课题1 化学引领新能源的开发（导学案） 化学沪科版五四学制2024九年级全一册

课题1 化学引领新能源的开发 一、知识目标 1. 通过观察与讨论，说出能源的基本分类及其特点，区分可再生能源与不可再生能源、一次能源与二次能源等。 1. 查阅资料并分析案例，了解生物质能（如乙醇、沼气）的来源、制备方法及应用，举例说明其作为可再生能源的优势。 1. 分析氢能的特性、制备方式和应用前景，描述其作为清洁能源的优势与面临的挑战。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同能源的形式和应用，从微观层面理解能源转化过程中的化学反应原理。 1. 科学态度与社会责任：形成能源分类意识、资源有限性和绿色能源意识，树立可持续发展观念，激发对新能源开发的兴趣和责任感。 1. 证据推理与模型认知：通过分析图表和数据，推理能源危机的现状和应对策略；构建能源转化和利用的模型，理解化学在能源开发中的作用。 一、学习重点 1. 能源的分类。 1. 生物质能和氢能的特点与应用。 1. 能源危机的应对策略。 二、学习难点 1. 氢能的开发面临的挑战。 1. 绿色制氢理念的理解。 一、能源是什么 1.能源是可以直接或经转换提供人类所需 ___________、___________、___________、___________等不同形式能量的资源。 2.能源按其是否可再生，分为 ___________和 ___________。 3.可再生能源包括 ___________、___________、___________ 等，这些能源在自然界中可以 ___________，取之不尽，是清洁、绿色、低碳的能源。 4.___________、___________、___________ 等化石燃料都属于不可再生能源。目前全球每年能源消耗量中，___________以上 来自化石燃料。 5.为了应对能源危机，我们必须：一是提高 ___________，二是尽量 ___________，三是寻找其他___________。 二、基于生物质的新能源 1.生物质能是以 ___________为载体的能量，是绿色植物通过___________ 将太阳能储存在生物质内部的能量形式，本质上是以 ___________形式储存的太阳能，属于___________ 能源。 2.直接燃烧生物质获取能量效率很低，目前主要通过一定手段，将生物质转化为 ___________、___________、___________ 等其他形式能源产品进行利用。 3.乙醇的化学式为___________，在空气中燃烧的化学方程式为：___________。在汽油中加入适量乙醇制成 ___________，可以在一定程度上节省 ___________ 资源，减少 ___________ 的污染。 4.沼气的主要成分是___________，可通过 ___________、___________、___________等废弃物在___________ 的池中发酵产生，是一种 ___________ 能源。 5.利用化学技术可使 ___________转化为 ___________。生物柴油是典型的“绿色能源”，具有 ___________、___________、___________ 等特性。 三、氢能的开发与利用 1.氢气燃烧的 ___________比化石燃料高很多，而且燃烧产物只有 ___________，不污染环境。因此，氢能是一种 ___________，具有广阔的开发前景。 2.氢元素在自然界中普遍存在，主要以 ___________ 态存在于 ___________ 中。从来源看，___________是制氢最适宜的原料。 3.目前，大规模制氢基本以 ___________ 或___________为原料。要实现氢能全过程的可再生和清洁化，则需要借助 ___________、___________、___________ 等可再生能源。 4.根据制备方式的不同，将氢源分为三类： 灰氢：通过 ___________燃烧产生的氢气，生产过程中 ___________。 蓝氢：虽然也是用 ___________制氢，但由于使用了___________技术，可减轻对地球环境的影响。 绿氢：利用 ___________（如风能、太阳能）电解___________产生的氢气，实现了 ___________。从灰氢过渡到蓝氢，最终实现 ___________，是氢能未来发展的趋势。 5.氢能发展面临的挑战包括：需要发展安全、可靠、高效的___________，以及降低制氢 ___________。 一、能源是什么 活动一：能源的定义 问题思考：什么是能源？ 问题思考：我们平时直接使用的能源有哪些例子？ 问题思考：有哪些能源需要转换才能利用？太阳能、核能是如何转换的？ 活动二：能源的分类 问题思考：在按再生性、按来源、按利用方式、按使用状况这些分类方法中，哪种最能体现能源的可持续性，为什么？ 问题思考：太阳能、风能、核能、化石燃料、地热能和电能中，哪些属于可再生能源，哪些属于不可再生能源？理由是什么？ 问题思考：电能属于哪一类能源？一次能源和二次能源是如何定义的？ 问题探究：如何评价“地球上的绝大部分能源追根溯源都来源于太阳”这个观点？请结合实例说明。 活动三：能源危机 问题思考：能源危机产生的两个最核心的原因是什么？ 问题思考：过度依赖化石燃料会带来哪些直接的后果？ 问题思考：面对“现有能源模式难以为继”的严峻挑战，未来的出路是什么？ 活动四：能源危机的应对之法 问题思考：“提升效率”的核心思想是什么？用什么公式概括？ 问题思考：作为个人，在“厉行节约”方面能做什么？举例说明。 问题探究：在“大力发展”的能源和“前沿探索”的能源中，你认为哪一种未来潜力最大，为什么？ 活动五：典例精讲 典例1：下2024年10月24日，我国首个清洁煤电与平价光伏协同发展项目中国大唐新余二期2号机组正式并网。下列关于煤的说法正确的是（ ） A. 属于清洁能源 B. 属于可再生能源 C. 属于新能源 D. 属于化石能源 典例2：下俄乌冲突引发的能源危机，让世界各国重新审视过度依赖化石能源的潜在风险。下列不属于化石能源的是（ ） A. 核能 B. 天然气 C. 石油 D. 煤 典例3：下化学与技术帮助人类解决能源危机。请回答下列问题： 1. 新型农村“光伏发电”项目（如图），帮助村民大大提高生活质量。这种技术可将太阳能直接转化为电能，此技术与传统的火力发电相比较优点是_______________________________________；（答一点即可） 1. 目前，我国南海神狐海域地区发现了大量的可燃冰。可燃冰（天然气水合物）是资源量丰富的高效清洁能源，其主要成分是甲烷。甲烷燃烧的化学方程式为____________________________________。 二、基于生物质的新能源 活动一：生物质能 问题思考：生物质能的“本质”是什么？它和煤炭、石油有什么根本上的联系与区别？ 问题思考:植物每年固定的能量相当于全球人类年能耗的10倍，这个数据给你什么感受？ 问题思考:如何利用储存在秸秆、木材等生物质中的能量？ 问题思考:为什么说生物质能是构建可持续能源体系的关键一环？ 活动二：乙醇 问题思考:生物质能的本质是什么？与煤炭、石油在来源上有何相似与区别？ 问题思考:植物每年固定的能量相当于全球人类年能耗的10倍，说明了什么？ 问题思考:大力开发生物质能有哪些深远意义，和“开源节流”策略有何关联？ 活动三：沼气 问题思考:什么是沼气？它的主要成分和核心属性是什么？ 问题思考:如何“制造”沼气？核心原理和原料来源是什么？ 问题思考:沼气应用“一举多得”体现在哪些方面？ 问题思考:将地沟油转化为生物柴油与沼气的生产过程在核心思想上有什么共同之处？ 活动四：典例精讲 典例1：我国每年可收集秸秆总量约7亿吨，用20%秸秆生产乙醇，年产量可达到2800万吨。下列有关秸秆处理的成熟技术中不属于化学变化的是（ ） A. 发酵制取沼气 B. 制取生物质乙醇 C. 压缩制造成为成型生物质燃料 D. 制糖 典例2：很多新农村现在使用沼气当“柴”烧火做饭，沼气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中完全燃烧的微观示意图如图所示。以下说法错误的是（ ） A. 图中四种物质都是由分子构成 B. 生成物水中氢元素与氧元素的质量比为2：1 C. 一个甲烷分子是由一个碳原子和四个氢原子构成 D. 由微观示意图可知，发生化学反应时分子可分，原子不可分 三、氢能的开发与利用 活动一：氢能 问题思考：从数据和化学方程式角度，总结氢能作为“绿色能源”的三大核心特性。 问题思考：氢能目前有哪些具体应用？面临哪些主要挑战？ 问题思考：氢能未来的突破路径是什么？哪个环节与化学学科关系最为密切？ 活动二：氢能的开发 问题思考：从水中获取氢气面临的主要困难是什么？ 问题探究：对比分析“当前主流”与“前沿探索”的制氢方法，完成以下表格： 制氢方法 原理/原料 优点 缺点 化石燃料重整 可再生能源电解水 光催化分解水 问题思考：以天然气（主要成分）制氢为例，写出转化炉和变换塔内发生的化学反应方程式。 问题思考：根据总反应式，计算要得到1kg ，理论上需要消耗多少kg的？ 问题思考：利用化石燃料制氢是否符合绿色发展理念？请陈述理由。 问题思考：“灰氢”“蓝氢”“绿氢”的核心区别是什么？ 活动三：典例精讲 典例1：氢能是一种清洁能源，煤或天然气制得的中含有，利用液氮的低温可将液化分离，从而获得纯净的。氚可用于核能发电，电解水可制得纯净的。