2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点31能源的充分利用学案

2020届浙江学考一轮复习考点精讲通用版考点31能源的充分利用学案

考点31　能源的充分利用 知识条目 必考要求 加试要求 ‎1.标准燃烧热的概念，热值的概念 a ‎2.合理利用化石燃料，提高燃料燃烧效率的方法 a a ‎3.太阳能开发利用的途径和方式，生物质能的利用途径，氢能的优点、开发与利用 a a ‎4.了解化石燃料的不可再生性及其给环境带来的问题 a a 一、标准燃烧热 ‎1．概念：101 kPa下，1 mol物质完全燃烧的反应热叫作该物质的标准燃烧热，其单位一般用 kJ·mol－1。‎ ‎2．标准燃烧热的限定词有恒压(101 kPa时)、可燃物的物质的量(1 mol)、完全燃烧等，其中的“完全燃烧”是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)等。‎ ‎3．表示的意义：例如C的标准燃烧热为393.5 kJ·mol－1，表示在101 kPa时，1 mol C完全燃烧生成CO2时放出393.5 kJ的热量。‎ 二、热值 ‎1_g物质完全燃烧所放出的热量叫作该物质的热值。‎ 三、太阳能、生物质能和氢能的利用 ‎1．能源的分类 ‎(1)按来源分类 来自太阳辐射的能量 太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、煤、石油、天然气 来自地球内部的能量 地热能、核能、火山、地震 来自天体引力的能量 潮汐能 ‎(2)按形成分类 一次能源 常规能源 可再生能源 风能、水能、生物质能 不可再生能源 煤、石油、天然气等化石能源 新能源 可再生能源 太阳能、风能、地热能、潮汐能、氢能 不可再生能源 核能 二次能源 电能、焦炭、汽油、煤气、酒精、蒸汽等 ‎2.太阳能的利用 绿色植物的光合作用是太阳能的主要利用形式，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。主要通过：‎ ‎(1)光能→化学能　6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2↑‎ ‎(2)化学能→热能　(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6　C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O ‎3．生物质能的利用 生物质能：是指将自然界可用作能源用途的各种植物、人畜排泄物以及城乡有机废物转化成的能源。‎ ‎(1)直接燃烧　(C6H10O5)n＋6nO26nCO2＋5nH2O ‎(2)生物化学转换　(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6‎ C6H12O62C2H5OH＋2CO2↑‎ ‎(3)热化学转换　C6H12O63CH4↑＋3CO2↑‎ ‎(C6H10O5)n＋nH2O3nCH4↑＋3nCO2↑‎ ‎4．氢能的开发和利用 ‎(1)氢能的优点 ‎①制取H2的原料是H2O，资源不受限制；‎ ‎②H2的燃烧产物是水，不会污染环境，是理想的清洁燃料，氢气被人们看作是理想的“绿色能源”；‎ ‎③H2的热值高，完全燃烧放出的热量是等质量汽油的3倍多。‎ ‎(2)氢能的开发方式 ‎①以天然气、石油和煤为原料，高温下与水蒸气反应：‎ CH4＋H2O(g)CO＋3H2；C＋H2O(g)CO↑＋H2↑‎ ‎②电解水：2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎③使用催化剂，利用太阳能分解水：2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎④利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气。‎ ‎【例1】　下列说法不正确的是(　　)‎ A．化石燃料蕴藏的能量来自远古时期生物体所吸收利用的太阳能 B．光－热转化是目前技术最成熟、成本最低廉、应用最广泛的利用太阳能的形式 C．氢气之所以被称为“绿色能源”是因为它燃烧的产物不会污染环境 D．人类利用的能源都是通过化学反应获得的 ‎【解析】　人类利用的能源有的通过化学反应得到，有的能源不通过化学反应也可得到，故D错误。‎ ‎【答案】　D ‎【提炼】　能源是人类生存和发展的重要支撑因素。化石燃料日益减少，人类最希望的新能源是太阳能、风能、氢能等。这些资源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染小。‎ ‎【例2】　据报道，科学家开发出了利用太阳能分解水的新型催化剂。下列有关水分解过程的能量变化示意图正确的是(　　)‎ ‎【解析】　水的分解是吸热反应，催化剂可以降低反应的活化能。故B为正确答案。‎ ‎【答案】　B ‎【提炼】　正确理解活化能与反应热的关系(加试)‎ ‎(1)催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。‎ ‎(2)在无催化剂的情况下，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，即E1＝E2＋|ΔH|。‎ ‎【例3】　“生物质能”主要是指树木、庄稼、草类等植物直接或间接提供的能量；古老的柴火做饭、烧炭取暖等粗放用能方式正被现代科学技术所改变，下面说法错误的是(　　)‎ A．生物质能的缺点是严重污染环境 B．