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第六章化学反应与能量变化专题讲座六节能减排与新型能源方法总述环境和能源是当今世界的两大主题，也是高考的热点。近年来“低碳生活”、“节能减排”等名词屡屡出现在高考试题中。对新型能源，如太阳能、风能、潮汐能以及再生性能源如燃料乙醇等常常以STSE试题的形式出现在高考中的选择题中；而对新型化学电源的考查则主要以原电池原理和电解原理为基础进行综合考查。主题一节能减排与低碳经济、低碳生活【解题策略】节能减排是指节约能源和减少环境有害物质排放。“低碳”就是指生活作息时所耗用的能量要尽量减少，从而减低碳，特别是二氧化碳的排放量，从而减少对大气的污染，减缓生态恶化。低碳生活的途径有：减少食物加工过程，注意节约用电，尽量购买本地的、当季的食物，尽量减少私家车的使用，减少使用一次餐具，尽量使用太阳能等代替化石燃料，多用电子邮件、MSN、QQ等即时通讯工具，少用传真打印机等。低碳经济包括：发展氢能和太阳能、提高原子利用率、发展绿色化学、限制塑料制品的使用等。【例1】下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是()A．CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一C．节能减排符合低碳经济的要求D．合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)有助于缓解能源紧缺【解析】N2与温室效应无关，A项错误；清洁能源能防止污染性气体，如SO2的排放，可有效防止酸雨发生，B项正确；可燃冰的成分为甲烷，为清洁能源，合理开发可燃冰有助于缓解能源紧缺，D项正确。【答案】A主题二生物质能与环保【解题策略】生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括所有的动植物和微生物。而所谓生物质能，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，同时也是唯一一种可再生的碳源。生物质能的原始能量来源于太阳，所以从广义上讲，生物质能是太阳能的一种表现形式。目前，很多国家都在积极研究和开发利用生物质能。有机物中除矿物燃料以外的所有来源于动植物的能源物质均属于生物质能，通常包括木材及森林废废物、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市和工业有机废弃物、动物粪便等。【例2】生物质资源是一种小的可再生能源。生物质的主要转化途径及主要产物如图所示。下列有关说法不正确的是()A．生物质能，本质上能量来源于太阳能B．由纤维素水解获得的乙醇所具有的能量属生物质能C．生物质裂解获得的汽油、柴油等属于纯净物D．由植物秸秆等发酵获得的沼气，主要成分是甲烷【解析】生物质能是指通过光合作用而形成的各种有机体，其能量本质上来源于太阳能，A项正确；由纤维素水解获得的乙醇以及由植物秸秆等发酵获得的沼气所具有的能量都属于生物质能，B、D项正确；生物质裂解获得的汽油、柴油等都属于混合物，C项错误。【答案】C【点评】生物质能裂解获得的汽油、柴油与石油分馏所得的汽油成分不一样，生物质汽油中含有氧元素，而石油分馏获得的汽油属于烃类，不含氧元素。主题三氢能与燃料电池【解题策略】氢作为化学能的载体，在空气中燃烧后的产物只有水，不污染环境，因此氢是一种清洁的能量载体；但氢能和电能一样，没有直接的资源蕴藏，都需要从别的一次能源转化得到，故氢能是一种二次能源。氢能的获得只能寻求新型的能源分解水，而不是寻求高效催化剂使水分解。【例3】[2013·吉安二模]2011年3月27日，美国麻省理工学院的丹尼尔·诺切拉博士公布了自己团队研发的“人造树叶”，它可以与燃料电池共同构成了一种新的发电装置——太阳能燃料电池，它们的工作原理如图(a)、(b)所示。下列有关叙述正确的是()(a)人造树叶工作原理示意图(b)太阳能燃料电池工作示意图A．“人造树叶”的工作反应为：6CO2＋6H2O――→光照C6H12O6＋6O2B．图(a)中塑料薄膜上部的反应为：2H＋＋2e－===H2↑C．图(b)燃料电池工作时的负极反应物为O2D．太阳能燃料电池的优点：无论天气如何，均能持续供应电能和氢能源，并且实现对环境的“零排放”【解析】由工作原理示意图看出，“人造树叶”是光解水，将太阳能储存在氢气中，A项错误；图(a)中塑料薄膜下部为H＋得电子得到H2，B项错误；太阳能燃料电池是利用人造树叶光解产生的氢气与氧气形成燃料电池，故不管白天还是黑天都可提供电能，D项正确；燃料电池的正极反应物为O2，C项错误。【答案】D【点评】“人造树叶”是指从能量的转化来命名的，其能量转化可归结为：利用光能电解水获得氢气，再利用氢气形成氢氧燃料电池提供持续的能量。主题四新型化学电源【解题策略】以新型电池的研制开发为素材对原电池原理以及电解原理的考查是高考命题的热点题型，涉及的主要问题有：(1)正、负极的判断：一般来说，题目都会给出反应的总反应式，可直接根据化合价的变化来判断，所含元素化合价升高的物质必为负极材料或在负极发生反应，反之则为正极材料或在正极发生反应。而充电时，实质上为电解，正极接正极，负极接负极。(2)电子的流向和电解质溶液中离子的流向：外电路电子流向与电流相反，从负极流向正极；电源内电路即电解质溶液，阳离子流向与电流相同，流向正极，阴离子流向与电流方向相反，流向负极。