PAGEPAGE1年級九年級科目物理主備徐立雙審核課題第17章能源與可持續(xù)發(fā)展課型新授課使用時間目標一、能源家族●記住什么是能源以及能源的種類；●常識性了解什么是不可再生能源，什么是可再生能源閱讀148~149頁回答以下問題1、能源定義：的物質(zhì)資源都可以叫做能源.2.能源的分類(1).從能源的提供對象分類:由生命物質(zhì)(如木材,草類,肉類等)提供的能量稱為能.經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代由動植物的化石形成的石油,天然氣和煤炭叫能源.(有時也稱為非生物質(zhì)能).(2)從能源的產(chǎn)生方式分類:可以從自然界中直接獲取的能源比如化石能源,風能,太陽能,地熱能,核能,水能,潮汐能等叫,(三大一次能源有:化石能源,核能,太陽能).無法從自然界中直接獲取,必須通過一次能源的消耗才能得到的能源叫,比如電能,它是目前最主要的二次能源.常見的二次能源有焦碳,煤氣,電力,蒸氣,氫能,酒精以及汽油,柴油,等石油加工品.(3)從能源是否可以在短期內(nèi)從自然界中得到補充可以把能源劃分為和.不可再生能源有化石能源,核能.可再生能源有水的動能,風能,太陽能,生物質(zhì)能等.（4）人類已經(jīng)利用多年，如煤、石油、天然氣以及水能等能源，叫做常規(guī)能源；核能、太陽能、潮汐能、地熱能等能源，叫做新能源。[基礎(chǔ)知識]:1.________________________________________叫能源.2.下列關(guān)于能源的說法不正確的是()A.化石能源是重要的一次能源.B.一次能源都是不可再生能源.C.電能是重要的二次能源.D.風能是可再生能源.3.下表是能源分類表,請補充完整.練習：1．目前，作為人類主要能源的_______能源，并非取之不盡，用之不竭的，因此我們應該努力尋找一些理想的能源來代替它們，如________和________。2．使用化石能源時，會對環(huán)境帶來一些危害，下列各選項中，不是燃燒化石能源所帶來的主要危害的是[]A.空氣污染B.溫室效應C.釋放有害物質(zhì)D.水土流失3．使用生物質(zhì)能時，也會對環(huán)境帶來一些危害，下列各選項中，不是燃燒柴薪能源所帶來的主要危害的是[]A.空氣污染B.水土流失C.沙漠化D.釋放有害物質(zhì)目標二、核能要求：常識性的了解核能,核裂變,核聚變.閱讀151~152頁再回答以下問題物質(zhì)是由組成的,分子是由構(gòu)成的,構(gòu)成原子核的質(zhì)子和中子依靠強大的核力緊密結(jié)合在一起,原子核十分牢固,要使它們分裂或重新組合是非常困難的一但原子核分裂或聚合就能釋放出巨大的能量,這就是能.獲得核能有兩種途徑，一種是原子核的裂變，另一種是原子核的聚變。核裂變:我無法做到讓你們感知真正的原子核那樣的裂變或聚變時釋放出能量的情形,但是我可以讓你們明白某些物質(zhì)分裂或聚合時會釋放出能量.將濃硫酸倒入水中,同時用溫度計測量,可以明顯的觀察到溫度計示數(shù)上升.(1)用中子轟擊鈾235（質(zhì)子數(shù)為235的鈾），鈾核會分裂成大小相差不很大的兩部分，這處現(xiàn)象叫做裂變。裂變時有核能釋放出來。(此實驗在1939年完成)核裂變需要鈾,钚等重金屬元素,它們在地球上的含量稀少,而且常規(guī)裂變反應堆會產(chǎn)生放射性很強的核廢料,這些因素限制了核裂變能的發(fā)展.(2)用中子轟出鈾核，鈾核發(fā)生裂變，放出能量，同時放出2-3個中子；放出的中子又可轟擊其他的鈾核，它們也發(fā)生裂變。這樣，裂變將不斷地自行繼續(xù)下去。這種現(xiàn)象叫做鏈式反應。用書本17.2-1的火柴實驗模擬核裂變:(3)對裂變的鏈式反應如不加以控制，在極短的時間內(nèi)會釋放出巨大的核能，將發(fā)生猛烈的爆炸。原子彈就是根據(jù)這個原理制成的。如果控制鏈式反應的速度，平穩(wěn)地釋放核能，就便于和平利用了。這樣平穩(wěn)地釋放核能的裝置，叫做核反應堆。核電站就是利用核能發(fā)電的,它的核心設(shè)備是,在核反應堆中的鏈式反應是可以控制的.(4)1kg的鈾235全部裂變釋放出的能量相當于2000t的優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時釋放出的能量，在水利資源，化石能源缺乏的地區(qū)建立核電站可以解決能源短缺的問題。（核電站的優(yōu)點：環(huán)境污染少，所用原料少，成本低2.核聚變:較輕的核結(jié)合成較重的核，也能釋放能量，這種現(xiàn)象叫聚變。氫彈就是利用氫核聚變制成的。利用氘核和氚核在超高溫下聚合成新的原子。目前人類尚無法有效的控制核聚變反應。核聚變時釋放出的能量比核裂變時釋放出的能量要大好幾倍.[基礎(chǔ)知識]1.原子是由__________和帶負電的________組成,原子核中的_______帶正電,不帶電的粒子是__________.2.原子核十分牢固,要使它們分裂或重新組合是非常困難的,但是一但使原子核分裂或聚合就能釋放出巨大的能量,這就是_____能.3.1939年科學家首次用_______轟擊質(zhì)量比較大的原子核,使其發(fā)生_________同時釋放出了巨大的能量,1kg的鈾全部裂變釋放出的能量相當于________t優(yōu)質(zhì)煤完全燃燒時釋放出的能量.4.獲得核能的途徑__________和____________。5.目前，核電站都是利用核裂變的____________反應產(chǎn)生的能量來發(fā)電。它是將_______能轉(zhuǎn)化為_______能.它的核心設(shè)備是__________它能平穩(wěn)地釋放_____能。6.氘核與氚核在______________條件下可以結(jié)合成新的原子核,同時釋放出巨大的能量,這就是_________________.有時也稱為______________反應,是因為這種核反應需要__________________________________.7.下列屬于璉式反應的是()A.氫彈爆炸.B.太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應.C.原子彈爆炸D.鎂條的燃燒.目標三：太陽能：1．初步認識太陽的結(jié)構(gòu)，知道太陽是人類能源的寶庫。

