22 能源与可持续发展（解析版）

第二十二章 能源与可持续发展 1 了解一次能源、二次能源及其特点。 2 了解核裂变、核聚变。 3 知道太阳能的由来及其特点。 4 认识能源消耗所产生的环境问题。 一、能源 1、概念：凡是能为人类提供能量的物质都叫做能源。 2、能源与能量是两个不同的物理量，能源的利用过程实质上就是能量的转化和转移过程，能量则是物体做功本领 的量度。 3、生活中常见的能源：煤炭、石油、天燃气、汽油、柴油、热力、电力等。 二、新能源 1、新能源又称非常规能源，是传统能源之外的各种能源形式，例如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和 核聚变能等。 2、相对于传统能源，新能源具有污染少、储量大的特点，对于解决环境污染和资源枯竭问题具有重要意义。 三、能源的分类 1、从产生方式角度划分 （1）一次能源：从自然界直接获取的能源，例如，煤炭、石油、天然气、水能、风能、太阳能、地热能、潮汐能、 生物质能、核能。 （2）二次能源：无法从自然界直接获取，必须经过一次能源的消耗才能得到的能源，例如，电能、乙醇汽油、氢 能、沼气。 2、从是否可再生角度划分 （1）可再生能源：可以从自然界中源源不断获取的能源，例如，水能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能。 （2）不可再生能源：不可能在短期内从自然界得到补充的能源，例如，煤炭、石油、天然气、核能。 四、核能 学习目标 1 预习导学 02 1、原子核是由质子和中子靠强大的核力紧密结合在一起的，一旦原子核分裂或聚合，就会释放出巨大的能量，这 就是核能。 2、获得核能的两种途径：核裂变和核聚变。 3、优点：（1）消耗很少燃料就可以产生大量电能；（2）核电站可以大大减少燃料运输量。 4、缺点：一旦发生核泄漏事件，会产生放射性污染。 5、和平利用方式：核电站；非和平利用方式：原子弹。 五、核电站发电过程中的能量转化 1、转化过程：核能→内能→机械能→电能。 （1）核反应堆把核能转化为内能，得到高温水蒸气； （2）水蒸气推动汽轮机转动，把内能转化为机械能； （3）汽轮机带动发电机发电，把机械能转化为电能。 六、核聚变 1、在超高温的条件下，将质量很小的原子核结合成新的原子核，会释放出更大的核能，这种反应叫做核聚变，也 叫热核反应。 2、氢的同位素氘与氚的聚变是自然界中最容易实现的聚变反应。 七、核裂变 1、用中子轰击较大的原子核，使其变成两个中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，这种反应叫做裂变。 2、原子核裂变时释放出核能，同时还会产生新的中子，这些中子又会轰击其他原子核，导致一系列原子核持续裂 变，释放出大量核能，这就是链式应。如图所示， 九、太阳能 1、太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐射能量。 2、优点：供应时间长、分布广阔、获取方便、安全、干净、不污染环境。 3、缺点：分散性广、昼夜稳定性差、可转化率低。 4、地球上几乎所有的能源都来自太阳能（核能、地热能、潮汐能除外）。 十、太阳能的利用及转化 1、利用途径 （1）用集热器把水等物质加热，例如，太阳能热水器等； （2）用太阳能电池把太阳能转化成电能。 2、转化途径 （1）光热转换 ①原理：利用太阳辐射加热物体而获得热能。 ②应用：太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉、地膜、大棚、温室等。 （2）光电转换 ①原理：根据光电效应，太阳能直接转换成电能。 ②应用：为无电场所提供电池，包括移动电源和备用电源、太阳能电子产品等。 