氫能的開發(fā)和利用.pptVIP

第2課時生物質能的利用氫能的開發(fā)和利用 課標定位 簡單了解生物質能 氫能利用的現(xiàn)狀 認識開發(fā) 利用高能 清潔能源的重要性和迫切性 填一填 知識清單 一 生物質能的利用1 來源生物質能來源于 所貯存的能量 2 利用方式 1 直接燃燒 纖維素燃燒的化學方程式為 2 生物化學轉換 制沼氣 a 沼氣的主要成分是 還含有 和少量 等 b 應用 制 燃料和優(yōu)質肥料 制乙醇 由淀粉制乙醇的化學方程式為 3 熱化學轉換 使生物質在一定條件下發(fā)生化學反應 產(chǎn)生熱值較高的 二 氫能的開發(fā)與利用1 氫能的三大優(yōu)點 1 氫氣完全燃燒放出的熱量是等質量汽油完全燃燒放出熱量的 2 原料是水 資源不受 3 燃燒產(chǎn)物是水 不會 環(huán)境 是理想的 燃料 2 氫能產(chǎn)生與利用的途徑 1 中的物質為 2 中的物質為 3 氫能的開發(fā) 1 電解水制得氫氣的化學方程式為 2 在光分解催化劑存在下 在特定的裝置中 利用 分解水制氫氣 3 利用 等低等值物和 在陽光作用下使水分解產(chǎn)生氫氣 4 開發(fā)氫能的關鍵是 制備氫氣的 氫氣的 和 等問題 5 的發(fā)現(xiàn)和應用 開辟了解決氫氣貯存 運輸難題的新途徑 做一做 自我測評 1 下列有關生物質能的說法不正確的是 A 生物質能是可再生能源B 生物質能本質上是化學能C 焚燒生活垃圾發(fā)電是將生物質能直接轉化為電能D 玉米 高粱發(fā)酵制乙醇是生物質能的熱化學轉換 解析 生物質能來源于植物及其加工產(chǎn)品所貯存的能量 生物質能利用的最終結果 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 重新將太陽能轉化為生物質能 因此生物質能是可再生的新能源 光 生物質能轉換的本質是光 化學能的轉換 B項也是正確的 焚燒生活垃圾發(fā)電的能量轉換過程是 生物質能 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化學轉換 D不正確 答案 CD 2 氫氣是一種很有前途的綠色能源 以水為原料 大量制取氫氣最理想的途徑是 A 利用太陽能直接使水分解產(chǎn)生氫氣B 以焦炭和水制水煤氣后分離出氫氣C 用Fe跟HCl反應放出H2D 由熱電站提供電力 電解水產(chǎn)生氫氣解析 A中利用太陽能直接使水分解產(chǎn)生氫氣是最理想的途徑 而B C D三項中都會消耗其他的物質或能量 答案 A 核心解讀 一 氫氣作為新能源有以下特點 1 氫是自然界存在最普遍的元素 據(jù)估計它構成了宇宙質量的75 除了廣泛存在于星體和星際的氣體中外 還主要以化合物的形態(tài)貯存于水中 而水是地球上最廣泛的物質 據(jù)推算 如把海水中的氫全部提取出來 它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍 2 除核燃料外氫氣的發(fā)熱值是所有化石燃料 化工燃料和生物燃料中最高的 為142351kJ kg 是汽油發(fā)熱值的3倍多 3 氫氣燃燒性能好 點燃快 與空氣混合時有廣泛的可燃范圍 燃燒速率快 4 氫氣本身無毒 與其他燃料相比氫氣燃燒時最清潔 除生成水和少量氮化氫外不會產(chǎn)生諸如一氧化碳 二氧化碳 碳氫化合物 鉛化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質 少量的氮化氫經(jīng)過適當處理也不會污染環(huán)境 而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫 反復循環(huán)使用 5 氫能利用形式多 既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能 在熱力發(fā)動機中產(chǎn)生機械能 又可以作為能源材料用于燃料電池 或轉換成固態(tài)氫用作結構材料 用氫代替煤和石油 不需對現(xiàn)有的技術裝備作重大的改造 現(xiàn)在的內(nèi)燃機稍加改裝即可使用 6 氫可以以氣態(tài) 液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn) 能適應貯運及各種應用環(huán)境的不同要求 由以上特點可以看出氫是一種理想的新的含能體能源 目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料 但氫能的大規(guī)模的商業(yè)應用還有待解決以下關鍵問題 1 廉價的制氫技術 因為氫是一種二次能源 它的制取不但需要消耗大量的能量 而且目前制氫效率很低 因此尋求大規(guī)模的廉價的制氫技術是各國科學家共同關心的問題 2 安全可靠的貯氫和輸氫方法 由于氫易氣化 著火 爆炸 因此如何妥善解決氫能的貯存和運輸問題也就成為開發(fā)氫能的關鍵 二 一次能源和二次能源的區(qū)別與聯(lián)系能源可劃分為一次能源和二次能源 自然界中以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一次能源 