摘要：7．生物质能 以生物质为载体的能量.生物界一切有生命的可以生长的有机物质.包括动植物和微生物.所有生物质都有一定的能量.而作为能源利用的主要是农林业的副产品及其加工残余物.也包括人畜分粪便和有机废弃物.生物质能为人类提供了基本燃料. 生物能具备下列优点::①提供低硫燃料,②提供廉价能源,③将有机物转化成燃料可减少环境公害,④与其他非传统性能源相比较.技术上的难题较少. 至于其缺点有:①植物仅能将极少量的太阳能转化成有机物,②单位土地面的有机物能量偏低,③缺乏适合栽种植物的土地,④有机物的水分偏多. 生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式.它直接或间接地来源于植物的光合作用.其蕴藏量极大.仅地球上的植物.每年生产量就像当于目前人类消耗矿物能的20倍.或相当于世界现有人口食物能量的160倍.生物能的开发和利用具有巨大的潜力.目前主要从三个方面研究开发:①建立以沼气为中心的农村新的能量.物质循环系统.使秸杆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来.解决燃料问题,②建立“能量林场 .“能量农场 .“海洋能量农场 .建立以植物为能源的发电厂.变“能源植物 为“能源作物 .如“石油树 .绿玉树. 续随子,③种植柑蔗.木薯.海草.玉米.甜菜.甜高粱等.既有利于食品工业的发展.植物残渣又可以制造酒精以代替石油. 能源涉及经济.社会.环境等各个方面.问题比较复杂.我国广大地区工农业生产的发展在很大程度上仍受制于能源的不足.而另一方面又存在浪费能源现象.必须很好组织研究.应调整能源结构.提高能源利用效率.同时还要节约能源及保护环境.进入二十一世纪.我国人口将持续增长.将达到十六亿高峰.加上经济持续发展.对能源的需求也将达到高峰.二十一世纪中国面临的能源问题.迫切需要组织各有关学科的科技力量.进一步研究探讨能源资源开发利用的新战略. [例题解析] 例1．氢气在发动机内燃烧的过程中.只会排出水蒸气而无其他废气排出.因此不会产生温室效应.以氢气为燃料的汽车是环保汽车. (1)如果每摩尔氢气燃烧后生成水蒸气并放出241.8kJ的热量.写出H2燃烧的化学方程式. (2)有一辆氢气燃料汽车重6t.阻力是车重的0.05倍.最大输出功率为60kW.求: ①车以a=0.5m/s2从静止匀加速起动.能有多长时间? ②最大行驶速度为多少? ③若此车以最大速度从南京驶往上海.发动机的效率为50%.则需要多少氢气做燃料? 思路分析:写出氢气燃烧的化学方程式.分析汽车的运动过程.由牛顿第二定律.功率公式及速度公式求匀加速时间.根据P=fvm求出最大速度.计算从南京到上海汽车发动机的总功.则可求出所需H2的质量. 解答:(1)2H2+O2 2H2O+483.6kJ (2)①车在匀加速起动的过程中.a一定. F-f=ma. 又因f一定.v在增加.所以P=fv增大. 当P'=P额时.v'=P'/F.而a≠0.v'继续增加. 由P=Fv可知.F开始减小.a也随之减小.匀加速过程结束. 设这段时间为t.则有 F-f=ma ① P额=Fv' ② v'=at ③ 由①②③解得t= =20s ②由上述分析可知.当速度继续增大时.F减小.a减小. 当a=0时. F=f.速度最大.所以 vm= =20m/s ③当汽车以最大速度行驶时.牵引力等于汽车所受的阻力. F'=f=0.05×6×103×10=3×103(N) 汽车从上海驶向南京牵引力所做的功为 W=F's=3×103×300×103=9×108(J) 汽车发动机的总功为 W总= =1.8×109(J) 因为每摩尔H2燃烧放出的热量为241.8kJ.所以发动机做功所需H2的质量为 mH= ≈1.49×104(g)=14.9kg 讲评:本题综合了物理和化学知识.涉及能量转换.匀变速直线运动.牛顿第二定律.氢气的化学特性.化学方程式以及环境保护等基本概念和规律.培养同学们利用物理.化学的基本概念与规律解决实际问题的能力. 例2．已知某密封的宇航舱内容积V1=104L.温度t1=20℃.气体压强p1=2 atm.某宇航员在舱内工作一段时间后.他放出的热量使宇航舱内的温度升至24℃. (1)上述过程中.宇航员大约消耗了多少升的O2?如果在舱内消耗了24mol的O2.则从理论上分析约有多少能量转移到ATP中? 思路分析:宇航员利用O2.分解有机物.释放能量.能量一部分以热能的形式散失.使宇航舱内温度升高.另一部分转移到ATP中.供自己生命活动所需.要求消耗的O2量.必须知识所分解的葡萄糖的量.根据舱内温度升高吸收的热量可以计算出分解葡萄糖的物质的量. 解答:(1)第一步先求出舱内温度升高吸收的热量(也就是宇航员所放出的热量). ①先求出标准状态下舱内气体的质量: 由理想气体状态方程 得 V0= =1.86×104(L) 舱内气体物质的量为n= ≈8×103(mol) 舱内气体质量m=nm=8×103×29=2.32×102(kg) ②求吸收的热量Q吸=cmΔt=1.0×103×2.32×102×4 =9.2×102(kJ) 第二步求出分解葡萄糖的物质的量.由于每摩尔葡萄糖彻底氧化分解所释放的热量为2870-1255=1615(kJ) 所以分解的葡萄糖的物质的量为9.2×102/1615=0.57(mol) 第三步求出标准状态下消耗O2的体积.由于每分解1mol的葡萄糖需消耗6mol的O2.所以O2的物质的量为0.57×6=3.42mol.因此标准状况下消耗的O2的体积为22.4×34.2=76.6由于彻底分解1mol的葡萄糖需消耗6mol的O2.而每摩尔的葡萄糖彻底氧化分解产生的2870kJ能量中有1255kJ转移到ATP中.所以消耗24mol的O2.则有1255×24/6=5020kJ的能量转移到ATP中. 讲评:此题为物理.化学.生物综合题.涉及理想气体状态方程.有氧呼吸放能与贮能.热量及物质的量的计算等知识.要熟练掌握上述知识及内在联系. 例3．某体重为75kg的人踮起两脚.人足上的受力点如图所示.设AE=2AR.那么他一侧的腓肠肌至少用力 N.如果他把质量为104kg的货物匀速搬上21层楼.每层楼高3.5m.重力加速度g=10m/s2.则他在搬运过程中消耗了 mol的葡萄糖. 思路分析:如图4-4所示.脚踮起来后.以A点为固定转轴.根据力矩平衡可求出F.此人在搬运过程中所消耗的能量等于人和物体所做的功的和.由于每摩尔葡萄糖彻底氧化分解产生2870kJ的能昨.其中仅1255kJ的能量贮存在ATP中.用以做功,用 搬运过程中所做的功.即所消耗的能量除以1255.就得出消耗葡萄糖的物质的量. 解答:(1)F×AE= mg×AR F= mg× = mg= ×750=187.5E耗=W人+W物=mgh+Mgh=×10××3.5 =125.3(kJ) 消耗的葡萄糖的物质的量为 ≈0.1(mol) 讲评:此题涉及受力分析.力矩平衡.重力做功.肌肉收缩.足弓受力.有氧呼吸能量的利用.物质的量计算等知识.是一道物理.化学.生物综合题.

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