太阳能、生物质能和氢能的利用
《太阳能、生物质能和氢能的利用》 讲义
《太阳能、生物质能和氢能的利用》讲义能源是人类社会发展的重要物质基础，随着传统化石能源的日益枯竭以及环境问题的日益严峻，开发和利用新型清洁能源成为当务之急。
太阳能、生物质能和氢能作为三种具有巨大潜力的清洁能源，受到了广泛的关注和研究。
一、太阳能的利用太阳能是地球上最丰富、最清洁的能源之一。
太阳每秒向宇宙空间释放的能量约为 38×10^26 焦耳，其中到达地球表面的能量约为17×10^17 焦耳，相当于全球一年能源消耗总量的一万多倍。
（一）太阳能光伏发电太阳能光伏发电是利用半导体材料的光电效应，将太阳能直接转化为电能。
其基本原理是当太阳光照射到半导体材料上时，光子的能量会被半导体中的电子吸收，使电子跃迁到更高的能级，从而形成电流。
光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器、逆变器和蓄电池等组成。
太阳能电池板是光伏发电的核心部件，目前常用的太阳能电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池和薄膜电池等。
单晶硅电池的转换效率较高，但成本也相对较高；多晶硅电池的成本较低，但转换效率略逊于单晶硅电池；薄膜电池则具有成本低、可弯曲等优点，但转换效率较低。
（二）太阳能热水器太阳能热水器是将太阳能转化为热能，用于加热水的装置。
其主要由集热器、水箱和管道等组成。
集热器是太阳能热水器的核心部件，常见的集热器有平板型集热器和真空管集热器。
平板型集热器结构简单、成本低，但保温性能较差；真空管集热器保温性能好、热效率高，但成本相对较高。
太阳能热水器具有节能、环保、安全等优点，在我国得到了广泛的应用。
（三）太阳能光热发电太阳能光热发电是利用聚光装置将太阳光聚集起来，加热工质产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电。
与光伏发电相比，光热发电具有储能能力，可以在夜间或阴天继续发电，但其建设成本较高。
目前，太阳能光热发电主要有槽式、塔式和碟式三种技术路线。
槽式光热发电技术成熟，成本相对较低，但效率也较低；塔式光热发电效率较高，但技术难度较大；碟式光热发电效率最高，但规模较小，适用于分布式能源系统。
高一化学苏教版必修2教案：2.4太阳能、生物质能和氢能的利用
第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用(教师用书独具)●课标要求1．通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。
2．了解人类利用太阳能、氢能的意义和人类面临的能源危机以及未来的新能源。
●课标解读1．了解太阳能、生物质能、氢能的开发利用。
2．了解人类面临的能源危机和未来的新能源。
●教学地位能源是人类生产、生活、科技必不可少的化石能源不可再生且污染严重，开发新能源成了各国的当务之急。
也是高考命题特别关注的热点之一。
(教师用书独具)●新课导入建议为了缓解当前能源紧张的问题，各国都在加大开发力度，研制、开发新型、高效、清洁能源，例如：用水力发电代替火力发电以减少燃料消耗；利用地热取暖、在日常生活中家庭用太阳能获得热水等等。
本课时将探讨这些方面的问题。
●教学流程设计课前预习：安排学生课前阅读相关教材内容，完成“课前自主导学”并讨论。
⇒步骤1：导入新课，分析本课教学地位。
⇒错误!⇒步骤3：对“探究”要引导学生阅读要点阐述，了解常见能源的开发利用及应注意的事项，通过【例】加强理解。
然后学生独立完成“变式训练1和2”，教师点评、纠错。
对“教师备课资源”根据实际可以补充。
⇓错误!⇐错误!1.地球上最基本的能源是太阳能，太阳能以光和热的形式传送到地面。
人们可以直接利用太阳辐射获得光和热。
绿色植物通过光合作用吸收太阳能，动物食用植物内的淀粉、纤维素、蛋白质间接利用太阳能。
化石燃料蕴藏的能量也来自远古时期生物体吸收利用的太阳能，这些太阳能通过各种化学反应转化为化学能，化学能又可以通过各种形式转化为热能、光能或电能释放出来。
