氢能的开发和利用

双基练习———————————————————

1．下表是某城市空气质量某日公布的内容：

A ．用柴油作燃料

B ．焚烧垃圾

C ．汽车排放的尾气

D ．用天然气燃料 解析：焚烧垃圾是指把大量生活垃圾中的生物质能转化为热能、电能，改善城市环境。

答案：BD

2．不属于生物质能的是( )

A ．农业废弃物

B ．水生植物

C ．城市与工业有机废弃物

D ．生物质能 解析：生物质包括农业废弃物(如植物和秸秆、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。生物质中蕴涵着丰富的生物质能。

答案：D

3．氢气是未来的绿色能源，科学家们最新研制出利用太阳能产生激光，再用激光使水

分解得到氢气的新技术，其中水解可以用化学方程式表示为：2H 2O=====激光TiO 2

2H 2↑＋O 2↑。下列有关说法不正确的是( )

A ．TiO 2在反应中作氧化剂

B ．水分解不产生污染物

C ．TiO 2在反应中作催化剂

D ．该技术将太阳能转化为化学能

答案：A

4．天然气、石油、煤等在地球上的蕴藏量是有限的，因此：①可利用电解水的方法得到氢气作能源；②可用水煤气制氢气作能源；③砍伐树木作能源；④应开发利用太阳能、生物质能、氢能等新的能源。上述说法正确的是( )

A ．只有①

B ．①和④

C ．②和③

D ．只有④

答案：D

5．对热化学方程式：2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l) ΔH ＝－571.6 kJ·mol －1，下列有关叙述错误的是( )

A ．2 mol H 2完全燃烧生成液态水放出571.6 kJ 的热量

B ．1 mol H 2完全燃烧生成液态水放出285.8 kJ 的热量

C ．2个氢分子完全燃烧生成液态水放出571.6 kJ 的热量

D ．上述热化学方程式也可表示为：

H 2(g)＋12

O 2(g)===H 2O(l) ΔH ＝－285.8 kJ·mol －1 解析：热化学方程式前化学计量数只能表示该物质的物质的量，不能表示微粒个数。 答案：C

6．1 mol 氢气燃烧时约放热286 kJ ，而1 kg 汽油燃烧时约放热46 000 kJ 。氢气被公认为是21世纪替代矿物燃料的理想能源。试简述氢气作为能源的三个主要优点：

①______________________________________________________________________； ②______________________________________________________________________； ③______________________________________________________________________。 答案：①热值高，H 2完全燃烧放出的热量是等质量汽油完全燃烧放出热量的3倍多 ②制备H 2的原料是水，资源不受限制 ③燃烧产物是水，不污染环境

7．氢气是一种高效而无污染的理想能源。下列(1)～(6)是某化学兴趣小组的学生查阅资料归纳出的工业上制取氢气的方法，其中包括正在研究的方案。

(1)电解法：2H 2O=====通电

2H 2↑＋O 2↑ (2)甲烷转化法：CH 4＋H 2O =====催化剂

CO ＋3H 2 (3)水煤气法：C ＋H 2O =====1 000℃

CO ＋H 2 (4)碳氢化合物热裂法：CH 4――→高温

C ＋2H 2 (5)设法将太阳能聚集产生高温使水分解：2H 2O=====高温

2H 2↑＋O 2↑ (6)寻找高效催化剂使水分解产生H 2

如果将来人类广泛使用氢气作为能源，那么上述6种方法中你认为可行且很有发展前途的方法是哪几种？并逐条说明理由。

解析：如果将来人类广泛使用氢气作为能源，方法(2)、(3)产生的CO 没有办法处理，如果CO 作为气体燃料，不如直接用CH 4和C 作燃料。方法(4)将CH 4热裂解，消耗的能量太多。故只有方法(1)、(5)、(6)是可行的。

答案：(1)、(5)、(6)是可行的。方法(1)：有朝一日大力发展水电站、太阳能发电站和核电站等，电力供应十分充足时是可行的；方法(5)：太阳能是取之不尽的廉价能源；方法(6)：催化剂能大大加快水的分解速率。

8．为纪念人类成功攀登珠穆朗玛峰50周年，中国登山协会业余登山队于2003年5月21日登顶成功。登山队必备的物质之一是氧气瓶，其作用是__________。氧气与体内的葡萄糖(C 6H 12O 6)发生反应，提供人体所需的能量，写出该反应的化学方程式：______________________。燃料燃烧也需要氧气，这是利用氧气__________的性质。

答案：供给呼吸 C 6H 12O 6――→酶

6CO 2＋6H 2O 支持燃烧 能力提升———————————————————

9．胶状液氢(主要成分是H 2和CH 4)有望用于未来的运载火箭和空间运输系统。实验测

得：101 kPa 时，1 mol H 2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ 的热量；1 mol CH 4完全燃烧生成液态水和CO 2，放出890.3 kJ 的热量。下列热化学方程式书写正确的是( )

A ．CH 4(g)＋2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2O(l)

ΔH ＝＋890.3 kJ·mol －

1 B ．CH 4(g)＋2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2O(l)

ΔH ＝－890.3 kJ·mol －

1 C ．CH 4(g)＋2O 2(g)===CO 2(g)＋2H 2O(g)ΔH ＝－890.3 kJ·mol －

1 D ．2H 2(g)＋O 2(g)===2H 2O(l)

ΔH ＝－285.8 kJ

解析：A 项中CH 4燃烧放热，不正确；1 mol CH 4完全燃烧生成液态水时放热为890.3 kJ ，C 项不正确；D 的反应热为ΔH ＝－571.6 kJ·mol －

1。 答案：B

10．能源可划分为一级能源和二级能源。自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界大量存在的水来制取。

根据以上信息回答下列问题：

(1)下列叙述正确的是( )

