第四單元 太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用1“能源分類相關(guān)圖”如下圖所示，四組能源選項中全部符合圖中陰影部分的能源是()a煤炭、石油、潮汐能 b水能、生物能、天然氣c太陽能、風(fēng)能、沼氣 d地?zé)崮堋⒑Ｑ竽堋⒑四艽鸢竎解析a項，煤炭、石油不是新能源，也不是可再生能源；b項，天然氣不是新能源，也不是可再生能源；d項，地?zé)崮苁莵碜缘厍騼?nèi)部的能源，核能不是可再生能源，也不是來自太陽的能源。2下列給出的能源中，不能作為新能源的是()a太陽能 b無煙煤 c燃料電池 d氫能答案b解析煤屬于礦物燃料，會嚴(yán)重污染空氣。太陽能、燃料電池、氫能均為有發(fā)展前景的新能源。3據(jù)報道，某國一集團(tuán)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：2h2o2h2o2。下列說法正確的是()水的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)氫氣是一次能源使用氫氣作燃料有助于控制溫室效應(yīng)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a b c d答案c解析中水的分解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)；中在自然界中氫氣無法直接取得，是二次能源；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)；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(jìn)行循環(huán)利用。4下列關(guān)于能源和作為能源使用的物質(zhì)的敘述中錯誤的是()a化石能源物質(zhì)內(nèi)部蘊含著大量的能量b綠色植物進(jìn)行光合作用時，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來c物質(zhì)的化學(xué)能可以在一定條件下轉(zhuǎn)化為熱能、電能，為人類所利用d吸熱反應(yīng)沒有利用價值答案d解析任何反應(yīng)都有有利和不利的一面，如cco22co是吸熱反應(yīng)，在鋼鐵冶煉中可以利用該反應(yīng)獲得更多的還原劑co，故d項錯誤。5能源是現(xiàn)代文明的原動力，通過化學(xué)方法可以使能量按人們所期望的形式轉(zhuǎn)化，從而開辟新能源和提高能源的利用率。(1)氫氣在燃燒時，放出大量熱量，說明該反應(yīng)是_熱反應(yīng)，這是由于反應(yīng)物的總能量_(填“大于”“小于”或“等于”，下同)生成物的總能量；從化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)角度來看，是由于斷裂反應(yīng)物中的化學(xué)鍵吸收的總能量_形成生成物中的化學(xué)鍵放出的總能量。(2)氫氣被公認(rèn)為是21世紀(jì)代替礦物燃料的理想能源，2 g 氫氣燃燒時放出286 kj熱量，而每千克汽油燃燒放出的熱量為46 000 kj。試據(jù)此分析氫氣作為能源代替汽油的優(yōu)勢：_。答案(1)放大于小于(2)清潔能源，燃燒后無污染環(huán)境的物質(zhì)生成；單位質(zhì)量放出的熱量多解析(1)燃燒反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，所以氫氣的燃燒反應(yīng)是放熱反應(yīng)，根據(jù)能量守恒定律，放熱反應(yīng)是反應(yīng)物的總能量大于生成物的總能量；化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的形成，放熱反應(yīng)的本質(zhì)是斷裂反應(yīng)物中的化學(xué)鍵吸收的總能量小于形成生成物中的化學(xué)鍵放出的總能量。(2)2 g氫氣燃燒時放出286 kj熱量，所以1 000 g氫氣燃燒放出143 000 kj的熱量，約是每千克汽油燃燒放出熱量的3倍，且氫氣燃燒的產(chǎn)物是水，對環(huán)境無污染。基礎(chǔ)過關(guān)題組一太陽能的利用1下列有關(guān)太陽能的利用方式以及列舉的實例錯誤的是()a太陽能電池是一種光電轉(zhuǎn)換形式b太陽能熱水器是一種光熱轉(zhuǎn)換形式c綠色植物進(jìn)行的光合作用，是一種光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換，它的本質(zhì)是光化學(xué)能轉(zhuǎn)換d風(fēng)能是空氣流動形成的，與太陽能無關(guān)答案d解析光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換、光化學(xué)能轉(zhuǎn)換和光生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換是太陽能利用的基本方式。