第八节 能源 环境

典型例题

有关能源的一个跨学科综合题

　　例题：太阳是维持地球生命系统的重要因素，它为地球提供源源不断的能源．太阳把地面和大气晒热，太阳能转化为内能．晒热的空气上升，空气的流动形成风，又转化为风能．太阳把地面和水晒热，并使一部分水蒸发，蒸发的水汽升到空中形成云，又以雨水的形式落下来，流入江河，太阳能转化为水能，可供人类灌溉、发电．植物发生光合作用，使太阳能转化为植物的化学能，植物又被动物吃掉，使之有转化为动物的化学能，古代的动植物死亡后在地质变迁中变为煤、石油和天然气等，转化为燃料的化学能．通过阅读上述文字，结合自己所学知识，回答下列问题：

　　（1） 煤、石油、天然气等能源能以热的形式提供人类所需能量．试以它们各自的主要成分C、C_nH_2n+2、CH₄为代表，写出它们充分燃烧时的化学反应方程式，并指出它们燃烧时，哪一种产生的温室效应气体（CO₂）少？

　　（2） 水能可以用来发电，为人类提供清洁能源．若某水电站的平均流量为 (m³/s)，落差为 (m)，发电效率为 ，则发电机组的输出电功率约为多少？

　　（3） 在一太阳能转化为电能的装置中，光先分解水产生氢气，再通过氢——氧燃料电池转化为电能．若电池的电解质为碱性，电池正极反应式为__________________；负极反应式为________________．

解：（1）

　　质量相同的燃料，CH₄产生的温室气体最少．

　　（2）由题知，单位时间内落下的水的质量 ，这些水落下时重力势能减小 ，它们转化为电能，其转化效率为 ，所以发电机组的输出电功率：

　　（3）2H₂ + 4OH^－－4e = 4H₂O

　　　　O₂ + 2H₂O +4e = 4OH^－

　　评析：本题是有关能源的一个跨学科综合题，需要结合物理、化学和生物等方面的知识．