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目标大浏览知识与技能目标简单了解太阳能、生物质能、氢能的利用现状。过程与方法目标通过查资料、上网等多种手段更多地了解太阳能、生物质能和氢能，培养学生科学探究精神。情感、态度与价值观认识开发、利用高能、清洁能源的重要性和迫切性。要点大思考1.大自然利用太阳能最成功的是______________，在太阳光的作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为_______，进而生成____________，把____能转化为_____能。方程式为______________________________。动物体内的淀粉、纤维素在___的作用下，与____反应分解为_______，最后氧化为_____和_____，又释放出热量。2.生物质能来源于________________________能量。生物质能包括__________________________________________________________等。生物质能的利用主要有以下几种方式：（1）__________________________________________________________________________________________________________________；（2）_____________________________________________________________________________；（3）_________________________________；（4）_________________________________________________________________________。3.氢能利用的途径（1）_______________________；（2）_______________________；（3）_______________________。植物的光合作用葡萄糖淀粉、纤维素光化学6H2O+6CO2=C6H12O6+6O2酶水葡萄糖CO2H2O植物及其加工产品所储存的农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便热化学转换法，获得木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不同，分为高温干馏、热解、生物质液化等方法生物化学转换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品用油料植物所产生的生物油把生物质压制成成型状燃料（如块型、棒型燃料），以便集中利用和提高热效率燃料燃烧放热火箭燃料氢氧燃料电池学点大清仓交流研讨学点1太阳能的利用问题1：太阳能的开发和利用是最为引人注目的。据估计，太阳辐射到地球表面的能量是目前世界能量消费的1万多倍。如何利用这些能量，是人类特别是科学家们十分关心的问题。你知道目前利用太阳能有哪些方法吗？太阳能的利用形式主要有两种：一是热能的直接利用，如利用镜面或反射槽将太阳光聚焦在收集器上，由中间介质吸热产生蒸汽，推动汽轮机组发电。二是利用小型太阳能装置为房屋采暖供热，现已大量使用。归纳总结:1.太阳能利用形式概括太阳能利用的实例能量转化方式太阳能热水器太阳能转变为热能太阳聚光灶太阳能转变为热能太阳能电池太阳能转变为电能太阳能高温炉太阳能转变为热能光合作用光能转变为生物质能2.太阳能的利用方式直接利用太阳辐射能，基本上有下列四种方式：（1）光—热转换这是目前技术最为成熟、成本最为低廉、应用最为广泛的形式。其基本原理是利用太阳辐射能加热物体而获得热能，如地膜、大棚、温室等。目前使用较多的一种形式是太阳能热水器，另一种形式是聚焦型集热器，如反射式太阳灶、高温太阳炉等。（2）光—电转换太阳能的大规模利用主要是用于发电，发电方式有两种：一种是光—热转换方式，另一种是光—电转换方式。①光—热—电转换方式的基本原理是利用太阳辐射热发电，一般是由太阳能集热器发电，由太阳能集热器将吸收的热能转换为蒸汽，再驱动汽轮机发电，后一过程与火力发电一样。太阳能的光—热—电转换的缺点是效率低，成本高，至少比普通火电站贵5~10倍。②光—电直接转换方式的基本原理是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换为电能。光—电转换的基本装置就是太阳能电池，它适用于电子仪表、光电信号器件、无人中继站、高山气象站等方面，尤其可以在分散的边远山区、高山荒漠、海岛和农村使用，以节省一些造价很贵的输线电路。（3）光—化学能转换20世纪90年代，我国一些农场农村地区，把装在密闭包装袋里的Na2SO4·10H2O晶体，白天放在阳光下暴晒，当温度达到25℃时，Na2SO4·10H2O晶体先失水，溶解吸热，夜里硫酸钠溶液结晶，重新析出水合晶体，释放热量，用于取暖。这是利用太阳能的一种简易方法。现在，人们已能利用太阳辐射能和催化剂使水分解（光解水）制得氢气。氢气是二级能源，用途很广，既可以作为燃料，又是化工原料。氢气可以用于合成天然气、石油。这是一种很有前途的光—化学能转换方式。水在地球上的储量是极为丰富的，利用太阳能从水制氢气是一种很有吸引力的途径，它也能从根本上改善目前人类利用能源的状况。（4）光—生物质能转换主要是通过地球上众多植物的光合作用，将太阳辐射能转化为生物质能。光—生物质能转换的本质也是光—化学能的转换。学点2生物质能的利用交流研讨问题2：生物质能有哪些？在实际生活中有哪些应用？（1）生物质能是最安全、最稳定的能源，通过一系列转换技术，可以生产出不同品种的能源，如固化和炭化可以生产固体燃料，气化可以生产气体燃料，液化和植物油可以获得液体燃料，如果需要还可以生产电力等等。（2）生物质能转换技术主要包括：沼气、气化、液化、碳化、乙醇发酵和固化成型等，这些技术大部分在过去的20年中取得了相当大的进展。①直接燃烧，家庭使用的薪柴和木炭，薪柴至今仍为许多发展中国家的重要能源，仍需依赖柴薪来满足大部分能量需求，不过由于日益增加薪柴的需求，将导致林地日减。②生物化学转换，农村沼气池的填料主要是猪粪、秸秆、污泥、水等。当然，人的粪便、牛粪、鸡粪等都是很好的发酵料。将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在厌氧条件下，经过沼气细菌的作用，生成沼气。沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳。建造沼气池，不仅能有效地利用生物质能，还能为农业生产提供优良的肥料。③热化学转化，使生物质能在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃气体。如利用木炭制造水煤气，并带动蒸汽机作动力，甚至在中国抗日战争的困难时期，因为石油缺乏，还以这种煤气开汽车，即叫做“木炭车”，这种技术的基本原理是含碳物质在不充分氧化（燃烧）的情况下，会产生一氧化碳，即煤气。归纳总结:1.生物质能概念：生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量。生物质包括农业废弃物（如植物的秸秆、枝叶）、水生植物、油料植物、城市及工业有机废弃物、动物粪便等。2.生物质能应用①直接燃烧植物枝叶燃烧可表示为（C6H10O5）n+6nO26nCO2+5nH2O②生物化学转换将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入沼气发酵池中，在厌氧条件下，经沼气细菌的作用，生成沼气。沼气的主要成分是CH4，还含有CO2和少量H2S、PH3等。沼气也是应用十分广泛的气体燃料，在我国农村推广建造沼气池，不仅有效地利用生物质能，还能为农业生产提供优良的肥料。用含糖类、淀粉较多的农作物（如玉米、高粱）为原料，在催化剂存在下、经水解和细菌发酵，可以制成乙醇。乙醇可以直接作为燃料，也可以和汽油混合，做发动机燃料（C6H10O5）n+nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO2↑③热化学转换使生物质在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃气体。例如，炉内加热固体生物质，同时通入空气或水蒸气，或者隔绝空气高温加热生物发生复杂的化学反应产生可燃气体。点燃酶发酵学点3氢能的开发与利用交流研讨问题3：什么是氢能？有哪些优点？氢能系统包括制氢、储氢、氢的应用三个方面，规模制氢和储氢是氢能研究和开发的两个重要领域。微生物制氢是一种无污染的经济制氢方法。该方法具有原料易得（如采用有机污染物为原料）、制氢成本低并可与治理环境污染相结合等优点。归纳总结:1.制备（1）利用2H2O2H2↑+O2↑，但消耗大量电能；（2）利用2H2O2H2↑+O2↑，节约电能；（3）利用蓝绿藻低等植物和微生物在阳光作用下释放出氢气。2.优点（1）产物是H2O，不会污染环境。（2）来源丰富。（3）热效率高，由H2（g）+O2（g）=H2O（l）ΔH=-285.85kJ·mol-1可知燃烧1gH2可放出142.925kJ的热量，是燃烧等质量的汽油放热的3倍。（4）H2使用方便。