2．绿色植物对太阳能的利用转化绿色植物体内的叶绿素太阳能H 2O 、CO 2葡萄糖――→生成 淀粉或纤维素，把光能转化为化学能，化学方程式为6H 2O ＋6CO 2――→光叶绿素C 6H 12O 6＋6O 2；淀粉、纤维素在动物体内水解为葡萄糖，继而被氧化生成CO 2和H 2O ，释放出热量，供给生命活动的需要。
拓展视野 三能演义话能源
“三能”演义话能源摘要: 在能源日益紧张、环境不断恶化的今天，开发和利用好太阳能、生物质能和氢能具有重要意义，也是保证我们社会经济可持续发展有利的保证，为此，同学们学好“三能”相关知识是极为重要的。
一、太阳能的利用1．太阳能资源特点太阳能是一种绿色可再生能源。
与其它常规能源相比，具有以下几个特点：①太阳能取之不尽，用之不竭。
据估算，一年之中投射到地球的太阳能，其能量相当于137万亿吨标准煤所产生的热量，大约为目前全球一年内利用各种能源所产生能量的两万倍。
②太阳能在转换过程中不会产生危及环境的污染。
③太阳能资源遍及全球，可以分散地、区域性地开采。
我国约有2/3的地区可以较好利用太阳能资源。
④能源密度低，要想满足使用要求，往往需要相当大的采光面积,从而使装置面积大,用料多，成本增加，同时太阳能利用受天气的影响较大。
2．太阳能的利用方式能量的转化方式原理太阳能利用的实例光能→化学能6CO2 + H2O C6H12O6 + 6O2(C6H10O5)n + nH2O n C6H12O6C6H12O6+ 3O26H2O + 6CO2植物通过光合作用转化为淀粉和纤维素，共人类和草食性动物提供食物和能量光能→热能太阳的辐射能太阳能热水器、太阳灶、太阳炉光能→电能光电效应太阳能电池、太阳能发电太阳把地面和空气晒热，太阳能转化为内能．晒热的空气上升，空气流动形成风，又转化为风能．太阳把水面和地面晒热，并使一部分水蒸发，蒸发的水汽升到空中形成云，以雨、雪的形式落下来，流入江河，太阳能转化为水能．植物吸收太阳能，发生光合作用，太阳能转化为植物的化学能．植物作为食物被动物吃掉，又转化成动物的化学能．古代的动植物在地质变迁中变为煤、石油、天然气，转化为这些燃料的化学能。
二、生物质能的利用1．生物质能资源特点生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量。
生物质能是一种理想的可再生能源，具有以下特点：①可再生性；②低污染性；③广泛的分布型。
课件：2.4 太阳能、生物质能和氢能的利用
变式训练2 人类发现、利用沼气已有悠久的历 史。1776年，意大利科学家沃尔塔发现沼泽地里 腐烂的生物质发酵，从水底冒出一连串的气泡， 分析其主要成分为甲烷和二氧化碳等气体。由于 这种气体产生于沼泽地，故俗称“沼气”。1781 年，法国科学家穆拉发明人工沼气发生器。200 多年过去了，如今全世界约有农村家用沼气池 530万个，中国就占92%。农村沼气池的主要填 料是猪粪、秸秆、污泥和水等。随着农村沼气使 用的日益推广和大型厌氧工程技术的进步，20世 纪90年代以来，世界范围内的一些大型沼气工程 有了迅速发展。
酶
四、氢能的开发与利用 1．氢能的优点 多 (1)完全燃烧放出的热量____。 (2)原料是水，来源广。 污染 (3)燃烧产物是水，无_____。 2．氢能的开发 (1)困难：______高、贮存和运输困难等。 能耗 (2)方法： ①在光分解催化剂存在下，在特定的装置中， 太阳能 利用________分解水制氢气。 ②利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用 下分解水释放出氢气。 贮氢 ③发现和应用______材料。
太阳能利用的实例
能量转化 方式 太阳能间 接转化为 热能和电 能 太阳能间 接转化为 化学能
水力发电。太阳辐射能使 地表上的水分蒸发形成云 雨，下雨之后，江、河上 间接利 游的水位提高，形成落差， 用太阳 推动水轮机而发电 辐射能 化石燃料。由远古时代的 生物质能转化而来，归根 到底是由太阳能转化而来