十一、能量的转化和转移 1、能量转化：在一定条件下，一种形式的能量可以转化成另一种形式的能量，这种现象即为能量的转化。 2、能量转移：同种形式的能量从一个物体转移到另一个物体，能量的形式并没有发生变化，但存在的位置发生变 化。 十二、能量的转化与转移具有方向性 1、能量转化的方向性：我们利用的各种形式能量会自然地转化成内能，散失到周围的空气中，但内能不会自然地 转化成其他形式的能量。例如，电灯在工作时，将电能转化为内能和光能，被周围的空气吸收，最终变成了空气 的内能，而空气的内能不会自动变成其他形式的能量。 2、能量转移的方向性：热传递过程中，热量总是自然地由高温物体转移到低温物体，所以内能总是自然地从高温 物体转移到低温物体，而不会自然地从低温物体转移到高温物体。 知识点一：能源问题 【探究重点】 所谓一次能源是指直接取自自然界没有经过加工转换的各种能量和资源，它包括：原煤、原油、天然气、油页岩、 水力、风力等，风是直接从自然界获取、没有经过加工转换的资源，所以属于一次能源；不可再生能源指越用越 少，不可能在短期内从自然界得到补充的能源。 【例题精讲】（2023•常州）“玲龙一号”是中国研发、全球首创的陆上商用小型核能发电装置，核能属于（ ） 探究提升 03 ①可再生能源 ②不可再生能源 ③常规能源 ④新能源 ．①③ B．①④ ．②③ D．②④ 【答】D 【思路点拨】（1）越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，这类能源称为不可再生能源；可以在自然界里 源源不断地得到的能源称为可再生能源。 （2）常规能源也称传统能源，指目前在技术上成熟、经济上合理、已经多年被人类大规模开采、采集和广泛使 用的能源，如煤炭、原油、天然气、火电、水能、薪炭材、农作物秸秆和其他柴草等。 新能源又称非常规能源，指常规能源（传统能源）以外的，刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广使用的 其他各种能源形式，比如太阳能源、地热能、风能、海洋能、核能和部分生物质能等。 【解析】核能越用越少，不能在短期内从自然界得到补充，属不可再生能源；20 世纪40 年代，科学家发明了 可以控制核能释放的装置——核反应堆，拉开了以核能为代表的新能源利用的序幕。 故选：D。 【点评】此题考查了能源的分类，比较简单，属基础题。 【巩固训练】（2023•四川）下列能源中，属于可再生能源的是（ ） ．核能 B．天然气 ．煤 D．太阳能 【答】D 【解析】核能、天然气和煤是化石能源，不可在短时间内形成，故属于不可再生能源，太阳能可以在自然界里 源源不断的得到补充是可再生能源，故D 符合题意。 故选：D。 知识点二：核裂变与核聚变的比较 【探究重点】 比较 裂变 聚变 定义 较大原子核分裂为较小原子核的过程 质量很小的原子核结合成较大原子核的过程 发生条件 中子轰击较大原子核 超高温 释放核能大小 巨大 更加巨大 应用或实例 原子弹、核电站 氢弹、太阳内部爆炸 【例题精讲】（2023•聊城）太阳能属于 （选填“可”或“不可”）再生能源。“人造太阳”不是建在天上的 另一个太阳，而是科学家们在地球上建造的一座装置。它如同太阳一样，利用氢原子核在超高温下发生 （选填“裂变”或“聚变”），来源源不断地释放能量。 【答】可；聚变。 【思路点拨】（1）由可再生能源与不可再生能源的分类要求来看，可以从自然界源源不断地得到的能源称之为 可再生能源；一旦消耗就很难再生的能源称之为不可再生能源。 （2）核能分为裂变和聚变两种，裂变分为两种：可控链式反应和不可控链式反应，前者主要应用在核反应堆中， 后者应用在原子弹中；聚变主要应用在氢弹上。 【解析】太阳能可以源源不断的获得，故它是可再生能源。 在太阳内部，太阳之所以能发光发热，实质相当于无数个的氢弹爆炸而造成的，即氢原子核在超高温下发生聚 变释放核能。 故答为：可；聚变。 【点评】本题考查了太阳能的利用和太阳内部进行的核反应的类型，太阳能环保无污染，越来越多的被利用。 【巩固训练】（2023•长春）我国红沿河核电站核能供暖示范项目，利用核能发电的同时实现了清洁供暖。 （1）核电站利用原子核 （填“聚变”或“裂变”）释放的核能发电。 （2）核电站利用发电过程中产生的余热进行供暖，提高了能量的利用率。供暖时，用水做输运能量的介质，是 因为水的 大。 （3）在能量转化和转移的过程中，能量的总量 。但是在供暖过程中，热量只能自发地从高温物体转移到 低温物体，不能相反，这一现象说明能量的转移具有 。 【答】（1）裂变；（2）比热容；（3）不变；方向性。 【解析】（1）核电站都是利用原子核裂变的链式反应发电； （2）供暖的“暖气”用水做输运能量的介质，是因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，降低相 同的温度时，水放出的热量多； （3）热量总是自发地从高温物体传到低温物体，而不可能自发地从低温物体传到高温物体，说明能量的转移和 转化具有方向性；能量在转化或转移的过程中总量保持不变。 故答为：（1）裂变；（2）比热容；（3）不变；方向性。 1．（2023•唐河县三模）我国在城市建设和乡村振兴计划中，重视环境保护和能源的开发利用。下面列举的项目 中，属于可再生能源的是（ ） ．天然气 B．太阳能 ．石油 D．煤 【答】B 强化训练 040 【解析】天然气、石油、煤属于不可再生能源，太阳能属于可再生能源，故D 错误，B 正确。 故选：B。 2．（2023•淮阳区三模）如图所示是一颗与地球同步运行的通信卫星，通信卫星的板状两翼是太阳能电池板，下 列有关该通信卫星的说法中正确的是（ ） ．通信卫星的两翼把电能转化为太阳能 B．以地球为参照物，通信卫星是运动的 ．通信卫星利用的太阳能是二次能源 D．通信卫星是通过电磁波来传递信息的 【答】D 【解析】、通信卫星的两翼把太阳能转化为电能，故错误； B、通信卫星是同步卫星，以地球为参照物，卫星位置没有变化，通信卫星是静止的，故B 错误； 、通信卫星利用的太阳能可以从自然界直接获取的能源，是一次能源，故错误； D、电磁波可以传递信息，通信卫星是通过电磁波来传递信息的，故D 正确。 故选：D。 3．（2023•上蔡县三模）下列有关新能源与新材料的说法中正确的是（ ） ．通常用来制作光纤的材料属于绝缘体 B．手机芯片都是用超导材料制成的高度集成电路 ．目前的核动力航空母舰都是通过原子核聚变来获取能量的 D．空间站上的太阳能电池板主要将太阳能转化为内能 【答】 【解析】、光纤通信是利用激光在光导纤维中传输的一种通信方式；光导纤维的制备材料是二氧化硅，即玻璃 丝，属于绝缘体，故正确； B、手机芯片主要是用高度集成的半导体材料制成的，故B 错误； 、目前的核动力航空母舰都是通过原子裂变来获取能量的，故错误； D、太阳能电池板是消耗太阳能，产生电能，故D 错误。 故选：。 4．（2023•宁洱县校级三模）在下列几组能源中，都是可再生能源的一组是（ ） ．石油、风能 B．核能、地热能 ．煤炭、天然气 D．水能、太阳能 【答】D 【解析】 、石油属于不可再生能源，风能属于可再生能源，故不符合题意； B、核能、地热能都属于不可再生能源，故B 不符合题意； 、煤炭、天然气都属于不可再生能源，故不符合题意； D、水能、太阳能都是可再生能源，故D 符合题意。 故选：D。 5．（2023•河南模拟）杭州亚运会将于2023 年9 月23 日开幕，亚运会场馆采用全绿电供应。使用清洁能源和可再 生能源发电，实现绿电入，你推荐使用的能源是（ ） ．石油、地热能 B．天然气、氢能 ．风能、太阳能 D．核能、煤 【答】 【解析】可再生能源：可以从自然界中源源不断地得到的能源，例：水能、风能、太阳能、生物质能、潮汐能、 地热能。 