資源簡介

能 源
　　能源是人類社會發展進步的物質基礎。在當代，能源同信息、材料一起構成了現代文明的三大支柱。
　　人類對于能源的開發利用大致經歷了四個歷史時期：古代柴草時期，新石器時代晚期的煤炭時期，19世紀中葉的石油時期及始于本世紀中葉的新能源時期。
　　能源是人類社會活動的物質基礎。大自然賦予人類的能源可分為常規能源和新能源兩大類。技術上比較成熟、使用較普遍的能源叫做常規能源（如煤炭、石油等）。近幾十年才開始利用或正在研究開發的能源叫做新能源（如太陽能、核能、地熱能等）。
　　能源的劃分有多種方法。來自自然界、沒有經過任何加工或轉換的能源叫做一次能源。從一次能源直接或間接轉化而來的能源叫做二次能源。因此煤、石油、天然氣、水力、太陽能等是一次能源，煤氣、液化氣、汽油、煤油、酒精等是二次能源。一次能源又可分為再生能源和非再生能源兩大類。煤、石油是古代動植物經長期地質運動作用形成的，開采一點就少一點，這是不可再生能源；像太陽能、風力、地熱或從綠色植物中制取的酒精等，它們可以取之不盡，用之不竭，是可再生能源。此外，能源還可分為燃料能源和非燃料能源，常規能源和新能源等。
　　在20世紀中，人類使用的能源主要有三種，就是原油、天然氣和煤炭，但這三種能源是不可再生能源，終是要消耗完的；所以，開發新能源，替代上述三種傳統能源，迅速地逐年降低它們的消耗量，已經成為人類發展中的緊迫課題。核能在今后一段時期內還將有所發展，但是核電站的最大使用期只有25～30年，核電站的建造、拆除和安全防護費用也相對不低，過多地建設核電站是否明智可取，還有待今后實踐和歷史來檢驗。因此太陽能、風能、地熱能、波浪能、氫能、核能和生物質能等新能源，在今后將肯定會優先獲得開發利用。
　　以上是從能源的使用進行分類的方法，若從物質運動的形式看，不同的運動形式，各有對應的能量，如機械能（包括動能和勢能）、熱能、電能、光能等等。各種形式的能量可以互相轉化，如動能可與勢能互相轉化（建筑工地打夯的落錘的上、下運動所包括的能量轉化過程）；化學能可與電能互相轉化（化學電池和電解就是實現這種轉化的兩種過程）。在能量相互轉化過程中，盡管做功的效率因所用工具或技術不同而有差別，但是折算成同種能量時，其總值卻是不變的，這就是能量轉化和能量守恒定律，這是自然界中一條極為基本的定律（另一條為質量守恒定律），也是識破各式各樣永動機的有力判據。在能量轉化過程中，未能做有用功的部分稱為"無用功"，通常以熱的形式表現。
　　能源的利用，其實就是能量的轉化過程。如煤燃燒放熱使使蒸汽溫度升高的過程就是化學能轉化為蒸汽內能的過程；高溫蒸汽推動發電機發電的過程是內能轉化為電能的過程；電能通過電動機可轉化為機械能；電能通過白熾燈泡或熒光燈管可轉化為光能；電能通過電解槽可轉化為化學能等等。此草、煤炭、石油和天然氣等常用能源所提供的能量都是隨化學變化而產生的，多種新能源的利用也與化學變化有關。參看例題解析
　　1．太陽能　
　　太陽能利用的形式很多，例如太陽能集熱為建筑供暖、供熱水，用太陽能電池驅動交通工具和其它動力裝置，等等，這些都屬于太陽能小型、分散的利用形式。太陽能大型、集中和利用形式，則是太空發電。在距地面三萬多公里高空的同步衛星上，太陽能電池每天24小時均可發電，而且效率高達地面的10倍。太空電能可以通知過對人體無害的微波向地面輸送。
　　2．風能　