氚是一种原子核中有1个质子和2个中子的原子。用物理方法将石墨进行剥离，得到的石墨烯可用于常温吸附，是储存的一种方法。下列说法正确的是（ ） A. 氢气无毒，所以氢能是一种清洁能源 B. 利用核能发电制氢可实现二氧化碳零排放 C. 现阶段氢能已经能完全替代化石能源 D. 分离和属于化学变化 典例2：科学家提出了一种最理想的获得氢能源的循环体系（如图）。下列说法不正确的是 A．氢能源应用正在被加速普及 B．光分解催化剂在化学反应前后质量和性质会改变 C．该氢能源循环体系能实现将太阳能转化为电能 D．分解的水的质量等于生成的氧气和氢气的质量和 1.能源的分类 能源按可否再生分为___________ 和 ___________。 可再生能源 包括___________、___________、___________等，具有清洁、低碳特点。 不可再生能源 以 ___________燃料 为主，如___________、___________、___________，消耗快且面临短缺。 2.生物质能及其应用 生物质能本质是___________储存的太阳能，属于可再生能源。 乙醇（化学式___________）可通过 发酵 制得，用作燃料，其燃烧方程式为： ______________________。 沼气主要成分为___________，由秸秆、粪便等___________ 产生，属于___________ 能源。 地沟油可转化为___________，具有环保、可再生特性。 3.氢能及其开发 氢能是___________能源，燃烧热值 ___________，产物仅为___________。 工业制氢主要原料包括 天然气 或 煤，但理想原料是 ___________。 可再生能源制氢方法：___________、___________、生物质发酵制氢。 氢能发展挑战：___________高、___________技术需改进。 4.燃料热值比较 燃料 热值（kJ/kg） 氢气 1.4×10⁵ 甲烷 5.6×10⁴ 汽油 4.6×10⁴ 乙醇 3.0×10⁴ 标准煤 2.9×10⁴ 5.甲烷制氢工艺流程 转化炉反应：CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ 变换塔反应：CO + H₂O → CO₂ + H₂ 若完全转化，制取1 kg H₂需 CH₄ 质量约为___________kg（基于化学计量计算）。 用化石燃料制氢 ___________（选填“符合”或“不符合”）绿色发展理念，因过程中排放___________。 1.为推动农业可持续发展，各地积极将秸秆进行综合利用，变废为宝。下列处理玉米秸秆的方式涉及化学变化的是 A．秸秆发酵制沼气 B．秸秆压块 C．秸秆粉碎还田 D．用秸秆制作草帘 2.氢气是一种新能源和工业原料，利用太阳能将水转化为氢能是一种理想途径。某种光分解水的过程如图所示，下列说法正确的是 A．该转化中循环利用的物质有H2和O2 B．该过程涉及的能量转化是太阳能转化为电能 C．光分解水的过程属于复分解反应 D．与电解水相比，该方法的优点是节约能源 3.按照生产氢气过程中碳排放的多少可将氢气分为“灰氢”“蓝氢”“绿氢”。“绿氢”是通过太阳能、风能发电来电解水制氢，整个过程无碳排放。以下说法正确的是 A．生产“绿氢”较生产“灰氢”“蓝氢”更有利于“碳中和” B．如图，试管1生成的是氧气 C．如图实验说明水由氢气和氧气组成 D．如图实验结束时产生的氢气和氧气的质量比为2：1 4.氢能应用于汽车发动机的技术在我国已研制成功，以乙醇汽油为燃料的汽车已在我国部分地区使用，淮安市也有部分汽车改用压缩天然气作燃料。 （1）乙醇属于____________（选填“可再生”或“不可再生”）能源，将乙醇和汽油混合成乙醇汽油的变化属于____________（选填“物理”或“化学”）变化，酒精完全燃烧的化学方程式为_________________________________________。 （2）可燃冰在空气中完全燃烧的化学方程式为_______________________________。 （3）氢气作为能源，越来越受到人们的关注。目前氢能源没有大规模投入使用，其主要原因是__________________________________。 5.我国首次实现“固态氢能”发电并网，“绿电”与“绿氢”转化的示意图如图所示。下列说法正确的是 A．风力发电不属于新能源发电 B．储氢装置中的镁镍合金属于纯净物 C．高压加注压缩氢能源时，氢分子的体积变小 D．该过程能实现能量的转换，提高能源利用率 6.以CO2和可再生生物资源为原料生产氢气已成为能源研究重点。 ①该模式中能源转化依次为：太阳能→生物质能→化学能→_______________。 ②根据生产方法可分为“绿色”氢气和“污染”氢气。下列方法可获得“绿色”氢气的是___________（多选，填字母）。 A．用矿石生产锌和硫酸，再相互反应 B．在催化剂作用下，利用太阳能光解水 C．利用煤燃烧发电，再电解水 D．利用风能、水力发电，再电解水 考点1 能源是什么 1．化石能源正逐渐被环境友好的新能源替代。下列能源不属于化石能源的是 A．煤 B．氢气 C．石油 D．天然气 2．下列有关资源和能源的叙述正确的是 A．海水中含有80多种化学物质 B．防止金属腐蚀是保护金属资源的唯一途径 C．煤、石油、天然气、沼气都是不可再生的能源 D．地球上金属资源广泛地存在于地壳和海洋中 3．能源是社会发展的动力，能源开发利用的程度是衡量国家生产力水平的标志。 （1）图一展示了我国2013年至2023年间的能源结构消费占比。据图可知：占消费主体地位的能源是 ，化石燃料的使用占比逐年 (填“增加”或“减少”)。 （2）我国是世界上首个稳定开采“可燃冰”的国家。“可燃冰”是一种自然存在的天然气水合物，被视为石油的替代能源。天然气的主要成分是甲烷()，它在氧气中完全燃烧的化学方程式为 。 （3）我国“液态阳光”技术以二氧化碳和氢气为原料，在催化剂作用下合成液体燃料甲醇()，生产过程如图二所示。 ①生产过程中利用的可再生能源是 (写一种)，在电解装置中，能量由 能转化为 能。 ②请写出合成甲醇的化学方程式 。 ③在合成和使用甲醇的过程中，可循环利用的物质是 。 4．2025年第十八届中国国际汽车博览会在南京举办。 Ⅰ．汽车材料 （1）如图所示的汽车部件中，属于金属材料的是 (填序号)。 Ⅱ．汽车能源 （2）传统能源——汽油 ①汽油是从石油中提炼出来的，石油属于 (填“可再生”或“不可再生”)能源。 ②汽车发动机中的化油器先将汽油喷成雾状后再进入汽缸中燃烧，其目的是 。 ③燃油汽车排放的尾气中含有下列物质，其中会造成空气污染的是 。 A．一氧化碳  B．二氧化碳  C．氮的氧化物  D．未燃烧的碳氢化合物  E．烟尘 （3）绿色能源——氢能 ①氢氧燃料电池的工作原理是：氢气与外界进来的氧气在催化剂作用下化合生成水。写出该原理的化学方程式 。 ②生物柴油是一种生物质燃料，在其生产过程中的副产物甘油还能在常温常压、催化剂等条件下生成氢气。其他条件相同时，几种催化剂的催化效果如图所示。 下列说法不正确的是 (填字母)。 A．TiO2、CuO、NiO均属于氧化物 B．其他条件相同时TiO2的催化效果最好 C．催化剂在化学反应前后化学性质会发生改变 D．生物柴油的开发和利用可促进能源消费结构向清洁低碳方向转变 5．能源利用和环境保护是人类共同关注的问题。请回答下列问题。 （1）郑州市政府积极响应国家号召，大力推广新能源公交车。与传统燃油车相比，新能源汽车可减少空气污染物 （写一种即可）的排放。在新能源汽车使用的磷酸铁锂电池中，石墨作为负极材料，利用了其 性。 （2）如图所示为现代家用燃料的变迁。人们将煤粉和黏土等混合后制成蜂窝煤，目的是通过 ，使煤充分燃烧，提高热效率。做饭时，会用到天然气，写出天然气主要成分完全燃烧的化学方程式： 。氢能源有望成为未来主要燃料之一，与化石燃料相比，氢能源的优点是 （写一条即可）。 （3）同学们设计了纯净氢气与纯净甲烷燃烧的对比实验。请将横线上的内容补充完整。 实验步骤 实验现象 实验结论 ⅰ.分别在带尖嘴的导管口点燃氢气和甲烷，在火焰上方分别罩一个干燥的烧杯 均有水生成 ⅱ.迅速将步骤ⅰ中的烧杯倒转过来，分别注入少量澄清石灰水，振荡 罩在氢气火焰上方的烧杯中无明显现象，而罩在甲烷火焰上方的烧杯中澄清石灰水变浑浊 考点2 基于生物质的新能源 6．生物燃气是一种具有广泛应用前景的新能源。某企业用高浓度有机废水生产生物燃气的部分工艺流程如下图所示。分析思考，解决问题： （1）发酵罐中发生的变化属于 变化。 （2）脱硫脱碳塔中雾化吸收剂的目的是 。 （3）压缩机将大量燃气压缩贮存，从微观角度解释体积变小的原因是 。 （4）生物燃气充分燃烧的化学反应方程式为 。 （5）该生物质能源的优点是 。 7．科普短文阅读：请根据以下文章回答问题。 生物质能 生物质是指通过光合作用产生的各种有机体，生物质能是贮存在生物质中的能量。利用秸秆生产生物质能已成为一大亮点。秸秆的生物质能利用方式有多种：将秸秆粉碎、添加乳酸菌发酵，即可做成牲畜饲料；以秸秆为主要原料，经粉碎、厌氧发酵即可生产沼气；利用秸秆和畜禽粪便为原料，经无害化处理、发酵腐熟就可制成有机肥料；秸秆经粉碎、水解、糖化发酵、蒸馏等过程，可获得燃料酒精(C2H5OH)。目前，生物质能源已成为世界第四大能源。生物质能产生二氧化碳的量相当于它生长时吸收的二氧化碳，因而对大气的二氧化碳净排放量近似为零。 （1）生物质能是一种 (填“可再生”或“不可再生”)能源。 （2）秸秆的生物质能利用方式中，都需要经过的一种化学变化是 。 （3）燃料酒精充分燃烧的化学方程式是 。 （4）推广使用生物质能的优点是 (答一点)。 8．《天工开物》中记载，松木在密封严实的窑中燃烧得松烟，松烟可用于制墨，窑中还能得到木炭（如图1所示），木炭与孔雀石【主要成分的化学式为Cu2（OH）2CO3】在炭火炉中煅烧可得到铜（如图2所示）。 根据图文回答下列问题： （1）松木属于 （选填“化石”或“生物质”）能源。 （2）松烟制成了墨，写的字可以长时间保存，原因是 。 （3）孔雀石煅烧时发生反应的化学方程式为 。 9．阅读下列科普材料，回答相关问题。 生物质炭是一种富碳固态物质。它是由秸秆、树枝、菌渣等生物质废弃物在无氧或限氧环境中经高温裂解产生。生物质炭用于农业生产中能增加土壤有机质、调节土壤酸碱度，还可以有效吸附土壤中的重金属，减少作物对重金属的吸收。作为一种新型的能源材料，具有较高的碳含量和良好的燃烧性能，在能源储存领域，可以用作燃料电池的电极材料、电容器的电极材料等。生物质炭作为一种新型碳材料，具有优良的性能和广泛的应用前景。 （1）产生生物质炭的过程属于 （填“物理”或“化学”）变化。 （2）请推测生物质炭的结构特点是 。 （3）制备生物质炭，需要在无氧或限氧环境下进行的原因是 。 （4）下列有关生物质炭的说法正确的是_________（填字母）。 A．可作土壤的改良剂 B．可用于处理工业污水 C．属于新型能源材料 10．阅读下列短文，回答问题。 生物质燃料是一种可再生的清洁能源，生物质燃料燃烧后灰渣极少，燃烧后的灰烬是品位极高的优质有机钾肥。生物柴油是生物质燃料的一种，以动植物油脂和餐饮垃圾为原料制成，但在其生产过程中，副产物甘油（）产生的环境污染制约着其产业的可持续化发展。处理方法之一为光催化重整法。该方法是在常温常压和太阳光的驱动下，利用甘油和水蒸气反应产生氢气和二氧化碳。目前已有众多材料可作为该方法的催化剂，其中二氧化钛（）由于具有安全无生物毒性、耐腐蚀、廉价、可重复利用等优异性能，已成为甘油处理最常用的催化剂之一，为了提高催化效果，常将与其他物质相结合形成复合催化剂。其他条件相同时，几种催化剂的催化效果如图所示。探究高效催化剂，对于改善环境质量、探索能源发展具有积极意义。 （1）写出甘油转化成氢气的化学方程式： 。 （2）光催化处理甘油时，常用二氧化钛（）作催化剂的原因是 。标出二氧化钛（）中钛元素的化合价： 。 （3）生物质燃料燃烧后的灰烬能为农作物提供的营养元素是 。 （4）依据图示可知，催化效果最好的催化剂是 。 （5）下列说法正确的是________。 A．甘油属于非金属氧化物 B．上述复合催化剂能提高氢气的产率 C．催化剂在化学反应前后质量和性质都不变 D．生物柴油的开发和利用可解决温室效应 （6）除生物质能和氢能外，清洁能源还有 （任写一种）。 考点3 氢能的开发与利用 11．2025年《政府工作报告》提出，持续加强生态环境保护。从绿色低碳的角度考虑，下列能源中最理想的是 A．氢能 B．煤 C．石油 D．天然气 12．氢能具有广阔的发展前景，安全高效的制氢和储氢是氢能成为主要能源的关键。 （1）电解水制氢气可用铁作电极，是利用了铁的 。 （2）高压气态储氢是通过恒温高压将氢气储存在压力容器中，从微观角度解释此过程主要发生改变的是 。 （3）氢化物储氢是利用氢气与金属（如Al）反应生成金属氢化物（如），从而进行氢的储存。该过程属于 （填“物理变化”或“化学变化”）。 （4）活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用了活性炭的 性。 （5）我国科学家实现了天然气制氢的突破，在条件下，将天然气与水蒸气直接转化为氢气与二氧化碳。请写出该反应的化学方程式： 。 13．水是生命之源，也是氢能之本。 （1）为了饮水便利，许多公共场所安装了直饮水机，处理步骤如下图所示： 步骤①中PP棉可以除去水中的泥沙等大颗粒杂质，与实验室常用的 操作相同。步骤②中用 吸附色素和异味。 （2）如图，氢能分为“绿氢”“灰氢”和“蓝氢”等。储氢方法分为物理储氢和化学储氢，前者包括高压气态、低温液态、吸附等储存方式，后者将H2转化为其他化合物储存。依据信息，回答问题。 ①属于“绿氢”的是 (填字母)。 A．风能发电制氢           B．煤燃烧发电制氢         C．核能发电制氢 ②从微观角度解释，氢气能被压缩储存的原因是 。 ③将氢气降温液化进行储存，属于物理储氢中的 储存方式。 （3）守好“中华水塔”，我们义不容辞。下列有关水资源保护的做法正确的是 (填字母)。 A．河流源头建化工厂 B．推广使用节水器具 C．随意向河道丢弃生活垃圾 14．阅读下列材料，依据材料内容回答下列问题。 加快能源转型升级，发展新质生产力。氢气是最理想的清洁能源，依据不同制取方式，可分为“绿氢”“灰氢”“蓝氢”“紫氢”和“金氢”等。下图带你认识“多彩”的氢。 储氢是实现氢能广泛应用的重要环节，分为物理储氢和化学储氢，前者包括高压气态、低温液态、吸附等储存方式，后者将氢气转化为其他化合物进行储存。“液氨储氢”的原理是氢气与氮气在一定条件下生成液氨，进行储存。 （1）电解水制氢的化学方程式为 。 （2）氢气是最理想的清洁能源的原因是 (答一点)。 （3）下列说法不正确的是_______(填序号)。 A．“紫氢”是指核能发电制氢 B．“绿氢”是指风能发电制氢和煤燃烧发电制氢 C．将氢气降温液化进行储存，属于物理储氢中的低温液态储存方式 D．“液氨储氢”属于化学储氢 15．氢气是一种清洁能源，氢能产业技术主要包括氢气的制取、储运及应用。 （1）分析H2的性质。查阅资料，汽油与氢气的部分性质如题表所示。 题表 编号 性质 数据 汽油 氢气 A 最小点火能（在空气中能引发燃烧或爆炸所需的最小火花能量×10-3J） 0.24 0.019 B 爆炸极限（在空气中能发生燃烧或爆炸的体积分数范围/%） 1~7.6 4~75 C 单位质量发热量（单位质量燃料燃烧产生的热量×103/kJ·kg-1） 43 120 D 单位体积发热量（单位体积燃料燃烧产生的热量×10³/kJ·m-3） 33000 10.8 ①与汽油相比，除爆炸极限范围更宽外，表中支持“H2在使用时更需注意安全性”观点的数据还有 （填编号）。 ②对比表中单位质量发热量与单位体积发热量的数据进行分析，除安全性外，氢气不宜直接运输的原因还有 。 （2）电解水制氢。有研究认为，一定条件下电解水的过程中，某电极上发生的变化如题图-1所示。 ①“阶段一”中，生成的“”是一种阴离子，其离子符号为 。 ②“阶段三”中，气泡从电极表面脱离后，在溶液中向上运动时，所受压强逐渐减小，体积逐渐增大。从微观粒子的视角，对气泡体积增大进行解释： 。 ③相同条件下，若电极表面的气泡难以脱离，则不利于氢气的产生。原因是 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 课题1 化学引领新能源的开发 一、知识目标 1. 通过观察与讨论，说出能源的基本分类及其特点，区分可再生能源与不可再生能源、一次能源与二次能源等。 1. 查阅资料并分析案例，了解生物质能（如乙醇、沼气）的来源、制备方法及应用，举例说明其作为可再生能源的优势。 1. 分析氢能的特性、制备方式和应用前景，描述其作为清洁能源的优势与面临的挑战。 二、核心素养目标 1. 宏观辨识与微观探析：从宏观上认识不同能源的形式和应用，从微观层面理解能源转化过程中的化学反应原理。 1. 科学态度与社会责任：形成能源分类意识、资源有限性和绿色能源意识，树立可持续发展观念，激发对新能源开发的兴趣和责任感。 1. 证据推理与模型认知：通过分析图表和数据，推理能源危机的现状和应对策略；构建能源转化和利用的模型，理解化学在能源开发中的作用。 一、学习重点 1. 能源的分类。 1. 生物质能和氢能的特点与应用。 1. 能源危机的应对策略。 二、学习难点 1. 氢能的开发面临的挑战。 1. 绿色制氢理念的理解。 一、能源是什么 1.能源是可以直接或经转换提供人类所需 光、电、热、动力 等不同形式能量的资源。 2.能源按其是否可再生，分为 可再生能源 和 不可再生能源。 3.可再生能源包括 太阳能、水能、风能 等，这些能源在自然界中可以 循环再生，取之不尽，是清洁、绿色、低碳的能源。 4.煤炭、石油、天然气 等化石燃料都属于不可再生能源。目前全球每年能源消耗量中，80%以上 来自化石燃料。 5.为了应对能源危机，我们必须：一是提高 能源利用效率，二是尽量 节约能源，三是寻找其他 新能源。 二、基于生物质的新能源 1.生物质能是以 生物质 为载体的能量，是绿色植物通过 光合作用 将太阳能储存在生物质内部的能量形式，本质上是以 含碳物质 形式储存的太阳能，属于 可再生 能源。 2.直接燃烧生物质获取能量效率很低，目前主要通过一定手段，将生物质转化为 乙醇、沼气、生物油 等其他形式能源产品进行利用。 3.乙醇的化学式为 C₂H₆O，在空气中燃烧的化学方程式为：C₂H₆O + 3O₂ 2CO₂ + 3H₂O。在汽油中加入适量乙醇制成 车用乙醇汽油，可以在一定程度上节省 石油 资源，减少 汽车尾气 的污染。 4.沼气的主要成分是 甲烷，可通过 秸秆、杂草、人畜粪便 等废弃物在 密闭 的池中发酵产生，是一种 可再生 能源。 5.利用化学技术可使 地沟油 转化为 生物柴油。生物柴油是典型的“绿色能源”，具有 燃烧与环保性能佳、原料来源广泛、可再生 等特性。 三、氢能的开发与利用 1.氢气燃烧的 热值 比化石燃料高很多，而且燃烧产物只有 水，不污染环境。