高考化學復習課件：第5單元第21講太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用

歡迎進入化學課堂 第21講太陽能 生物質(zhì)能和氫能的利用 一 太陽能的利用綠色植物的光合作用是太陽能的主要吸收形式 地球上每年通過光合作用儲存的太陽能 相當于全球能耗的10倍左右 主要是通過1 光能 化學能6CO2 6H2OC6H12O6 6O22 化學能 熱能 C6H10O5 n nH2OnC6H12O6C6H12O6 6O26CO2 6H2O 直接利用太陽能主要有以下幾種方式 1 光 熱轉換利用太陽能輻射加熱物體而獲得熱能 如 溫室 大棚 地膜 太陽能熱水器等 2 光 電轉換 1 光 熱 電轉換 基本原理是利用太陽輻射能發(fā)電 2 光 電直接轉換 利用光電效應直接將太陽輻射能轉換為電能 3 光 化學能轉換利用太陽輻射能在適當?shù)拇呋瘎l件下可以使水分解制得氫氣 這是一種很有前途的光 化學能轉換方式 二 生物質(zhì)能的利用農(nóng)業(yè)廢棄物 如植物的秸稈 枝葉 水生植物 油料植物 城市與工業(yè)有機廢棄物 動物糞便等這些物質(zhì)中蘊藏著豐富的能量 我們把這些來自于植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量叫做生物質(zhì)能 生物質(zhì)能利用的主要方式 1 直接燃燒 C6H10O5 n 6nO26nCO2 5nH2O 2 生物化學轉換 C6H10O5 n nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH 2CO2 3 熱化學轉換C6H12O63CH4 3CO2 C6H10O5 n nH2O3nCH4 3nCO2 三 氫能的開發(fā)和利用制氫氣的原料是水 燃燒的產(chǎn)物也是水 因此它是一種理想的清潔燃料 考點一化學與STS 例1 2011 浙江 下列說法不正確的是 A 化學反應有新物質(zhì)生成 并遵循質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律B 原子吸收光譜儀可用于測定物質(zhì)中的金屬元素 紅外光譜儀可用于測定化合物的官能團C 分子間作用力比化學鍵弱得多 但它對物質(zhì)熔點 沸點有較大影響 而對溶解度無影響D 酶催化反應具有高效 專一 條件溫和等特點 化學模擬生物酶對綠色化學 環(huán)境保護及節(jié)能減排具有重要意義 C 解析 A項正確 化學反應遵守三大守恒規(guī)律 B項正確 原子吸收光譜儀也叫元素分析儀 能測定元素的種類和含量 紅外光譜儀測定有機物基團對紅外光的特征吸收光譜 C項錯誤 分子間作用力 特別是氫鍵 也能影響物質(zhì)溶解度 D項正確 如模擬生物固氮 細菌法煉銅 方法技巧點撥 本題主要考查化學與STS的聯(lián)系 目的是引導學生要重視課本知識 學好課本知識 要重視基礎知識的掌握 同時也考查學生掌握化學知識面的寬廣度和基礎知識的鞏固程度 以及注重理論聯(lián)系實際的能力培養(yǎng) 應該認識到化學是一門與生活 生產(chǎn)密切聯(lián)系的學科 平時就要培養(yǎng)養(yǎng)成勤于觀察 注意學科最新發(fā)展動向的好習慣 要善于聯(lián)系 學以致用 運用化學知識解釋或解決生活熱點問題 考點二化學反應中的能量變化 例2現(xiàn)在城市居民使用的管道煤氣的主要成分是 H2 CO和少量CH4 H2 CO和CH4的燃燒熱數(shù)據(jù)如下表所示 1 請寫出H2 CO和CH4燃燒的熱化學方程式 H2 g 1 2O2 g H2O l DH 285 8kJ molCO g 1 2O2 g CO2 g DH 283 0kJ molCH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l DH 890 3kJ mol 2 作為開發(fā)西部的西氣東輸工程的重要成就 西部天然氣已全面進入上海 江蘇境內(nèi) 陸續(xù)成為城市居民使用的主要能源 使用管道煤氣用戶改用天然氣 應調(diào)整灶具進氣量閥門 即增大 填 空氣 或 天然氣 的進入量或減少 填 空氣 或 天然氣 的進入量 據(jù)報道 同時燃氣價格也將在現(xiàn)有的0 95元 m3基礎上調(diào)整到1 31元 m3 請通過計算說明若居民保持生活水平不變 在消耗燃氣方面的消費大約是現(xiàn)在的 倍 空氣 天然氣 0 44 解析 燃燒熱是指完全燃燒1mol可燃物生成穩(wěn)定物質(zhì)所釋放的能量 因此燃燒產(chǎn)物應為CO2和液態(tài)H2O 結合熱化學方程式的書寫注意點 不難寫出正確的熱化學方程式 由燃燒方程式可見 1molH2或CO完全燃燒均需消耗0 5molO2 而1molCH4完全燃燒需消耗2molO2 顯然改燒天然氣使應增大空氣進入量或減少天然氣進入量 生活水平不變 即每天需要的熱量相等 不妨假設需要的熱量為890 3kJ 分別計算需要煤氣或天然氣的量 進而算出價格比1 31 890 5 284 4 0 95 0 44 方法技巧點撥 將能量變化與實際生活相結合 應是今后化學試題命題的方向 考點三新能源的應用 例3科學家認為 氫氣是一種高效而無污染的理想能源 近20年來 對以氫氣作為未來的動力燃料能源的研究獲得了迅速發(fā)展 1 已知 H2的燃燒熱為285 8kJ mol 1 試寫出H2完全燃燒的熱化學方程式 2H2 g O2 g 2H2O l DH 571 6kJ mol 1 2 用氫作為能源亟待解決的又一問題是貯氫材料的開發(fā) 研究表明某些過渡金屬能與氫原子形成氫化物 氫原子填充在金屬的晶格間隙之間 其組成不固定 通常是非化學計量的 如LaH2 76 已知標準狀況下 1體積的鈀粉大約可吸附896體積的氫氣 鈀粉的密度為10 64g cm3 試寫出鈀 Pd 的氫化物的化學式 PdH0 8 或Pd5H4 解析 1 熱化學方程式書寫應注意 注明狀態(tài) 注明對應的熱效應 含 號 單位應為kJ mol 1 不是kJ 2 通過求Pd和H的物質(zhì)的量之比求Pd的氫化物的化學式 方法技巧點撥 緊扣燃燒熱的概念迅速寫出熱化學方程式 將體積單位假設為升 根據(jù)密度 氣體摩爾體積換算成Pd和H的物質(zhì)的量之比 1 2011 揚州調(diào)研 乙醇可通過淀粉等生物質(zhì)原料發(fā)酵制得 屬于可再生資源 通過乙醇制取氫氣具有良好的應用前景 已知通過乙醇制取氫氣有如下兩條路線 a 水蒸氣催化重整 CH3CH2OH g H2O g 4H2 g 2CO g DH 255 58kJ mol 1b 部分催化氧化 CH3CH2OH g O2 g 3H2 g 2CO g DH 13 76kJ mol 1則下列說法錯誤的是 A 從原料消耗的角度來看 a路線制氫更有價值B 從能量消耗的角度來看 b路線制氫更加有利C a路線制氫由于要消耗很多能量 所以在實際生產(chǎn)中意義不大D 降低溫度 可提高b路線中乙醇的轉化率 解析 本題考查熱化學方程式的實際應用 a路線中 1mol乙醇可以產(chǎn)生4mol氫氣 b路線中 1mol乙醇可以產(chǎn)生3mol氫氣 A選項正確 從能量消耗的角度來看 b路線吸收的熱量要小的多 B選項正確 a路線需要吸收大量的熱量 所以不可取 C選項正確 該反應是吸熱反應 降低溫度 平衡逆向移動 D選項錯誤 答案 D 2 2011 日照三模 化學與科學 技術 社會 環(huán)境密切相關 下列有關說法中錯誤的是 A 推廣使用風能 太陽能等新能源能夠減少溫室氣體的排放B 