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第五单元第五单元 化学与社会发展化学与社会发展第一节第一节 化学与能源开发化学与能源开发 正是因为有了能源，我们的世界才变得生机盎然。正是因为有了能源，我们的世界才变得生机盎然。 人类社会的发展离不开能源，目前人类应用最广泛的人类社会的发展离不开能源，目前人类应用最广泛的能源是煤、石油和天然气等不可再生的化石燃料，而能源是煤、石油和天然气等不可再生的化石燃料，而化石燃料正面临着日益枯竭，化石燃料大量燃烧并会化石燃料正面临着日益枯竭，化石燃料大量燃烧并会对环境造成污染。对环境造成污染。 开发和利用开发和利用清洁高效而又用之清洁高效而又用之 不竭的新能源不竭的新能源，是，是2121世纪人类世纪人类 面临的重要课题。面临的重要课题。那么，我们怎样做才能解决能源危机的问题呢？那么，我们怎样做才能解决能源危机的问题呢？问题思考问题思考针对现有能源针对现有能源针对新能源开发针对新能源开发提高能量转提高能量转化的效率化的效率开发新能源开发新能源研制、使用节能研制、使用节能产品产品 太阳能、核能、风能、潮汐能、地热能、氢能等。太阳能、核能、风能、潮汐能、地热能、氢能等。解决能源问题的一般方法解决能源问题的一般方法开发新能源：开发新能源：一一二二三三小资料：能源的分类小资料：能源的分类根据能源的来源和利用中是否会减少，人们把能源分根据能源的来源和利用中是否会减少，人们把能源分为为一次能源和二次能源一次能源和二次能源；在一次能源中又根据能源能；在一次能源中又根据能源能否再生分为否再生分为可再生能源和不可再生能源可再生能源和不可再生能源；根据能源开发利用的规模和应用技术是否成熟，人们根据能源开发利用的规模和应用技术是否成熟，人们还把能源分为还把能源分为常规能源和新能源常规能源和新能源。如化石燃料、水能。如化石燃料、水能等都是常规能源，风能、太阳能、氢能等则是新能源。等都是常规能源，风能、太阳能、氢能等则是新能源。能源类型能源类型 定定 义义 实实 例例一次能源一次能源二次能源二次能源可再生能源可再生能源非再生能源非再生能源直接来自自然界而未经直接来自自然界而未经加工转化的能源加工转化的能源化石燃料、太阳化石燃料、太阳能、核能、生物能、核能、生物燃料、水能燃料、水能由一次能源直接或间接由一次能源直接或间接转化而来的能源转化而来的能源电能、煤气、汽油、电能、煤气、汽油、沼气、氢能等。沼气、氢能等。不随其本生的转化或被不随其本生的转化或被人利用而减少的能源人利用而减少的能源太阳能、生物能、太阳能、生物能、水能、风能、地水能、风能、地热能等热能等人类随其本身的转化或人类随其本身的转化或的利用而减少的能源的利用而减少的能源化石燃料、核燃料化石燃料、核燃料等等 太阳能太阳能氢能氢能生物能生物能地热能地热能潮汐能潮汐能可燃冰可燃冰核能核能风能风能开发新能源开发新能源太阳灶太阳灶太太阳阳能能发发电电装装置置太太阳阳能能汽汽车车航天器航天器太阳能太阳能 优点：优点：太阳能资太阳能资源丰富，既可免费使源丰富，既可免费使用，又无需运输，对用，又无需运输，对环境无任何污染。环境无任何污染。太太阳阳能能发发电电站站广州市的太阳能路灯广州市的太阳能路灯太阳能热水器太阳能热水器太阳能计算器太阳能计算器 风能风能 优点：优点：风能高效清洁，发展潜力巨大。对沿海岛屿、风能高效清洁，发展潜力巨大。对沿海岛屿、边远山区、草原牧场，远离电网的农村、边疆，是解决边远山区、草原牧场，远离电网的农村、边疆，是解决生产和生活能源的一种可靠途径。生产和生活能源的一种可靠途径。生物能生物能 生物能蕴藏量极大生物能蕴藏量极大，是世是世界第四大能源。界第四大能源。薪柴，农林、薪柴，农林、能源作物，农、林业残剩物，能源作物，农、林业残剩物，食品和林产品加工的下脚料，食品和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活垃圾、城市固体废弃物，生活垃圾、污水和水生植物等污水和水生植物等 蕴藏着大量蕴藏着大量的生物能。的生物能。 沼气池原理是利用植物体或沼气池原理是利用植物体或粪便，经密封发酵后产生出可燃粪便，经密封发酵后产生出可燃气体。在农村特别适用。气体。在农村特别适用。