2．大致了解太陽能的利用方式。

.閱讀154~156頁再回答以下問題一、太陽結(jié)構(gòu)：太陽的主要成份是氫,是一個巨大的熾熱氣體球,直徑約為地球的110倍,核心的溫度可以達到1500萬攝氏度,超高溫導致了太陽內(nèi)部的氫不斷發(fā)生,從而釋放出巨大的能量.這些能量以和的形式向宇宙空間輻射.二、太陽能利用間接利用：第一是植物的光合作用把太陽能轉(zhuǎn)化和儲存起來,形成生物質(zhì)能。再以草木,煤,石油,天然氣等形式釋放出來供人類使用.第二個渠道是太陽能被地球上的空氣和水吸收,轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.通過大氣和水分的循環(huán),再通過風,流水波浪,海流等釋放出來.直接利用：第一將太陽能直接轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,比如太陽灶,太陽能熱水器等.第二是將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能,目前主要是通過太陽能電池*人類使用的各種化石燃料實際上是利用了上億年前地球所接收的太陽能.練習：1.太陽能來自于()A.太陽所含氫發(fā)生的燃燒.B.太陽所含氫發(fā)生的核裂變反應.C.太陽所含氫發(fā)生的鏈式反應.D.太陽所含氫發(fā)生的聚變反應.2.下列能源不是來自太陽能的是()A.潮汐能.B.鈾礦中的核能.C.天然氣.D.生物質(zhì)能.3.下列關(guān)于太陽能利用說法不正確的是()A.太陽能是常見的一次能源.B.光電池可以把太陽能轉(zhuǎn)化為電能.C.太陽能的吸熱板最好是銀白色的.D.我們今天開采的石油,煤炭實際上是在開采億萬年前地球所接收的太陽能.4.下列裝置中是利用太陽能工作的是()A.微波爐.B.太陽灶.C.熱水器.D.取暖器.5.下列關(guān)于太陽能的說法不正確的是()A.太陽能是我們今天使用的大部分能源的源泉.B.化石燃料中所含的化學能是由太陽能轉(zhuǎn)化而來.C.太陽釋放的能量幾乎全部被地球吸收.D.我們今天開采的石油,煤炭實際上是在開采億萬年前地球所接收的太陽能.6.太陽溫度極高,故而太陽內(nèi)部的氫原子會在超高溫下發(fā)生_______________從而釋放出巨大的能量.7.太陽能電池可以將______能轉(zhuǎn)化為______能,但每個太陽能電池產(chǎn)生的電壓比較______(填高低)目前只有在____________方面大量使用,日常生活中僅用于________,_________等耗電少,工作電壓低的電器.8.寫出下列過程中能量的轉(zhuǎn)化:(1)太陽使植物生長_____________________________.(2)太陽光使海水溫度升高_______________________.(3)太陽光使地表水蒸發(fā),形成云:_________________.(4)太陽光使大氣流動,形成風:___________________.(5)太陽能電池板:______________________________.(6)太陽能熱水器:______________________________.[知識回顧]1.按要求把下列能源分類:A太陽能.B潮汐能.C石油.D煤炭.E肉類.F酒精.G核能.H電能.I.天然氣.J焦碳.上述能源中是一次能源的有_________________,是化石能源的有___________是不可再生能源的有________________.2.由于原子核的變化而釋放出的能量叫______能.獲得核能的兩種方式有______________和________.在原子彈中發(fā)生的核反應的類型是_____________,在氫彈中發(fā)生的核反應的類型是_____________,在太陽內(nèi)部發(fā)生的核反應的類型是____________.3.能使核能平穩(wěn)的釋放的裝置是_______________.4.鈾钚等元素具有很強的____________性.6.核裂變的實質(zhì)是較______的原子核裂變成較______的原子核,同時釋放出能量,核巨變的實質(zhì)是較_______的原子核在____________條件下聚變成較________的原子核.(填輕或重).目標四：能源革命●常識性了解能量轉(zhuǎn)化技術(shù)為人類帶來的便利●初步了解能量轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)化的方向性．.閱讀158~162頁再回答以下問題1．人類索取能源的歷史如圖17.4－1所示，各圖按能量轉(zhuǎn)移的先后順序串聯(lián)起來為：草通過光合作用吸收太陽能，兔子吃草吸收草的能量，人或其他動物吃兔子吸收兔子的能量，獵人通過吸收食物的能量才能進行各種運動．（1）柴薪馬車——農(nóng)業(yè)文明柴薪是人類第一代主體能源．