餐桌上的瓷盤是硅酸鹽制品C 制作航天服的聚酯纖維和用于光纜通信的光導纖維都是新型無機非金屬材料D 用 84 消毒液來殺死H1N1流感病毒是因為病毒蛋白質(zhì)變性 C 解析 本題考查化學與STSE知識 聚酯纖維屬于有機高分子化合物 而光導纖維則是SiO2 3 氫能是一種既高效又干凈的新能源 發(fā)展前景良好 用氫作能源的燃料電池汽車倍受青睞 我國擁有完全自主知識產(chǎn)權的氫燃料電池轎車 超越三號 已達到世界先進水平 并加快向產(chǎn)業(yè)化的目標邁進 氫能具有的優(yōu)點包括 原料來源廣 易燃燒 熱值高 儲存方便 制備工藝廉價易行A B C D A 解析 水是廣泛的氫來源 但是氫氣儲存不方便 制備時候要消耗大量能源 4 下列關于熱化學反應的描述中正確的是 A HCl和NaOH反應的中和熱DH 57 3kJ mol 則H2SO4和Ca OH 2反應的中和熱DH 2 57 3 kJ molB CO g 的燃燒熱是283 0kJ mol 則2CO2 g 2CO g O2 g 反應的DH 2 283 0kJ molC 需要加熱才能發(fā)生的反應一定是吸熱反應D 1mol甲烷燃燒生成氣態(tài)水和二氧化碳所放出的熱量是甲烷的燃燒熱 B 解析 選項A中中和熱是指在一定條件下強酸與強堿的稀溶液反應生成1molH2O所放出的熱量 與酸和堿的元數(shù)無關 選項C中加熱是化學反應的條件 與反應是否為放熱和吸熱無關 如 Fe S FeS 它屬于放熱反應 選項D中燃燒熱是指1mol的物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物所放出的熱量 這里的穩(wěn)定化合物包含兩層意思 一是化合物穩(wěn)定 如C燃燒可生成CO和CO2 其中CO2比CO穩(wěn)定 二是化合物的狀態(tài)穩(wěn)定 如氣態(tài)的水就不如液態(tài)的水穩(wěn)定 5 工業(yè)上制備純硅反應的熱化學方程式如下 SiCl4 g 2H2 g Si s 4HCl g DH QkJ mol 1 Q 0 某溫度 壓強下 將一定量的反應物通入密閉容器進行以上的反應 此條件下為可逆反應 下列敘述正確的是 A 反應過程中 若增大壓強能提高SiCl4的轉化率B 若反應開始時SiCl4為1mol 則達到平衡時 吸收熱量為QkJC 反應至4min時 若HCl的濃度為0 12mol L 1 則H2的反應速率為0 03mol L min D 當反應吸收熱量為0 025QkJ時 生成的HCl通入100mL1mol L 1的NaOH恰好反應 D 解析 該反應為體積增大的反應 增大壓強平衡左移 減小SiCl4轉化率 A錯 該反應為可逆反應 不能實現(xiàn)完全轉化 放出的熱量一定小于QkJ B錯 反應至4min時 HCl的濃度為0 12mol L 表示的反應速率為 v HCl 0 03mol L min 換算為v H2 0 015mol L min C錯 當放熱0 025QkJ時 說明反應的SiCl4為0 025mol 生成HCl0 1mol 其與100mL1mol L的NaOH恰好反應 D正確 6 2011 海南模擬 將煤轉化為水煤氣的主要化學反應為C s H2O g CO g H2 g C s CO g 和H2 g 完全燃燒的熱化學方程式為C s O2 g CO2 g DH 393 5kJ mol 1H2 g 1 2O2 g H2O g DH 242 0kJ mol 1CO g 1 2O2 g CO2 g DH 283 0kJ mol 1請回答 1 根據(jù)以上數(shù)據(jù) 寫出C s 與水蒸氣反應的熱化學方程式 高溫 C s H2O g CO g H2 g DH 131 5kJ mol 1 2 比較反應熱數(shù)據(jù)可知 