(3)电极反应式的书写：①负极失去电子发生氧化反应；正极上，溶液中阳离子(或氧化性强的离子)得到电子，发生还原反应，充电时则正好相反；②两电极转移电子数守恒，符合正极反应加负极反应等于电池反应的原则；③注意电极产物是否与电解质溶液反应，若反应，一般要将电极反应和电极产物与电解质溶液发生的反应合并。【例4】一种碳纳米管(氢气)二次电池原理如图所示，该电池的电解质为6mol·L－1KOH溶液，下列说法不正确的是()A．储存H2的碳纳米管放电时为负极，充电时为阴极B．放电时负极附近pH减小C．放电时电池正极的电极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－D．放电时，电池反应为2H2O＋O2===2H2O【解析】碳纳米管为储氢物质，在放电过程中发生失电子氧化反应，作负极，电极反应为2H2－4e－＋4OH－===4H2O，故A、B项正确；放电过程中NiO(OH)发生得电子还原反应，作正极，电极反应为4NiO(OH)＋4H2O＋4e－===4Ni(OH)2＋4OH－，将正、负极电极反应相加可得放电时总反应2H2＋4NiO(OH)===4Ni(OH)2，故C项正确，D项错误。【答案】D【点评】思维拓展：电流、电子、离子的移动方向规律。在原电池中，电流是通过电子走“陆路”、离子走“水路”而形成的。电解质溶液中阴阳离子分别移向两极后，就可能会在电极上放电(交接电子)，离子总是移向参加反应的电极，不参加反应的离子与带相反电荷的离子移动方向相反。专题强化1．“扎实推进资源节约和环境保护”是“十二五”时期的主要目标和任务之一，下列做法与这一目标不相符的是()A．推广使用无磷洗衣粉和无氟冰箱B．对垃圾进行无害化、资源化处理C．将煤气化或液化，获得清洁燃料D．加大采矿的力度，获取更多资源解析：推广无磷洗衣粉可以有效地缓解水体富营养化污染，推广无氟冰箱可以保护臭氧层，A项正确。答案：D2．一种光化学电池的结构如图所示，当光照在表面涂有氯化银的银片上时，AgCl(s)――→光Ag(s)＋Cl(AgCl)，[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面]，接着Cl(AgCl)＋e－―→Cl－(aq)，若将光源移除，电池会立即回复至初始状态。下列说法正确的是()A．光照时，电流由Y流向XB．光照时，Pt电极发生的反应为：2Cl－＋2e－===Cl2C．光照时，Cl－向Ag电极移动D．光照时，电池总反应为：AgCl(s)＋Cu＋(aq)――→光Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－解析：由题意，光照时，Cl在Ag极得到电子形成Cl－，Cl－由Ag极向Pt极迁移，电子来源于Pt极上的Cu＋失去的电子，经导线流入Ag极，光照时电流的方向与电子的流向相反，综上分析，A、B、C项错误，只有D项正确。答案：D3．CO气体传感器可以测量环境中CO的浓度及其变化情况，其工作原理就是CO做燃料电池电流的大小及变化，装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇—氧化钠，其中O2－可以在固体介质NASICON中自由移动。下列说法错误的是()A．负极的电极反应式为：CO＋O2－－2e－===CO2B．工作时电极b作正极，O2－由电极a流向电极bC．工作时电子由电极a通过传感器流向电极bD．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越高解析：该燃料电池的正极反应为：O2＋4e－===2O2－，生成的O2－由b极向a极迁移，在a极参与负极反应：CO＋O2－－2e－===CO2，故B项错误。答案：B4．氨基锂(LiNH2)、亚氨基锂(Li2NH)、氢化锂(LiH)都是锂的重要化合物，它们作为储氢材料具有广阔的应用前景。(1)亚氨基锂(Li2NH)是一种安全性好的固体储氢材料，储氢过程中产生氨基锂(LiNH2)和氢化锂。写出并配平该储氢原理的化学方程式____________________________。(2)在液氨中加入金属锂可以制备氨基锂。该反应物中发生氧化反应的物质是________，被还原的元素是________。(3)氢化锂放出氢气时的反应原理为：LiH＋H2O===LiOH＋H2↑，已知LiH固体密度为0.82g·cm－3。计算参加反应的LiH体积与放出H2(标准状况)的体积比为________。(4)与钢瓶储氢(物理方法)相比，氢化锂储氢的优点是____________________________________。解析：(1)由反应物和生成物的化合价看，H2发生了歧化反应。(2)根据化合价变化规律可写出锂与液氨反应的方程式：2Li＋2NH3===2LiNH2＋H2，Li被氧化，氢元素被还原。(3)由方程式LiH＋H2O===LiOH＋H2,1molLiH参加反应，放出H2的体积在标准状况下为22.4L，即22400mL，而1molLiH的质量为8g，其体积为8g0.82g·cm－3＝9.76mL，参加反应的LiH体积与放出H2(标准状况)的体积比为9.76mL∶22400mL＝1∶2295。(4)由(3)看出，LiH储氢容量大，易于携带，安全性好等。答案：(1)Li2NH＋H2===LiNH2＋LiH(2)LiH(3)1∶2295(4)LiH占用体积小、质量轻、携带方便