阿阿里里地地区区地地热热田田冰岛地热冰岛地热羊羊八八井井地地热热电电站站 地热地热能的利用能的利用可分为直可分为直接利用接利用 ( (温泉沐浴和医疗，地下热水温泉沐浴和医疗，地下热水取暖、建农作物温室、水产养取暖、建农作物温室、水产养殖及烘干谷物等殖及烘干谷物等) )和地热发电和地热发电两大类。两大类。地地热热 能能 潮汐能成因示意图潮汐能成因示意图江厦潮汐江厦潮汐试验电站试验电站 海洋能海洋能是海水中是海水中的能量。它包括潮汐的能量。它包括潮汐能、波浪能、海洋温能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和差能、海洋盐差能和海流能等。广义的海海流能等。广义的海洋能还包括海洋上空洋能还包括海洋上空的风能、海洋表面的的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物太阳能以及海洋生物能等能等, ,全球海洋能的总全球海洋能的总量约为量约为766766亿千瓦。亿千瓦。水能水能可燃冰可燃冰1 1、你对氢能源了解多少？、你对氢能源了解多少？A A 哪些方法可以制备氢气？哪些方法可以制备氢气？ B B 氢能源有哪些优点？氢能源有哪些优点？ C C 氢能源为什么没有被广泛使用？氢能源为什么没有被广泛使用？ D D 1 1）、电解水；）、电解水；2 2）、活泼金属与酸反应）、活泼金属与酸反应一、清洁高效的氢能一、清洁高效的氢能活动天地活动天地它有以下它有以下优点优点：（1 1）原料不受限制（来源广）原料不受限制（来源广）（2 2）燃烧放出热量多（热值高）燃烧放出热量多（热值高）（3 3）生成物不污染环境。）生成物不污染环境。( (无污染无污染) ) （最大优点）（最大优点） 氢能是一种极其理想氢能是一种极其理想的能源，具有广阔的开发的能源，具有广阔的开发前景。前景。1.1.易燃、易爆易燃、易爆 2.2.难以液化难以液化 3.3.储存和运输不安全不方便储存和运输不安全不方便4.4.制备氢气消耗电能大，成制备氢气消耗电能大，成本高。本高。氢燃料汽车氢燃料汽车氢能源为什么没有被广泛使用？氢能源为什么没有被广泛使用？活动天地活动天地氢气能的利用主要包括两个方面：氢气能的利用主要包括两个方面： 一是制氢工艺，二是贮氢方法一是制氢工艺，二是贮氢方法。 氢气能否作为燃料广泛使用，关键在于制氢工艺。氢气能否作为燃料广泛使用，关键在于制氢工艺。作为大规模生产氢的主要途径，电解水无疑是最可行的。作为大规模生产氢的主要途径，电解水无疑是最可行的。然而，水分子中的氢、氧原子结合的十分紧密。电解时然而，水分子中的氢、氧原子结合的十分紧密。电解时要消耗大量的电力，比燃烧氢气本身产生的能量还要多。要消耗大量的电力，比燃烧氢气本身产生的能量还要多。如果这些电力来自火力发电站，就失去使用氢燃料的意如果这些电力来自火力发电站，就失去使用氢燃料的意义，在经济上不足取。最好的制氢方法当属义，在经济上不足取。最好的制氢方法当属“理想的氢理想的氢能源循环体系能源循环体系”。最理想的氢能源循环体系最理想的氢能源循环体系讨论你对此图示的理解讨论你对此图示的理解太阳能太阳能光催化剂光催化剂2H2O = 2H2 + O2燃料电池燃料电池能量能量该图所表示的意义在于该图所表示的意义在于： 在光催化剂的作用下，通过水的分解实现由太阳能在光催化剂的作用下，通过水的分解实现由太阳能到化学能的转变；到化学能的转变； 通过燃料电池内的化学反应实现由化学能向电能的通过燃料电池内的化学反应实现由化学能向电能的转变。转变。 化学方程式在能量的转化中起了储存和释放的作用，化学方程式在能量的转化中起了储存和释放的作用，可以说它是能量转化的载体。可以说它是能量转化的载体。干电池干电池蓄电池蓄电池手机、相机用的锂电池手机、相机用的锂电池二、应用广泛的化学电池二、应用广泛的化学电池电池以体积小、电容量大、移动方便等特点，在现代电池以体积小、电容量大、移动方便等特点，在现代社会的生产和生活中得到广泛应用。社会的生产和生活中得到广泛应用。电池中的电能是怎样产生的呢？电池中的电能是怎样产生的呢？一次电池一次电池二二 次次 电电 池池化学反应能否产生电能？化学反应能否产生电能？