高考化学复习课件：第5单元第21讲太阳能、生物质能和氢能的利用

欢迎进入化学课堂 第21讲太阳能 生物质能和氢能的利用 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 6H2OC6H12O6 6O22 化学能 热能 C6H10O5 n nH2OnC6H12O6C6H12O6 6O26CO2 6H2O 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 6nO26nCO2 5nH2O 2 生物化学转换 C6H10O5 n nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH 2CO2 3 热化学转换C6H12O63CH4 3CO2 C6H10O5 n nH2O3nCH4 3nCO2 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1 2011 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 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 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1mol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 1molH2或CO完全燃烧均需消耗0 5molO2 而1molCH4完全燃烧需消耗2molO2 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 3kJ 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 8kJ mol 1 试写出H2完全燃烧的热化学方程式 2H2 g O2 g 2H2O l DH 571 6kJ mol 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 64g 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kJ mol 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 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 58kJ mol 1b 部分催化氧化 CH3CH2OH g O2 g 3H2 g 2CO g DH 13 76kJ mol 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C a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 1mol乙醇可以产生4mol氢气 b路线中 1mol乙醇可以产生3mol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 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 D A 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 A HCl和NaOH反应的中和热DH 57 3kJ mol 则H2SO4和Ca OH 2反应的中和热DH 2 57 3 kJ molB CO g 的燃烧热是283 0kJ mol 则2CO2 g 2CO g O2 g 反应的DH 2 283 0kJ molC 需要加热才能发生的反应一定是吸热反应D 1mol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1molH2O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1mol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 QkJ mol 1 Q 0 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1mol 则达到平衡时 吸收热量为QkJC 反应至4min时 若HCl的浓度为0 12mol L 1 则H2的反应速率为0 03mol L min D 当反应吸收热量为0 025QkJ时 生成的HCl通入100mL1mol L 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QkJ B错 反应至4min时 HCl的浓度为0 12mol L 表示的反应速率为 v HCl 0 03mol L min 换算为v H2 0 015mol L min C错 当放热0 025QkJ时 说明反应的SiCl4为0 025mol 生成HCl0 1mol 其与100mL1mol L的NaOH恰好反应 D正确 6 2011 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 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 5kJ mol 1 2 比较反应热数据可知 1molCO g 和1molH2 g 完全燃烧放出的热量之和比1molC 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DH2 0 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 5kJ mol 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 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 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ag B装置收集到bL气体 标准状况 C装置反应前后净增cg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 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 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全