实例 光合作用 直接 太阳能热水器 利用 太阳能电池 光解水制氢气 间接 利用 水力发电 化石燃料
能量转化方式 _____转化为_______ 光能 化学能 光能转化为热能 电能 光能 _____转化为_____ 光能 化学能 ______转化为______ 太阳能间接转化为机械能 和______ 电能 太阳能间接转化为化学能
{高中试卷}太阳能、生物能和氢能的利用测试题2[仅供参考]
![{高中试卷}太阳能、生物能和氢能的利用测试题2[仅供参考]](https://img.taocdn.com/s3/m/334cdaf15901020206409c66.png)
20XX年高中测试高中试题试卷科目：年级：考点：监考老师：日期：专题2 化学反应与能量变化第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用生物质能的利用【我思我学】想一想：１、什么是生物质能？２、生物质能的利用方式有哪些？３、生活垃圾中的生物质能如何利用？填一填：１、生物质能来源于所贮存的能量２、纤维素燃烧的化学方程式３、用含糖类、淀粉较多的农作物，制乙醇的反应方程式为：（１）（２）【同步导学】一、评价要点1、生物质能的来源和种类生物质能来源于植物即其加工产品所贮存的能量。
生物质包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。
2、生物质能的含义生物质能是太阳能以化学能贮存在生物体内的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，直接或间接来源于植物的光合作用3、生物质能的优缺点优点：提供廉价和清洁的能源。
缺点：利用规模小；植物仅能将少量的太阳能转化为生物质能；单位土地面积的有机物能量偏低；缺乏适合栽种植物的土地。
4、生物质能的利用方式①直接燃烧②生物化学转化③热化学转化二、方法指引立足于现代生活和未来发展的需要，激发学生的求知欲，让学生体会到学习化学是有趣和有用的。
三、典型例题在绿色化学工艺中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子的利用率为100%，在用CH3C≡CH合成CH2=C（CH3）COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要的反应物有（）A.CO2和H2OB.CO和CH3OH C CH3OH和H2 D. CO2和H2分析：根据绿色化学的含义，在生成的产品CH2=C（CH3）COOCH3与原料之间元素种类和原子数目都完全相同，即原子守恒。
将生成物中各个原子个数减去反应物各个原子差值为C2H4O2，对照答案，反应物中原子数之和为C2H4O2的只有B。
【随堂检学】一、选择题：1、目前世界上最重要的气体矿物燃料是（）A.水煤气B.天然气C.煤气D.石油2、燃烧煤时产生的下列物质，不会污染大气的是（）A．CO B.CO2 C.SO2 D.烟尘3、有人认为人体实际上是一架缓慢氧化着的“高级机器”，人体在生命过程中也需要不断的补充“燃料”，按照这种观点，你认为人们通常摄入的下列物质不能看作“燃料”的是( )A.淀粉类物质B.水C.脂肪类D.蛋白质4、下列叙述正确的是（）A．葡萄糖在人体内氧化分解是个放热反应B．某些物质在空气中燃烧是吸热反应C．强酸强碱的中和反应是放热反应，弱酸弱碱的中和反应是吸热反应D．金属活动性顺序表中排在氢之前的活泼金属和盐酸或稀硫酸反应生成氢气全部都是放热反应５、下列说法正确的是（）A.化学反应中的能量变化，都表现为热量的变化B.煤和石油经过亿万年才能形成，那么亿万年后地球还会生成煤、石油，因此，二者属于可再生能源C.要使燃料燃烧只需要大量的氧气D.汽车排出大量尾气中含有一定量的CO和NO会污染大气6、已知在25℃，101kPa下，lgC8H18（辛烷）燃烧生成二氧化碳和液态水时放出48.40kJ热量。
《太阳能、生物质能和氢能的利用》 讲义
《太阳能、生物质能和氢能的利用》讲义在当今世界，能源问题日益凸显，寻找和利用清洁、可再生的能源成为了人类社会可持续发展的关键。
