浙江省高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)航 第5單元第21講 太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用課件 新課標(biāo)

一、太陽能的利用一、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(chǔ)存的太陽能，相當(dāng)于全球能耗的10倍左右。主要是通過 1光能化學(xué)能 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 2化學(xué)能熱能 (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O光葉綠素催化劑催化劑 直接利用太陽能主要有以下幾種方式： 1光-熱轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換 (1)光-熱-電轉(zhuǎn)換：基本原理是利用太陽輻射能發(fā)電。 (2)光-電直接轉(zhuǎn)換：利用光電效應(yīng)直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能。 3光-化學(xué)能轉(zhuǎn)換 利用太陽輻射能在適當(dāng)?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(xué)能轉(zhuǎn)換方式。 二、生物質(zhì)能的利用二、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(jī)廢棄物、動(dòng)物糞便等這些物質(zhì)中蘊(yùn)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+6nO2 6nCO2+5nH2O 2生物化學(xué)轉(zhuǎn)換 (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 3熱化學(xué)轉(zhuǎn)換 C6H12O6 3CH4+3CO2 (C6H10O5)n+nH2O 3nCH4+3nCO2淀粉酶催化劑發(fā)酵隔離空氣發(fā)酵 三、氫能的開發(fā)和利用三、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?？键c(diǎn)一 化學(xué)與STS 例例1 (2011浙江浙江)下列說法不正確的是() A化學(xué)反應(yīng)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(tuán) C分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多，但它對物質(zhì)熔點(diǎn)、沸點(diǎn)有較大影響，而對溶解度無影響 D酶催化反應(yīng)具有高效、專一、條件溫和等特點(diǎn)，化學(xué)模擬生物酶對綠色化學(xué)、環(huán)境保護(hù)及節(jié)能減排具有重要意義C 【解析】A項(xiàng)正確，化學(xué)反應(yīng)遵守三大守恒規(guī)律。B項(xiàng)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(jī)物基團(tuán)對紅外光的特征吸收光譜。C項(xiàng)錯(cuò)誤，分子間作用力(特別是氫鍵)，也能影響物質(zhì)溶解度。D項(xiàng)正確，如模擬生物固氮，細(xì)菌法煉銅。 【方法技巧點(diǎn)撥】本題主要考查化學(xué)與STS的聯(lián)系。目的是引導(dǎo)學(xué)生要重視課本知識(shí)，學(xué)好課本知識(shí)，要重視基礎(chǔ)知識(shí)的掌握。同時(shí)也考查學(xué)生掌握化學(xué)知識(shí)面的寬廣度和基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固程度，以及注重理論聯(lián)系實(shí)際的能力培養(yǎng)。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到化學(xué)是一門與生活、生產(chǎn)密切聯(lián)系的學(xué)科，平時(shí)就要培養(yǎng)養(yǎng)成勤于觀察、注意學(xué)科最新發(fā)展動(dòng)向的好習(xí)慣，要善于聯(lián)系、學(xué)以致用，運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解釋或解決生活熱點(diǎn)問題。 考點(diǎn)二 化學(xué)反應(yīng)中的能量變化 例例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： 物質(zhì)H2COCH4燃燒熱(kJ/mol)285.8283.0890.3(1)請寫出H2、CO和CH4燃燒的熱化學(xué)方程式。H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)DH= -285.8 kJ/molCO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)DH= -283.0 kJ/molCH4(g)+2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)DH= -890.3 kJ/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(jìn)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(yīng) 調(diào) 整 灶 具 進(jìn) 氣 量 閥 門 ， 即 增 大_(填“空氣”或“天然氣”)的進(jìn)入量或減少_(填“空氣”或“天然氣”)的進(jìn)入量。據(jù)報(bào)道，同時(shí)燃?xì)鈨r(jià)格也將在現(xiàn)有的0.95元/m3基礎(chǔ)上調(diào)整到1.31元/m3，請通過計(jì)算說明若居民保持生活水平不變，在消耗燃?xì)夥矫娴南M(fèi)大約是現(xiàn)在的_倍?？諝?天然氣 0.44 【解析】燃燒熱是指完全燃燒1 mol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(yīng)為CO2和液態(tài)H2O，結(jié)合熱化學(xué)方程式的書寫注意點(diǎn)，不難寫出正確的熱化學(xué)方程式。 由燃燒方程式可見，1 mol H2或CO完全燃燒均需消耗0.5 mol O2，而1 mol CH4完全燃燒需消耗2 mol O2，顯然改燒天然氣使應(yīng)增大空氣進(jìn)入量或減少天然氣進(jìn)入量。 生活水平不變，即每天需要的熱量相等，不妨假設(shè)需要的熱量為890.3 kJ，分別計(jì)算需要煤氣或天然氣的量，進(jìn)而算出價(jià)格比1.31/(890.5/284.4) 0.95=0.44。 