物进行生物化学转换获取CH,

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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：选A生活垃圾采用填埋的方式会使能量不能被充分利用，同时占用了土地。

氢能的开发与利剧(对应学生用书P39)

♦自主落实

i.氢能的优点

…制取H2的原料是H2。,资源不受限制

燃烧的产物是四无污染且可循及利用

-H29,

胸颛一是等质量汽油完全燃烧放出热量的3倍多

2.氢能利用存在的问题

⑴廉价的制氢技术一首要难点

原因：制氢需要消耗大量的能量且效率低。

⑵安全可靠的贮氢和输氢方法——关键

原因：出易汽化、易燃、易爆。

3.氢能的生产与利用

⑴氢能的产生

①水煤气法：

C+H2O(g)-CO+H2,

高法

CO+H2O(g)CO2+H2

礴一原料为化石燃料，不可再生

②电解法：

(Q)—2H2O-2H2f+02t

领一消耗大量电能

③光解法：

(光分解催化剂存在下，在特殊装置中利用

信、」太阳能分解制生

心利用蓝绿藻等低至植物和微生物在阳光作

I用下释放的

逐一资源可再生，对环境无污染

（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。

弟霉1•题组冲.

1.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Hz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。

2.今有两反应：02Na+2H2O=2NaOH4-H2t,

@NaH+H2O=NaOH+H2t。

回答问题：

（1）指出H2O的作用：

反应①,反应②O

（2）反应①中的0（填或“V”）。

解析：两反应中HzO均作氧化剂，反应①为放热反应。

答案：（1）氧化剂氧化剂（2）＜

［三级训练・节节过关］__________________________________________________________________________

巩固练

1.下列变化过程和对应的能量转化关系错误的是（）

A.植物光合作用：光能一生物质能

B.太阳能热水器：太阳能一电能

C.石灰石高温分解：热能一化学能

D.铅蓄电池：化学能一电能

解析：选BA项，植物的光合作用是把光能转化为生物质能，正确；B项，太阳能热水器是把太阳

能转化为热能，错误；C项，石灰石高温分解生成氧化钙和二叉化碳，是把热能转化为化学能，正确；D

项，铅蓄电池是把化学能转化为电能，正确。

2.下列有关能源和能量转换的叙述正确的是（）

A.推广使用太阳能、风能、海洋能、氢能，有利于缓解温室效应

B.乙醇和汽油都是可再生能源，应大力推广“乙醇汽油”

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C.普通锌钵干电池不含环境污染物，用完后可以随意扔掉，使用方便

