浙江省高考化学一轮复习导航 第5单元第21讲 太阳能、生物质能和氢能的利用课件 新课标

一、太阳能的利用一、太阳能的利用 绿色植物的光合作用是太阳能的主要吸收形式，地球上每年通过光合作用储存的太阳能，相当于全球能耗的10倍左右。主要是通过 1光能化学能 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2 2化学能热能 (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O光叶绿素催化剂催化剂 直接利用太阳能主要有以下几种方式： 1光-热转换 利用太阳能辐射加热物体而获得热能，如：温室、大棚。地膜、太阳能热水器等。 2光-电转换 (1)光-热-电转换：基本原理是利用太阳辐射能发电。 (2)光-电直接转换：利用光电效应直接将太阳辐射能转换为电能。 3光-化学能转换 利用太阳辐射能在适当的催化剂条件下可以使水分解制得氢气，这是一种很有前途的光-化学能转换方式。 二、生物质能的利用二、生物质能的利用 农业废弃物(如植物的秸秆、枝叶)、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等这些物质中蕴藏着丰富的能量，我们把这些来自于植物及其加工产品所贮存的能量叫做生物质能。 生物质能利用的主要方式： 1直接燃烧 (C6H10O5)n+6nO2 6nCO2+5nH2O 2生物化学转换 (C6H10O5)n+nH2O nC6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 3热化学转换 C6H12O6 3CH4+3CO2 (C6H10O5)n+nH2O 3nCH4+3nCO2淀粉酶催化剂发酵隔离空气发酵 三、氢能的开发和利用三、氢能的开发和利用 制氢气的原料是水，燃烧的产物也是水，因此它是一种理想的清洁燃料。考点一 化学与STS 例例1 (2011浙江浙江)下列说法不正确的是() A化学反应有新物质生成，并遵循质量守恒定律和能量守恒定律 B原子吸收光谱仪可用于测定物质中的金属元素，红外光谱仪可用于测定化合物的官能团 C分子间作用力比化学键弱得多，但它对物质熔点、沸点有较大影响，而对溶解度无影响 D酶催化反应具有高效、专一、条件温和等特点，化学模拟生物酶对绿色化学、环境保护及节能减排具有重要意义C 【解析】A项正确，化学反应遵守三大守恒规律。B项正确，原子吸收光谱仪也叫元素分析仪，能测定元素的种类和含量；红外光谱仪测定有机物基团对红外光的特征吸收光谱。C项错误，分子间作用力(特别是氢键)，也能影响物质溶解度。D项正确，如模拟生物固氮，细菌法炼铜。 【方法技巧点拨】本题主要考查化学与STS的联系。目的是引导学生要重视课本知识，学好课本知识，要重视基础知识的掌握。同时也考查学生掌握化学知识面的宽广度和基础知识的巩固程度，以及注重理论联系实际的能力培养。应该认识到化学是一门与生活、生产密切联系的学科，平时就要培养养成勤于观察、注意学科最新发展动向的好习惯，要善于联系、学以致用，运用化学知识解释或解决生活热点问题。 考点二 化学反应中的能量变化 例例2 现在城市居民使用的管道煤气的主要成分是：H2、CO和少量CH4。H2、CO和CH4的燃烧热数据如下表所示： 物质H2COCH4燃烧热(kJ/mol)285.8283.0890.3(1)请写出H2、CO和CH4燃烧的热化学方程式。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)作为开发西部的西气东输工程的重要成就，西部天然气已全面进入上海、江苏境内，陆续成为城市居民使用的主要能源。使用管道煤气用户改用天 然 气 ， 应 调 整 灶 具 进 气 量 阀 门 ， 即 增 大_(填“空气”或“天然气”)的进入量或减少_(填“空气”或“天然气”)的进入量。据报道，同时燃气价格也将在现有的0.95元/m3基础上调整到1.31元/m3，请通过计算说明若居民保持生活水平不变，在消耗燃气方面的消费大约是现在的_倍。空气 天然气 0.44 【解析】燃烧热是指完全燃烧1 mol可燃物生成稳定物质所释放的能量，因此燃烧产物应为CO2和液态H2O，结合热化学方程式的书写注意点，不难写出正确的热化学方程式。 由燃烧方程式可见，1 mol H2或CO完全燃烧均需消耗0.5 mol O2，而1 mol CH4完全燃烧需消耗2 mol O2，显然改烧天然气使应增大空气进入量或减少天然气进入量。 生活水平不变，即每天需要的热量相等，不妨假设需要的热量为890.3 kJ，分别计算需要煤气或天然气的量，进而算出价格比1.31/(890.5/284.4) 0.95=0.44。 【方法技巧点拨】将能量变化与实际生活相结合，应是今后化学试题命题的方向。 考点三 新能源的应用 例例3 科学家认为，氢气是一种高效而无污染的理想能源，近20年来，对以氢气作为未来的动力燃料能源的研究获得了迅速发展。 (1)已知：H2的燃烧热为285.8 kJmol-1，试写出H2完 全 燃 烧 的 热 化 学 方 程 式 ：_。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)DH= -571.6 kJmol-1 (2)用氢作为能源亟待解决的又一问题是贮氢材料的开发，研究表明某些过渡金属能与氢原子形成氢化物，氢原子填充在金属的晶格间隙之间，其组成不固定，通常是非化学计量的(如LaH2.76)。已知标准状况下，1体积的钯粉大约可吸附896体积的氢气(钯粉的密度为10.64 g/cm3)，试写出钯(Pd)的氢化物的化学式_。PdH0.8(或Pd5H4) 【解析】 (1)热化学方程式书写应注意注明状态，注明对应的热效应(含+、-号)，单位应为kJmol-1，不是kJ。 (2)通过求Pd和H的物质的量之比求Pd的氢化物的化学式。 【方法技巧点拨】紧扣燃烧热的概念迅速写出热化学方程式；将体积单位假设为升，根据密度、气体摩尔体积换算成Pd和H的物质的量之比。 1.(2011扬州调研扬州调研)乙醇可通过淀粉等生物质原料发酵制得，属于可再生资源，通过乙醇制取氢气具有良好的应用前景。已知通过乙醇制取氢气有如下两条路线： a水蒸气催化重整： 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 则下列说法错误的是() A从原料消耗的角度来看，a路线制氢更有价值 B从能量消耗的角度来看，b路线制氢更加有利 Ca路线制氢由于要消耗很多能量，所以在实际生产中意义不大 D降低温度，可提高b路线中乙醇的转化率 【解析】本题考查热化学方程式的实际应用。a路线中，1 mol乙醇可以产生4 mol氢气，b路线中，1 mol乙醇可以产生3 mol氢气，A选项正确；从能量消耗的角度来看，b路线吸收的热量要小的多，B选项正确；a路线需要吸收大量的热量，所以不可取，C选项正确；该反应是吸热反应，降低温度，平衡逆向移动，D选项错误。【答案】D 2.(2011日照三模日照三模)化学与科学、技术、社会、环境密切相关。下列有关说法中错误的是() A推广使用风能、太阳能等新能源能够减少温室气体的排放 B餐桌上的瓷盘是硅酸盐制品 C制作航天服的聚酯纤维和用于光缆通信的光导纤维都是新型无机非金属材料 D用“84”消毒液来杀死H1N1流感病毒是因为病毒蛋白质变性C 【解析】本题考查化学与STSE知识。聚酯纤维属于有机高分子化合物，而光导纤维则是SiO2。 3.氢能是一种既高效又干净的新能源，发展前景良好，用氢作能源的燃料电池汽车倍受青睐。我国拥有完全自主知识产权的氢燃料电池轿车“超越三号”，已达到世界先进水平，并加快向产业化的目标迈进。氢能具有的优点包括() 原料来源广易燃烧、热值高储存方便 制备工艺廉价易行 A B C DA 【解析】水是广泛的氢来源，但是氢气储存不方便，制备时候要消耗大量能源。 4.下列关于热化学反应的描述中正确的是() AHCl和NaOH反应的中和热DH= -57.3 kJ/mol，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热DH=2 (-57.3) kJ/mol B C O ( g ) 的 燃 烧 热 是 2 8 3 . 0 k J / m o l ， 则2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)反应的DH=2283.0 kJ/mol C需要加热才能发生的反应一定是吸热反应 D1 mol甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热B 【解析】选项A中中和热是指在一定条件下强酸与强碱的稀溶液反应生成1 mol H2O所放出的热量，与酸和碱的元数无关；选项C中加热是化学反应的条件，与反应是否为放热和吸热无关，如：Fe+S=FeS，它属于放热反应；选项D中燃烧热是指1 mol的物质完全燃烧生成稳定的化合物所放出的热量，这里的稳定化合物包含两层意思，一是化合物稳定，如C燃烧可生成CO和CO2，其中CO2比CO稳定，二是化合物的状态稳定，如气态的水就不如液态的水稳定。 5.工业上制备纯硅反应的热化学方程式如下： SiCl4(g)+2H2(g)=Si(s)+4HCl(g) DH=+Q kJmol-1(Q0) 某温度、压强下，将一定量的反应物通入密闭容器进行以上的反应(此条件下为可逆反应)，下列叙述正确的是() A反应过程中，若增大压强能提高SiCl4的转化率 B若反应开始时SiCl4为1 mol，则达到平衡时，吸收热量为Q kJ C反应至4 min时，若HCl的浓度为0.12 molL-1，则H2的反应速率为0.03 mol/(Lmin) D当反应吸收热量为0.025Q kJ时，生成的HCl通入100 mL 1 molL-1的NaOH恰好反应D 【解析】该反应为体积增大的反应，增大压强平衡左移，减小SiCl4转化率，A错；该反应为可逆反应，不能实现完全转化，放出的热量一定小于Q kJ，B错；反应至4 min时，HCl的浓度为0.12 mol/L，表示的反应速率为：v(HCl)=0.03 mol/Lmin，换算为v(H2)=0.015 mol/Lmin，C错；当放热0.025Q kJ时，说明反应的SiCl4为0.025 mol，生成HCl 0.1 mol，其与100 mL 1 mol/L的NaOH恰好反应，D正确。 