　　風的形成，空氣流動所形成的動能稱為風能，風能是太陽能的一種轉化形式，太陽的輻射造成球表面受熱不均，引起大氣層中壓力分布不均空氣沿水平方向運動形風。風的形成乃是空氣流動的結果。風能利用形成主要是將大氣運動時所具有的動能轉化為其他形式的能。
　　風就是水平運動的空氣，空氣產生運動，主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強度不同而形成的。在赤道和低緯度地區，太陽高度角大，日照時間長，太陽輻射強度強，地面和大氣接受的熱量多、溫度較高；再高緯度地區太陽高度角小，日照時間短，地面和大氣接受的熱量小，溫度低。這種高緯度與低緯度之間的溫度差異，形成了南北之間的氣壓梯度，使空氣作水平運動，風應沿水平氣壓梯度方向吹，即垂直與等壓線從高壓向低壓吹。
　　地球在自轉，使空氣水平運動發生偏向的力，稱為地轉偏向力，這種力使北半球氣流向右偏轉，南半球向右偏轉，所以地球大氣運動除受氣壓梯度力外，還要受地轉偏向里的影響。大氣真實運動是這兩力綜合影響的結果。
　　實際上，地面風不僅受這兩個力的支配，而且在很大程度上受海洋、地形的影響，山隘和海峽能改變氣流運動的方向，還能使風速增大，而丘陵、山地卻磨擦大使風速減少，孤立山峰卻因海拔高使風速增大。因此，風向和風速的時空分布較為復雜。
　　在有海陸差異對氣流運動的影響，在冬季，大陸比海洋冷，大陸氣壓比海洋高風從大陸吹向海洋。夏季相反，大陸比海洋熱，風從海洋吹向內陸。這種隨季節轉換的風，我們稱為季風。所謂的海陸風也是白晝時，大陸上的氣流受熱膨脹上升至高空流向海洋，到海洋上空冷卻下沉，在近地層海洋上的氣流吹向大陸，補償大陸的上升氣流，低層風從海洋吹向大陸稱為海風，夜間（冬季）時，情況相反，低層風從大陸吹向海洋，稱為陸風。
　　在山區由于熱力原因引起的白天由谷地吹向平原或山坡，夜間由平原或山坡吹向，前者稱為谷風，后者稱為山風。這是由于白天山坡受熱快，溫度高于山谷上方同高度的空氣溫度，坡地上的暖空氣從山坡流向谷地上方，谷地的空氣則沿著山坡向上補充流失的空氣，這時由山谷吹向山坡的風，稱為谷風。夜間，山坡因輻射冷卻，其降溫速度比同高度的空氣交快，冷空氣沿坡地向下流入山谷，稱為山風，當太陽幅射能穿越地球大氣層時，大氣層約吸收2×10－16W的能量，其中一小部分轉變成空氣的動能。因為熱帶比極帶吸收較多的太陽輻射能，產生大氣壓力差導致空氣流動而產生“風”。至于局部地區，例如，在高山和深谷，在白天，高山頂上空氣受到陽光加熱而上升，深谷中冷空氣取而代之，因此，風由深谷吹向高山；夜晚，高山上空氣散熱較快，于是風由高山吹向深谷。另一例子，如在沿海地區， 白天由于陸地與海洋的溫度差，而形成海風吹向陸地；反之，晚上陸風吹向海上。
　　3．地熱能　
　　目前世界上已有近二百座地熱發電站投入了運行，裝機容量數百萬千瓦。研究表明，地熱能的蘊藏量相當于地球煤炭儲量熱能的1.7億倍，可供人類消耗幾百億年，真可謂取之不盡、用之不竭，今后將優先利用開發。
　　地球內部的放射性元素不斷進行著熱核反應，具有非常高的溫度，估計地球中心的溫度達6000℃。高溫的熱量透過厚厚的地層，時時刻刻向太空釋放，這種“大地熱流”產生的能量，稱地熱能。
　　地熱能約為全球煤熱能的1.7億倍。地熱資源有兩種：一種是地下蒸汽或地熱水（溫泉）；另一種是地下干熱巖體的熱能。
　　按照地熱資源的分布，世界著名的地熱帶有：環太平洋地熱帶、大西洋中脊地熱帶、地中海及喜馬拉雅地熱帶、中亞地熱帶、紅海、亞丁灣與東非裂谷地熱帶等。