D.燃料电池是利用燃料燃烧，将化学能转化为热能，然后再转化为电能的化学电源

解析：选AA项，可以减少二氧化碳的排放，有利于缓解温室效应，正确；B项，汽油是不可再生

能源，错误；C项，废弃电池会造成土壤污染、水污染等环境问题，用完后不能随意扔掉，错误；D项，

原电池是将化学能转化为电能的装置，D错误。

3.绿色能源是人类理想的能源，不会造成环境污染，下列能源不属于绿色能源的是（）

A.氢能源B.太阳能

C.风能D.石油

解析：选D氢能是氢气燃烧提供的，产物是水，无污染；太阳能是最清洁的能源；风能的使用也不

会洽环境带来污染；石油是化石燃料，其中硫元素燃烧生成的二氧化硫、不完全燃烧产生的一氧化碳、高

温燃烧产生的氮氧化物等都是污染物，因此石油不是绿色能源。

4.氢能是一种既高效又洁净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车备受青睐。我国

拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈

进，氢能具有的优点包括（）

①原料来源广②易燃烧、热值高③储存方便

④制备工艺廉价易行

A.①②B.①©

C.③④D.@@

解析：选A地球上有大量的水，可用水为原料制氢气。出易燃烧，无污染，热值高，是一种高效、

洁净的新能源，但在利用氢燃料时，其储存和制备成本较高，到现在还不能大量使用。

5.分析下图：

、电能

.燃料电池

电解

丽］»，.........1112、5|化学能

____________热能

太阳能光分解催化剂

回答以下问题：

（1）电解水生成H2,首先要解决的问题是。

（2）氢气作为理想的“绿色能源”的主要理由是

解析：（1）电解水需要消耗大量电能。

⑵Hz作为“绿色能源”优点有三：来源丰富；热值高；无污染。

答案：（1）需大量电能

⑵来源丰富（HzO）,燃烧放出的热量多，产物无污染

基础-全面练

1.下列说法中不正确的是（）

A.电解水生成氢气和氧气时，电能转变成化学能

B.煤燃烧时化学能大部分转变成热能

C.绿色植物光合作用过程中太阳能转变成化学能

D.白炽灯工作时电能全部转变成光能

解析：选D电解过程是电能转化为化学能，A正确；煤燃烧时化学能大部分转变成热能，少部分化

学能转化为光能，B正确；绿色植物的光合作用过程中太阳能转变成化学能，C正确；白炽灯工作时电能

大部分转变成光能，少部分转变成热能，D不正确。

2.下列说法不正确的是（）

A.CCh、甲烷都属于温室气体

B.用甘蔗生产的燃料乙醇属可再生能源，利用乙醇燃料不会产生温室气体

C.氢能利用的难题是氢气的贮存与运输

D.风能发电属于绿色能源

解析：选B乙醇作燃料产生CO2气体，会引起温室效应，B项错误。

3.下列属于直接利用太阳辐射能的方式是（）

①光一热转换②光一电转换③光一化学能转换

④光一生物质能转换

A.①②③B.®@@

C.①②④D.SX2X3）®

解析：选D直接利用太阳能的方式基本上有四种：①光一热转换，②光一电转换，③光一化学能转

换，④光一生物质能转换。

4.下列过程中的能量转化，属于太阳能转化为生物质能的是（）

A.石油燃烧B.植物的光合作用

C.核电站发电D.太阳能电池供电

解析：选B石油燃烧是化学能转变为热能；核电站发电是核能转化为电能；太阳能电池供电是太阳

能转化为电能；植物的光合作用是太阳能转化为生物质能。

5.“绿色化学”要求从根本上减少乃至杜绝污染。下列对农作物收割后留下的秸秆的处理方法中，

不符合“绿色化学”要求的是（）

A.就地焚烧B.发酵后作农家肥

C.加工成精饲料D.制造沼气

解析：选A就地焚烧会产生大量烟尘、含硫化合物，造成雾密等污染。

6.氢能是理想的清洁能源。下列制氢的方法中，最节能的是（）

A.电解水制氢：2H2O==2H2t+O2t

B.高温使水分解制氢：2HQ望=2%t+O2f

C.太阳光催化分解水制氢：2H2O^=2H2t+O2t

08/13

D.天然气制氢：CH4+H20=^=CO+3H2

解析：选CA需要消耗电能，B和D需要高温，都消耗较多的能量。

7.生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能固化为化学能而贮存在生物质内部的能量，一直是人类

赖以生存的重要能源。下列有关说法不正确的是（）

A.农村通过杂草和动物的粪便发酵制沼气，沼气的主要成分是甲烷

B.推广使用乙醇汽油，乙醇可由富含淀粉的谷物发酵产生

C.氢能可以通过电解海水，大量推广使用

D.开发生物质能有利于环境保护和经济可持续发展

解析：选C电解海水可制得Hz,但成本高，不能大量推广使用。

8.化石燃料仍是目前能源的主体，但已经面临危机，开发新能源是解决能源问题的关键。下列能量

转换过程，不涉及化学变化的是（）

A.利用氢氧燃料电池提供电能

B.利用太阳能分解水制备氢气

C.利用水流驱动涡轮机发电

D.利用植物秸秆为原料生产乙醇燃料

解析：选CA项，利用氢支燃料电池提供电能是化学能转化为电能，涉及化学变化；B项，利用太

阳艳分解水制备氢气是光能转化为化学能，涉及化学变化；C阴，利用水流驱动涡轮机发电是机械能转化

为电能，不涉及化学变化；D项，利用植物秸秆为原料生产乙尊燃料发生化学变化。

9.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________O

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温肥。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）生物质的利用形式有多种，不一定是燃烧，不一定对环境有污染，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