是人類在能量轉(zhuǎn)化方面最早的一次技術(shù)革命．從利用自然火到利用人工火的轉(zhuǎn)變，導致了以作為主要能源的時代的到來．當時的人類用樹枝、雜草等作為燃料，用于燃燒、煮食和取暖，這就是人類第一次能源革命．（2）煤炭蒸汽機——工業(yè)文明蒸汽機的發(fā)明是人類利用能量的新里程碑．人類從此逐步以機械動力大規(guī)模代替人力和畜力，它直接導致了第二次能源革命．人類的主要能源由柴薪向能源轉(zhuǎn)化．19世紀以來，電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，使得由蒸汽機作為動力的發(fā)電機開始出現(xiàn)，煤炭作為一次能源被轉(zhuǎn)換成更加便于輸送和利用的二次能源——電能．電能是由其他形式的能轉(zhuǎn)化來的二次能源．它最終還要轉(zhuǎn)化為光能、內(nèi)能、動能等其他形式的能，才能為人類所用．電能被廣泛應用，是由于它的優(yōu)勢是便于輸送和轉(zhuǎn)化．（3）石油內(nèi)燃機——現(xiàn)代文明公元前250年，中國人首先發(fā)現(xiàn)石油是一種可燃的液體．1854年，美國賓西法尼亞州打出了世界上第一口油井，石油工業(yè)由此發(fā)端．19世紀末，人們發(fā)明了以汽油和柴油為燃料的奧托內(nèi)燃機和狄塞爾內(nèi)燃機．1908年，福特研制成功了第一輛汽車．此后，汽車、飛機、柴油機輪船、內(nèi)燃機車、石油發(fā)電等，將人類飛速推進到現(xiàn)代文明時代．到20世紀60年代，全球石油的消費量超過煤炭，成為第三代主體能源．20世紀40年代，物理學家發(fā)明了可以控制核能釋放的裝置——反應堆，拉開了以核能為代表的第三次能源革命的序幕．幾十年來，核電已經(jīng)成為一種相當成熟的技術(shù)．由于核電比火電更清潔、安全、經(jīng)濟，核能在許多經(jīng)濟發(fā)達國家已經(jīng)成為常規(guī)能源．（4）綠色能源革命——未來文明60年代以來，“能源革命”的呼聲日漸高漲．“能源革命”的目的，是以綠色能源，包括新能源（如核能）和可再生能源（包括水電能、太陽能、風能、地熱能、海洋能和氫能等）逐步代替礦物能源．綠色能源將有望為21世紀人類社會的發(fā)展提供持久的動力．2．能量轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)移的方向性在課本圖17.4――7中豆子生長的過程，按順序應為．能量的轉(zhuǎn)化、能量的轉(zhuǎn)移，都是有性的．我們是在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中利用能量的，因此，不是什么能量都可以利用．能源的利用是有條件的，也是有代價的．有的東西可以成為能源，有的卻不能．目標五：能源與可持續(xù)發(fā)展1認識能源消耗對環(huán)境的影響。

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通過了解大量消耗能源對環(huán)境造成的破壞，初步認識科技給人類帶來的負面效應，具有節(jié)能意識、環(huán)保意識通過閱讀164~166頁回答下面的問題。填寫165頁表格討論利用能源過程中對環(huán)境的影響。未來的理想能源要滿足哪些條件？1）2）3）4）中考物理試題匯編能源與可持續(xù)發(fā)展1)（08江蘇常州）常州市城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠將于2008年9月28日并網(wǎng)發(fā)電．該工程總投資5億元，每天可焚燒垃圾7.5X105kg,發(fā)電1.6X10A.解決城市生活垃圾的處理難題，變廢為寶B.高溫消滅垃圾中的細菌、病毒，有利環(huán)保C.減少需要填埋的垃圾質(zhì)量和體積，節(jié)約土地D.居民投放垃圾不用分類，輕松便捷2)（08江蘇常州）北京奧運會廣泛應用了節(jié)能減排技術(shù)，成為節(jié)約能源、減少二氧化碳排放量的成功典范．下列措施中，不屬于節(jié)能減排的是A.國家體育場裝有l(wèi)00kW太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)B.奧運村內(nèi)車輛應減速慢行C.奧運村生活熱水全部來自6000m2的太陽能集熱器D.3)（08江蘇連云港）下圖為田灣核電站發(fā)電流程圖。在核電站的發(fā)電過程中，核能的獲取途徑及能量轉(zhuǎn)化順序正確的是A．聚變；核能→內(nèi)能→化學能→電能B．聚變；核能→內(nèi)能→機械能→電能C．裂變；核能→內(nèi)能→機械能→電能D．裂變；核能→內(nèi)能→化學能→電能4)（08江蘇蘇州）下列能源中屬于可再生能源的是A．煤B．石油C．天然氣D．太陽能5)（08江蘇徐州）為緩解電力緊張的狀況，開發(fā)利用新能源，我國陸續(xù)建成了一些核電站。關(guān)于核電站，下列說法正確的是A．核電站使用的核燃料是石油或天然氣B．核反應堆中發(fā)生的是不可控制的核裂變C．核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程是：核能一內(nèi)能一機械能一電能D．核電站產(chǎn)生的核廢料可以像生活垃圾那樣被處理或進行二次加工利用6)（08江蘇鎮(zhèn)江）現(xiàn)代社會，人們越來越關(guān)注能源問題，下列能源屬于可再生能源的是A．煤B．石油C．風能D．天然氣7)（08湖南衡陽）“能源和環(huán)境”是全世界各國共同面臨的問題。