资源简介

能 源
　　能源是人类社会发展进步的物质基础。在当代，能源同信息、材料一起构成了现代文明的三大支柱。
　　人类对于能源的开发利用大致经历了四个历史时期：古代柴草时期，新石器时代晚期的煤炭时期，19世纪中叶的石油时期及始于本世纪中叶的新能源时期。
　　能源是人类社会活动的物质基础。大自然赋予人类的能源可分为常规能源和新能源两大类。技术上比较成熟、使用较普遍的能源叫做常规能源（如煤炭、石油等）。近几十年才开始利用或正在研究开发的能源叫做新能源（如太阳能、核能、地热能等）。
　　能源的划分有多种方法。来自自然界、没有经过任何加工或转换的能源叫做一次能源。从一次能源直接或间接转化而来的能源叫做二次能源。因此煤、石油、天然气、水力、太阳能等是一次能源，煤气、液化气、汽油、煤油、酒精等是二次能源。一次能源又可分为再生能源和非再生能源两大类。煤、石油是古代动植物经长期地质运动作用形成的，开采一点就少一点，这是不可再生能源；像太阳能、风力、地热或从绿色植物中制取的酒精等，它们可以取之不尽，用之不竭，是可再生能源。此外，能源还可分为燃料能源和非燃料能源，常规能源和新能源等。
　　在20世纪中，人类使用的能源主要有三种，就是原油、天然气和煤炭，但这三种能源是不可再生能源，终是要消耗完的；所以，开发新能源，替代上述三种传统能源，迅速地逐年降低它们的消耗量，已经成为人类发展中的紧迫课题。核能在今后一段时期内还将有所发展，但是核电站的最大使用期只有25～30年，核电站的建造、拆除和安全防护费用也相对不低，过多地建设核电站是否明智可取，还有待今后实践和历史来检验。因此太阳能、风能、地热能、波浪能、氢能、核能和生物质能等新能源，在今后将肯定会优先获得开发利用。
　　以上是从能源的使用进行分类的方法，若从物质运动的形式看，不同的运动形式，各有对应的能量，如机械能（包括动能和势能）、热能、电能、光能等等。各种形式的能量可以互相转化，如动能可与势能互相转化（建筑工地打夯的落锤的上、下运动所包括的能量转化过程）；化学能可与电能互相转化（化学电池和电解就是实现这种转化的两种过程）。在能量相互转化过程中，尽管做功的效率因所用工具或技术不同而有差别，但是折算成同种能量时，其总值却是不变的，这就是能量转化和能量守恒定律，这是自然界中一条极为基本的定律（另一条为质量守恒定律），也是识破各式各样永动机的有力判据。在能量转化过程中，未能做有用功的部分称为"无用功"，通常以热的形式表现。
　　能源的利用，其实就是能量的转化过程。如煤燃烧放热使使蒸汽温度升高的过程就是化学能转化为蒸汽内能的过程；高温蒸汽推动发电机发电的过程是内能转化为电能的过程；电能通过电动机可转化为机械能；电能通过白炽灯泡或荧光灯管可转化为光能；电能通过电解槽可转化为化学能等等。此草、煤炭、石油和天然气等常用能源所提供的能量都是随化学变化而产生的，多种新能源的利用也与化学变化有关。参看例题解析
　　1．太阳能　
　　太阳能利用的形式很多，例如太阳能集热为建筑供暖、供热水，用太阳能电池驱动交通工具和其它动力装置，等等，这些都属于太阳能小型、分散的利用形式。太阳能大型、集中和利用形式，则是太空发电。在距地面三万多公里高空的同步卫星上，太阳能电池每天24小时均可发电，而且效率高达地面的10倍。太空电能可以通知过对人体无害的微波向地面输送。
　　2．风能　
　　风的形成，空气流动所形成的动能称为风能，风能是太阳能的一种转化形式，太阳的辐射造成球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均空气沿水平方向运动形风。风的形成乃是空气流动的结果。风能利用形成主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能。
　　风就是水平运动的空气，空气产生运动，主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。在赤道和低纬度地区，太阳高度角大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；再高纬度地区太阳高度角小，日照时间短，地面和大气接受的热量小，温度低。这种高纬度与低纬度之间的温度差异，形成了南北之间的气压梯度，使空气作水平运动，风应沿水平气压梯度方向吹，即垂直与等压线从高压向低压吹。
　　地球在自转，使空气水平运动发生偏向的力，称为地转偏向力，这种力使北半球气流向右偏转，南半球向右偏转，所以地球大气运动除受气压梯度力外，还要受地转偏向里的影响。大气真实运动是这两力综合影响的结果。