6.(2011海南模拟海南模拟)将煤转化为水煤气的主要化学反应为C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)；C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式为 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 请回答： (1)根据以上数据，写出C(s)与水蒸气反应的热化学方程式：_。高温 C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)DH=+131.5 kJmol-1 (2)比较反应热数据可知，1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃烧放出的热量之和比1 mol C(s)完全燃烧放出的热量多。甲同学据此认为“煤转化为水煤气可以使煤燃烧放出更多的热量”；乙同学根据盖斯定律作出下列循环图： 并据此认为“煤转化为水煤气再燃烧放出的热量与煤直接燃烧放出的热量相等”。 请分析：甲、乙两同学观点正确的是_(填“甲”或“乙”)；判断的理由是_。 (3)将煤转化为水煤气作为燃料和煤直接燃烧相比有 很 多 优 点 ， 请 列 举 其 中 的 两 个 优 点 ：_。乙 甲同学忽略了煤转化为水煤气要吸收热量(或DH1=DH2+DH3且DH20) 减少污染，燃烧充分，方便运输(答两个即可) (4)水煤气不仅是优良的气体燃料，也是重要的有机化工原料。CO和H2在一定条件下可以合成：甲醇、甲醛、甲酸、乙酸。试分析当CO和H2按1 1的体积比混合反应，合成上述_(填序号)物质时，可以满足“绿色化学”的要求，完全利用原料中的原子，实现零排放。 【解析】根据盖斯定律将方程式合并即可得C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g) DH=+131.5 kJmol-1，由此可知煤转化为水煤气是吸热反应，而甲正是忽略了这个问题，才误认为“煤转化为水煤气可以使煤燃烧放出更多的热量”。CO和H2按1 1反应合成物质时，可达到零排放，符合“绿色化学”的要求，则合成的物质满足最简式为CH2O。则符合。 7.(2011大连三模大连三模)据NASA太空飞行网站2011年2月6日报道：太平洋标准时间2月6日4点26分，一枚“米诺陶”-1(MinotaurI)火箭从范登堡空军基地发射。火箭携带了一颗美国国家侦察办公室(NRO)国家安全有效载荷。火箭使用偏二甲肼与四氧化二氮反应生成二氧化碳、氮气和水蒸气，并放出大量能量，利用该能量将卫星送上天空。 (1)写出化学方程式：_。 (2)火箭发射场产生大量浓红棕色气体，它是由N2O4=2NO2产生，该反应_(填：“是”或“不是”)氧化还原反应，理由是_。 C2H8N2+2N2O4 =2CO2+3N2+4H2O 高温不是 因为NO2和N2O4中氮元素化合价都是+4价，化合价没有变化 (3)利用下列仪器测定上述化学反应产物的化学计量数之比： C瓶装试剂是_，其作用是_。 仪器连接顺序为_。 测定氮气体积注意事项是_。 若测得A装置反应前后净增a g，B装置收集到b L气体(标准状况)，C装置反应前后净增c g 则 上 述 反 应 产 物 的 物 质 的 量 之 比 ：n(CO2) n(H2O) n(N2)=_。浓硫酸 吸收水蒸气 C、A、B a.冷却至室温；b.调平B装置中量筒与集气瓶的液面；c.读数时视线与量筒凹液面最低处相平 :44 18 22.4acb 【解析】本题以含氮高能燃料为载体联系化学方程式书写，反应类型判断，以及实验设计命题。(1)根据反应物和产物直接写出其化学式，用观察法配平方程式。(2)判断氧化还原反应的唯一标准是元素化合价是否发生变化，由于二氧化氮和四氧化二氮中氮元素都是+4价，所以，它不是氧化还原反应。(3)测定其产物中水，二氧化碳和氮气，由于A装置中碱石灰既能吸收水，又能吸收二氧化碳，所以，C装置用于吸收水，一般盛装浓硫酸。A装置用于吸收二氧化碳，B装置用于测定氮气体积。实验顺序是，先测定水的质量，然后，测定二氧化碳，最后，测定氮气体积。测定氮气体积注意三点：一是温度冷却至室温；二是上下移动量筒调平量筒与集气瓶的液面；三是读数时，视线与量筒凹液面最低处相平。A装置净增质量为二氧化碳，C装置净增质量为水，故，n(H2O)= mol，n(CO2)= mol，n(N2)= mol。