如太陽能 石油 煤 天然氣 風能 水力等 一次能源經(jīng)加工 轉換得到的能源稱為二次能源 如煤氣 電力 汽油 蒸氣 氫氣等 二次能源是聯(lián)系一次能源和能源用戶的中間紐帶 二次能源又可分為 過程性能源 和 含能體能源 當今電能就是應用最廣的 過程性能源 柴油 汽油則是應用最廣的 含能體能源 由于目前 過程性能源 尚不能大量地直接貯存 因此汽車 輪船 飛機等機動性強的現(xiàn)代交通運輸工具就無法直接使用從發(fā)電廠輸出來的電能 只能采用像柴油 汽油這一類 含能體能源 可見 過程性能源和含能體能源是不能互相替代的 各有自己的應用范圍 隨著人們將目光也投向尋求新的 含能體能源 作為二次能源的電能 可從各種一次能源中生產(chǎn)出來 例如煤炭 石油 天然氣 太陽能 風能 水力 潮汐能 地熱能 核燃料等均可直接生產(chǎn)電能 而作為二次能源的汽油和柴油等則不然 生產(chǎn)它們幾乎完全依靠化石燃料 隨著化石燃料耗量的日益增加 其儲量日益減少 終有一天這些資源將要枯竭 這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的 儲量豐富的新的含能體能源 氫能正是一種在常規(guī)能源危機時出現(xiàn) 在開發(fā)新的二次能源的同時人們期待的新的二次能源 題型研析 知識點一生物質能的生物化學轉換 例1 隨著工業(yè)的發(fā)展 能源問題越來越引起人們的重視 科學家預言 未來最理想的燃料是綠色植物 即將植物的秸稈 主要的成分是纖維素 用適當?shù)拇呋瘎┳饔?水解成葡萄糖 再將葡萄糖轉化為乙醇 用作燃料 1 寫出將綠色植物的秸稈轉化為乙醇的化學方程式 2 已知 CH4 g 2O2 g CO2 g 2H2O l H 890kJ mol 1C2H5OH l 3O2 g 2CO2 g 3H2O l H 1367kJ mol 1若某種植物的秸稈含纖維素約50 由植物秸稈經(jīng)過一系列轉化得到乙醇原料的總利用率為80 則以1000g秸稈為原料制得的乙醇燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量與 L甲烷完全燃燒產(chǎn)生的熱量相當 標準狀況 3 綠色植物光合作用的效能是 解析 1 纖維素在催化劑存在下水解生成葡萄糖 進一步發(fā)酵生成乙醇 同時放出CO2 2 設1000g秸稈制得的乙醇燃料燃燒產(chǎn)生的熱量為x 與標準狀況下的體積為y的甲烷完全燃燒產(chǎn)生的熱量相當 C6H10O5 n 2nC2H5OH 1367kJ 2n162ng2734nkJ1000 50 80 gx列比例式 解得 x 6750 6kJ CH4 890kJ22 4L890kJy6750 6kJ列比例式 解得 y 170L 點撥 生物化學轉化利用生物質能 常用的兩種方法是 一是將植物的秸稈 枝葉 雜草和人畜糞便加入沼氣發(fā)酵池中 在厭氧的條件下 經(jīng)過沼氣菌的作用 生成沼氣 另一種方法是將纖維素或淀粉 在催化劑存在條件下水解和細菌發(fā)酵 制成乙醇 知識點二氫能的開發(fā) 例2 氫氣是未來理想的能源 水是自然界廣泛分布的物質 用水生產(chǎn)大量的氫氣是人類夢寐以求的愿望 但這一轉化過程需要大量的能源 請你為這一過程提供既經(jīng)濟又不污染環(huán)境的理想的三種能源 或方法 解析 此題以人們普遍關心的能源與環(huán)保問題設置情景 仔細審題 可獲得如下信息 氫氣是理想的二級能源 可用水生產(chǎn)氫氣 用水生產(chǎn)氫氣需大量能源 所用能源要既經(jīng)濟又不污染環(huán)境 答案 太陽能 風能 潮汐能 地熱能以及培養(yǎng)能將水分解成氫氣的細菌等 點撥 最有希望的新能源是太陽能 燃料電池 風能和氫能以及來自地球內(nèi)部的能量如地熱能 核能等 還有來自天體的引力能如潮汐能等 這些新能源的特點是資源豐富 而且有些可以再生 為再生能源 對環(huán)境沒有污染或污染少 隨堂反饋 1 下列對城市廢棄物中生物質能的利用不合理的是 A 把廢棄物拉到鄉(xiāng)下找個地點填埋掉B 對廢棄物進行處理后焚燒 利用產(chǎn)生的熱能供暖和發(fā)電C 把廢物進行生物化學轉換獲取CH4D 讓廢棄物在一定條件下發(fā)生化學反應 產(chǎn)生熱值較高的可燃性氣體解析 垃圾焚燒處理可以把城市生活垃圾中的生物質能轉化為熱能 電能 生活垃圾的填埋既是對生物質能的一種浪費 也會造成新的環(huán)境污染 答案 A 2 煤 石油 水能 生物能的共同點是 A 都是可再生的常規(guī)能源B 都是來自太陽輻射的能量C 都是清潔的能源D 都是二次能源解析 地球上的一切能源來自太陽輻射能 答案 B 3 自行車 電動自行車 普通汽車消耗的能量類型分別是 生物能 核能 電能 太陽能 化學能A B C D 解析 人騎自行車是將生物能轉化為機械能 電動自行車是將蓄電池的電能轉化為機械能 普通汽車是將汽油反應的化學能轉化為機械能 答案 B 4 下列敘述不正確的是 A 動物糞便中含有豐富的生物質能B 沼氣的主要成分是甲烷 還含有CO2和少