【方法技巧點(diǎn)撥】將能量變化與實(shí)際生活相結(jié)合，應(yīng)是今后化學(xué)試題命題的方向。 考點(diǎn)三 新能源的應(yīng)用 例例3 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，對以氫氣作為未來的動(dòng)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285.8 kJmol-1，試寫出H2完 全 燃 燒 的 熱 化 學(xué) 方 程 式 ：_。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)DH= -571.6 kJmol-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(xué)計(jì)量的(如LaH2.76)。已知標(biāo)準(zhǔn)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10.64 g/cm3)，試寫出鈀(Pd)的氫化物的化學(xué)式_。PdH0.8(或Pd5H4) 【解析】 (1)熱化學(xué)方程式書寫應(yīng)注意注明狀態(tài)，注明對應(yīng)的熱效應(yīng)(含+、-號)，單位應(yīng)為kJmol-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(xué)式。 【方法技巧點(diǎn)撥】緊扣燃燒熱的概念迅速寫出熱化學(xué)方程式；將體積單位假設(shè)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(yáng)州調(diào)研揚(yáng)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(yīng)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=+255.58 kJmol-1 b部分催化氧化： CH3CH2OH(g)+O2(g) 3H2(g)+2CO(g) DH=+13.76 kJmol-1 則下列說法錯(cuò)誤的是() A從原料消耗的角度來看，a路線制氫更有價(jià)值 B從能量消耗的角度來看，b路線制氫更加有利 Ca路線制氫由于要消耗很多能量，所以在實(shí)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(zhuǎn)化率 【解析】本題考查熱化學(xué)方程式的實(shí)際應(yīng)用。a路線中，1 mol乙醇可以產(chǎn)生4 mol氫氣，b路線中，1 mol乙醇可以產(chǎn)生3 mol氫氣，A選項(xiàng)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(xiàng)正確；a路線需要吸收大量的熱量，所以不可取，C選項(xiàng)正確；該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，降低溫度，平衡逆向移動(dòng)，D選項(xiàng)錯(cuò)誤。【答案】D 2.(2011日照三模日照三模)化學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境密切相關(guān)。下列有關(guān)說法中錯(cuò)誤的是() A推廣使用風(fēng)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(dǎo)纖維都是新型無機(jī)非金屬材料 D用“84”消毒液來殺死H1N1流感病毒是因?yàn)椴《镜鞍踪|(zhì)變性C 【解析】本題考查化學(xué)與STSE知識(shí)。聚酯纖維屬于有機(jī)高分子化合物，而光導(dǎo)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(shí)產(chǎn)權(quán)的氫燃料電池轎車“超越三號”，已達(dá)到世界先進(jìn)水平，并加快向產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)邁進(jìn)。氫能具有的優(yōu)點(diǎn)包括() 原料來源廣易燃燒、熱值高儲(chǔ)存方便 制備工藝廉價(jià)易行 A B C DA 【解析】水是廣泛的氫來源，但是氫氣儲(chǔ)存不方便，制備時(shí)候要消耗大量能源。 4.下列關(guān)于熱化學(xué)反應(yīng)的描述中正確的是() AHCl和NaOH反應(yīng)的中和熱DH= -57.3 kJ/mol，則H2SO4和Ca(OH)2反應(yīng)的中和熱DH=2 (-57.3) kJ/mol B C O ( g ) 的 燃 燒 熱 是 2 8 3 . 0 k J / m o l ， 則2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)反應(yīng)的DH=2283.0 kJ/mol C需要加熱才能發(fā)生的反應(yīng)一定是吸熱反應(yīng) D1 mol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(xiàng)A中中和熱是指在一定條件下強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的稀溶液反應(yīng)生成1 mol H2O所放出的熱量，與酸和堿的元數(shù)無關(guān)；選項(xiàng)C中加熱是化學(xué)反應(yīng)的條件，與反應(yīng)是否為放熱和吸熱無關(guān)，如：Fe+S=FeS，它屬于放熱反應(yīng)；選項(xiàng)D中燃燒熱是指1 mol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(yīng)的熱化學(xué)方程式如下： SiCl4(g)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g) DH=+Q kJmol-1(Q0) 某溫度、壓強(qiáng)下，將一定量的反應(yīng)物通入密閉容器進(jìn)行以上的反應(yīng)(此條件下為可逆反應(yīng))，下列敘述正確的是() A反應(yīng)過程中，若增大壓強(qiáng)能提高SiCl4的轉(zhuǎn)化率 B若反應(yīng)開始時(shí)SiCl4為1 mol，則達(dá)到平衡時(shí)，吸收熱量為Q kJ C反應(yīng)至4 min時(shí)，若HCl的濃度為0.12 molL-1，則H2的反應(yīng)速率為0.03 mol/(Lmin) D當(dāng)反應(yīng)吸收熱量為0.025Q kJ時(shí)，生成的HCl通入100 mL 1 molL-1的NaOH恰好反應(yīng)D 【解析】該反應(yīng)為體積增大的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡左移，減小SiCl4轉(zhuǎn)化率，A錯(cuò)；該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不能實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，放出的熱量一定小于Q kJ，B錯(cuò)；反應(yīng)至4 min時(shí)，HCl的濃度為0.12 mol/L，表示的反應(yīng)速率為：v(HCl)=0.03 mol/Lmin，換算為v(H2)=0.015 mol/Lmin，C錯(cuò)；當(dāng)放熱0.025Q kJ時(shí)，說明反應(yīng)的SiCl4為0.025 mol，生成HCl 0.1 mol，其與100 mL 1 mol/L的NaOH恰好反應(yīng)，D正確。 