它們都是把光能轉(zhuǎn)換成其他形式的能量的過程。風(fēng)能形成的本質(zhì)原因是太陽輻射使空氣受熱不均造成的，d項錯誤。2人工光合作用能夠借助太陽能，用co2和h2o制備化學(xué)原料。下圖是通過人工光合作用制備hcooh的原理示意圖，下列說法不正確的是()a該過程是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程b催化劑a表面發(fā)生氧化反應(yīng)，有o2產(chǎn)生c催化劑a附近酸性減弱，催化劑b附近酸性增強(qiáng)d催化劑b表面的反應(yīng)是co22h2e=hcooh答案c解析由co2和hcooh中碳元素的化合價變化可知，co2應(yīng)該在正極放電形成hcooh，由圖示裝置電子移動的方向可確定b為正極，a為負(fù)極。催化劑a表面：2h2o4e=4ho2，所以答案選c。題組二生物質(zhì)能的利用3下列有關(guān)生物質(zhì)能的說法不正確的是()a生物質(zhì)能是可再生能源b生物質(zhì)能來源于太陽能c焚燒生活垃圾發(fā)電是將生物質(zhì)能直接轉(zhuǎn)化為電能d玉米、高粱發(fā)酵制乙醇是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能答案c解析生物質(zhì)能來源于植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量，生物質(zhì)能最終利用的結(jié)果：除釋放能量外，產(chǎn)生無污染的co2和h2o，通過植物的光合作用，重新將太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，因此生物質(zhì)能是可再生的新能源，a正確；光生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化本質(zhì)是光化學(xué)能的轉(zhuǎn)換，b項正確；焚燒生活垃圾發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是：生物質(zhì)能熱能電能，c不正確；含淀粉較高的農(nóng)作物發(fā)酵制燃料乙醇是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，d正確。4下列對于城市廢棄物中生物質(zhì)能的利用不合理的是()a把廢棄物拉到鄉(xiāng)下找個地方埋掉b對廢棄物進(jìn)行處理后焚燒，利用產(chǎn)生的熱能供熱和發(fā)電c把廢棄物進(jìn)行生物化學(xué)轉(zhuǎn)化獲取甲烷d讓廢棄物在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生熱值較高的可燃性氣體答案a解析城市廢棄物中含有豐富的生物質(zhì)能，埋掉是一種資源浪費，故a不合理；處理后焚燒利用產(chǎn)生的熱能供熱和發(fā)電，b合理；將廢物進(jìn)行生物化學(xué)轉(zhuǎn)化獲取甲烷、可燃性氣體均合理，故c、d合理；利用不合理的只有a項。題組三氫能的開發(fā)與利用5h2是一種很有前途的能源，以水為原料大量制取h2，最理想的途徑是()a利用太陽能直接使水分解為h2b以焦炭和水為原料制水煤氣后再分離出h2c以赤熱的fe和水反應(yīng)生成h2d由熱電廠提供電能，利用直流電電解水產(chǎn)生h2答案a解析b項，ch2o(g)coh2；c項，3fe4h2o(g)fe3o44h2；d項，2h2o2h2o2，b、c、d三項都要消耗傳統(tǒng)能源；而a項中太陽能是已被人們使用的新能源，與傳統(tǒng)能源相比較，太陽能的優(yōu)點很多，而且是一般傳統(tǒng)能源無法比擬的。6科學(xué)家最近研究出一種環(huán)保、安全的儲氫方法，其原理可表示為nahco3h2hcoonah2o。下列有關(guān)說法正確的是()a儲氫、釋氫過程均無能量變化b儲氫過程中，nahco3被氧化cnahco3、hcoona均含有離子鍵和共價鍵d釋氫過程中，每消耗0.1 mol h2o放出2.24 l的h2答案c解析儲氫、釋氫過程均存在能量變化，a不正確；儲氫過程中，nahco3被h2還原，b不正確；nahco3中na與hco之間存在離子鍵，hco中存在共價鍵，hcoona中na與hcoo之間存在離子鍵，hcoo中存在共價鍵，c項正確；釋氫過程中，每消耗0.1 mol h2o放出0.1 mol h2，但沒說明狀態(tài)，無法知道其體積，d項不正確。