1molCO g 和1molH2 g 完全燃燒放出的熱量之和比1molC s 完全燃燒放出的熱量多 甲同學據(jù)此認為 煤轉化為水煤氣可以使煤燃燒放出更多的熱量 乙同學根據(jù)蓋斯定律作出下列循環(huán)圖 并據(jù)此認為 煤轉化為水煤氣再燃燒放出的熱量與煤直接燃燒放出的熱量相等 請分析 甲 乙兩同學觀點正確的是 填 甲 或 乙 判斷的理由是 3 將煤轉化為水煤氣作為燃料和煤直接燃燒相比有很多優(yōu)點 請列舉其中的兩個優(yōu)點 乙 甲同學忽略了煤轉化為水煤氣要吸收熱量 或DH1 DH2 DH3且DH2 0 減少污染 燃燒充分 方便運輸 答兩個即可 4 水煤氣不僅是優(yōu)良的氣體燃料 也是重要的有機化工原料 CO和H2在一定條件下可以合成 甲醇 甲醛 甲酸 乙酸 試分析當CO和H2按1 1的體積比混合反應 合成上述 填序號 物質(zhì)時 可以滿足 綠色化學 的要求 完全利用原料中的原子 實現(xiàn)零排放 解析 根據(jù)蓋斯定律將方程式合并即可得C s H2O g CO g H2 g DH 131 5kJ mol 1 由此可知煤轉化為水煤氣是吸熱反應 而甲正是忽略了這個問題 才誤認為 煤轉化為水煤氣可以使煤燃燒放出更多的熱量 CO和H2按1 1反應合成物質(zhì)時 可達到零排放 符合 綠色化學 的要求 則合成的物質(zhì)滿足最簡式為CH2O 則 符合 7 2011 大連三模 據(jù)NASA太空飛行網(wǎng)站2011年2月6日報道 太平洋標準時間2月6日4點26分 一枚 米諾陶 1 MinotaurI 火箭從范登堡空軍基地發(fā)射 火箭攜帶了一顆美國國家偵察辦公室 NRO 國家安全有效載荷 火箭使用偏二甲肼與四氧化二氮反應生成二氧化碳 氮氣和水蒸氣 并放出大量能量 利用該能量將衛(wèi)星送上天空 1 寫出化學方程式 2 火箭發(fā)射場產(chǎn)生大量濃紅棕色氣體 它是由N2O4 2NO2產(chǎn)生 該反應 填 是 或 不是 氧化還原反應 理由是 不是 因為NO2和N2O4中氮元素化合價都是 4價 化合價沒有變化 3 利用下列儀器測定上述化學反應產(chǎn)物的化學計量數(shù)之比 C瓶裝試劑是 其作用是 儀器連接順序為 測定氮氣體積注意事項是 若測得A裝置反應前后凈增ag B裝置收集到bL氣體 標準狀況 C裝置反應前后凈增cg則上述反應產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比 n CO2 n H2O n N2 濃硫酸 吸收水蒸氣 C A B a 冷卻至室溫 b 調(diào)平B裝置中量筒與集氣瓶的液面 c 讀數(shù)時視線與量筒凹液面最低處相平 解析 本題以含氮高能燃料為載體聯(lián)系化學方程式書寫 反應類型判斷 以及實驗設計命題 1 根據(jù)反應物和產(chǎn)物直接寫出其化學式 用觀察法配平方程式 2 判斷氧化還原反應的唯一標準是元素化合價是否發(fā)生變化 由于二氧化氮和四氧化二氮中氮元素都是 4價 所以 它不是氧化還原反應 3 測定其產(chǎn)物中水 二氧化碳和氮氣 由于A裝置中堿石灰既能吸收水 又能吸收二氧化碳 所以 C裝置用于吸收水 一般盛裝濃硫酸 A裝置用于吸收二氧化碳 B裝置用于測定氮氣體積 實驗順序是 先測定 水的質(zhì)量 然后 測定二氧化碳 最后 測定氮氣體積 測定氮氣體積注意三點 一是溫度冷卻至室溫 二是上下移動量筒調(diào)平量筒與集氣瓶的液面 三是讀數(shù)時 視線與量筒凹液面最低處相平 A裝置凈增質(zhì)量為二氧化碳 C裝置凈增質(zhì)量為水 故 n H2O mol n CO2 mol n N2 mol 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全