我國各地正在進行“資源節(jié)約型”、“環(huán)境友好型”兩型社會建設(shè)試點。我省就有長沙、株洲、湘潭是試點城市。保護環(huán)境、節(jié)約能源要從我做起，下列說法中需要改正的是（）A．養(yǎng)成及時關(guān)掉水龍頭和人走關(guān)燈的習慣B．盡可能用太陽能熱水器代替電熱水器C．及時將生活垃圾、廢電池裝在一起丟到垃圾箱D．用洗臉水沖廁所8)(08宜昌)下列能源中既屬于一次能源又屬于可再生能源的是A.太陽能B.核能C.石油D.天然氣9)（08湖北孝感）下列關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化和守恒的說法中錯誤的是A．高山上滾下的石塊越來越快，說明重力勢能轉(zhuǎn)化為動能B．酒精燃燒時將化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．發(fā)電機發(fā)電時，將機械能轉(zhuǎn)化為電能D．人們對太陽能的開發(fā)和利用說明能量可以憑空產(chǎn)生10)下列能源在利用時對環(huán)境污染最厲害的是（）A．太陽能B．風能C．煤D．電能11)（08福建泉州）建設(shè)節(jié)約型社會，節(jié)約能源、保護環(huán)境是當代公民的責任。下列有關(guān)做法中正確的是A．將生活污水直接排入江河B．將舊電池丟棄到池塘C．生活中盡量使用節(jié)能燈具D．放學后教室內(nèi)日光燈徹夜通明12)（08福建泉州）以下能源中屬于可再生能源的是A．石油B．太陽能C．天然氣D．煤13)（08廣西欽州）以下能源中屬于可再生能源的是（）A.石油、水力B.風能、太陽能C.天然氣、風能D煤、生物能14)（08湖北荊門）北京奧運會“綠色、科技、人文”的理念已落實到相關(guān)工作中，前不久完成的奧運圣火在珠穆朗瑪峰的傳遞，創(chuàng)造了諸多奧運圣火傳遞的奇跡。設(shè)在海拔5200米處的大本營把太陽能作為工作和生活的能源。建起如圖2所示的由太陽能光伏板（太陽電池）組成功率達到10kW的光伏小電站。關(guān)于太陽能光伏發(fā)電站，下面說法正確的是A．這個發(fā)電站工作時將太陽能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B．這個發(fā)電站工作時將電能轉(zhuǎn)化為光能C．這個發(fā)電站工作時不會對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染D．這個發(fā)電站在任何時候都能正常工作15)（08內(nèi)蒙古通遼）下列裝置中不是直接利用太陽能的是A．電冰箱B．太陽灶C．光電池D．太陽能熱水器16)（08山東威海）自然界中存在著多種人類所需的能源，在下列幾組能源中，屬于可再生能源的一組是Ａ．水能、石油、核燃料Ｂ．風能、水能、太陽能Ｃ．煤炭、石油、天然氣Ｄ．風能、地熱能、天然氣17)（08山東棗莊）下列設(shè)備中不是利用核裂變的是A．氫彈B．原子彈C．核電站D．核潛艇18)（山東淄博）關(guān)于太陽能的下列說法中，不正確的是A．太陽能分布廣闊，獲取比較方便B．太陽能安全、清潔，利用太陽能不會給環(huán)境帶來污染C．太陽能是可供人類利用的一種新能源，但無法被人類直接利用D．對于人類來說，太陽能幾乎是一種取之不盡、用之不竭的永久性能源19)（08山西太原）火力發(fā)電廠靠燃燒煤發(fā)電，下列關(guān)于火力發(fā)電的說法正確的是A、煤是可再生能源B、利用電流的磁效應發(fā)電C、發(fā)電時將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能D、會造成環(huán)境污染20)（08四川內(nèi)江）2008年8月8日，第29屆國際奧林匹克運動會將在北京隆重開幕，奧運會的主體育館—“鳥巢”是當今世界上最大的環(huán)保型體育場。當使用該體育場內(nèi)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電時，是能轉(zhuǎn)化為能。21)（08四川攀枝花）由于光照而產(chǎn)生電壓的現(xiàn)象叫光伏效應。單晶硅太陽能電池就是根據(jù)光伏效應設(shè)計的。已知某一單片單晶硅太陽能電池在正常太陽光照射下，光電轉(zhuǎn)換效率可達25％，產(chǎn)生的電壓為0.6V，用它給電阻為6Ω的用電器供電，電流是A，每秒鐘照射到該單片單晶硅太陽能電池上的太陽光的能量至少是J.22)（08湖南懷化）下列屬于不可再生能源的是A、核能B、太陽能C、水能D、生物質(zhì)能23)（08湘潭）下列能源中，在使用時最安全、最清潔的是A．煤氣B．核能C．電能D．太陽能24)（08湘西）天然氣、煤炭、石油、地熱能這幾種能源中,不屬于化石能源的是_______________.25)(08浙江湖州)2008年3月24日下午北京奧運會圣火采集儀式在希臘的赫拉伸廟前舉行。圣火點燃后，以“點燃激情、傳遞夢想”為口號的“祥云”火炬?zhèn)鬟f在全球進行。圣火的點燃利用了太陽能，下列屬于能量單位的是（）A.牛頓B.26)(08浙江湖州)石油是一種重要的能源，但又是不可再生的能源，目前人類正面臨著石油短缺、油價上漲的挑戰(zhàn)。探求能源利用的新途徑是人類亟待解決的課題。以下探究能源利用的途徑不恰當?shù)氖牵ǎ〢.更多地利用木材B.更多地利用太陽能C.增加風力發(fā)電量D.增加核發(fā)電量27)把兩種不同的金屬片插入檸檬，制成“水果電池”．用電壓表測量水果電池的電壓，如圖2所示．下列說法正確的是A．金屬片B是水果電池的正極B．水果電池把化學能轉(zhuǎn)化為電能C．