題組四能源的轉(zhuǎn)化與利用7下列過程中的能量轉(zhuǎn)化，屬于太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能的是()a石油燃燒b植物的光合作用c核電站發(fā)電d太陽能電池供電答案b解析石油燃燒是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能；核電站發(fā)電是核能轉(zhuǎn)化為電能；太陽能電池供電是太陽能轉(zhuǎn)化為電能；植物的光合作用是太陽能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能。8為消除目前燃料燃燒時產(chǎn)生的環(huán)境污染，同時緩解能源危機(jī)，有關(guān)專家提出了利用太陽能制取氫能的構(gòu)想。下列說法正確的是()ah2o的分解反應(yīng)是放熱反應(yīng)b氫能源已被普遍使用c2 mol h2o具有的總能量低于2 mol h2和1 mol o2具有的總能量d氫氣不易貯存和運輸，無開發(fā)利用價值答案c解析2h2o=2h2o2是吸熱反應(yīng)，說明2 mol h2o的能量低于2 mol h2 和1 mol o2的能量。因由水制取h2耗能多且h2不易貯存和運輸，所以氫能源利用并未普及，但發(fā)展前景廣闊。9有專家指出，如果利用太陽能使燃燒產(chǎn)物如co2、h2o、n2等重新組合，那么，不僅可以消除對大氣的污染，還可以節(jié)約燃料，緩解能源危機(jī)。觀察下面圖示，判斷在此構(gòu)想的物質(zhì)循環(huán)中，太陽能最終轉(zhuǎn)化為()a化學(xué)能 b熱能c生物質(zhì)能 d電能答案b解析理解圖示的轉(zhuǎn)化關(guān)系便可順利解題。關(guān)鍵信息是利用太陽能使co2、h2o、n2等重新組合，根據(jù)圖示可知燃料燃燒后轉(zhuǎn)化為燃燒產(chǎn)物并放出熱量，燃燒產(chǎn)物又結(jié)合太陽能轉(zhuǎn)化為燃料，如此循環(huán)可知太陽能最終轉(zhuǎn)化為熱能。故選b。10煤、石油、天然氣和生物質(zhì)能的能量形成和轉(zhuǎn)換利用過程基本上是()a太陽能化學(xué)能熱能b太陽能機(jī)械能電能c生物質(zhì)能電能化學(xué)能熱能d太陽能機(jī)械能化學(xué)能答案a解析煤、石油、天然氣是遠(yuǎn)古植物吸收太陽能固定下來的能量，是儲存在地殼下面的“太陽能”，可以說是遠(yuǎn)古植物將太陽能轉(zhuǎn)換化學(xué)能而儲存下來的；生物質(zhì)能是植物進(jìn)行光合作用將太陽能轉(zhuǎn)換的化學(xué)能。最后化學(xué)能通過各種途徑變?yōu)闊崮堋㈦娔艿饶芰啃问健Ｄ芰μ嵘?1(1)請在每個化學(xué)方程式后的橫線上注明化學(xué)反應(yīng)過程中能量的主要轉(zhuǎn)化形式。znag2oh2ozn(oh)22ag：_(填正向反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化形式)。2c2h25o24co22h2o：_。6h2o6co2c6h12o66o2：_。caco3caoco2：_。(2)沼氣是一種廉價的能源，它是由秸稈、雜草等廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生的，有關(guān)過程如下：(c6h10o5)n(纖維素)nh2o3nco23nch4能量上述過程的實際意義是_。在使用沼氣做飯時，需要注意的問題是_。建立沼氣發(fā)電站，可以把_能轉(zhuǎn)化為電能，沼氣被稱為_能源。答案(1)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(2)即是能源的一個重要來源，也是擴(kuò)大肥源、提高肥效、改善農(nóng)村衛(wèi)生條件的重要措施防止沼氣泄漏，保持廚房通風(fēng)良好生物質(zhì)新解析(1)放電時，該反應(yīng)在原電池中進(jìn)行，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。c2h2(乙炔)燃燒時主要將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。綠色植物進(jìn)行光合作用時，主要將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。石灰石(caco3)高溫分解時，主要將熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。