（1 1）观察干电池的结构）观察干电池的结构实验探究实验探究（2 2）把一块锌片和碳棒平行插入）把一块锌片和碳棒平行插入盛有稀硫酸的烧杯中。观察现象盛有稀硫酸的烧杯中。观察现象并做解释并做解释. .现象现象：锌片表面有气泡生成，碳棒：锌片表面有气泡生成，碳棒无变化。无变化。实验步骤实验步骤：用砂纸擦去锌片表面的氧化膜，用导线将碳棒：用砂纸擦去锌片表面的氧化膜，用导线将碳棒与电流表正极相连，锌片与电流表负极相连，与电流表正极相连，锌片与电流表负极相连，然后碳棒、锌然后碳棒、锌 片一起插入盛片一起插入盛 有稀硫酸的烧有稀硫酸的烧 杯中。杯中。(3)(3)化学能转化为电能的实验化学能转化为电能的实验实验仪器实验仪器: :烧杯、碳棒、锌片、导线若干、电流表、稀硫烧杯、碳棒、锌片、导线若干、电流表、稀硫酸溶液酸溶液实验现象实验现象化学方程式化学方程式 电流计偏转原因电流计偏转原因能量转化的形式能量转化的形式使用化学电源的优点使用化学电源的优点化学电源：化学电源：是一种将化学能直接转化为电能的装置。常是一种将化学能直接转化为电能的装置。常见的电池大多是化学电源。见的电池大多是化学电源。电流计的指针发生偏转，锌片表面变色，电流计的指针发生偏转，锌片表面变色，碳棒表面有气泡产生。碳棒表面有气泡产生。Zn + HZn + H2 2SOSO4 4 = H = H2 2+ ZnSO+ ZnSO4 4烧杯中发生了化学变化，在这种条件下化烧杯中发生了化学变化，在这种条件下化学变化可以发生电流，将化学能转化为电学变化可以发生电流，将化学能转化为电能。能。化学能直接转化为电能化学能直接转化为电能提高能量的转化效率，减少大气污染提高能量的转化效率，减少大气污染自制电池自制电池 物质的化学能通常可以转化为哪些形式的能量？试举物质的化学能通常可以转化为哪些形式的能量？试举例说明。例说明。化学能通过化学反应可以转化成化学能通过化学反应可以转化成热能、光能、电能热能、光能、电能等，等，利用化学反应中的能量转化利用化学反应中的能量转化, ,人们可以开发新的能源人们可以开发新的能源. .活动天地活动天地交流共享交流共享废旧电池丢弃对环境的影响废旧电池丢弃对环境的影响 废旧电池的危害主要集中在重金属上，如汞、铅、废旧电池的危害主要集中在重金属上，如汞、铅、镉。这些物质泄露出来进入水或土壤，就会通过各种途镉。这些物质泄露出来进入水或土壤，就会通过各种途径进入了人体的食物链，最终带来危害。因此务必要正径进入了人体的食物链，最终带来危害。因此务必要正确使用电池，并妥善回收。确使用电池，并妥善回收。 在线练习在线练习1.1.对氢气等可燃性物质的有关问题的探究：对氢气等可燃性物质的有关问题的探究：（1 1）氢气是一种理想的新能源，目前只在火箭发射等）氢气是一种理想的新能源，目前只在火箭发射等 少数情况下使用其主要原因是少数情况下使用其主要原因是( )( ) A A氢气燃烧的产物对环境有影响氢气燃烧的产物对环境有影响 B B制备氢气耗能大，成本高制备氢气耗能大，成本高 C C水资源受到严重污染，原料匮乏水资源受到严重污染，原料匮乏 D D燃烧时热值低于其它气体燃烧时热值低于其它气体B （2 2）绿色能源是人类理想的能源，不会造成环境污染，）绿色能源是人类理想的能源，不会造成环境污染，下列下列不属于不属于绿色能源的是绿色能源的是 ( )( )A A风能风能 B B太阳能太阳能 C C氢能源氢能源 D.D.煤煤（3 3）人们在利用物质某些性质时，可能有利也可能带来）人们在利用物质某些性质时，可能有利也可能带来危害。请你仿照示例，选择一种燃料，填写下表。危害。请你仿照示例，选择一种燃料，填写下表。物质物质有利的一面（用途）有利的一面（用途）不利的一面（危害）不利的一面（危害）示例：氢气示例：氢气可用作火箭推进剂可用作火箭推进剂使用不当容易引起爆炸使用不当容易引起爆炸D 2 2：化石燃料等不可再生能源将日趋枯竭，我们在使用化石燃料等不可再生能源将日趋枯竭，我们在使用能源时应树立能源时应树立 “ “一要节约能源，二要进一步开发、利一要节约能源，二要进一步开发、利用新能源用新能源”的观点。的观点。 （1 1）下列各图中表示我国节能标志的是（）下列各图中表示我国节能标志的是（ ）ABDCC（2 2）据报导，在我国南海、东海海底发现巨大的）据报导，在我国南海、东海海底发现巨大的“可燃可燃冰冰”带，带，“可燃冰可燃冰”（CHCH4 4 nH nH2 2O O）是由天然气和水在高）是由天然气和水在高压低温条件下形成的冰态物。