因此，氢能是一种 清洁能源，具有广阔的开发前景。 2.氢元素在自然界中普遍存在，主要以 化合 态存在于 水 中。从来源看，水 是制氢最适宜的原料。 3.目前，大规模制氢基本以 天然气 或 煤 为原料。要实现氢能全过程的可再生和清洁化，则需要借助 生物质能、风能、太阳能 等可再生能源。 4.根据制备方式的不同，将氢源分为三类： 灰氢：通过 化石燃料 燃烧产生的氢气，生产过程中 排放较多CO₂。 蓝氢：虽然也是用 化石燃料 制氢，但由于使用了 碳捕集和封存 技术，可减轻对地球环境的影响。 绿氢：利用 可再生能源（如风能、太阳能）电解 水 产生的氢气，实现了 CO₂零排放。从灰氢过渡到蓝氢，最终实现 绿氢，是氢能未来发展的趋势。 5.氢能发展面临的挑战包括：需要发展安全、可靠、高效的 储氢和运氢技术，以及降低制氢 成本。 一、能源是什么 活动一：能源的定义 问题思考：什么是能源？ 答案：能源就是能够提供光、热、动力等不同形式能量的资源。 问题思考：我们平时直接使用的能源有哪些例子？ 答案：比如太阳光照明、烧柴取暖、风推动风车等，像煤炭、秸秆、风力、温泉等都可以不经过转换，直接为我们所用。 问题思考：有哪些能源需要转换才能利用？太阳能、核能是如何转换的？ 答案：电能、核能、太阳能发电等需要转换才能利用。太阳能通过太阳能电池板实现“光能→电能”的转换；核能先转为热能，再推动汽轮机发电。 活动二：能源的分类 问题思考：在按再生性、按来源、按利用方式、按使用状况这些分类方法中，哪种最能体现能源的可持续性，为什么？ 答案：按“再生性”划分最能体现能源的可持续性，因为这直接关系到能源会不会被我们用完。 问题思考：太阳能、风能、核能、化石燃料、地热能和电能中，哪些属于可再生能源，哪些属于不可再生能源？理由是什么？ 答案：太阳能、风能、地热能属于可再生能源，因为太阳每天升起，风一直会吹，地热能来自地球内部，似乎用不完；核能和化石燃料属于不可再生能源，因为铀矿和煤炭、石油是越用越少的。 问题思考：电能属于哪一类能源？一次能源和二次能源是如何定义的？ 答案：电能属于二次能源。像煤炭、风力、阳光这样直接从自然界获取的，叫一次能源；而像电能、汽油这样由一次能源加工转换得到的，叫二次能源。 问题探究：如何评价“地球上的绝大部分能源追根溯源都来源于太阳”这个观点？请结合实例说明。 答案：这个观点有一定道理。比如，化石燃料是古代生物固定的太阳能；风能、水能是太阳驱动大气和水的循环形成的。但是，地热能和核能好像跟太阳没关系，它们来自地球内部。 活动三：能源危机 问题思考：能源危机产生的两个最核心的原因是什么？ 答案：一是化石燃料的“不可再生性”，它们需要亿万年才能形成；二是我们消耗它们的“速度太快”。 问题思考：过度依赖化石燃料会带来哪些直接的后果？ 答案：会导致能源供应短缺，比如“电荒”；还会让汽油、天然气价格经常波动，影响经济和国家的安全。 问题思考：面对“现有能源模式难以为继”的严峻挑战，未来的出路是什么？ 答案：我们必须转向可再生、可持续的能源体系。 活动四：能源危机的应对之法 问题思考：“提升效率”的核心思想是什么？用什么公式概括？ 答案：核心是“用更少的能源，做更多的事”。公式可以理解为：效益/能源消耗，让这个比值变大。 问题思考：作为个人，在“厉行节约”方面能做什么？举例说明。 答案：比如及时关闭投影仪、避免电脑长时间待机、夏天适当调高空调温度等。如果能把家里的白炽灯都换成LED灯，总照明能耗就能直接降低60%以上。 问题探究：在“大力发展”的能源和“前沿探索”的能源中，你认为哪一种未来潜力最大，为什么？ 答案：不同同学有不同观点。有的同学认为太阳能和风能未来潜力大，因为它们是取之不尽的；有的同学觉得可控核聚变潜力大，它如果能成功，就能一劳永逸地解决能源问题。 活动五：典例精讲 典例1：下2024年10月24日，我国首个清洁煤电与平价光伏协同发展项目中国大唐新余二期2号机组正式并网。下列关于煤的说法正确的是（ ） A. 属于清洁能源 B. 属于可再生能源 C. 属于新能源 D. 属于化石能源 答案：D。A选项：煤燃烧会产生二氧化硫、一氧化碳等污染物，不属于清洁能源，不符合题意。 B选项：煤属于化石能源，在短时间内不能从自然界中得到补充，属于不可再生能源，不符合题意。 C选项：煤属于化石能源，不属于新能源，不符合题意。 D选项：煤属于化石能源，符合题意。 典例2：下俄乌冲突引发的能源危机，让世界各国重新审视过度依赖化石能源的潜在风险。下列不属于化石能源的是（ ） A. 核能 B. 天然气 C. 石油 D. 煤 答案：A。A选项：核能不属于化石能源，该选项符合题意。B选项：天然气属于化石能源，该选项不符合题意。C选项：石油属于化石能源，该选项不符合题意。D选项：煤属于化石能源，该选项不符合题意。 典例3：下化学与技术帮助人类解决能源危机。请回答下列问题： 1. 新型农村“光伏发电”项目（如图），帮助村民大大提高生活质量。这种技术可将太阳能直接转化为电能，此技术与传统的火力发电相比较优点是_______________________________________；（答一点即可） 1. 目前，我国南海神狐海域地区发现了大量的可燃冰。可燃冰（天然气水合物）是资源量丰富的高效清洁能源，其主要成分是甲烷。甲烷燃烧的化学方程式为____________________________________。 答案：（1）节约化石能源、无污染、可再生；（2）CH4 + 2O2CO2 + 2H2O。 1. 此技术将太阳能直接转化为电能，则此技术与传统的火力发电相比较，减少了煤的使用量，能够节约化石燃料，减少了煤的燃烧量，从而减少了有害气体与烟尘的排放量，没有污染，同时太阳能能够再生，故填节约化石燃料、无污染或可以再生。 1. 甲烷与氧气在点燃的条件下反应生成二氧化碳和水，反应的化学方程式为CH4 + 2O2CO2 + 2H2O。 二、基于生物质的新能源 活动一：生物质能 问题思考：生物质能的“本质”是什么？它和煤炭、石油有什么根本上的联系与区别？ 答案：生物质能是绿色植物通过光合作用，把太阳能变成化学能储存在有机物质里的能量。它和煤炭、石油一样，都是储存的太阳能，但区别是煤炭、石油是远古的，而生物质能是现在的、可再生的。 问题思考:植物每年固定的能量相当于全球人类年能耗的10倍，这个数据给你什么感受？ 答案:会感到非常震撼，原来身边看似普通的植物，蕴含着这么巨大的能量潜力，以前都被浪费了。 问题思考:如何利用储存在秸秆、木材等生物质中的能量？ 答案:可以直接燃烧来取暖做饭，也可以通过化学方法转化成像沼气、乙醇这样的燃料。 问题思考:为什么说生物质能是构建可持续能源体系的关键一环？ 答案:因为它既开源又节流，是一种可再生、分布广、能帮助我们实现碳的循环的清洁能源。 活动二：乙醇 问题思考:生物质能的本质是什么？与煤炭、石油在来源上有何相似与区别？ 答案:生物质能的本质是绿色植物通过光合作用固定的太阳能，以化学能的形式储存在有机质中。它和煤炭、石油一样，最初的能量都来源于太阳，但根本区别在于，煤炭、石油是不可再生的，而生物质能是可再生的。 问题思考:植物每年固定的能量相当于全球人类年能耗的10倍，说明了什么？ 答案:说明生物质能的储量非常巨大，远远超过我们当前的需求，开发潜力无限。 问题思考:大力开发生物质能有哪些深远意义，和“开源节流”策略有何关联？ 答案:开发利用生物质能，一方面增加了可再生能源的供给，这是“开源”；另一方面，减少了对化石燃料的依赖，实现了碳的循环，这又是“节流”和环保。 活动三：沼气 问题思考:什么是沼气？它的主要成分和核心属性是什么？ 答案:沼气是有机废弃物在密闭池里发酵产生的可燃混合气体，主要成分是甲烷，是一种可再生能源。 问题思考:如何“制造”沼气？核心原理和原料来源是什么？ 答案:核心原理是微生物在无氧条件下的发酵。原料在农村可以是秸秆、粪便，在城市可以是厨余垃圾。 问题思考:沼气应用“一举多得”体现在哪些方面？ 答案:它可以用来做饭、照明、发电，还能处理垃圾，改善环境，并且形成了一个“废弃物→能源→农业”的循环。 问题思考:将地沟油转化为生物柴油与沼气的生产过程在核心思想上有什么共同之处？ 答案:它们都是将令人头疼的废弃物，通过化学方法，转化成了有价值的清洁能源。 活动四：典例精讲 典例1：我国每年可收集秸秆总量约7亿吨，用20%秸秆生产乙醇，年产量可达到2800万吨。下列有关秸秆处理的成熟技术中不属于化学变化的是（ ） A. 发酵制取沼气 B. 制取生物质乙醇 C. 压缩制造成为成型生物质燃料 D. 制糖 答案:C。 A选项：发酵制取沼气过程中有新物质甲烷生成，属于化学变化。 B选项：制取生物质乙醇过程中有新物质乙醇生成，属于化学变化。 C选项：压缩制造成为成型生物质燃料过程中只是状态发生改变，没有新物质生成，属于物理变化。 D选项：利用秸秆中纤维素制糖过程中有新物质生成，属于化学变化。 典例2：很多新农村现在使用沼气当“柴”烧火做饭，沼气的主要成分是甲烷，甲烷在空气中完全燃烧的微观示意图如图所示。以下说法错误的是（ ） A. 图中四种物质都是由分子构成 B. 生成物水中氢元素与氧元素的质量比为2：1 C. 一个甲烷分子是由一个碳原子和四个氢原子构成 D. 由微观示意图可知，发生化学反应时分子可分，原子不可分 答案:B。 A选项：由图可知，四种分子均由原子构成，该选项说法正确。 B选项：水（）中氢元素与氧元素的质量比为，该选项说法错误。 C选项：由图可知，一个甲烷分子由一个碳原子和四个氢原子构成，该选项说法正确。 D选项：化学变化的实质为分子分成原子，原子重新组合成新的分子，则发生化学反应时分子可分，原子不可分，该选项说法正确。 