水果電池把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能D．水果電池把電能轉(zhuǎn)化為化學能28)(08山東煙臺)學習了內(nèi)能及能量的轉(zhuǎn)化和守恒后，同學們在一起梳理知識時交流了以下想法，你認為其中正確的是A．做功改變物體的內(nèi)能是不同形式的能的相互轉(zhuǎn)化B．熱傳遞改變物體的內(nèi)能是不同形式的能的相互轉(zhuǎn)化C．各種形式的能在一定條件下都可以相互轉(zhuǎn)化D．能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中總會有損耗，但能量的總量保持不變29)(08河南)關(guān)于能源的開發(fā)和利用，下列說法中正確的是A．天然氣是可再生能源B．可通過太陽能電池把光能轉(zhuǎn)化成電能C．煤和石油的大量燃燒不會導致溫室效應D．秦山核電站利用的是核聚變釋放的能量30)（08菏澤）下列各組能源中，均為不可再生能源的是()A.煤、石油、天然氣B.太陽能、地熱能、風能C.電能、汽油、風能D.核能、水能、生物能31)(08河北)下列能源中，屬于不可再生能源的一組是①煤②核燃料③生物質(zhì)能④石油A．①②③B．①②④c．①③④D．②③④32)（08寧德）在風景秀美的太姥山下，寧德核電站正在籌建中，關(guān)于核電站，下列說法正確的是（）A核電站所使用的核燃料是煤和石油B核電站核反應堆發(fā)生的是可以控制的核裂變C核電站發(fā)電的能量轉(zhuǎn)化過程中：核能內(nèi)能電能機械能D核電站產(chǎn)生的核廢棄料可以當作生活垃圾來處理33)（08貴陽）用電器是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式能的器件，在下列用電器中利用電能轉(zhuǎn)化為機械能的是A．電飯鍋Ｂ．電燈泡Ｃ．電風扇Ｄ．電視機34)(08陜西)太陽是人類的“能源之母”，屬于可再生能源。下列能源中均屬于可再生的一組是（）○1風能○2水○3煤○4.石油○5核燃料A.1,2B.1,2,5C.3,4D.3,4,5

電化學技術(shù)在新能源中的利用一.能源的概況1.能源的重要性1.能源的重要性自古以來,人類就為改善生存條件和促進社會經(jīng)濟的發(fā)展而不停地進行奮斗.在這一過程中,能源一直扮演著重要的角色.從世界經(jīng)濟發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀來看,能源問題已成為社會經(jīng)濟發(fā)展中一個具有戰(zhàn)略意義的問題,能源的消耗水平已成為衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的重要標志,能源問題對社會經(jīng)濟發(fā)展起著決定性的作用.2.能源的種類2.能源的種類大自然賦予人類的能源是多種多樣的,一般可分為常規(guī)能源和新能源兩大類.常規(guī)能源包括煤炭,石油,天然氣和水能,而新能源有生物質(zhì)能,核能,風能,地熱能,海洋能,太陽能和氫能等.其中煤炭,石油,天然氣被成為化石能源,水能,生物質(zhì)能,風能,太陽能和氫能等是可再生能源.3.化石能源的問題(1)化石能源的短缺化石能源的短缺能源是人類賴以生存和社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是國民經(jīng)濟發(fā)展的命脈,但目前主要使用的化石能源的儲量不多.據(jù)2002年世界探明的化石能源的儲量和使用量統(tǒng)計,世界上煤,石油和天然氣的儲采比分別為204,40和60年,中國的情況更為嚴峻,據(jù)2002年統(tǒng)計,中國煤,石油和天然氣的儲采比只有82,15和46年.這表明在人類歷史的長河中,只有很短的一段時間能使用化石能源.隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)高速增長,對能源的需求也持續(xù)攀升.我國一次能源消費總量從1978年的5.3億噸標準煤,上升到2002年的14.3億噸.據(jù)估計,我國在2004,2020和2050年的石油消費量達3,4.5和6億噸,其中進口量分別為1,2.7和4億噸.4億噸的進口量相當于目前美國的石油進口量,這不但會制約我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,而且對國家的安全也十分不利.(2)化石燃料造成嚴重環(huán)境污染和氣候異常化石燃料造成嚴重環(huán)境污染和氣候異常化石燃料的使用引起的環(huán)境污染,排放的CO2會造成溫室效應,使全球氣候變暖.有關(guān)機構(gòu)已向聯(lián)合國發(fā)出警告,如再不對CO2的排放采取嚴厲措施,在10年內(nèi),世界的氣候?qū)a(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的變化.我國的環(huán)境污染問題更是日趨嚴重,目前,我國CO2排放量占世界總排放量的14%,在美國之后位居第二,估計到2025年,將位居第一.在本世紀初聯(lián)合國關(guān)于環(huán)境污染的調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)在世界上十個環(huán)境污染最嚴重的城市中,七個在中國.它們是太原,北京,烏魯木齊,蘭州,重慶,濟南和石家莊.4.21世紀世界能源發(fā)展趨勢世紀世界能源發(fā)展趨勢(1)節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能技術(shù)將備受重視節(jié)能就是提高能源利用率,減少能源的浪費.