素材-全国-2015_九年级化学上册 第四单元 课题3 水的组成 向水要氢能源素材 新人教版.doc

2向水要氢能源在发展未来的动力预测中，人们对理想的未来的主要能源之棗氢，越来越重视了，有的科学家甚至将21世纪称为氢能源的世纪。氢气不仅可以燃烧，而且燃烧时产生的热量很高。氢气在空气中燃烧，可达到1000T的高温；氢气在氧气中燃烧，可达2800℃的高温，它产生的热量比汽油高得多，每升氢放出的热量为1千克汽油的3－4倍。若将氢气冷却至一240℃以下，再经过加压，氢就变成一种无色的液体棗液态氢。这是火箭、火车、飞机、轮船、汽车等的极佳燃料。例如汽车用它作燃料，110公里只需消耗5000克氢气。而且氢能具有很多优点：1．氢的放热效率高，燃烧1克氢可以放出14万焦耳的热量，约为燃烧1克汽油放热的3倍，并可以循环使用。2．氢的原料主要是水，在1个水分子中就有两个氢原子，所以资源非常丰富。因为，占地球表面71％的水中都含有大量的氢。3．氢气在燃烧过程中，除释放出巨大的能量外，产生的废物只有水，不会造成环境污染，因而又被称为“清洁燃料”。4．氢气的重量轻、密度小、便于运送和携带，容易储藏，与难储存的电相比，优越性更为显著。5．氢的用途极为广泛，它不但能燃烧生热，而且还可以产生化学能，并作为吸热的工质等。氢具有这么多优点，那么用什么方法来制取和利用呢？传统的制氢方法棗电解水制氢及高压、高温制氢，都需要消耗大量的电能和煤或天然气，消耗的能量比燃烧这种燃料所产生的能量还要多。这种费用上的不划算使它只适用于专门用途，如推进太空火箭或在航天器中维持燃料电池。科研人员经过多年的研究，已寻找出两种较为方便的制氢方法：其一，是光电化学电池分解水制氢。利用太阳光照射到半导体氧化钛表面时，在氧化钛上产生的电流会使水分解，产生氢气，效率已达12％，是一种很有前途的制氢方法。其二，是生物制氢，人工模仿植物光合作用分解水制取氢气。目前，美国、英国用1克叶绿素每小时可产生1升的氢气，它的转化效率高达75％。根据目前科学家的研究，制取氢的原料除水以外，还可利用微生物产生氢气。这方面的最初探索，大概在1942年前后。科学家们首先发现一些藻类的完整细胞，可以利用阳光产生氢气流。7年之后，又有科学家通过实验证明某些具有光合作用的菌类也能产生氢气。此后，许多科学工作者从不同角度展开了利用微生物产生氢气的研究。近年来，已查明有16种绿藻和3种红藻类有产生氢的能力。藻类主要是通过自身产生的脱氢酶，利用取之不尽的水和无偿的太阳能来产生氢气。不妨说，这是太阳能在微生物作用下，转换利用的一种形式，这个产氢过程可以在15－40℃的较低温度下进行。科学家们把具有产生氢气能力的细菌划分为4个类型：一种是依靠发酵过程而生长的严格厌氧细菌；第二种是能在通气条件下发酵和呼吸的兼性厌氧细菌；第三种是能进行厌氧呼吸的严格厌氧菌；第四种是光合细菌。前三类细菌都能够利用有机物，从而获取其生命活动所需要的能量，被称做“化能异养菌”。第四类的光合细菌，可以利用太阳提供的能量，属自养细菌范畴。近年来发现有30种化能异养菌可以发酵糖类、醇类、有机酸等产生氢气，其中有些细菌产氢气能力较强。一种叫酪酸梭状芽抱杆菌的细菌，发酵1克重的葡萄糖可以产生约l／4升的氢气。在未来的年代，随着科学技术的发展，自然界的各种形式的碳水化合物，都可以转化为廉价的葡萄糖，从长远观点看，这条生产氢气的途径是值得探求的。为人们熟悉的大肠杆菌以及产气杆菌，某些芽抱杆菌、反刍动物瘤胃中的很多种细菌，大都具有不同程度的产氢气能力。在光合细菌中，发现约13种紫色硫细菌和紫色非硫细菌可以产生氢气，这部分细菌可利用有机物或硫化物，有的在光照下，有的并不一定需要光的照射，经过一系列生化反应而生成氢气。利用微生物生产氢气，在一些国家曾做了中间工厂的试验性生产，结果令人满意。采用活力强的产气夹膜杆菌，在容积为10升的发酵器中，经8小时发酵作用后，产生约45升氢气，最大产氢气速度为每小时18－23升。人们期待着用遗传变异手段大幅度提高微生物产氢气能力，为利用微生物生产氢气尽早投入实际生产和应用创造条件。在利用微生物生产氢气的探索道路上，需要科学家们不断寻找产生氢气能力高的各种微生物，深入研究微生物产氢的原理和条件，在上面各项工作的基础上，设计出相应的大规模生产装置系统，达到高产、稳产、成本低三项指标。虽然利用微生物生产氢气燃料，目前尚处于研究探索或小规模试产阶段，离大规模工业化生产尚有不小距离。但是，有关这方面的研究进展，为我们展现了利用微生物生产清洁燃料棗氢气的广阔前景。那么用什么方法来储存氢气呢？氢的储存和携带也很困难。若把它压缩到容积为40升的钢瓶中，加到150个大气压时，钢瓶内才能容0．5千克的氢；若把氢液化又需消耗大量的能量。为此，科研人员经过多年研究，已找出了几种携带和储存氢气的好方法。这些方法是：