A ．电能是二级能源

B ．水力是二级能源

C ．天然气是一级能源

D ．沼气是一级能源

(2)已知：

2H 2O(l)===2H 2(g)＋O 2(g)

ΔH ＝－517.6 kJ·mol －

1 CH 4(g)＋2O 2(g)===2H 2O(l)＋CO 2(g)

ΔH ＝－890.3 kJ·mol －

1 1 gH 2和1 g 甲烷分别燃烧后，放出热量之比约是( )

A ．1∶3.4

B ．1∶1.7

C ．2.3∶1

D ．4.6∶1

解析：(1)电能通常是由其他能源(如煤、石油等)产生的，应属二级能源。水力是直接利用水的动能和势能，应属一级能源，若用水力发电，则产生的电能应属于二级能源。天然气为一级能源，沼气是生物质能通过生物化学转换制取的，应属于二级能源。

(2)1 g H 2放出的热量为Q 1＝12 mol ×517.62 kJ·mol －1＝517.64

kJ ， 1 gCH 4放出的热量为Q 2＝116 mol ×890.3 kJ·mol －1＝890.316

kJ ， 则Q 1∶Q 2＝517.64 kJ ∶890.316

kJ ＝2.3∶1。 答案：(1)AC (2)C

11．根据“绿色化学”的思想，某同学设计了下列化学反应步骤：

CaBr 2＋H 2O=====750℃

CaO ＋2HBr ① 2HBr ＋Hg=====100℃

HgBr 2＋H 2↑ ② HgBr 2＋CaO=====250℃

HgO ＋CaBr 2 ③ 2HgO=====500℃

2Hg ＋O 2↑ ④ 该方案的目的是为了制备( )

A ．HBr

B ．CaO

C ．H 2

D ．Hg 解析：依据题意，将题目中的①、②、③三个化学方程式叠加，可得：

H 2O ＋Hg=====△

HgO ＋H 2↑ ⑤ 再将⑤×2＋④可得：2H 2O=====△

2H 2↑＋O 2↑。最终的产物只有H 2和O 2，而无别的物质，结合备选答案，应为H 2。

答案：C

12．某课外活动小组为我国将来建立空间站，设计了如下充分利用太阳能的工作原理示意图：

请回答下列问题：

(1)从能量转换方式角度看，①发生了__________，其基本装置是__________，此时空间站处于__________(填“向日面”或“背日面”)。

(2)要使空间站上的水分解顺利进行，要解决的关键问题是__________，氢储罐中可选择__________来贮存氢气。

(3)若燃料电池中的电解质溶液是KOH 溶液，则负极的电极反应式为__________。

(4)该工作原理有哪些优点？

答案：(1)光－电直接转换 太阳能电池 向日面

(2)寻找高效光分解水催化剂 储氢合金

(3)H 2－2e －＋2OH －

===2H 2O

(4)①把向日时的太阳能储存起来，留待背日时使用 ②水循环使用等

13．沼气是一种廉价的能源。农村富有秸秆、杂草等废弃物，它们经微生物发酵之后，便可产沼气，可以用来点火做饭。

(1)已知：(C 6H 10O 5)n ＋n H 2O ――→细菌 3n CO 2＋3n CH 4 ΔH ＜0。请设想出这个反应的实际价

值与意义：____________________________________________________。

(2)煤的主要成分是碳，写出煤和沼气中的主要成分燃烧过程的化学方程式：________________________，并指出哪一种燃料对环境污染小？__________。

(3)我国农村大约有700万个沼气发生池，如果每个沼气池平均每天产生2m 3沼气(主要是CH 4)，1 mol CH 4完全燃烧能放出890 kJ 的热量，计算每天可节约燃烧值为3.36×107 J·kg －1的标准煤多少千克？

(4)若建立沼气发电站，则可以实现把__________转化成电能，沼气被称为__________能源。

解析：(1)秸秆、杂草、枝叶等农作物的废弃物经微生物发酵之后便有沼气产生，它是农村能源的一种主要来源，也是扩大肥源、提高肥效和改善农村卫生条件的重要措施。

(2)C ＋O 2=====点燃 CO 2，CH 4＋2O 2=====点燃

CO 2＋2H 2O 。1 mol C 和1 mol CH 4燃烧产生的CO 2都是1 mol ，而C 的摩尔质量小于CH 4的摩尔质量，所以燃烧相同质量时，煤产生的CO 2多，并且产生大量废渣，废气中含有粉尘、SO 2、CO 等，对环境污染较大，甲烷对环境污染小。

(3)700万个沼气池每天生产CH 4：(7×106×2×103/22.4) mol ，燃烧放出热量：

Q ＝7×106×2×103 mol ×890 kJ·mol －

122.4＝5.562 5×1011 kJ 。 相当于标准煤的质量：5.562 5×1011 kJ 3.36×104 kJ/kg

＝1.66×107 kg 。 答案：(1)有效地利用生物质能，获得气体燃料；为农业生产提供了优良肥料；改善农村环境卫生

(2)C ＋O 2=====点燃 CO 2，CH 4＋2O 2=====点燃

CO 2＋2H 2O 甲烷对环境污染小 (3)1.66×107 kg

(4)生物质能 新

14．读下图，回答下列问题：

(1)将图中字母写在下列正确答案的括号内：

①秸秆还田( )； ②残渣( )； ③土壤肥沃( )； ④增加饲料( )。

(2)农村利用沼气在农业生产上的好处是：

①________________________________________；

②________________________________________；

③________________________________________。

答案：(1)C B D A

(2)①缓和燃料同饲料、肥料相争的矛盾②实现秸秆还田，提高土壤肥力③保护植被，减少水土流失，使农业生态环境向良性循环方向发展