目前節(jié)能技術(shù)水平已是一個國家能源利用情況的綜合性指標,也是一個國家總體科學技術(shù)水平的重要標志.許多研究報告指出,依靠節(jié)能可以將能源需求量降低2530%.我國在能源利用方面的效率很低,我國的能耗很高,是世界平均水平的2倍,發(fā)達國家的5-10倍,因此更應重視節(jié)能技術(shù),我國應該充分重視化石能源的高效利用.(2)世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革世界能源系統(tǒng)將發(fā)生重大變革據(jù)預測,20世紀形成的以化石燃料為主的世界能源系統(tǒng)將在21世紀轉(zhuǎn)換成以可再生能源為主的新的世界能源系統(tǒng).在20世紀末,化石燃料的使用量占了世界一次能源用量的89.5%.據(jù)世界能源委員會(WEC)和國際應用分析系統(tǒng)研究所的研究報告認為,在20世紀上半葉,化石燃料仍將是世界一次能源的主體,但到21世紀下半葉,太陽能,生物質(zhì)能,風能等新能源將占世界能源的50%左右.(3)煤炭將作為過渡能源而受到重視煤炭將作為過渡能源而受到重視由于石油和天然氣的儲量較少,而煤炭儲量相對較多,因此煤炭將作為一種過渡能源而在21世紀上半葉受到重視.主要發(fā)展的技術(shù)是潔凈煤技術(shù),煤液化和汽化技術(shù).(4)新化石能源的開發(fā)將得到強化新化石能源的開發(fā)將得到強化近年來發(fā)現(xiàn),在海洋300米深處有甲烷水合物存在.目前,甲烷水合物的開發(fā)已經(jīng)受到特別的關(guān)注.據(jù)估計,世界甲烷水合物的儲量可能超過石油,天然氣和煤炭儲量的總和.因此,甲烷水合物作為儲量巨大的未開發(fā)能源開始受到世界各國的高度重視.(5)核能的利用將進一步得到重視核能的利用將進一步得到重視據(jù)國際原子能機構(gòu)統(tǒng)計,在20世紀末,全世界運行的核電站有436座,總發(fā)電量為3.5億千瓦.這些電站主要分布在美,法,日,英,俄等31個國家,近年來,由于擔心核電站運轉(zhuǎn)的安全性,核廢料對環(huán)境的影響和核技術(shù)擴散對世界安全性的影響,核能的發(fā)展在發(fā)達國家已有下降趨勢,但在亞洲地區(qū)仍有強勁的增加趨勢,我國準備在今后幾年內(nèi)建造4座核電站.受控核聚變是一直受人們關(guān)心的技術(shù),因為在海水中大約有23.4億萬噸氘,如受控核聚變技術(shù)在21世紀能得到應用,在21世紀末,核能可望占世界一次能源的30%左右.(6)可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視可再生能源的開發(fā)將越來越受到重視鑒于化石燃料的短缺及化石燃料的使用引起嚴重的環(huán)境污染和氣候異常,人們對新能源的開發(fā)越來越重視.其中水力能,地熱能,海洋能和風能的可利用資源有限,因此,太陽能,生物質(zhì)能和氫能的利用將倍受關(guān)注.二.生物質(zhì)能的利用1.生物質(zhì)能的優(yōu)點.(1)生物質(zhì)來源豐富地球上每年生長的生物質(zhì)總量約14001800億噸,相當于目前世界總能耗的10倍,我國的生物質(zhì)能也極為豐富,可作為能源開發(fā)的生物質(zhì)能總量可達4.5億噸標準煤.加上生物質(zhì)能可再生.因此,生物質(zhì)能的高效,規(guī)模化利用可有效緩解世界能源供需矛盾.(2)生物質(zhì)能可多途徑利用(a)直接燃燒.其熱能和蒸汽可發(fā)電,技術(shù)成熟,但效率低.(b)生物轉(zhuǎn)化.包括制沼氣和水解發(fā)酵制取醇類.生物質(zhì)制甲醇和乙醇技術(shù)基本成熟,但生產(chǎn)成本較高.生物質(zhì)制沼氣技術(shù)相當成熟.2002年全國已建1300多萬個沼氣池.(c)光熱轉(zhuǎn)化.通過氣化,裂解,光催化等技術(shù),獲得氣,液體燃料來發(fā)電.(d)生物柴油.從油料植物提取植物油,經(jīng)甲酯化得生物柴油.它有含氧高,含硫低,分解性能好,燃燒效率高等優(yōu)點.(3)生物質(zhì)能利用的環(huán)境污染少由于生物質(zhì)利用過程中釋放的CO2是其生長過程通過光合作用從環(huán)境吸收的,所以生物質(zhì)能的利用過程不排放額外的CO2,而對環(huán)境污染少.生物質(zhì)能的利用還能降低污染.如可利用生物質(zhì)熱解汽化技術(shù)處理生活垃圾等,可得到以甲烷為主的燃氣,實現(xiàn)垃圾的減量化,無害化,資源化.2.生物質(zhì)能利用的問題2.生物質(zhì)能利用的問題生物質(zhì)能利用的缺點主要是生物質(zhì)分布廣,大面積收集成本高,經(jīng)濟的收集半徑在50公里以內(nèi),只適合建立小型,分散的生物質(zhì)能利用系統(tǒng).而小型轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的效率低,不提高生物質(zhì)能的利用效率就不能獲得好的經(jīng)濟效益,這是生物質(zhì)能至今未能實現(xiàn)規(guī)模化應用的關(guān)鍵問題之一.因此,如何在小型,分散體系實現(xiàn)能量的高效,清潔及規(guī)模化利用是迫切需要解決的問題.三.太陽能的利用1.太陽能的優(yōu)點太陽能的優(yōu)點(1)太陽能來源豐富太陽能來源豐富太陽能來源豐富是眾所周知的,這似乎是一種用之不絕,取之不盡的能源.