三、氢能的开发与利用 活动一：氢能 问题思考：从数据和化学方程式角度，总结氢能作为“绿色能源”的三大核心特性。 答案：一是热值高，单位质量释放的热量远高于其他燃料；二是清洁，燃烧产物只有水，零污染；三是它是一种化学能。 问题思考：氢能目前有哪些具体应用？面临哪些主要挑战？ 答案：应用方面，已经用在火箭燃料和氢燃料电池汽车上。挑战是制取成本高，储存和运输也比较困难。 问题思考：氢能未来的突破路径是什么？哪个环节与化学学科关系最为密切？ 答案：未来要用可再生能源（如太阳能）来制氢。用太阳能分解水制氢这个环节，完全是一个化学过程，与化学学科关系最为密切。 活动二：氢能的开发 问题思考：从水中获取氢气面临的主要困难是什么？ 答案：水分子非常稳定，直接加热分解需要极高的温度，能耗巨大；而电解水虽然可行，但同样需要消耗大量电能，成本很高。 问题探究：对比分析“当前主流”与“前沿探索”的制氢方法，完成以下表格： 制氢方法 原理/原料 优点 缺点 化石燃料重整 可再生能源电解水 光催化分解水 答案： 制氢方法 原理/原料 优点 缺点 化石燃料重整 以化石燃料（如天然气等）为原料进行重整反应 技术成熟 依赖化石燃料，会产生温室气体，不符合可持续发展理念 可再生能源电解水 利用太阳能、风能等可再生能源发电来电解水 全过程清洁，符合可持续发展方向 目前成本较高 光催化分解水 利用光催化剂在光照条件下分解水 清洁、可持续，理论上能耗较低 技术尚处于研究阶段，效率有待提高 问题思考：以天然气（主要成分）制氢为例，写出转化炉和变换塔内发生的化学反应方程式。 答案：转化炉：CH4 + H2OCO + 3H2；变换塔：CO + H2OCO2 + H2。 问题思考：根据总反应式，计算要得到1kg ，理论上需要消耗多少kg的？ 答案：由反应关系，相对分子质量为16，为2，4个相对分子质量为8。设需要消耗g，则有，解得g = 2kg。 问题思考：利用化石燃料制氢是否符合绿色发展理念？请陈述理由。 答案：不完全符合。虽然产出的氢气是清洁的，但制取过程本身消耗了不可再生资源（如），并产生了温室气体，它只能作为一种过渡技术。 问题思考：“灰氢”“蓝氢”“绿氢”的核心区别是什么？ 答案：“灰氢”是化石燃料制氢且不处理；“蓝氢”是化石燃料制氢但会捕集封存；“绿氢”是利用可再生能源电解水，全程零碳排放。 活动三：典例精讲 典例1：氢能是一种清洁能源，煤或天然气制得的中含有，利用液氮的低温可将液化分离，从而获得纯净的。氚可用于核能发电，电解水可制得纯净的。氚是一种原子核中有1个质子和2个中子的原子。用物理方法将石墨进行剥离，得到的石墨烯可用于常温吸附，是储存的一种方法。下列说法正确的是（ ） A. 氢气无毒，所以氢能是一种清洁能源 B. 利用核能发电制氢可实现二氧化碳零排放 C. 现阶段氢能已经能完全替代化石能源 D. 分离和属于化学变化 答案：B。A、氢气燃烧产物只有水，对环境无污染，所以氢气是一种清洁能源，选项错误； B、利用核能发电制氢，过程中没有二氧化碳生成，可实现二氧化碳零排放，选项正确； C、氢气可通过电解水制取，制取成本高，氢气易燃易爆，贮存运输困难，现阶段氢能源制取成本高，贮存困难的问题还没有解决，氢能源还没 有被广泛应用，不能完全替代化石能源，选项错误； D、分离氢气和一氧化碳过程中没有新物质生成，属于物理变化，选项错误。 故选B。 典例2：科学家提出了一种最理想的获得氢能源的循环体系（如图）。下列说法不正确的是 A．氢能源应用正在被加速普及 B．光分解催化剂在化学反应前后质量和性质会改变 C．该氢能源循环体系能实现将太阳能转化为电能 D．分解的水的质量等于生成的氧气和氢气的质量和 【答案】B。A、氢气燃烧只生成水，没有污染，且热值高，为最理想的能源，则氢能源应用正在被加速普及，该选项说法正确； B、反应前后催化剂的质量和化学性质不变，该选项说法不正确； C、由图可知，该氢能源循环体系能将太阳能转化为电能，该选项说法正确； D、电解水生成氢气和氧气，根据质量守恒定律可知，分解的水的质量等于生成的氧气和氢气的质量和，该选项说法正确。 故选B。 1.能源的分类 能源按可否再生分为 可再生能源 和 不可再生能源。 可再生能源 包括太阳能、水能、风能等，具有清洁、低碳特点。 不可再生能源 以 化石燃料 为主，如煤炭、石油、天然气，消耗快且面临短缺。 2.生物质能及其应用 生物质能本质是 以含碳物质形式储存的太阳能，属于可再生能源。 乙醇（化学式 C₂H₆O）可通过 发酵 制得，用作燃料，其燃烧方程式为： C₂H₆O + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O。 沼气主要成分为 甲烷，由秸秆、粪便等 发酵 产生，属于 可再生 能源。 地沟油可转化为 生物柴油，具有环保、可再生特性。 3.氢能及其开发 氢能是 清洁能源，燃烧热值 高，产物仅为 水。 工业制氢主要原料包括 天然气 或 煤，但理想原料是 水。 可再生能源制氢方法：电解水、太阳能分解水、生物质发酵制氢。 氢能发展挑战：制氢成本高、储运技术需改进。 4.燃料热值比较 燃料 热值（kJ/kg） 氢气 1.4×10⁵ 甲烷 5.6×10⁴ 汽油 4.6×10⁴ 乙醇 3.0×10⁴ 标准煤 2.9×10⁴ 5.甲烷制氢工艺流程 转化炉反应：CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ 变换塔反应：CO + H₂O → CO₂ + H₂ 若完全转化，制取1 kg H₂需 CH₄ 质量约为 4 kg（基于化学计量计算）。 用化石燃料制氢 不符合 （选填“符合”或“不符合”）绿色发展理念，因过程中排放 CO₂。 1.为推动农业可持续发展，各地积极将秸秆进行综合利用，变废为宝。下列处理玉米秸秆的方式涉及化学变化的是 A．秸秆发酵制沼气 B．秸秆压块 C．秸秆粉碎还田 D．用秸秆制作草帘 【答案】A 【解析】化学变化是指有新物质生成的变化，物理变化是指没有新物质生成的变化。A选项中，秸秆发酵制沼气过程中有新物质沼气生成，属于化学变化；B选项秸秆压块、C选项秸秆粉碎还田、D选项用秸秆制作草帘，都只是秸秆的形状或状态发生改变，没有新物质生成，属于物理变化。所以答案选A。 2.氢气是一种新能源和工业原料，利用太阳能将水转化为氢能是一种理想途径。某种光分解水的过程如图所示，下列说法正确的是 A．该转化中循环利用的物质有H2和O2 B．该过程涉及的能量转化是太阳能转化为电能 C．光分解水的过程属于复分解反应 D．与电解水相比，该方法的优点是节约能源 【答案】D 【解析】A选项，由图可知，该转化中循环利用的物质是光分解催化剂，而不是H₂和O₂，A错误；B选项，该过程是利用太阳能将水分解为氢气和氧气，涉及的能量转化是太阳能转化为化学能，B错误；C选项，复分解反应是由两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应，光分解水的过程是一种物质分解生成两种物质，属于分解反应，不属于复分解反应，C错误；D选项，电解水需要消耗电能，而光分解水利用太阳能，与电解水相比，该方法的优点是节约能源，D正确。所以答案选D。 3.按照生产氢气过程中碳排放的多少可将氢气分为“灰氢”“蓝氢”“绿氢”。“绿氢”是通过太阳能、风能发电来电解水制氢，整个过程无碳排放。以下说法正确的是 A．生产“绿氢”较生产“灰氢”“蓝氢”更有利于“碳中和” B．如图，试管1生成的是氧气 C．如图实验说明水由氢气和氧气组成 D．如图实验结束时产生的氢气和氧气的质量比为2：1 【答案】A 【解析】A选项，“绿氢”整个过程无碳排放，而“灰氢”“蓝氢”在生产过程中有碳排放，所以生产“绿氢”较生产“灰氢”“蓝氢”更有利于“碳中和”，A正确；B选项，电解水时，与电源负极相连的试管产生氢气，与电源正极相连的试管产生氧气，所以试管1生成的是氢气，B错误；C选项，水是由氢元素和氧元素组成的，而不是由氢气和氧气组成的，C错误；D选项，电解水实验结束时产生的氢气和氧气的体积比为2：1，质量比为1：8，D错误。所以答案选A。 4.氢能应用于汽车发动机的技术在我国已研制成功，以乙醇汽油为燃料的汽车已在我国部分地区使用，淮安市也有部分汽车改用压缩天然气作燃料。 （1）乙醇属于____________（选填“可再生”或“不可再生”）能源，将乙醇和汽油混合成乙醇汽油的变化属于____________（选填“物理”或“化学”）变化，酒精完全燃烧的化学方程式为_________________________________________。 （2）可燃冰在空气中完全燃烧的化学方程式为_______________________________。 （3）氢气作为能源，越来越受到人们的关注。目前氢能源没有大规模投入使用，其主要原因是__________________________________。 【答案】（1）可再生；物理；C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O （2）CH4 + 2O₂CO₂ + 2H₂O （3）制取成本高、贮存困难 【解析】（1）乙醇可以通过粮食发酵等方式制取，属于可再生能源；将乙醇和汽油混合成乙醇汽油的过程中，没有新物质生成，属于物理变化；酒精（乙醇）完全燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式为C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O。 （2）可燃冰的主要成分是甲烷，甲烷在空气中完全燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式为CH4 + 2O₂CO₂ + 2H₂O。 （3）目前氢能源没有大规模投入使用，主要原因是制取成本高，如电解水制取氢气消耗电能多；贮存困难，氢气的密度小，难液化，储存和运输不方便。 5.我国首次实现“固态氢能”发电并网，“绿电”与“绿氢”转化的示意图如图所示。下列说法正确的是 A．风力发电不属于新能源发电 B．储氢装置中的镁镍合金属于纯净物 C．高压加注压缩氢能源时，氢分子的体积变小 D．该过程能实现能量的转换，提高能源利用率 【答案】D 【解析】A选项，风力发电属于新能源发电，新能源是指在新技术基础上，可系统地开发利用的可再生能源，包括太阳能、风能、水能等，A错误；B选项，镁镍合金是由镁和镍等多种物质组成的，属于混合物，B错误；C选项，高压加注压缩氢能源时，氢分子之间的间隔变小，而不是氢分子的体积变小，C错误；D选项，由图可知，该过程能实现“绿电”与“绿氢”的转化，即实现了能量的转换，提高了能源利用率，D正确。所以答案选D。 6.以CO2和可再生生物资源为原料生产氢气已成为能源研究重点。 ①该模式中能源转化依次为：太阳能→生物质能→化学能→_______________。 ②根据生产方法可分为“绿色”氢气和“污染”氢气。下列方法可获得“绿色”氢气的是___________（多选，填字母）。 A．用矿石生产锌和硫酸，再相互反应 B．在催化剂作用下，利用太阳能光解水 C．利用煤燃烧发电，再电解水 D．利用风能、水力发电，再电解水 【答案】①电能；②BD 【解析】①以CO2和可再生生物资源为原料生产氢气，绿色植物通过光合作用将太阳能转化为生物质能，生物质能通过化学反应转化为化学能，最后化学能转化为电能，所以该模式中能源转化依次为：太阳能→生物质能→化学能→电能。 ②“绿色”氢气是指生产过程中无碳排放的氢气。A选项，用矿石生产锌和硫酸，再相互反应制取氢气，矿石的开采和加工过程会有碳排放，不属于“绿色”氢气制取方法；B选项，在催化剂作用下，利用太阳能光解水制取氢气，整个过程利用太阳能，无碳排放，属于“绿色”氢气制取方法；C选项，利用煤燃烧发电，再电解水制取氢气，煤燃烧会产生大量二氧化碳等温室气体，不属于“绿色”氢气制取方法；D选项，利用风能、水力发电，再电解水制取氢气，风能、水力属于清洁能源，整个过程无碳排放，属于“绿色”氢气制取方法。所以答案选BD。 考点1 能源是什么 1．化石能源正逐渐被环境友好的新能源替代。下列能源不属于化石能源的是 A．煤 B．氢气 C．石油 D．天然气 【答案】B 【详解】A、煤是由古代植物遗骸在高压、高温下形成的固体化石燃料，属于典型的化石能源，不符合题意； B、氢气是一种清洁能源，可通过电解水或化学反应（如分解水）生产，它不是由古代生物遗骸形成的，也不属于地质作用产物。氢气是新能源的代表，环境友好，符合题意； C、石油是由古代海洋生物遗骸（如藻类、浮游生物）沉积后形成的液体化石燃料，属于化石能源，不符合题意； D、天然气主要成分是甲烷，是由古代生物遗骸在厌氧条件下分解形成的化石燃料，属于化石能源，不符合题意。 故选B。 2．下列有关资源和能源的叙述正确的是 A．海水中含有80多种化学物质 B．防止金属腐蚀是保护金属资源的唯一途径 C．煤、石油、天然气、沼气都是不可再生的能源 D．地球上金属资源广泛地存在于地壳和海洋中 【答案】D 【详解】A、海水中含有 80 多种化学元素，而非化学物质，该选项错误。 B、保护金属资源的途径除了防止金属腐蚀，还有回收利用废旧金属、合理开采矿物、寻找金属替代品等，该选项错误。 C、煤、石油、天然气使用之后短期内无法重新生成，是不可再生能源，而沼气可通过发酵不断获取，是可再生能源，该选项错误。 D、地球上金属资源广泛地存在于地壳和海洋中，该选项正确。 故选D。 3．能源是社会发展的动力，能源开发利用的程度是衡量国家生产力水平的标志。 （1）图一展示了我国2013年至2023年间的能源结构消费占比。据图可知：占消费主体地位的能源是 ，化石燃料的使用占比逐年 (填“增加”或“减少”)。 （2）我国是世界上首个稳定开采“可燃冰”的国家。“可燃冰”是一种自然存在的天然气水合物，被视为石油的替代能源。天然气的主要成分是甲烷()，它在氧气中完全燃烧的化学方程式为 。 （3）我国“液态阳光”技术以二氧化碳和氢气为原料，在催化剂作用下合成液体燃料甲醇()，生产过程如图二所示。 ①生产过程中利用的可再生能源是 (写一种)，在电解装置中，能量由 能转化为 能。 ②请写出合成甲醇的化学方程式 。 ③在合成和使用甲醇的过程中，可循环利用的物质是 。 【答案】（1） 煤炭 减少 （2） （3） 太阳能（或风能） 电 化学 水（H2O） 【详解】（1）观察可知，在各年份的能源结构消费占比中，煤炭的占比一直较大，所以占消费主体地位的能源是煤炭。同时可以看到，随着年份的推移，煤炭、石油、天然气这些化石燃料的占比柱状图高度整体呈下降趋势，即化石燃料的使用占比逐年减少。 （2）甲烷CH4在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和水，根据化学反应前后原子种类和数目不变进行配平，化学方程式为。 （3）①可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源。在这个生产过程中，太阳能和风能都属于可再生能源，这里可以写太阳能（或风能）。在电解装置中，电能使水分解产生氢气和氧气，能量由电能转化为化学能（因为电解过程中生成了新物质，将电能转化为物质中的化学能储存起来）。 ②二氧化碳和氢气在催化剂的作用下合成甲醇，同时还会生成水。根据化学反应前后原子种类和数目不变进行配平，化学方程式为 。 ③观察生产过程图可知，在合成甲醇的反应中生成了水，而水又作为电解装置的原料参与反应，所以在合成和使用甲醇的过程中，可循环利用的物质是水（H2O）。 4．2025年第十八届中国国际汽车博览会在南京举办。 Ⅰ．汽车材料 （1）如图所示的汽车部件中，属于金属材料的是 (填序号)。 Ⅱ．汽车能源 （2）传统能源——汽油 ①汽油是从石油中提炼出来的，石油属于 (填“可再生”或“不可再生”)能源。 ②汽车发动机中的化油器先将汽油喷成雾状后再进入汽缸中燃烧，其目的是 。 ③燃油汽车排放的尾气中含有下列物质，其中会造成空气污染的是 。 A．一氧化碳  B．二氧化碳  C．氮的氧化物  D．未燃烧的碳氢化合物  E．烟尘 （3）绿色能源——氢能 ①氢氧燃料电池的工作原理是：氢气与外界进来的氧气在催化剂作用下化合生成水。写出该原理的化学方程式 。 ②生物柴油是一种生物质燃料，在其生产过程中的副产物甘油还能在常温常压、催化剂等条件下生成氢气。其他条件相同时，几种催化剂的催化效果如图所示。 下列说法不正确的是 (填字母)。 A．TiO2、CuO、NiO均属于氧化物 B．其他条件相同时TiO2的催化效果最好 C．催化剂在化学反应前后化学性质会发生改变 D．生物柴油的开发和利用可促进能源消费结构向清洁低碳方向转变 【答案】（1）③⑤ （2） 不可再生 增大汽油与氧气的接触面积，促进汽油的充分燃烧 ACDE （3） BC 【详解】（1）玻璃属于无机非金属材料，橡胶轮胎和塑料保险杠属于合成材料，钢板和铝合金属于金属材料，故填③⑤。 （2）①化石燃料(石油、煤、天然气)形成周期极长，属于不可再生能源； ②燃烧充分的条件：反应物接触面积越大，燃烧越充分。汽油喷成雾状，增大汽油与空气(氧气)的接触面积，从而促进燃烧； ③A、一氧化碳：有毒，污染空气； B、二氧化碳：是温室气体，但不属于空气污染物； C、氮的氧化物(如NO、NO2)：形成酸雨、光化学烟雾，污染空气； D、未燃烧的碳氢化合物：挥发到空气中，造成污染； E、烟尘：颗粒物，污染空气。 故选ACDE。 （3）①氢氧燃料电池的工作原理是：氢气与外界进来的氧气在催化剂作用下化合生成水。该原理的化学方程式为。 ②A、氧化物定义为 由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物。TiO2、CuO、NiO均属于氧化物，正确。 B、观察图像，相同产气时间内，TiO2对应的氢气产量最低，说明其催化效果最差，错误。 C、催化剂的特性是化学反应前后，质量和化学性质不变，故“化学性质会改变”说法错误，错误。 D、生物柴油是生物燃料，清洁低碳，其开发和利用可推动能源结构向清洁低碳转型，正确。 故选BC。 5．能源利用和环境保护是人类共同关注的问题。请回答下列问题。 （1）郑州市政府积极响应国家号召，大力推广新能源公交车。与传统燃油车相比，新能源汽车可减少空气污染物 （写一种即可）的排放。在新能源汽车使用的磷酸铁锂电池中，石墨作为负极材料，利用了其 性。 （2）如图所示为现代家用燃料的变迁。人们将煤粉和黏土等混合后制成蜂窝煤，目的是通过 ，使煤充分燃烧，提高热效率。做饭时，会用到天然气，写出天然气主要成分完全燃烧的化学方程式： 。氢能源有望成为未来主要燃料之一，与化石燃料相比，氢能源的优点是 （写一条即可）。 （3）同学们设计了纯净氢气与纯净甲烷燃烧的对比实验。请将横线上的内容补充完整。 实验步骤 实验现象 实验结论 ⅰ.分别在带尖嘴的导管口点燃氢气和甲烷，在火焰上方分别罩一个干燥的烧杯 均有水生成 ⅱ.