　　实际上，地面风不仅受这两个力的支配，而且在很大程度上受海洋、地形的影响，山隘和海峡能改变气流运动的方向，还能使风速增大，而丘陵、山地却磨擦大使风速减少，孤立山峰却因海拔高使风速增大。因此，风向和风速的时空分布较为复杂。
　　在有海陆差异对气流运动的影响，在冬季，大陆比海洋冷，大陆气压比海洋高风从大陆吹向海洋。夏季相反，大陆比海洋热，风从海洋吹向内陆。这种随季节转换的风，我们称为季风。所谓的海陆风也是白昼时，大陆上的气流受热膨胀上升至高空流向海洋，到海洋上空冷却下沉，在近地层海洋上的气流吹向大陆，补偿大陆的上升气流，低层风从海洋吹向大陆称为海风，夜间（冬季）时，情况相反，低层风从大陆吹向海洋，称为陆风。
　　在山区由于热力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡，夜间由平原或山坡吹向，前者称为谷风，后者称为山风。这是由于白天山坡受热快，温度高于山谷上方同高度的空气温度，坡地上的暖空气从山坡流向谷地上方，谷地的空气则沿着山坡向上补充流失的空气，这时由山谷吹向山坡的风，称为谷风。夜间，山坡因辐射冷却，其降温速度比同高度的空气交快，冷空气沿坡地向下流入山谷，称为山风，当太阳幅射能穿越地球大气层时，大气层约吸收2×10－16W的能量，其中一小部分转变成空气的动能。因为热带比极带吸收较多的太阳辐射能，产生大气压力差导致空气流动而产生“风”。至于局部地区，例如，在高山和深谷，在白天，高山顶上空气受到阳光加热而上升，深谷中冷空气取而代之，因此，风由深谷吹向高山；夜晚，高山上空气散热较快，于是风由高山吹向深谷。另一例子，如在沿海地区， 白天由于陆地与海洋的温度差，而形成海风吹向陆地；反之，晚上陆风吹向海上。
　　3．地热能　
　　目前世界上已有近二百座地热发电站投入了运行，装机容量数百万千瓦。研究表明，地热能的蕴藏量相当于地球煤炭储量热能的1.7亿倍，可供人类消耗几百亿年，真可谓取之不尽、用之不竭，今后将优先利用开发。
　　地球内部的放射性元素不断进行着热核反应，具有非常高的温度，估计地球中心的温度达6000℃。高温的热量透过厚厚的地层，时时刻刻向太空释放，这种“大地热流”产生的能量，称地热能。
　　地热能约为全球煤热能的1.7亿倍。地热资源有两种：一种是地下蒸汽或地热水（温泉）；另一种是地下干热岩体的热能。
　　按照地热资源的分布，世界著名的地热带有：环太平洋地热带、大西洋中脊地热带、地中海及喜马拉雅地热带、中亚地热带、红海、亚丁湾与东非裂谷地热带等。
　　1904年，意大利人在拉德瑞罗地热田建立世界上第一座地热发电站，功率为550瓦，开地热能利用之先河。其后，意大利的地热发电发展到50多万千瓦。
　　到80年代末，全世界运行的地热电站，其发电功率每年已超过500万千瓦，1995年达到680万千瓦，年增16％。中国最著名的地热电站，是西藏的羊八井地热电站，装机容量2.5万千瓦。
　　地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。其基本原理与火力发电类似，也是根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。地热发电系统主要有四种：
　　地热蒸汽发电系统——利用地热蒸汽推动汽轮机运转，产生电能。本系统技术成熟、运行安全可靠，是地热发电的主要形式。西藏羊八井地热电站采用的便是这种形式。
　　双循环发电系统——也称有机工质朗肯循环系统。它以低沸点有机物为工质，使工质在流动系统中从地热流体中获得热量，并产生有机质蒸汽，进而推动汽轮机旋转，带动发电机发电。
　　全流发电系统——本系统将地热井口的全部流体，包括所有的蒸汽、热水、不凝气体及化学物质等，不经处理直接送进全流动力机械中膨胀做功，其后排放或收集到凝汽器中。这种形式可以充分利用地热流体的全部能量，但技术上有一定的难度，尚在攻关。
　　干热岩发电系统——利用地下干热岩体发电的设想，是美国人莫顿和史密斯于1970年提出的。1972年，他们在新墨西哥州北部打了两口约4000米的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸汽，功率达2300千瓦。进行干热岩发电研究的还有日本、英国、法国、德国和俄罗斯，但迄今尚无大规模应用。
　　地热水的直接用途非常广泛，主要有采暖空调、工业烘干、农业温室、水产养殖、旅温泉疗养保健等。
　　4．波浪能　
　　主要的开发形式是海洋潮汐发电。80年代中期挪威成功地建成一座小型潮汐发电站，让涨潮的海小冲进有一定高度的贮水池，池水下溢即可发电。已经在设计的单座潮汐电站，其它发电量可供一个30万人口的城市使用。
　　5．氢能　