　　1904年，意大利人在拉德瑞羅地熱田建立世界上第一座地熱發電站，功率為550瓦，開地熱能利用之先河。其后，意大利的地熱發電發展到50多萬千瓦。
　　到80年代末，全世界運行的地熱電站，其發電功率每年已超過500萬千瓦，1995年達到680萬千瓦，年增16％。中國最著名的地熱電站，是西藏的羊八井地熱電站，裝機容量2.5萬千瓦。
　　地熱發電是利用地下熱水和蒸汽為動力源的一種新型發電技術。其基本原理與火力發電類似，也是根據能量轉換原理，首先把地熱能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能。地熱發電系統主要有四種：
　　地熱蒸汽發電系統——利用地熱蒸汽推動汽輪機運轉，產生電能。本系統技術成熟、運行安全可靠，是地熱發電的主要形式。西藏羊八井地熱電站采用的便是這種形式。
　　雙循環發電系統——也稱有機工質朗肯循環系統。它以低沸點有機物為工質，使工質在流動系統中從地熱流體中獲得熱量，并產生有機質蒸汽，進而推動汽輪機旋轉，帶動發電機發電。
　　全流發電系統——本系統將地熱井口的全部流體，包括所有的蒸汽、熱水、不凝氣體及化學物質等，不經處理直接送進全流動力機械中膨脹做功，其后排放或收集到凝汽器中。這種形式可以充分利用地熱流體的全部能量，但技術上有一定的難度，尚在攻關。
　　干熱巖發電系統——利用地下干熱巖體發電的設想，是美國人莫頓和史密斯于1970年提出的。1972年，他們在新墨西哥州北部打了兩口約4000米的深斜井，從一口井中將冷水注入到干熱巖體，從另一口井取出自巖體加熱產生的蒸汽，功率達2300千瓦。進行干熱巖發電研究的還有日本、英國、法國、德國和俄羅斯，但迄今尚無大規模應用。
　　地熱水的直接用途非常廣泛，主要有采暖空調、工業烘干、農業溫室、水產養殖、旅溫泉療養保健等。
　　4．波浪能　
　　主要的開發形式是海洋潮汐發電。80年代中期挪威成功地建成一座小型潮汐發電站，讓漲潮的海小沖進有一定高度的貯水池，池水下溢即可發電。已經在設計的單座潮汐電站，其它發電量可供一個30萬人口的城市使用。
　　5．氫能　
　　氫是宇宙中含量最豐富的元素之一，就可經提取出無窮無盡的氫。氫運輸方便，用作燃料不會污染環境，重量又輕，優點很多。前蘇聯試用氫為“圖－155”型飛機的燃料已經初步得成功，各國正積極試驗用氫作為汽車的燃料。氫無疑也是人類未來要優先利用的能源之一。
　　專家普遍認為，21世紀最有前途的能源有兩種：一種是氫能，另一種是受控核聚變能。而這兩種能源都與氫元素息息相關，前者直接利用氫，后者則利用氫的同位素——氘。
　　氫蘊藏于浩瀚的海洋之中。海洋的總體積約為13.7億立方千米，若把其中的氫提煉出來，約有1.4×1017噸，所產生的熱量是地球上礦物燃料的9000倍。氫是一種極為優越的新能源，其主要優點有：
　　①燃燒熱值高　每千克氫燃燒后能放出142.35千焦的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。
　　②清潔無污染　燃燒的產物是水，對環境無任何污染。
　　③資源豐富　氫氣可以由水分解制取，而水是地球上最為豐富的資源。
　　④適用范圍廣　貯氫燃料電池既可用于汽車、飛機、宇宙飛船，又可用于其他場合供能。