不可再生能源：不可能在短期内从自然界得到补充的能源，例：化石能源（煤炭、石油、天然气）、核能。 、石油属于不再生能源，地热能属于可再生能源，故错误； B、天然气属于不可再生能源，氢能消耗时生成无污染的水，属于清洁能源，故B 错误； 、风能、太阳能都属于清洁能源和可再生能源，故正确； D、核能、煤都属于不可再生能源，故D 错误。 故选：。 6．（2023•吉林三模）下列能源中属于不可再生能源的是（ ） ．风能 B．太阳能 ．水能 D．核能 【答】D 【解析】 风能、水能、太阳能可以长期提供，所以它们都是可再生能源。 核能源一旦消耗就很难再生，所以它是不可再生能源。 故选：D。 7．（2023•广水市三模）2023 年3 月16 日，甘肃玉门抽水蓄能电站正式开工建设。该电站可以利用风能和太阳能 资源充足时发电获得的部分电能，将水抽到高处转化为水的机械能储存起来，需要时再利用高处水的重力势能 发电，从而弥补了风能、太阳能不稳定且转化的电能难储存的不足，实现了能量的互补，堪称电力系统的巨型 “充电宝”。下列说法正确的是（ ） ．风能、太阳能和核能都是可再生能源 B．电站抽水蓄能时将电能转化为机械能 ．高处的水发电时将风能转化为电能 D．利用太阳能发电是将化学能转化为电能 【答】B 【解析】、风能、太阳能都是可再生能源，核能是不可再生能源，故错误； B、电站抽水蓄能时消耗了电能，水被抽到高处，水的机械能增大，这一过程中电能转化为机械能，故B 正确； 、高处的水发电时流动的水推动发电机工作，获得的是电能，消耗的是水的动能，这一过程中机械能转化为电 能，故错误； D、太阳能发电是将太阳能转化为电能，故D 错误。 故选：B。 8．（2023•定安县二模）能源的开发和利用是人类社会发展面临的重要课题，以下属于可再生能源的是（ ） ．太阳能 B．煤炭 ．核能 D．天然气 【答】 【解析】太阳能属于可再生能源，天然气、煤炭、核能都属于不可再生能源。 故选：。 9．（2023•如东县二模）为应对地球气候变暖，促进可持续发展，在践行节能低碳的今天，应特别重视新能源和 可再生能源的开发和利用。如图所示阴影部分对应的能源是（ ） ．煤炭 B．核能 ．水能 D．风能 【答】D 【解析】如图所示阴影部分对应的能源是：既是新能源，同时也是可再生能源； B、煤炭和核能属于不可再生能源，故D 错误； 、水能是常规能源和可再生能源，不是新能源，故错误； D、风能来自太阳能，是可再生的新能源，又是新能源，故D 正确。 故选：D。 10 ．（2023• 米东区模拟）社会的发展离不开能源、信息和材料，下列相关说法正确的是（ ） ．图甲：石油是可再生能源 B．图乙：核电站利用核聚变发电 ．图丙：手机利用超声波传递信息 D．图丁：二极管采用半导体材料 【答】D 【解析】、煤、石油、天然气是不可再生能源，故错误； B、核电站是利用铀原子核裂变时放出的核能来发电的，故B 错误； 、手机是利用电磁波来传递信息的，故错误； D、二极管采用半导体材料，具有单向导电性，故D 正确。 故选：D。 11．（2023•榆阳区校级一模）目前，科学家正在研究太空电站，即地球同步轨道上的太阳能电站，其示意图如图 所示。下列说法错误的是（ ） ．以地球为参照物，太空电站是静止的 B．太阳能是太阳内部氢原子裂变时释放出的能量 ．利用微波实现“无缆传输”，微波是一种电磁波 D．太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源 【答】B 【解析】、太空电站在地球同步轨道上，像同步卫星一样相对于地球是静止的，故正确； B、太阳能是太阳内部氢原子聚变时释放出的能量，故B 错误； 、电磁波是一个大家族，微波是也电磁波的一种，故正确； D、太阳能是一种清洁、无污染的可再生能源，故D 正确。 故选：B。 12．