电解

光解光分解催化剂题型一各种能源的开发利用【例1】下列属于直接利用太阳辐射能的方式是()①光—热转换②光—电转换③光—化学能转换④光—生物质能转换A.①②③B.①③④C.①②④D.①②③④D【解析】太阳能利用的主要途径有光—热转换、光—电转换、光—化学能转换、光—生物质能转换。1.下列对于城市废弃物中生物质能的利用不合理的是()A.把废弃物拉到乡下找个地方埋掉B.对废弃物进行处理后焚烧，利用产生的热能供热和发电C.把废弃物进行生物化学转化获取甲烷D.让废弃物在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃性气体对应训练A【解析】生物质能利用主要有以下方式：（1）直接燃烧，（2）生物化学能转换，（3）热化学能转换。埋掉既造成能源浪费，又能造成污染，因此A项错。题型卸二瞒能芳源的咱综合梯利用【例恰2】差城市诊使用洁的燃迹料，拴现大吗多用师煤气甲、液获化石雁油气拘。煤塔气的朽主要北成分姥是一避氧化嗓碳和封氢气伶的混挎合气姨体，闻它由览煤炭温与水比（蒸懒气）盾反应搂制得治，故扇又称忘水煤权气。（1怖）试择写出亦制取追煤气菌的主望要化虏学反从应方河程式淡：__山__礼__携__询__朝__父__涌__腊__幸__大__梁__记__鸭__稻__磁__冻__从_。（2欲）液昨化石省油气附的主聋要成疾分是竹丙烷怪，丙备烷燃被烧的格热化击学方久程式床为C3H8（g剩）+边5O2（g盼）=盯3C婶O2(g辉)+好4H2O(述l)宅ΔH政=-妈22泥20付.0让k碰J·礼mo娇l-1已知湿CO脱气体冲燃烧贤的热泼化学蜜方程唇式为CO害(g重)+其1/绪2O2(g羽)=隐CO2(g叔)业Δ奖H=勤-2央82闭.5冒7缺kJ弦·m欺ol-1试比植较同病物质昌的量涛的C3H8和C蝴O燃温烧，蜻产生底的热道量比宪值约止为_镜__悔__导__僵。（3悟）已国知氢吨气燃皱烧的鬼热化寇学方船程式腿为2H2（g耀）+岔O2（g焦）=尽2赚H2O（携l）吉Δ蕉H=疏-5录71遣.6凉k妻J·桃mo站l-1试比咬较同简质量呼的氢盗气和破丙烷漏燃烧娃，产莲生的艇热量闸比值龄约为孕__教__购__偿。（4礼）氢叨气是和未来霞的能驼源，叶除产起生的端热量邻大之咱外，五还具旱有的室优点接是__双__塌__愿__烈__想__衡__镇__荒__尖__逮__暮__惊_。C+真H2O（右g）钢CO扭+H2

高温

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