太阳能、生物质能和氢能作为三种重要的新能源，具有巨大的潜力和广阔的应用前景。
一、太阳能的利用太阳能是地球上最丰富、最清洁的能源之一。
太阳每秒向宇宙空间释放的能量约为 38×10^26 焦耳，其中到达地球的能量虽然仅占其总量的二十亿分之一左右，但仍然相当于全球能源消耗总量的上万倍。
（一）太阳能光伏发电太阳能光伏发电是利用半导体材料的光电效应，将太阳能直接转化为电能的技术。
其基本原理是当光线照射到半导体材料上时，半导体中的电子吸收光子的能量，从价带跃迁到导带，形成自由电子和空穴对。
在电场的作用下，自由电子和空穴分别向正负极移动，从而产生电流。
光伏发电系统通常由太阳能电池板、控制器、逆变器和蓄电池等组成。
太阳能电池板是核心部件，其效率和成本是影响光伏发电广泛应用的关键因素。
目前，常见的太阳能电池材料有硅、碲化镉、铜铟镓硒等。
随着技术的不断进步，太阳能电池的效率逐渐提高，成本不断降低，光伏发电在全球范围内得到了迅速发展。
（二）太阳能光热利用太阳能光热利用是将太阳能转化为热能加以利用的技术。
常见的应用包括太阳能热水器、太阳能供暖和太阳能热发电等。
太阳能热水器是最为普及的太阳能光热应用之一。
它通过集热器吸收太阳能，将水加热后供家庭使用。
太阳能供暖系统则可以为建筑物提供冬季采暖，减少对传统能源的依赖。
太阳能热发电是通过聚光装置将大面积的阳光汇聚到一个小面积上，产生高温，进而驱动热机发电。
常见的太阳能热发电技术有塔式、槽式和碟式等。
（三）太阳能的优点和挑战太阳能的优点显而易见。
首先，它是一种取之不尽、用之不竭的能源，不会因为使用而枯竭。
其次，太阳能的使用过程中几乎不产生污染物，对环境友好。
然而，太阳能的利用也面临一些挑战。
例如，太阳能的能量密度较低，分布不均匀，受天气和地理位置的影响较大，具有间歇性和不稳定性。
高中化学苏教版必修2课时练习-太阳能生物质能和氢能的利用
太阳能、生物质能和氢能的利用一、选择题1、旨在限制发达国家温室气体排放量、抑制全球范围内气候持续变暖的《京都议定书》已于今年2月16日正式生效。
我国二氧化碳的排放量位居世界第二，为减少二氧化碳这种温室气体的排放，下列措施不切实际的是A．大力开发氢能源B．充分利用太阳能C．不使用含碳能源D．提高能源利用率2、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，需依靠其它能源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，它可以由自然界中大量存在的水来制取：2H2O (l) ==2H2 (g) ＋O2 (g) 下列叙述正确的是A．电能是一级能源B．水力是二级能源C．天然气是一级能源D．干馏煤气是一级能源3、关于用水制取二级能源氢气，以下研究方向不正确的是A．构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可研究在水不分解的情况下，使氢成为二级能源B．设法将太阳光聚焦，产生高温使水分解产生氢气C．寻找高效催化剂，使水分解产生氢气D．寻找特殊化学物质，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气4、“绿色商品”是指对环境无污染的商品。
下列商品不能称为“绿色商品”的是A. 无铅汽油B. 无磷洗涤剂C. 无氟冰箱D. 无碘食盐5、能源与人类的生活和社会发展密切相关，下列关于能源开发和利用的说法不正确的是A．用酒精代替汽油作汽车燃料B．随着科技的发展，氢气将会成为主要能源C．在农村提倡利用沼气作生活燃料D．人类利用的能源都是通过化学反应获得的6、下列说法不正确的是A.电解水生成氢气和氧气时，电能转变成化学能B.煤燃烧时化学能转变成热能C.绿色植物光合作用过程中太阳能转变成化学能D.白炽灯工作时全部转变为光能7、科学家最近研究发现，生活在海洋中的单细胞浮游生物能收集阳光并将其转变为食物，在此过程中它们可以从大气中摄取二氧化碳并释放出大量氧气。