　　氢是宇宙中含量最丰富的元素之一，就可经提取出无穷无尽的氢。氢运输方便，用作燃料不会污染环境，重量又轻，优点很多。前苏联试用氢为“图－155”型飞机的燃料已经初步得成功，各国正积极试验用氢作为汽车的燃料。氢无疑也是人类未来要优先利用的能源之一。
　　专家普遍认为，21世纪最有前途的能源有两种：一种是氢能，另一种是受控核聚变能。而这两种能源都与氢元素息息相关，前者直接利用氢，后者则利用氢的同位素——氘。
　　氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体积约为13.7亿立方千米，若把其中的氢提炼出来，约有1.4×1017吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的9000倍。氢是一种极为优越的新能源，其主要优点有：
　　①燃烧热值高　每千克氢燃烧后能放出142.35千焦的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。
　　②清洁无污染　燃烧的产物是水，对环境无任何污染。
　　③资源丰富　氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。
　　④适用范围广　贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。
　　开发氢能的关键技术包括两方面：一方面要解决制氢问题，另一方面要解决氢的贮存及运输问题。
　　氢气能否作为燃料广泛使用，关键在于制氢工艺。作为大规模生产氢的主要途径，电解水无疑是最可行的。然而，水分子中的氢原子结合得十分紧密，电解时要耗用大量的电力，比燃烧氢气本身所产生的能量还要多。如果这些电力来自火力发电站，就失去使用氢燃料的意义，在经济上不足取。
　　基于此，人们想到了利用太阳能发电和水力发电等提供电力。首先使这一设想付诸实施的，是1986年在加拿大魁北克省启动的“水力氢试验计划”，该计划由加拿大和欧洲合作，利用魁北克省丰富的水力资源提供电力，并用高性能离子交换膜电解水，所产生的氢气吸附在一种贮氢合金内，运往消费地——欧洲。据报导，用该工艺方法生产氢的成本，已接近天然气的生产成本。
　　美国夏威夷大学开发了一种光电制氢工艺，用一片很薄的半导体悬于水中，仅利用太阳能就能产生出氢。位于科罗拉多州的政府氢实验室、迈阿密大学等正在开发另一种有希望的方法，通过用光线照射的某些微生物，它们便能像一个自发的活反应体一样，从水中产生出氢气和氧气。
　　日本通产省从1993年开始实施“氢利用清洁能源计划”。该计划提出了将在太平洋上赤道位置建立“太阳光发电岛”，以太阳能电解水制得的氢，去推动以氢作燃料的燃气轮机，建成新型的火力发电站。日本工业技术院人士认为，从成本上看，氢发电是大有希望的，若能建立起氢的大量供给系统，其需求将有可能急剧增大。用氢取代城市煤气，只是诸多用途之一，日本的目标是以氢发电为突破口，逐步摆脱对石油的依赖。
　　氢还有另一大难题是贮存。氢气很轻，它必须经过压缩或在极低的温度下液化，其浓度才能达到成为一种有用燃料的要求。
　　为了克服这一难题，研究人员以固态存储方法——用贮氢合金吸收和贮存氢。当用贮氢合金制成的容器冷却和压入氢时，氢燃料的浓度可与压缩天然气系统相比，但重量较轻、体积较小。加热这一贮存系统或降低其内部压力，氢就会释放出来。
　　贮氢合金的工作原理是：氢原子贮存于金属结晶间隙，以氢化物的形态存在，这种金属氢化物有很好的安全性和经济效益。贮氢合金在冷却或加压时能吸入氢气，与金属形成金属氢化物；当加热或减压时，金属氢化物会重新分解出氢气以供利用。
　　氢是21世纪重要的能源载体。以氢为燃料的燃料电池，燃烧时氢与氧结合生成水，是一种洁净的发电技术，顺应了全球的环保大趋势。
　　当前，世界著名的汽车厂商，为发展环保型汽车，加紧更新传统的车用燃料，纷纷决定采用氢能，掀起了一场氢能汽车开发的热潮。实验证明，使用氢燃料电池的汽车排放的碳仅为常规内燃机的30％，造成的大气污染仅为内燃机的5％。美国汽车工业协会预测，到2002年，美国将生产约50万～100万辆氢能汽车。
　　除汽车外，2001年开始，美国、欧洲和日本将在飞机上推广氢燃料。据欧洲空中客车飞机公司预测，最迟将于2002年，欧洲生产的飞机可大规模采用液氢为燃料。由于液态氢的工作温度为－253℃，因此必须改进目前的飞机燃料系统。德国戴姆勒－奔驰航空公司和俄罗斯航空公司已从1996年开始进行试验，证实在配备有双发动机的喷气机中使用液氢，其安全性有足够的保证。另外，由于同等重量的氢和汽油相比，氢提供的能量是汽油的3倍，但即使液态氢也需要4倍于汽油的容积，从而飞机设计师们面临的任务是将传统的机翼设计成可以容纳更多液氢的新型构造。