（2023•盐都区三模）2023 年5 月10 日，搭载天舟六号货运飞船的长征七号遥七运载火箭在我国文昌航天发 射场点火发射，约10 分钟后飞船与火箭成功分离并进入预定轨道，之后飞船太阳能帆板顺利展开工作，太阳能 帆板工作时将太阳能转化为（ ） ．化学能 B．内能 ．电能 D．机械能 【答】 【解析】太阳能帆板工作时将太阳能转化为电能，故正确，BD 错误。 故选：。 1．（2023•威海）威海依山傍海，能源发展区位优势明显，境内有多种类型的发电站，其中利用不可再生能源 发电的是（ ） ．分布式光伏电站 B．高温气冷堆核电站 ．潮汐发电站 D．风力发电站 【答】B 【解析】D、太阳能、潮汐能和风能可以从自然界中源源不断地得到，是可再生能源，所以分布式光伏电站、 潮汐发电站、风力发电站是利用可再生能源发电的，故D 不合题意； B、高温气冷堆核电站，核能属于不可再生能源，所以高温气冷堆核电站是利用不可再生能源发电的，故B 符 合题意。 故选：B。 2．（2023•菏泽）关于能源与信息，下列说法正确的是（ ） ．电力、焦炭属于一次能源 B．核能不属于清洁型绿色能源 ．超声波只能传递能量，不能传递信息 D．北斗导航系统是利用电磁波传递信息的 【答】D 【解析】、电力、焦炭都是其它能源转化来的，属于二次能源，故错误； B、清洁能源，即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，它包括核能和“可再生能 源”，故B 错误； 、超声波既能传递能量，也能传递信息，故错误； D、电磁波可以在真空中传播，北斗导航系统是利用电磁波传递信息的，故D 正确。 故选：D。 3．（2023•东营）关于能源、信息和材料，下列说法不正确的是（ ） ．太阳能、风能、核能都属于可再生能源 B．核电站的核反应堆是利用核裂变释放核能的 ．5G 通信用的电磁波和光在真空中传播的速度相等 D．若用超导材料制造输电线可大大降低电能损耗 【答】 【解析】、太阳能、风能是可再生能源，核能是不可再生能源，故错误； B、现阶段，核电站的核反应堆是利用可控的核裂变释放核能的，故B 正确； 、5G 通信用的电磁波和光在真空中传播的速度相等，都是3×108m/s，故正确； D、如果用超导材料作为输电线，可大大降低输电过程中的电能损耗，所以利用超导体的零电阻可以实现远距 离输电，故D 正确。 故选：。 4．（2023•镇江）开发和利用可再生能源，可实现人类社会的可持续发展。以下属于可再生能源的是（ ） ．石油 B．天然气 ．煤 D．风能 【答】D 【解析】石油、天然气、煤都属于不可再生能源，只有风能是可再生能源，故D 正确，B 错误。 故选：D。 5．（2023•娄底）能源、信息和材料是现代社会发展的三大支柱，下列说法正确的是（ ） ．核电站是利用核聚变释放能量 B．电磁波在空气中的传播速度为340m/s ．半导体是制成芯片的主要材料之一 D．太阳能、核能和天然气都属于可再生能源 【答】 【解析】、目前核电站是利用核裂变释放的能量来工作的，故错误； B、电磁波在空气中的传播速度与光速相同，为3×108m/s，故B 错误； 、半导体是制成芯片的主要材料之一，故正确； D、太阳能、风能属于可再生能源；天然气属于不可再生能源，故D 错误； 故选：。 6．（2023•徐州）2023 年4 月，我国自主设计建造的核聚变实验装置——东方超环，成功实现了403s 稳态运行。 下列能源的形成与东方超环相同的是（ ） ．地热能 B．太阳能 ．风能 D．潮汐能 【答】B 【解析】我国自主设计的“人造太阳”实验装置——东方超环，其反应原理与太阳类似，通过核聚变，释放巨 大的核能。故B 正确，D 错误。 故选：B。 7．（2023•大庆）下列关于能源和材料的说法不正确的是（ ） ．石油、天然气和太阳能都是不可再生能源 B．半导体材料是制造集成电路的重要材料 ．超