生物质能源是可再生的能源 C．利用生物质能就是间接利用太阳能 D．使用沼气这种生物质能是对化学能的充分利用 ‎【解析】　生物质能是一种洁净能源，故A错误；生物质能就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，故B正确；生物质能来源于太阳能，故C正确；沼气池中产生的沼气可以做燃料，沼气池中发酵后的池底剩余物是很好的沤肥，故沼气是对化学能的充分利用，故D正确；故选A。‎ ‎【答案】　A ‎【提炼】　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。生物质能的优点：提供廉价和清洁的能源；其缺点：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。生物质能的利用方式主要有①直接燃烧；②生物化学转化；③热化学转化。‎ ‎【例4】　黑火药是中国古代的四大发明之一，其爆炸的热化学方程式为：‎ S(s)＋2KNO3(s)＋3C(s)===K2S(s)＋N2(g)＋3CO2(g)　ΔH＝x kJ·mol－1‎ 已知：碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1　S(s)＋2K(s)===K2S(s)　ΔH2＝b kJ·mol－1‎ ‎2K(s)＋N2(g)＋3O2(g)===2KNO3(s)　ΔH3＝c kJ·mol－1，则x为________‎ ‎【解析】　已知碳的燃烧热ΔH1＝a kJ·mol－1，则碳的燃烧热化学方程式为：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝a kJ·mol－1，根据盖斯定律，可得ΔH＝3ΔH1＋ΔH2－ΔH3，即x＝3a＋b－c。‎ ‎【答案】　3a＋b－c ‎【提炼】　考查燃烧热的概念及盖斯定律。‎ ‎【例5】　甲醇广泛用作燃料电池的燃料，可由天然气来合成，已知：‎ ‎①2CH4(g)＋O2(g)===2CO(g)＋4H2(g)　ΔH＝－71 kJ·mol－1‎ ‎②CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－90.5 kJ·mol－1‎ ‎③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890 kJ·mol－1‎ 由以上三个热化学方程式不能得出的结论是(　　)‎ A．在以上三个反应中，都是反应物的总能量大于生成物的总能量 B．CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH＜－90.5 kJ·mol－1‎ C．甲醇的标准燃烧热ΔH＝－764 kJ·mol－1‎ D．若CO的标准燃烧热ΔH＝－282.5 kJ·mol－1，则H2的标准燃烧热ΔH＝－286 kJ·mol－1‎ ‎【解析】　在放热反应中，反应物的总能量比生成物的总能量高。生成气态甲醇比生成液态甲醇时放热少，ΔH变大(ΔH是负数)。‎ 将①＋②×2得④：2CH4(g)＋O2(g)===2CH3OH(l)　ΔH＝－252 kJ·mol－1‎ 将③×2－④得⑤：2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 528 kJ·mol－1，所以CH3OH的燃烧热ΔH＝－764 kJ·mol－1‎ 将②×2＋⑤得：2CO(g)＋4H2(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－1 709 kJ·mol－1‎ 所以H2的标准燃烧热ΔH＝＝－286 kJ·mol－1‎ 由分析可知，选项B符合题意。‎ ‎【答案】　B ‎【提炼】　正确理解燃烧热(1 mol可燃物完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量)的概念。同时可以利用盖斯定律间接得到标准燃烧热。‎ ‎【例6】　“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的一种温室气体。因此，控制和治理CO2是解决温室效应的有效途径。‎ ‎(1)下列措施中，有利于降低大气中CO2浓度的有________(填字母)。‎ a．减少化石燃料的使用 b．植树造林，增大植被面积 c．采用节能技术 d．利用太阳能、风能 ‎(2)将CO2转化成有机物可有效实现碳循环。CO2转化成有机物的例子很多，如：‎ a．6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2‎ b．CO2＋3H2CH3OH＋H2O c．CO2＋CH4CH3COOH d．2CO2＋6H2CH2===CH2＋4H2O 以上反应中，最节能的是________，原子利用率最高的是________。‎ ‎【解析】　(1)a.减少化石燃料的使用，可以减少向大气中排放二氧化碳，故a正确；b.植树造林，增大植被面积，可以通过光合作用吸收部分二氧化碳，故b正确；c.采用节能技术，可减少化石燃料的利用，也能减少二氧化碳的排放，故c正确；d.利用太阳能、风能，可减少化石燃料的利用，也能减少二氧化碳的排放，故d正确。‎ ‎(2)光合作用是自然界中碳循环的反应，不需要再人为提供能源，所以最好，c是化合反应，所有原子都变成了产物，所以利用率最高。‎ ‎【答案】　(1)abcd　(2)a　c ‎【提炼】　‎ 根据自然界中碳氧循环的途径，自然界中碳氧循环主要涉及光合作用和呼吸作用，最合理的是自然循环过程，原子利用率最高的反应是化合反应，所有原子都可进入产品。‎