太陽內(nèi)部不停地進行熱核反應,釋放出巨大的能量,輻射到地球上的能量只占起輻射總能量的極小部分,約1/22億,但地球每年接收的太陽能至少有6×1017千瓦小時,相當于74萬噸標準煤的能量.其中被植物吸收的僅占0.015%.可見,開發(fā)太陽能利用的潛力很大.(2)太陽能的使用沒有污染問題太陽能的使用沒有污染問題這也是眾所周知的,太陽能的使用基本上沒有污染問題.(3)太陽能可多途徑利用太陽能可多途徑利用(a)太陽能的熱利用.如太陽能熱水器,太陽灶,太陽能蓄熱池發(fā)電等.(b)太陽能發(fā)電.如太陽能電池和光電池.(c)光催化和光電催化制氫.主要用這兩種技術(shù)從水或生物質(zhì)中制得氫氣.2.太陽能利用的概況太陽能利用的概況近年來,太陽能的利用發(fā)展很快,據(jù)1997年的數(shù)據(jù),全球太陽能發(fā)電量已達800兆瓦.到2000年,日本已有7萬個住宅用上太陽能電池,美國和歐盟計劃在2010年前安裝100萬套太陽能電池.特別是把太陽能電池與屋頂瓦結(jié)合成光電發(fā)電系統(tǒng),目前歐洲已有300套,年發(fā)電量為1億千瓦.這種系統(tǒng)不但可供應清潔能源,而且美觀耐用,壽命可達25年.太陽能的熱利用發(fā)展更快.特別在我國,太陽能熱水器的年產(chǎn)值已達60多億元,居世界首位.3.太陽能利用的問題太陽能利用的問題開發(fā)太陽能利用的主要問題是如何提高太陽能的轉(zhuǎn)換效率,其次是降低成本,這對我國特別重要,目前我國生產(chǎn)太陽能電池的能力已達幾百兆瓦,但由于價格高,基本上都銷往國外.第三,一些技術(shù),如光催化和光電催化制氫技術(shù)還沒成熟,沒有達到實用化的階段,應該抓緊這方面的研究和發(fā)展.四.氫能的利用1.氫能的優(yōu)點氫能的優(yōu)點(1)氫是自然界儲量最豐富的元素.(2)氫是除核燃料外發(fā)熱量最大的燃料.(3)氫燃燒生成水,是世界上最清潔的燃料.(4)燃燒性能好,可燃范圍大,燃燒速度快.(5)氫可用多種方法大規(guī)模生產(chǎn).(6)氫的利用形式多,可通過燃燒發(fā)電,通過燃料電池發(fā)電等.2.對氫能利用的重視2002年加拿大舉辦了以"氫行星"為主題的第14屆世界氫能源大會.2003年在華盛頓召開15個國家和地區(qū)參加的"國際氫能經(jīng)濟合作伙伴"會議.冰島計劃用40年時間將冰島建成"氫社會".布什將投資120億美元來促進氫能源的發(fā)展.過去5年,工業(yè)化國家在氫能開發(fā)領(lǐng)域的投入年均遞增20.5%.氫將取代天然氣,油和煤而成為未來世界的主要能源,進入氫能時代已成為近年來的熱門話題,21世紀將是氫能世紀.布什舉著使用氫燃料的照相機我國對發(fā)展氫能經(jīng)濟也開始重視,參加了2003年在華盛頓召開的有15國家參加的"國際氫能經(jīng)濟合作伙伴"會議.2004和2005舉辦了兩次關(guān)于氫能經(jīng)濟的中美雙邊會議.今年一月,中國科學院院士局召開了關(guān)于"石油替代能源"的研討會,主要討論石油資源可持續(xù)性分析,石油的替代能源,氫能燃料和我國的石油替代能源.并要組織人員進行軟課題研究.3.氫能的問題3.氫能的問題(1)氫的價格氫的制備,儲存和運輸中的價格問題,是影響走進氫能時代的很關(guān)鍵的問題.要降低其價格,必須形成氫的制備,儲存和運輸?shù)木W(wǎng)絡(luò).(2)廉價清潔的制氫技術(shù)問題(2)廉價清潔的制氫技術(shù)問題目前制氫效率很低,氫的制取要消耗大量的能量,因此尋求大規(guī)模的廉價清潔的制氫技術(shù)是各國科學家共同關(guān)心的問題.(a)化石燃料制氫:目前,96%氫從化石燃料制備,技術(shù)成熟,但要造成環(huán)境污染.(b)電解水制氫:技術(shù)成熟,但耗能多,價格高.一般每生產(chǎn)1立方米的氫氣,需要消耗4.2-6度的電能,其能量轉(zhuǎn)化率不到32%.(c)生物質(zhì)制氫:有可再生,產(chǎn)量大,可儲存,碳循環(huán)等優(yōu)點,從中長期看是最有前途的制氫方式.目前生物質(zhì)制氫效率低.(d)生物制氫:國內(nèi)外在選育高效產(chǎn)氫菌株工作進展不快,制氫效率低.(e)風能制氫:用風能發(fā)電來電解水產(chǎn)生氫,技術(shù)上沒有問題,降低成本和風能發(fā)電量少是主要的問題.(f)太陽能制氫:該法還處在基礎(chǔ)研究階段,離商業(yè)化還有較遠的距離.(3)氫的儲運問題(3)氫的儲運問題氫的儲運技術(shù)主要解決儲運的安全性和成本,現(xiàn)在由于儲運技術(shù)不過關(guān),因此浪費了許多氫.許多工業(yè)過程,如煉油,煉焦,氯堿,合成氨,合成甲醇及煤氣制造等多有大量的副產(chǎn)品氫氣,只是由于儲運技術(shù)的問題而不能被利用.我國每年放空和燒掉的氫氣至少在1010標立方米以上.因此解決氫的儲運問題也是走進氫能時代的一個很關(guān)鍵的問題.目前氫的儲運還有很大問題.(a)高壓儲氫:儲氫量少,只有1%左右,還有不安全的問題.(b)液氫儲氫:很不方便,儲氫設(shè)備大,蒸發(fā)損失大.(c)吸附儲氫:這是目前的研究熱點,但儲氫容量還較低,一般不超過2%.鎂合金儲氫在3%,但儲放不可逆.熱門一時的納米碳管儲氫也已沒有了希望,最終的儲氫量也只有1%左右.(e)化合物儲氫:放氫不容易.(4)燃料電池還沒有商品化用氫作燃料的燃料電池的出現(xiàn)是促進氫能利用的重要原因.近年來,由于化石燃料資源短缺和環(huán)境污染日趨嚴重,各國對燃料電池的研究十分重視.