10.（1）利用新能源发电的形式有很多，如图所示，其中A表示潮汐能发电，B表示地热能发电，C

表示能发电，D表示能发电。

⑵人类所使用的能量绝大部分来源于太阳能，捕获太阳能的生物主要为绿色植物，其光合作用的总反

应式是,光合作用的能量转换是把转化为o

解析：（1）从题图C可看出，风车发电，是将风能转化为电能；题图D是利用太阳能发电，是将太阳

能转化为电能。

（2）绿色植物在光能作用下，将CCh和H2O转化为有机物和氧气，同时将光能转变为化学能贮存起来。

答案：（1）风太阳

光

⑵6H2O+6CO2叶77绿^水C6Hl2O6+6O2

光能化学能

提能练

1.下列给出的能源中，不能作为新能源的是（）

A,太阳能B.无烟煤

C.燃料电池D.氢能

解析：选B煤属于化石燃料，不属于新能源；太阳能、燃料电池、氢能均为有发展前景的新能源。

2.下列有关能量转化的认识不正确的是（）

A.通过植物的光合作用，太阳能转化为化学能

B.人类使用照明设备，将电能转化为光能

C.生物体内的化学变化过程在能量转化上比在体外发生的一些能量转化更为合理、有效

D.燃料燃烧，只是将化学能转化为了热能

解析：选DA项，植物的光合作用是把太阳能转化为化学能，正确；B项，照明是电能转化为光能，

正确；C项，生物体内的化学变化过程在能量转化上更为合理、有效，正确；D项，燃烧是剧烈的发光放

热的氧化还原反应，反应过程中化学能可以变为光能、热能等，错误。

3.下列关于能源和作为能源的物质的叙述错误的是（）

A.吸热反应的反应物总能量低于生成物总能量

B.绿色植物进行光合作用时，将光能转化为化学能“贮存”起来

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C.物质的化学能可以在不同条件下转化为热能、电能、光能等为人类所利用

D.天然气属于新能源

解析：选DA项，吸热反应反应物的总能量低于生成物的总能量，正确；B项，绿色植物进行光合

作用时，通过发生化学反应，将光能转化为化学能“贮存”在化学物质中，正确；C项，物质的化学能可

以在不同条件下转化为热能、电能、光能等为人类所利用，正确：D项，天然气不属于新能源，错误。

4.氢气是未来的“绿色能源”，科学家们最新研制出利用太阳能产生激光，再用激光使水分解制得

氢气的新技术，其中水的分解可以用化学方程式表示为2H2。岩2H21+Ofo

限兀2

下列有关说法不正确的是（）

A.Ti（h在反应中作氧化剂，且该反应不需任何其他条件就能自发进行

B.水分解不产生污染物

C.TiOz在反应中作催化剂

D.该技术将太阳能转化为化学能

解析：选A从2H2。聋2H2t+O2t反应发生的条件来看，TiO?是该反应的催化剂。2H2。聋

2H2t+O2t的能量变化是将太阳能转化为化学能。

5.有人认为人体实际上是一架缓慢燃烧着的“高级机器”，人体在生命活动过程中也需要不断补充

“燃料”，按照这种观点，人们通常摄入的下列物质不能看作“燃料”的是（）

A.淀粉B.水

C.脂肪1）.蛋白质

解析：选BA项，淀粉属于糖类，是人体的主要供能物质，错误；B项，水在人体内主要是作溶剂，

不但为人体提供能量，正确；C项，脂肪能在人体内发生氧化反应提供能量，错误；D项，蛋白质在人体

内被水解为氨基酸后才能吸收，一部分氮基酸再重新合成人体的蛋白质，另一部分氨基酸氧化分解释放能

量，供生命活动需要，错误。

6.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢

能的构想。

下列说法正确的是（）

A.的分解反应是放热反应

B.氢能源已被普遍使用

C.2molH2O具有的总能量低于2mol%和1molO2的能量

D.氢气不易贮存和运输，无开发利用价值

解析：选C2H2O=2H2f+O2t是吸热反应，说明2ninlH2O的能量低于2mnlH2和1mnlO2

的能量：因由水制取出耗能多且H2不易贮存和运揄，所以及能源利用并未普及，但发展前景广阔。

7.太阳能的开发和利用是21世纪一个重要课题。利用储能介质储存太阳能的原理是：白天在太阳照

射下某种盐熔化，吸收热量，晚间熔盐固化释放出相应的能量，已知数据：

熔化吸热参考价格

盐熔点CC）

(kJ*mol-1)（元•「）

CaCl2-6H2O29.937.3780〜850

〜

Na2SO410H2O32.477.0800900

NazHPO412H2O35.1100.11600〜2000

Na2s2O36H2O45.049.71400—1800

其中最适宜选用作为储能介质的是（）

A.CaClr6H2OB.Na2so410H2O

C.Na2HPO412H2OD.NazSiOySHzO

解析:选B适宜作为储能介质的物质，应具有熔点较低，燃化时吸热量较大，价格较低,Na2sO4TOH2O

最适合。

8.可再生能源是我国重要的能源资源，在满足能源需求、改变能源结构、减少环境污染、促进经济

发展等方面具有重要作用。应用太阳能光伏发电技术是实现节能减排的一项重要措施。

下列有关分析不正确的是（）

A.风能、太阳能、生物质能等属于可再生能源

B.推广可再生能源有利于经济可持续发展

C.上图是太阳能光伏电池原理图，图中A极为正极

D.光伏电池能量转化方式是太阳能直接转化为电能

解析：选C风能、太阳能、生物质能均属可再生能源，推广使用可再生能源有利于可