6.(2011海南模擬海南模擬)將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣的主要化學(xué)反應(yīng)為C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)；C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃燒的熱化學(xué)方程式為 C(s)+O2(g)=CO2(g)DH= -393.5 kJmol-1 H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)DH= -242.0 kJmol-1 CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)DH= -283.0 kJmol-1 請回答： (1)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，寫出C(s)與水蒸氣反應(yīng)的熱化學(xué)方程式：_。高溫 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)DH=+131.5 kJmol-1 (2)比較反應(yīng)熱數(shù)據(jù)可知，1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃燒放出的熱量之和比1 mol C(s)完全燃燒放出的熱量多。甲同學(xué)據(jù)此認(rèn)為“煤轉(zhuǎn)化為水煤氣可以使煤燃燒放出更多的熱量”；乙同學(xué)根據(jù)蓋斯定律作出下列循環(huán)圖： 并據(jù)此認(rèn)為“煤轉(zhuǎn)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(xué)觀點(diǎn)正確的是_(填“甲”或“乙”)；判斷的理由是_。 (3)將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣作為燃料和煤直接燃燒相比有 很 多 優(yōu) 點(diǎn) ， 請 列 舉 其 中 的 兩 個(gè) 優(yōu) 點(diǎn) ：_。乙 甲同學(xué)忽略了煤轉(zhuǎn)化為水煤氣要吸收熱量(或DH1=DH2+DH3且DH20) 減少污染，燃燒充分，方便運(yùn)輸(答兩個(gè)即可) (4)水煤氣不僅是優(yōu)良的氣體燃料，也是重要的有機(jī)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(dāng)CO和H2按1 1的體積比混合反應(yīng)，合成上述_(填序號)物質(zhì)時(shí)，可以滿足“綠色化學(xué)”的要求，完全利用原料中的原子，實(shí)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=+131.5 kJmol-1，由此可知煤轉(zhuǎn)化為水煤氣是吸熱反應(yīng)，而甲正是忽略了這個(gè)問題，才誤認(rèn)為“煤轉(zhuǎn)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(yīng)合成物質(zhì)時(shí)，可達(dá)到零排放，符合“綠色化學(xué)”的要求，則合成的物質(zhì)滿足最簡式為CH2O。則符合。 7.(2011大連三模大連三模)據(jù)NASA太空飛行網(wǎng)站2011年2月6日報(bào)道：太平洋標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間2月6日4點(diǎn)26分，一枚“米諾陶”-1(MinotaurI)火箭從范登堡空軍基地發(fā)射?；鸺龜y帶了一顆美國國家偵察辦公室(NRO)國家安全有效載荷?；鸺褂闷纂屡c四氧化二氮反應(yīng)生成二氧化碳、氮?dú)夂退魵?，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(xué)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(yīng)_(填：“是”或“不是”)氧化還原反應(yīng)，理由是_。 C2H8N2+2N2O4 =2CO2+3N2+4H2O 高溫不是 因?yàn)镹O2和N2O4中氮元素化合價(jià)都是+4價(jià)，化合價(jià)沒有變化 (3)利用下列儀器測定上述化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比： C瓶裝試劑是_，其作用是_。 儀器連接順序?yàn)開。 測定氮?dú)怏w積注意事項(xiàng)是_。 若測得A裝置反應(yīng)前后凈增a g，B裝置收集到b L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，C裝置反應(yīng)前后凈增c g 則 上 述 反 應(yīng) 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(shí)視線與量筒凹液面最低處相平 :44 18 22.4acb 【解析】本題以含氮高能燃料為載體聯(lián)系化學(xué)方程式書寫，反應(yīng)類型判斷，以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)命題。(1)根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物直接寫出其化學(xué)式，用觀察法配平方程式。(2)判斷氧化還原反應(yīng)的唯一標(biāo)準(zhǔn)是元素化合價(jià)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(jià)，所以，它不是氧化還原反應(yīng)。(3)測定其產(chǎn)物中水，二氧化碳和氮?dú)?，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?dú)怏w積。實(shí)驗(yàn)順序是，先測定水的質(zhì)量，然后，測定二氧化碳，最后，測定氮?dú)怏w積。測定氮?dú)怏w積注意三點(diǎn)：一是溫度冷卻至室溫；二是上下移動(dòng)量筒調(diào)平量筒與集氣瓶的液面；三是讀數(shù)時(shí)，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。