下列相关说法不正确的是A．该过程与植物的光合作用类似，可称为“海洋中的光合作用”B．该过程中没有化学变化C．如果能揭示其中的奥秘，就能够找到解决温室效应的新方法D．如果能弄清此变化过程，将有助于人类更好地利用太阳能，缓解能源危机8、2005年6月5日是第34个世界环境日，联合国环境署确定今年的活动主题是“营造绿色城市,呵护地球家园”我国环保总局确定的主题是“人人参与,创建绿色家园”，下列活动不符合这一主题的是A.推广垃圾分类存放，分类回收，分类处理B.改革传统采煤时将煤层气（瓦斯气，主要成分甲烷）直接排入空气的做法，先开采和综合利用煤层气，然后再采煤C.推广使用液化石油气（LPG）替代汽油和柴油作公交车和出租车的燃料D将工厂的烟囱造高，以减少工厂周围的大气污染9、利用太阳能，使燃料循环使用有如下构思和方案：①CO2－光能→CO+O2②2H2O－光能→2H2+O2③2N2+6H2O－光能→4NH3+3O2④CO2+2H2O－光能→ CH4+2O2，要实现上述构想，关键是Ａ.如何使物质吸收光能转变为其他物质 B.寻找催化剂C.利用光能D.利用绿色植物二、填空题回答：(1)由表分析——————是一种理想的燃料。
高中化学专题二化学反应与能量转化第四单元太阳能生物质能和氢能的利用学案苏教版必修2
第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用美国国家可再生能源实验室目前发现,向海藻的生存环境中加入指定酶,能抑制海藻产生糖,从而使其转向生产氢能。
近年来,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划,把发展氢能作为21世纪新能源的战略目标。
按照美国氢能技术路线图,到2040年美国将走进“氢能经济”时代,氢能将取代化石能源成为广泛使用的终端能源。
1．了解利用太阳能的几种常见方式。
2．了解利用生物质能开发沼气和乙醇燃料的途径和方法。
3．简单了解太阳能、生物质能、氢能利用的现状,了解开发利用太阳能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题以及氢能源开发的价值与方向。
4．认识开发、利用高效、清洁能源的重要性和迫切性。
一、太阳能的利用1．太阳能是地球上最基本的能源。
太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源,生物质能、风能、海洋能、水能等都来自太阳能。
太阳能作为可再生能源的一种,则是指太阳能的直接转化和利用。
2．大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用。
植物体内的叶绿素相当于一个小型工厂,它在太阳光作用下,把CO2、H2O转化为葡萄糖,进而生成淀粉、纤维素等,从而把光能转化为化学能。
(1)光能转化为化学能的方程式：6CO 2＋6H 2O ――→光叶绿素C 6H 12O 6＋6O 2。
(2)化学能转化为热能的方程式：C 6H 12O 6＋6O 2―→6H 2O ＋6CO 2。
二、生物质能的利用1．生物质的定义生物质是指一切有生命的可以生长的有机物质,它包括世界上所有的动物、植物和微生物,以及由这些生物产生的排泄物和代谢物。
各种生物质都具有一定的能量,称之为生物质能量。
2．生物质能的含义生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量。
生物质能包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。
3．生物质能的利用方式(1)直接燃烧(用化学方程式表示)：(C 6H 10O 5)n ＋6n O 2――→点燃6n CO 2＋5n H 2O 。
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课时9
太阳能、生物质能和氢能的利用
【知识要点】
1．目前世界上所需的能源绝大多数来自于______、______、______。
由于______和______所以要开发和利用新能源。