迅速将步骤ⅰ中的烧杯倒转过来，分别注入少量澄清石灰水，振荡 罩在氢气火焰上方的烧杯中无明显现象，而罩在甲烷火焰上方的烧杯中澄清石灰水变浑浊 【答案】（1） //二氧化硫/二氧化氮（合理即可） 导电 （2） 增大蜂窝煤与空气的接触面积/增大蜂窝煤与氧气的接触面积 燃烧产物是水/无污染/热值高 （3） 干燥烧杯内壁都出现水雾 氢气燃烧不生成二氧化碳，而甲烷燃烧生成二氧化碳 【详解】（1）传统燃油车行驶时消耗汽油，汽油燃烧会产生二氧化硫（或SO2）、二氧化氮（或NO2）、可吸入颗粒物等空气污染物，新能源汽车可减少这些空气污染物的排放； 石墨作为负极材料，利用了其导电性； （2）将煤粉和黏土等混合后制成蜂窝煤，目的是通过增大蜂窝煤与空气（或氧气）的接触面积，使煤充分燃烧，提高热效率； CH4完全燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式为； 氢气是一种可燃性气体，它在氧气中完全燃烧放出的热量多（是等质量甲烷完全燃烧放出热量的 2 倍多）；制取氢气的原料是水（可分解水制取氢气），资源丰富；氢气的燃烧产物是水，不会污染环境； （3）ⅰ、实验结论是有水生成，水蒸气遇冷液化，分别在带尖嘴的导管口点燃氢气和甲烷，在火焰上方分别罩一个干燥的烧杯，则现象是干燥烧杯内壁都出现水雾； ⅱ、二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。迅速将步骤ⅰ中的烧杯倒转过来，分别注入少量澄清石灰水，振荡，罩在氢气火焰上方的烧杯中无明显现象，而罩在甲烷火焰上方的烧杯中澄清石灰水变浑浊，说明氢气燃烧不生成二氧化碳，而甲烷燃烧生成二氧化碳。 考点2 基于生物质的新能源 6．生物燃气是一种具有广泛应用前景的新能源。某企业用高浓度有机废水生产生物燃气的部分工艺流程如下图所示。分析思考，解决问题： （1）发酵罐中发生的变化属于 变化。 （2）脱硫脱碳塔中雾化吸收剂的目的是 。 （3）压缩机将大量燃气压缩贮存，从微观角度解释体积变小的原因是 。 （4）生物燃气充分燃烧的化学反应方程式为 。 （5）该生物质能源的优点是 。 【答案】（1）化学 （2）增大反应物的接触面积，加快吸收速率 （3）分子间有间隔，受压后，分子间间隔变小 （4） （5）来源广泛、可再生，燃烧产物相对清洁，有利于减轻环境污染 【详解】（1）由流程图可知，发酵罐中有新物质生成，属于化学变化； （2）脱硫脱碳塔中雾化吸收剂的目的是增大反应物的接触面积，加快吸收速率； （3）压缩机将大量燃气压缩贮存，从微观角度解释体积变小的原因是分子间有间隔，受压后，分子间间隔变小； （4）由流程图可知，甲烷经压缩机变为生物燃气，则生物燃气为甲烷，甲烷在氧气中充分燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式为； （5）该生物质能源的优点：来源广泛、可再生，燃烧产物相对清洁，有利于减轻环境污染。 7．科普短文阅读：请根据以下文章回答问题。 生物质能 生物质是指通过光合作用产生的各种有机体，生物质能是贮存在生物质中的能量。利用秸秆生产生物质能已成为一大亮点。秸秆的生物质能利用方式有多种：将秸秆粉碎、添加乳酸菌发酵，即可做成牲畜饲料；以秸秆为主要原料，经粉碎、厌氧发酵即可生产沼气；利用秸秆和畜禽粪便为原料，经无害化处理、发酵腐熟就可制成有机肥料；秸秆经粉碎、水解、糖化发酵、蒸馏等过程，可获得燃料酒精(C2H5OH)。目前，生物质能源已成为世界第四大能源。生物质能产生二氧化碳的量相当于它生长时吸收的二氧化碳，因而对大气的二氧化碳净排放量近似为零。 （1）生物质能是一种 (填“可再生”或“不可再生”)能源。 （2）秸秆的生物质能利用方式中，都需要经过的一种化学变化是 。 （3）燃料酒精充分燃烧的化学方程式是 。 （4）推广使用生物质能的优点是 (答一点)。 【答案】（1）可再生 （2）发酵 （3） （4）防止温室效应加剧 【详解】（1）生物质是指通过光合作用产生的各种有机体，生物质能是贮存在生物质中的能量。利用秸秆生产生物质能已成为一大亮点。生物质能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。故填：可再生。 （2）秸秆的生物质能利用方式有多种：将秸秆粉碎、添加乳酸菌发酵，即可做成牲畜饲料；以秸秆为主要原料，经粉碎、厌氧发酵即可生产沼气；利用秸秆和畜禽粪便为原料，经无害化处理、发酵腐熟就可制成有机肥料；秸秆经粉碎、水解、糖化发酵、蒸馏等过程，可获得燃料酒精。所以秸秆的生物质能利用方式中，都需要经过发酵这种化学变化。故填：发酵。 （3）酒精充分燃烧生成二氧化碳和水，化学方程式。故填：。 （4）生物质能源已成为世界第四大能源。生物质能产生二氧化碳的量相当于它生长时吸收的二氧化碳，因而对大气的二氧化碳净排放量近似为零。所以推广使用生物质能可以节约化石能源，防止温室效应加剧等。故填：防止温室效应加剧。 8．《天工开物》中记载，松木在密封严实的窑中燃烧得松烟，松烟可用于制墨，窑中还能得到木炭（如图1所示），木炭与孔雀石【主要成分的化学式为Cu2（OH）2CO3】在炭火炉中煅烧可得到铜（如图2所示）。 根据图文回答下列问题： （1）松木属于 （选填“化石”或“生物质”）能源。 （2）松烟制成了墨，写的字可以长时间保存，原因是 。 （3）孔雀石煅烧时发生反应的化学方程式为 。 【答案】（1）生物质 （2）碳常温下化学性质不活泼 （3） 【详解】（1）化石能源包括煤、石油、天然气，生物质能是自然界中细胞质提供的能量，则松木属于生物质能。 （2）松烟制成了墨，写的字可以长时间保存，原因是碳常温下化学性质不活泼。 （3）孔雀石煅烧生成二氧化碳、水和黑色固体A，黑色固体A与木炭在高温条件下反应生成铜和二氧化碳，则黑色固体A是氧化铜，孔雀石煅烧时发生反应的化学方程式：。 9．阅读下列科普材料，回答相关问题。 生物质炭是一种富碳固态物质。它是由秸秆、树枝、菌渣等生物质废弃物在无氧或限氧环境中经高温裂解产生。生物质炭用于农业生产中能增加土壤有机质、调节土壤酸碱度，还可以有效吸附土壤中的重金属，减少作物对重金属的吸收。作为一种新型的能源材料，具有较高的碳含量和良好的燃烧性能，在能源储存领域，可以用作燃料电池的电极材料、电容器的电极材料等。生物质炭作为一种新型碳材料，具有优良的性能和广泛的应用前景。 （1）产生生物质炭的过程属于 （填“物理”或“化学”）变化。 （2）请推测生物质炭的结构特点是 。 （3）制备生物质炭，需要在无氧或限氧环境下进行的原因是 。 （4）下列有关生物质炭的说法正确的是_________（填字母）。 A．可作土壤的改良剂 B．可用于处理工业污水 C．属于新型能源材料 【答案】（1）化学 （2）疏松多孔 （3）生物质炭具有可燃性 （4）ABC 【详解】（1）生物质炭是一种富碳固态物质，它是由秸秆、树枝、菌渣等生物质废弃物在无氧或限氧环境中经高温裂解产生，该过程有新物质生成，属于化学变化，故填：化学； （2）生物质炭用于农业生产中能增加土壤有机质、调节土壤酸碱度，还可以有效吸附土壤中的重金属，减少作物对重金属的吸收，则推测生物质炭具有疏松多孔的结构，故填：疏松多孔； （3）生物质炭具有较高的碳含量和良好的燃烧性能，则在制备生物质炭时需要在无氧或限氧环境下进行，故填：生物质炭具有可燃性； （4）A、根据资料可知，生物质炭用于农业生产中能增加土壤有机质、调节土壤酸碱度，还可以有效吸附土壤中的重金属，减少作物对重金属的吸收，则可作土壤的改良剂，故A符合题意； B、生物质炭可以有效吸附土壤中的重金属，减少作物对重金属的吸收，说明生物质炭具有吸附性，则可用于处理工业污水，故B符合题意； C、根据资料可知，生物质炭属于新型能源材料，故C符合题意。 故选ABC。 10．阅读下列短文，回答问题。 生物质燃料是一种可再生的清洁能源，生物质燃料燃烧后灰渣极少，燃烧后的灰烬是品位极高的优质有机钾肥。生物柴油是生物质燃料的一种，以动植物油脂和餐饮垃圾为原料制成，但在其生产过程中，副产物甘油（）产生的环境污染制约着其产业的可持续化发展。处理方法之一为光催化重整法。该方法是在常温常压和太阳光的驱动下，利用甘油和水蒸气反应产生氢气和二氧化碳。目前已有众多材料可作为该方法的催化剂，其中二氧化钛（）由于具有安全无生物毒性、耐腐蚀、廉价、可重复利用等优异性能，已成为甘油处理最常用的催化剂之一，为了提高催化效果，常将与其他物质相结合形成复合催化剂。其他条件相同时，几种催化剂的催化效果如图所示。探究高效催化剂，对于改善环境质量、探索能源发展具有积极意义。 （1）写出甘油转化成氢气的化学方程式： 。 （2）光催化处理甘油时，常用二氧化钛（）作催化剂的原因是 。标出二氧化钛（）中钛元素的化合价： 。 （3）生物质燃料燃烧后的灰烬能为农作物提供的营养元素是 。 （4）依据图示可知，催化效果最好的催化剂是 。 （5）下列说法正确的是________。 A．甘油属于非金属氧化物 B．上述复合催化剂能提高氢气的产率 C．催化剂在化学反应前后质量和性质都不变 D．生物柴油的开发和利用可解决温室效应 （6）除生物质能和氢能外，清洁能源还有 （任写一种）。 【答案】（1） （2） 安全无生物毒性、耐腐蚀、廉价、可重复利用 （3）K （4） （5）B （6）潮汐能（合理即可） 【详解】（1）由题意可知，甘油（C3H8O3）和水蒸气在二氧化钛（TiO2）作催化剂、太阳光条件下反应生成氢气（H2）和二氧化碳（CO2），化学方程式为。 （2）文中明确提到二氧化钛（TiO2）作为催化剂的优势是安全无生物毒性、耐腐蚀、廉价、可重复利用； 在化合物中氧元素通常显−2价，设二氧化钛（TiO2）中钛元素化合价为x，根据化合物中各元素正负化合价代数和为零，可得，解得x=+4，化合价标在元素符号正上方，故填。 （3）因为生物质燃料燃烧后的灰烬是优质有机钾肥，所以能为农作物提供的营养元素是钾元素（K）。 （4）从图中可以看出，在相同生产时间内，使用作催化剂时生成氢气的质量最大，所以其催化效果最好。 （5）A、甘油（C3H8O3）由三种元素组成，不属于氧化物（氧化物由两种元素组成，其中一种是氧元素），该选项错误； B、复合催化剂能加快反应速率，在其他条件相同情况下，能使反应在相同时间内产生更多氢气，提高氢气产率，该选项正确； C、催化剂在化学反应前后质量和化学性质不变，物理性质可能改变，该选项错误； D、生物柴油燃烧也会产生二氧化碳等气体，不能解决温室效应，该选项错误。 故选B。 （6）清洁能源是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，除生物质能和氢能外，潮汐能、太阳能、风能、地热能等都属于清洁能源。 考点3 氢能的开发与利用 11．2025年《政府工作报告》提出，持续加强生态环境保护。从绿色低碳的角度考虑，下列能源中最理想的是 A．氢能 B．煤 C．石油 D．天然气 【答案】A 【详解】 煤、石油、天然气属于化石燃料，燃烧时会产生大量的二氧化碳气体，以及二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物等污染物， 不符合绿色低碳要求； 氢气燃烧只产生水，无二氧化碳和其他污染物产生，符合绿色低碳要求。 故选A。 12．氢能具有广阔的发展前景，安全高效的制氢和储氢是氢能成为主要能源的关键。 （1）电解水制氢气可用铁作电极，是利用了铁的 。 （2）高压气态储氢是通过恒温高压将氢气储存在压力容器中，从微观角度解释此过程主要发生改变的是 。 （3）氢化物储氢是利用氢气与金属（如Al）反应生成金属氢化物（如），从而进行氢的储存。该过程属于 （填“物理变化”或“化学变化”）。 （4）活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用了活性炭的 性。 （5）我国科学家实现了天然气制氢的突破，在条件下，将天然气与水蒸气直接转化为氢气与二氧化碳。请写出该反应的化学方程式： 。 【答案】（1）导电性 （2）分子间的间隔 （3）化学变化 （4）吸附 （5） 【详解】（1） 电解水制氢气时，电极需要传递电流以促进水的分解。铁是金属，具有良好的导电性，能够使电流通过，从而作为电极材料。 （2） 高压气态储氢是通过压缩氢气体积来实现的。从微观角度看，氢气由氢分子构成，分子之间存在间隔。在恒温高压条件下，分子间间隔被压缩变小，使更多氢气分子能储存在有限空间内，但分子本身没有改变。 （3） 氢气与金属铝（）反应生成金属氢化物（），有新物质（）生成，因此属于化学变化。化学变化是指生成新物质的变化，其特征是分子种类发生改变，而物理变化只改变物质形态或位置，不生成新物质。 （4） 活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用了活性炭的吸附性。活性炭的微孔结构使其具有较大的表面积，能够吸附氢气分子。 （5） 根据描述，天然气（）与水蒸气（）在400℃条件下反应生成氢气（）和二氧化碳（）。化学方程式需配平：反应物为1个和2个，生成物为4个和1个，原子种类和数目守恒。所以化学方程式为。 13．水是生命之源，也是氢能之本。 （1）为了饮水便利，许多公共场所安装了直饮水机，处理步骤如下图所示： 步骤①中PP棉可以除去水中的泥沙等大颗粒杂质，与实验室常用的 操作相同。步骤②中用 吸附色素和异味。 （2）如图，氢能分为“绿氢”“灰氢”和“蓝氢”等。储氢方法分为物理储氢和化学储氢，前者包括高压气态、低温液态、吸附等储存方式，后者将H2转化为其他化合物储存。依据信息，回答问题。 ①属于“绿氢”的是 (填字母)。 A．风能发电制氢           B．煤燃烧发电制氢         C．核能发电制氢 ②从微观角度解释，氢气能被压缩储存的原因是 。 ③将氢气降温液化进行储存，属于物理储氢中的 储存方式。 （3）守好“中华水塔”，我们义不容辞。下列有关水资源保护的做法正确的是 (填字母)。 A．河流源头建化工厂 B．推广使用节水器具 C．随意向河道丢弃生活垃圾 【答案】（1） 过滤 活性炭 （2） A 分子间存在着间隔，且气体分子间隔较大容易被压缩 低温液态 （3）B 【详解】（1）过滤是将固体和液体分开的操作，所以步骤①中PP棉可以除去水中的泥沙等大颗粒杂质，与实验室常用的过滤操作相同； 活性炭结构疏松多孔，具有吸附性，步骤②中用活性炭吸附色素和异味； （2）①A.风能属于可再生能源，所以风能发电制氢属于绿氢； B.煤属于化石燃料，所以煤燃烧发电制氢属于灰氢； C.核能发电制氢属于紫氢； 故选A； ②氢气是由氢分子构成的，分子间存在着间隔，且气体分子间隔较大，所以氢气能被压缩储存； ③由题中信息：“储氢方法分为物理储氢和化学储氢，前者包括高压气态、低温液态、吸附等储存方式；后者将H2转化为其他化合物储存”。将氢气降温液化进行储存，属于物理储氢中的低温液态储存方式； （3）A、河流源头建化工厂，会污染水源，做法不正确，不符合题意； B、推广使用节水器具，能节约水资源，减少浪费，有利于保护水资源，做法正确，符合题意； C、随意向河道丢弃生活垃圾，会污染水资源，做法不正确，不符合题意； 故选：B。 14．阅读下列材料，依据材料内容回答下列问题。 加快能源转型升级，发展新质生产力。氢气是最理想的清洁能源，依据不同制取方式，可分为“绿氢”“灰氢”“蓝氢”“紫氢”和“金氢”等。下图带你认识“多彩”的氢。 储氢是实现氢能广泛应用的重要环节，分为物理储氢和化学储氢，前者包括高压气态、低温液态、吸附等储存方式，后者将氢气转化为其他化合物进行储存。“液氨储氢”的原理是氢气与氮气在一定条件下生成液氨，进行储存。 （1）电解水制氢的化学方程式为 。 （2）氢气是最理想的清洁能源的原因是 (答一点)。 （3）下列说法不正确的是_______(填序号)。 A．“紫氢”是指核能发电制氢 B．“绿氢”是指风能发电制氢和煤燃烧发电制氢 C．将氢气降温液化进行储存，属于物理储氢中的低温液态储存方式 D．“液氨储氢”属于化学储氢 【答案】（1） （2）产物无污染/燃烧热值高/资源丰富 （3）B 【详解】（1）电解水制氢的反应为水通电分解生成氢气和氧气，该反应的化学方程式为：； （2）氢气是一种可燃性气体，它在氧气中完全燃烧放出的热量多（是等质量甲烷完全燃烧放出热量的2倍多）；水可以作为制取氢气的原料（可分解水制取氢气），资源不受限制；氢气的燃烧产物是水，不会污染环境。因而，氢能被人们看作是理想的“绿色能源”。 （3）A、根据图示可知，紫氢一般指利用核能产生的热量或电力进行水分解制取氢气，利用核能清洁、稳定且可持续的特点来生产氢气，说法正确，不符合题意； B、根据图示可知，绿氢是指利用可再生能源（如太阳能、风能、水能等）产生的电力，通过电解水制取的氢气，整个过程几乎不产生温室气体排放 。而煤燃烧发电制氢过程中，煤燃烧会释放大量二氧化碳等污染物，不属于绿氢制取方式，说法错误，符合题意； C、物理储氢是通过改变氢气的物理状态来储存，低温液态储存就是利用氢气在极低温度下液化，从而实现氢气的储存，这种方式属于物理储氢范畴，说法正确，不符合题意； D、“液氨储氢”的原理是氢气与氮气在一定条件下生成液氨，进行储存，该过程中有新物质生成，属于化学储氢，说法正确，不符合题意。 故选B。 15．氢气是一种清洁能源，氢能产业技术主要包括氢气的制取、储运及应用。 （1）分析H2的性质。查阅资料，汽油与氢气的部分性质如题表所示。 题表 编号 性质 数据 汽油 氢气 A 最小点火能（在空气中能引发燃烧或爆炸所需的最小火花能量×10-3J） 0.24 0.019 B 爆炸极限（在空气中能发生燃烧或爆炸的体积分数范围/%） 1~7.6 4~75 C 单位质量发热量（单位质量燃料燃烧产生的热量×103/kJ·kg-1） 43 120 D 单位体积发热量（单位体积燃料燃烧产生的热量×10³/kJ·m-3） 33000 10.8 ①与汽油相比，除爆炸极限范围更宽外，表中支持“H2在使用时更需注意安全性”观点的数据还有 （填编号）。 ②对比表中单位质量发热量与单位体积发热量的数据进行分析，除安全性外，氢气不宜直接运输的原因还有 。 （2）电解水制氢。有研究认为，一定条件下电解水的过程中，某电极上发生的变化如题图-1所示。 ①“阶段一”中，生成的“”是一种阴离子，其离子符号为 。 ②“阶段三”中，气泡从电极表面脱离后，在溶液中向上运动时，所受压强逐渐减小，体积逐渐增大。从微观粒子的视角，对气泡体积增大进行解释： 。 ③相同条件下，若电极表面的气泡难以脱离，则不利于氢气的产生。原因是 。 【答案】（1） A 单位体积发热量远低于汽油，运输效率低 （2） OH- 气泡内分子间的间隔随压强的减小而增大 气泡附着在电极表面，阻碍反应物与电极接触 【详解】（1）①根据表中数据，与汽油相比，除爆炸极限范围更宽外，表中支持“H2在使用时更需注意安全性”观点的数据还有A（最小点火能），故填：A； ②对比表中单位质量发热量与单位体积发热量的数据进行分析，氢气单位体积发热量远低于汽油，运输效率低，因此氢气不易直接运输； （2）①电解水过程中，水分子在电极上失去电子生成氢离子和氢氧根离子，氢氧根离子是一种阴离子，其化学式为OH-； ②气泡从电极表面脱离后，在溶液中向上运动时，所受压强逐渐减小，气体分子间的距离增大，单位体积内气体分子数目减少，因此气泡体积逐渐增大； ③若电极表面的气泡难以脱离，会阻碍电极与溶液的接触，影响电解反应的进行，从而不利于氢气的产生。 / 学科网（北京）股份有限公司 $