(2)秸稈、雜草等廢棄物經(jīng)微生物發(fā)酵后產(chǎn)生沼氣，可將生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，獲得潔凈的燃料，既可以提供能源，也可以擴(kuò)大肥源、提高肥效、改善農(nóng)村衛(wèi)生條件。沼氣與空氣混合后遇到明火會發(fā)生爆炸，在使用沼氣做飯時，要防止沼氣泄漏，保護(hù)廚房通風(fēng)良好。建立沼氣發(fā)電站，可以把生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化為電能。12科學(xué)家認(rèn)為，氫氣是一種高效而無污染的理想能源，近20年來，對氫能源的研究獲得了迅速發(fā)展。(1)已知1 mol h2完全燃燒生成液態(tài)水放出285.8 kj的熱量，試寫出h2燃燒的熱化學(xué)方程式：_。(2)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(jì)且資源可持續(xù)利用的制氫氣的方法是_(填字母)。a電解水 b鋅和稀硫酸反應(yīng)c光解海水 d以石油、天然氣為原料制取(3)某學(xué)生查閱大量資料，提出下列用水制取氫氣的研究方向：研究在水不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下制取氫氣，同時釋放能量設(shè)法將太陽光聚焦，產(chǎn)生高溫，使水分解產(chǎn)生氫氣尋找高效催化劑，提高水在一定條件下分解產(chǎn)生氫氣的轉(zhuǎn)化率尋找特殊化學(xué)物質(zhì)，用于開發(fā)廉價能源，用以分解水制取氫氣請你從上述研究方向中，選擇其中不合理的一項，并簡述理由：不合理的是_，理由是_。答案(1)h2(g)o2(g)=h2o(l)h285.8 kjmol1(2)c(3)水分子中不含氫氣分子，不可能在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的情況下得到氫氣，且水分解是吸熱反應(yīng)(或催化劑能提高水分解產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)速率，但不能提高水的轉(zhuǎn)化率)解析(2)電解水需要消耗大量的電力，a項不正確；鋅和稀硫酸反應(yīng)生成的氫氣太少，不能滿足生產(chǎn)需要，且不經(jīng)濟(jì)，b項不正確；以石油和天然氣為原料制取氫氣也需要消耗大量的能源，d項不正確。13保護(hù)環(huán)境已成為當(dāng)前和未來的一項全球性重大課題。為解決目前燃料使用過程中的環(huán)境污染問題，并緩解能源危機(jī)，有的專家提出利用太陽能促使燃料循環(huán)使用的構(gòu)想，如圖所示：請回答下列問題：(1)過程的能量轉(zhuǎn)化形式為_能轉(zhuǎn)化為_能。(2)上述轉(zhuǎn)化過程中，h1和h2的關(guān)系是_。(3)斷裂1 mol化學(xué)鍵所需的能量見下表：hnhonnooe/kjmol1393460941499常溫下，n2與h2o反應(yīng)生成nh3的熱化學(xué)方程式為_。答案(1)太陽化學(xué)(2)h1h2(3)2n2(g)6h2o(l)=4nh3(g)3o2(g)h1 189 kjmol1解析(1)由圖可知，過程是太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。(2)由能量守恒定律可知，h1h2。(3)常溫下，n2與h2o反應(yīng)生成nh3的反應(yīng)為2n2(g)6h2o(l)=4nh3(g)3o2(g)h2941 kjmol162460 kjmol1(43393 kjmol13499 kjmol1)1 189 kjmol1，熱化學(xué)方程式為2n2(g)6h2o(l)=4nh3(g)3o2(g)h1 189 kjmol1。14分析下圖，回答以下問題：(1)電解水生成h2，首先要解決的問題是_。(2)標(biāo)準(zhǔn)狀況下，11.2 l h2燃燒生成液態(tài)的水，放出q kj的熱量，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_。(3)氫氣作為理想的“綠色能源”的主要理由是_。(4)氫氧燃料電池是氫能源利用的一個重要方向。氫氣在_極上發(fā)生_反應(yīng)，氧氣在_極上發(fā)生_反應(yīng)。若電解質(zhì)溶液為koh溶液，寫出正、負(fù)極上的電極反應(yīng)式：負(fù)極_，正極_。答案(1)需大量電能(2)2h2(g)o2(g)=2h2o(