2．太阳能具有______、______、______的特点。
利用的方式有______、______、______。
3．生物质能具有______、______、______的特点。
利用的方式______、______、______。
4．氢能具有______、______、______的特点。
化石能源：煤、石油、天然气
5．能源一般能源：水能、风能、地热能、核能
新型能源：太阳能、生物质能、氢能
一次能源：____、____、____、太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、6．能源核燃料等
二次能源：电能、汽油、煤油、柴油
【例题解析】
1．从另外一个角度讲，能源又可划分为一级能源和二级能源。
自然界以既成形式提供的能量称为一级能源；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，它可以由自然界中大量存在的水来制取，反应如下：
2H
20(l)===2H
2
(g)↑+ O
2
(g)↑-571．6kJ
根据以上内容回答下列问题：
(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.焦炉气是一级能源
(2)关于用水制取二级能源氢气，以下研究方向不正确的是 ( )
A.构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可以研究在水不分解的情况下使氢成为二级能源
B.设法将太阳光聚集，产生高温，使水分解产生氢气
C.寻找高效催化剂，使水分解产生氢气同时释放能量
D.寻找特殊的化学物质，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气
[分析]
2．近年来，有科学家提出硅是“21世纪的能源”、“未来的石油”的观点：假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中你认为不妥当的是( )
A.硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料
B.硅的来源丰富，易于开采，且可再生
C.硅燃料放出的热量大，且燃料产物对环境污染较低，容易有效控制
D.寻找高效催化剂，使二氧化硅分解产生硅的同时释放能量，是硅能源大规模开发利用的一项关键技术
[分析]
3．既来自太阳辐射的能量，又属于可更新能源、二次能源和新能源的是 ( ) A.水能和风能 B.地热和核能 C.焦炭和汽油 D.风力发电和人工沼气
[分析]
4．煤、石油、天然气和生物能资源的能量形式和转换利用过程，正确的是 ( )
A.太阳辐射能→机械能→化学能
B.太阳辐射能→化学能→热能
C.生能物→电能→化学能→热能
D.太阳辐射能→机械能→电能
[分析]
【巩固练习】
1．煤、石油、水能、生物能的共同点是( )
A.都是可再生的常规能源
B.都是来自太阳辐射的能量
C.都是清洁的能源
D.都是二次能源
2．下列关于能源的各项比较，错误的是( )
A.同样净产值能耗：重工业>轻工业>农业
B.能源发热量：石油>煤炭>柴草
C.石油储量：中东>非洲>拉丁美洲
D.核能发电量：美国>法国>俄罗斯
3．关于新能源的叙述，正确的是( )
A.美国是核能发电量占本国发电量最大的国家
B.我国海南太阳能最丰富，西藏地热能最丰富
C.冰岛和新西兰都是开发利用地热能较多的国家
D.我国兴建秦山和大亚湾核电站是因为华东区与华南区核燃料丰富
4．“西气东输”工程是将新疆的天然气输送到最需要调入能源的( )
A.北京
B.青岛
C.上海
D.广州
5．我国和世界能源消费构成的相同点是( )
A.都以常规能源为主，石油消费量最多
B.核电和水电在能源消费构成中比重最小
C.石油在能源消费构成中的比重仍在不断上升
D.煤炭在能源消费构成中的比重不断下降
6．煤和石油在地质成因上共同的特点是( )
A.来自植物的化石
B.来自生物固定的太阳能
C.中生代是造煤和成油的重要时期
D.都形成在沉积盆地的边缘。