若将天然气从其冰态物中压低温条件下形成的冰态物。若将天然气从其冰态物中分离出来，有两种方法：分离出来，有两种方法：在一定温度下，在一定温度下， 使气体从冰态物中分离出来；使气体从冰态物中分离出来；在一定压强下，在一定压强下， 使气体从冰态物中分离出来。使气体从冰态物中分离出来。 （3 3）有待继续开发、利用的能源有）有待继续开发、利用的能源有( (至少写两种至少写两种) )（4 4）请举出一个生产、生活中电能转化成化学能的例子）请举出一个生产、生活中电能转化成化学能的例子（5 5）用化学方程式表示出一个化学能转化为热能的例子）用化学方程式表示出一个化学能转化为热能的例子 降压降压升温升温答案：答案：（1 1）选）选C C （2 2）减压，升温）减压，升温 （3 3）氢能源、太阳）氢能源、太阳能等能等 （4 4）给蓄电池充电）给蓄电池充电 （5 5）可燃物燃烧的反应方程）可燃物燃烧的反应方程式如式如 C+OC+O2 2=CO=CO2 2点燃点燃3 3：目前，科学家提目前，科学家提出了一种最经济最理出了一种最经济最理想的获得氢能源的循环想的获得氢能源的循环体系（如右图）。下列体系（如右图）。下列说法错误的是（说法错误的是（ ） A A燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能燃料电池能够使化学反应产生的能量转化为电能 B B该氢能源的循环体系能够实现太阳能转化为电能该氢能源的循环体系能够实现太阳能转化为电能C C在此循环中发生了反应：在此循环中发生了反应：2H2H2 2O 2HO 2H2 2+O+O2 2D D目前急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分目前急需解决的问题是寻找合适的光照条件下分解水的催化剂解水的催化剂电解C4 4、氢气将成为一种重要的新型燃料，这是因为（、氢气将成为一种重要的新型燃料，这是因为（ ） 具有可燃性具有可燃性 具有还原性具有还原性 燃烧时放出热量多燃烧时放出热量多 燃烧生成物没有污染燃烧生成物没有污染 A A B B C C D D B B5 5、氢气是一种很有前途的能源，以水为原料大量制取氢、氢气是一种很有前途的能源，以水为原料大量制取氢气最理想的途径是（气最理想的途径是（ ） A A 利用太阳能直接使水分解制取氢气利用太阳能直接使水分解制取氢气 B B 以焦碳和水为原料制水煤气后分解出氢气以焦碳和水为原料制水煤气后分解出氢气 C C 用锌和稀硫酸反应制取氢气用锌和稀硫酸反应制取氢气 D D 由热电厂提供的电力电解水制取由热电厂提供的电力电解水制取 氢气氢气A A6 6、下列能量的转化中，一定是由化学能转化为电能的是、下列能量的转化中，一定是由化学能转化为电能的是 （ ） A A 火力发电火力发电 B B 蓄电池蓄电池 C C 水力发电水力发电 D D 电热水器电热水器A A7 7、氧化银纽扣电池常用于手表和计算器，电池内的总反、氧化银纽扣电池常用于手表和计算器，电池内的总反应可以表示为应可以表示为Zn+AgZn+Ag2 2O=ZnO+2Ag O=ZnO+2Ag 。下列说法不正确的是。下列说法不正确的是 （ ） A A 该反应属于置换反应该反应属于置换反应 B B 锌发生了氧化反应锌发生了氧化反应 C C 氧化银发生了还原反应氧化银发生了还原反应 D D 锌元素的化合价降低，银元素的化合价升高锌元素的化合价降低，银元素的化合价升高D D8 8、燃料电池是一种将化学反应的能量直接转化为电能的装、燃料电池是一种将化学反应的能量直接转化为电能的装置。下列燃料电池比较适合宇宙飞船上使用的是（置。下列燃料电池比较适合宇宙飞船上使用的是（ ） A OA O2 2CHCH4 4燃料电池燃料电池 B OB O2 2C C2 2H H5 5OHOH燃料电池燃料电池 C OC O2 2H H2 2燃料电池燃料电池 D OD O2 2COCO燃料电池燃料电池C C
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