2026年中考化学复习教学素材：Ca(OH)2/CaO体系太阳能储能技术

【教学素材】 Ca(OH)2/CaO体系太阳能储能技术 湖北省石首市文峰初级中学 刘涛（正高级教师） 【情景创设】太阳能作为清洁、可再生的能源，其大规模应用面临一个核心挑战：受昼夜、季节及天气变化影响，能量供应不稳定。解决这一问题的关键在于高效储能技术。目前，以氧化钙（CaO）和氢氧化钙（Ca(OH)2）为基础的化学储热体系因其高效、环保的特性而受到广泛关注。 一、工作原理： 该体系的核心是一个可逆的化学反应循环过程，通过物质的转化实现能量的储存与释放。在这个循环中，钙（Ca）、氧（O）、氢（H）三种元素参与循环，氢氧化钙与氧化钙（Ca(OH)2/CaO）作为储能介质可反复使用，无需频繁补充。 （1）储能过程（吸热反应）：在光照充足的时段，利用太阳能为“脱水反应器”或“储能反应器”提供能量。氢氧化钙在410～550℃的条件下吸收太阳能，发生分解反应，生成氧化钙和水蒸气，反应的化学方程式可表示为：Ca(OH)2 ( 410 ～ 550℃ ) CaO＋H2O。此过程将太阳能转化为化学能储存于产物中。 （2）释能过程（放热反应）‌：当需要能量时（如夜间或无光照时），将水蒸气通入“水合反应器”或“释能反应器”，与储存的氧化钙发生化合反应，重新生成氢氧化钙，并释放出大量热能。反应的化学方程式可表示为：CaO＋H2O＝Ca(OH)2＋热量，释放的热能可用于供暖或发电。 二、关键优势与特性 （1）高储热密度：与其他储热体系（如MgCO3/MgO、CuO/Cu2O）相比，Ca(OH)2/CaO体系在相同条件下具有最高的储热密度。 （2）能量形式转换：该技术实现了“太阳能→化学能→热能”的稳定转换。释能反应中，化学能直接转化为可利用的热能。 （3）物理变化辅助：释能前，液态水被加热变为水蒸气，增大水分子间的间隔，更有利于与水合反应器中的氧化钙充分反应。 三、更广泛的意义与应用前景 以Ca(OH)2/CaO为代表的储热体系，其通用原理可表示为：A（储能物质）在吸热条件下分解为B和C（A→ B＋C，储能）；B和C在特定条件下重新结合为A（B＋C →A，放热）。 这种通过物质可逆转化来储存和释放能量的思路，为太阳能、工业余热等间歇性能源的高效、规模化利用提供了有前景的技术路径。 该技术不仅有助于提升电网对可再生能源的消纳能力，减少对化石能源的依赖，其反应介质（氧化钙、氢氧化钙）也相对廉价易得，展现了良好的应用潜力。 【情景创设】阅读下列科普短文，回答问题。 太阳能的利用 太阳能是清洁的可再生能源，太阳能的利用技术已经进入各个领域，而昼夜、季节及天气等因素对持续、稳定地利用太阳能有较大影响。 能量的储存和释放是解决上述问题的重要途径。目前，Ca（OH）2/CaO储热体系受到广泛关注，其工作原理如图1所示。在脱水反应器或储能反应器中，太阳能以化学能的形式储存起来；需要能量时，水合反应器或释能反应器通过化学反应释放热量。 依据Ca（OH）2/CaO储热体系的工作原理，科研人员对其他体系也进行了研究。图2列举了几种储热体系的储热密度（单位质量储热材料的储热量），它们的反应原理可表示为：A→B＋C，吸热；B＋C→A，放热。这些储热体系均借助物质相互转化来实现能量的存储和释放。 回答下列问题。 （1）能持续、稳定地利用太阳能的重要途径为 。 （2）据图1回答： ①参与循环的元素共有 种。 ②脱水反应器中，发生反应的化学方程式为 ，该反应的基本类型属于 反应。 ③液态水在进入水合反应器前需加热变成水蒸气，此过程中，水分子间的间隔 （填“变大”“变小”或“不变”）；水合反应器中 能转化为热能。 （3）依据图2数据可知： ①Ca（OH）2/CaO储热体系受到广泛关注的原因是 。 ②下列说法不正确的是 （填字母）。 A．图1所示储能体系工作过程中，需经常添加CaO B．图1所示储能体系设备无需隔绝空气 C．预测MgCO3/MgO储热体系储热过程会产生CO2 D．MgCO3中碳元素化合价是＋4 E．若用CuO/Cu2O储热体系，储能反应器中将CuO转化为Cu2O F．人类可以利用物质间的转化实现能源的高效利用 图3 CaO水合转化率/% （4）依据图3回答： ①若储罐中已经储存280KgCaO固体，经过水合反应器后理论上能获得Ca(OH)2的质量为 。 ②在储热体系不断循环工作过程中，控制不同水合温度，反应相同时间，水合反应器中水合温度对CaO水合转化率的影响如图所示：水合温度为400℃，第4次循环工作过程中，若得到Ca(OH)2的质量为74kg，则储罐中储存CaO固体的质量为 Kg（精确到0.1）。 ③从绿色化学和资源综合利用的角度分析，该工艺的优点是 。 （5）下表各选项与文中储热体系反应原理相符的是________（填标号）。 标号 吸热反应 放热反应 A CaCO3 ( 高温 )CaO＋CO2↑ CaO＋CO2 ( 一定条件 )CaCO3 B CO2＋C ( 高温 )2CO 2CO＋O2 ( 点燃 )2CO2 C Fe3O4＋4COC ( 高温 )3Fe＋4CO2 3Fe＋2O2 ( 点燃 )Fe3O4 （6）为构建清洁低碳的新能源体系，下列措施合理的有 （字母）。 A．大力发展燃煤发电 B．积极推广太阳能发电 C．为新能源研发新型储能技术 参考答案 （1）解决好能量的储存和释放；（2）①3或三；②Ca(OH)2 ( 410 ～ 550℃ ) CaO＋H2O；分解；③变大；化学能；（3）①相同条件下，Ca（OH）2/CaO储热体系的储热密度大；②AB；（4）①280Kg；②62.2；③循环利用物质（或节约资源、利用太阳能、环保，合理即可） （5）A；（6）BC。 学科网（北京）股份有限公司 $