美國《時代周刊》把燃料電池列為21世紀十大高新科技之首,燃料電池已被認為是21世紀極具應用前景的一種新型能源系統(tǒng).雖然燃料電池有很誘人的優(yōu)點,而且燃料電池的發(fā)展已有100多年的歷史,但至今還沒有一種燃料電池已經(jīng)真正商品化,因此,燃料電池何時才能商品化是一個與氫能利用密切相關(guān)的問題.4.反對氫能的意見4.反對氫能的意見(a)氫以化合物形式存在,制氫要消耗能源.它不是一種能源,而是能源的流通手段.(b)氫的泄漏會改變氣候.氫不可避免泄漏,泄漏量可達15%.泄漏的氫會在大氣形成水霧,它會象二氧化碳一樣,使天氣變暖.(c)現(xiàn)在一般用高壓氫作燃料電池燃料,氫的泄漏會產(chǎn)生很大的不安全性,手機等的火花就會使泄漏的氫發(fā)生爆炸.(d)冰島能做的,其他國家不一定能做,冰島的氫都是電解水制得的,因該國70%的電是由地熱和水電站產(chǎn)生的.(5)氫的清潔生產(chǎn)要用風能和太陽能.據(jù)估計,如用風能發(fā)電制氫,當風能發(fā)電量達到美國6%的用電量,風能發(fā)電機要占的面積要有半個加州那么大.(6)布什承諾投資120億美元用于氫能的研究是一個微不足道的投資.美國去年用于核能和礦物質(zhì)燃料方面的研究經(jīng)費大于氫燃料的研究經(jīng)費.美國推行"健康婚姻"的預算就有150億美元.美國用于伊拉克戰(zhàn)爭的經(jīng)費每月390億美元.(7)氫燃料電池價格昂貴.目前內(nèi)燃機成本為每千瓦50美元,而氫燃料電池為800美元.估計大量使用后,也要300美元.另外所有的加油站改成加氫站也要花費大量的資金.五.燃料電池加速氫能利用1.燃料電池的優(yōu)點.(1)燃料電池是一種高效清潔的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng),可降低環(huán)境污染和氣候異常.(2)燃料電池能高效利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的氣,液物質(zhì)和氫作燃料,因此,能促進氫能的利用.(3)燃料電池的發(fā)電效率不受體系規(guī)模限制,小型燃料電池同樣能夠?qū)崿F(xiàn)高效發(fā)電,適合于生物質(zhì)分散性的特點.2.燃料電池定義燃料電池是一種不經(jīng)燃燒直接以電化學反應的方式將燃料的化學能轉(zhuǎn)變成電能的裝置,只要連續(xù)供應燃料,燃料電池就能連續(xù)發(fā)電.3.原理陽極反應:H2=2H++2e陰極反應:1/2O2+2H++2e=H2O總的反應:H2+1/2O2=H2O4.燃料電池分類堿性燃料電池(AFC)(1)堿性燃料電池(AFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Ag,氧化劑:氧電解液:30%KOH隔膜:石棉膜工作溫度:60-80oC用途:航天器和潛艇的動力源優(yōu)點:比能量和比功率高缺點:對CO2敏感,不宜地面使用(2)磷酸燃料電池(PAFC)磷酸燃料電池(PAFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:98%磷酸工作溫度:200oC用途:家庭住宅能源和汽車動力源優(yōu)點:穩(wěn)定性好,已有商品生產(chǎn)缺點:用貴金屬作催化劑,價格高.(3)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)陽極:催化劑:Pt,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含水的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:汽車和潛艇等的動力源優(yōu)點:比能量和比功率高,壽命長,應用范圍廣缺點:對CO敏感,價格高,800美元/千瓦,而內(nèi)燃機50美元/千瓦.氫源問題.(4)直接甲醇燃料電池(DMFC)直接甲醇燃料電池(DMFC)陽極:催化劑:Pt合金,燃料:氫陰極:催化劑:Pt,氧化劑:氧電解液:含硫酸的質(zhì)子交換膜工作溫度:60-80oC用途:可移動的小型電子儀器設(shè)備動力源優(yōu)點:比能量高,體積小問題:Pt對甲醇氧化電催化效率低,易被甲醇氧化中間產(chǎn)物毒化,甲醇會透過質(zhì)子交換膜.(5)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)陽極:催化劑:Ni,燃料:氫陰極:催化劑:NiO,氧化劑:氧電解液:熔融碳酸鹽(NaCO3-LiCO3)工作溫度:600oC用途:發(fā)電站優(yōu)點:反應溫度高,不需貴金屬催化劑.可用含CO的燃料氣.壽命長.能量轉(zhuǎn)換率高,可達80%.問題:高溫下,電解液會腐蝕電極材料.壽命2萬小時,商業(yè)上要4萬小時.(6)固體氧化物燃料電池(SOFC)固體氧化物燃料電池(SOFC)陽極:催化劑:NiZrO2,燃料:甲烷,氫陰極:催化劑:NaCrO4等,氧化劑:氧電解液:ZrO2,CeO2等工作溫度:900oC用途:發(fā)電站優(yōu)點:不需貴金屬催化劑.壽命長.可用各種燃料氣.抗中毒能力強.能量轉(zhuǎn)換率最高,可達80%以上.問題:高溫下,密封困難,放大困難.價格高.5.PEMFC發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)展現(xiàn)狀(1)世界各國對世界各國對PEMFC的重視世界各國對的重視近十年來,近十年來,PEMFC技術(shù)的研究開發(fā)受到技