　　不远的将来，氢能汽车将驰骋于高速公路上，氢能飞机将翱翔于蓝天，氢能飞船将穿梭于星际，人类将迎来一个洁净、高效的明天。
　　6．核能
　　核能的释放通常有两种形式，一种是重核的裂变，即一个重原子核（如铀、钚），分裂成两个或多个中等原子量的原子核，引起链式反应，从而释放出巨大的能量；另一种是轻核的聚变，即两个轻原子核（如氢的同位素氘），聚合成为一个较重的核，从而释放出巨大的能量。理论和实践都证明，轻核聚变比重核聚变释放出的能量要大得多。
　　利用重核裂变，人们已经制造出了原子弹，若通过反应堆对其加以人工控制，就可实现原子能发电。利用轻核聚变原理，人们已经制造出比原子弹杀伤力更大的氢弹，氢弹是无控制爆炸性核聚变。要实现核聚变能的和平利用，即核聚变发电，必须对核聚变实行人工控制，使核聚变反应按照人们的需要有序地进行，这就是受控核聚变。
　　1938年，放射化学家奥托·哈恩和物理学家施特拉斯曼发现铀核裂变。1942年12月2日，世界上第一座核裂变反应堆在美国的芝加哥大学建成，人类在这里首次实现了自持链式反应，从而开始了受控的核能释放。
　　1954年，前苏联在莫斯科附近的奥布宁斯克建成了世界上第一座核电站，输出功率为5000千瓦。到60年代中期，核电站走向实用化和商品化。工业发达国家核电发电成本已与燃煤火力发电站持平甚至略低。
　　常见的压水反应堆核电站，主要包括两大部分：一部分是利用核能生产蒸汽的核岛，包括反应堆装置和回路系统；另一部分是利用蒸汽发电的常规岛，包括汽轮发电机系统。核电站用的燃料是铀，它是一种很重的金属。用铀制成的核燃料在反应堆内发生裂变而产生大量热能，再用处于高压力下的水把热能带出，在蒸汽发生器内产生蒸汽，蒸汽推动气轮机带着发电机一起旋转，电能就源源不断地产生出来，并通过电网送到四面八方。
　　目前，全世界共有将近500座核电站，全年总发电量占世界总发电量的17％。世界各国中，法国的核电站发展 最快，有57座核电站，总装机容量6200万千瓦，核电占总发电量的77.8%。1991年，中国自行设计、建造的第一座核电站――秦山核电站启用（右图所示），继之大亚湾核电站投产。世纪之交，中国正规划、兴建4座新的核电站，到2010年核电总量有望达到2000万千瓦。
　　氢原子核聚变反应的研究，可以追溯到30年代对太阳的研究。1938年，物理学家证明，太阳里进行的氢核聚变成氦核的反应，使它还能光芒万丈地燃烧几十亿年。
　　受控核聚变反应的原理是：氘（氢同位素）原子核在上亿摄氏度的高温条件下发生聚变而释放出巨大能量。由于这种热核反应是人工控制的，因此可用作能源。
　　核聚变发电有许多无可比拟的优点：
　　①能量巨大——核聚变比核裂变释放出更多的能量。例如，铀235的裂变反应，将千分之一的物质变成了能量；而氘的聚变反应，将近千分之四的物质变成了能量。
　　②资源丰富——重核裂变使用的主要原料是铀，目前探明的储量仅够使用约1000年；而轻核聚变使用的燃料是海水中的氘，1升海水能提取30毫克氘，在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量，即“1升海水约等于300升汽油”，地球上海水中就有45万亿吨氘，足够人类使用百亿年。
　　③成本低廉——1千克氘的价格只为1千克浓缩铀的1/40。
　　④安全、无污染——核聚变不产生放射性污染物，万一发生事故，反应堆会自动冷却而停止反应，不会发生爆炸。
　　简言之，受控核聚变的燃料取之不尽、用之不竭，核聚变能将是21世纪最理想的“长寿”能源。
　　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（某些条件下）；③将有机物转化成燃料可减少环境公害（例如，垃圾燃料）；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（50%～95%）。
　　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（约300km），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？（在标准状况下）
　　（2）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(L)。
　　（2）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=187.5(N)
　　（2）E耗=W人+W物=mgh+Mgh=(m+M)gh
　　 =(75+104)×10×(21-1)×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。
www.

展开更多......

收起↑