　　開發氫能的關鍵技術包括兩方面：一方面要解決制氫問題，另一方面要解決氫的貯存及運輸問題。
　　氫氣能否作為燃料廣泛使用，關鍵在于制氫工藝。作為大規模生產氫的主要途徑，電解水無疑是最可行的。然而，水分子中的氫原子結合得十分緊密，電解時要耗用大量的電力，比燃燒氫氣本身所產生的能量還要多。如果這些電力來自火力發電站，就失去使用氫燃料的意義，在經濟上不足取。
　　基于此，人們想到了利用太陽能發電和水力發電等提供電力。首先使這一設想付諸實施的，是1986年在加拿大魁北克省啟動的“水力氫試驗計劃”，該計劃由加拿大和歐洲合作，利用魁北克省豐富的水力資源提供電力，并用高性能離子交換膜電解水，所產生的氫氣吸附在一種貯氫合金內，運往消費地——歐洲。據報導，用該工藝方法生產氫的成本，已接近天然氣的生產成本。
　　美國夏威夷大學開發了一種光電制氫工藝，用一片很薄的半導體懸于水中，僅利用太陽能就能產生出氫。位于科羅拉多州的政府氫實驗室、邁阿密大學等正在開發另一種有希望的方法，通過用光線照射的某些微生物，它們便能像一個自發的活反應體一樣，從水中產生出氫氣和氧氣。
　　日本通產省從1993年開始實施“氫利用清潔能源計劃”。該計劃提出了將在太平洋上赤道位置建立“太陽光發電島”，以太陽能電解水制得的氫，去推動以氫作燃料的燃氣輪機，建成新型的火力發電站。日本工業技術院人士認為，從成本上看，氫發電是大有希望的，若能建立起氫的大量供給系統，其需求將有可能急劇增大。用氫取代城市煤氣，只是諸多用途之一，日本的目標是以氫發電為突破口，逐步擺脫對石油的依賴。
　　氫還有另一大難題是貯存。氫氣很輕，它必須經過壓縮或在極低的溫度下液化，其濃度才能達到成為一種有用燃料的要求。
　　為了克服這一難題，研究人員以固態存儲方法——用貯氫合金吸收和貯存氫。當用貯氫合金制成的容器冷卻和壓入氫時，氫燃料的濃度可與壓縮天然氣系統相比，但重量較輕、體積較小。加熱這一貯存系統或降低其內部壓力，氫就會釋放出來。
　　貯氫合金的工作原理是：氫原子貯存于金屬結晶間隙，以氫化物的形態存在，這種金屬氫化物有很好的安全性和經濟效益。貯氫合金在冷卻或加壓時能吸入氫氣，與金屬形成金屬氫化物；當加熱或減壓時，金屬氫化物會重新分解出氫氣以供利用。
　　氫是21世紀重要的能源載體。以氫為燃料的燃料電池，燃燒時氫與氧結合生成水，是一種潔凈的發電技術，順應了全球的環保大趨勢。
　　當前，世界著名的汽車廠商，為發展環保型汽車，加緊更新傳統的車用燃料，紛紛決定采用氫能，掀起了一場氫能汽車開發的熱潮。實驗證明，使用氫燃料電池的汽車排放的碳僅為常規內燃機的30％，造成的大氣污染僅為內燃機的5％。美國汽車工業協會預測，到2002年，美國將生產約50萬～100萬輛氫能汽車。
　　除汽車外，2001年開始，美國、歐洲和日本將在飛機上推廣氫燃料。據歐洲空中客車飛機公司預測，最遲將于2002年，歐洲生產的飛機可大規模采用液氫為燃料。由于液態氫的工作溫度為－253℃，因此必須改進目前的飛機燃料系統。德國戴姆勒－奔馳航空公司和俄羅斯航空公司已從1996年開始進行試驗，證實在配備有雙發動機的噴氣機中使用液氫，其安全性有足夠的保證。另外，由于同等重量的氫和汽油相比，氫提供的能量是汽油的3倍，但即使液態氫也需要4倍于汽油的容積，從而飛機設計師們面臨的任務是將傳統的機翼設計成可以容納更多液氫的新型構造。
　　不遠的將來，氫能汽車將馳騁于高速公路上，氫能飛機將翱翔于藍天，氫能飛船將穿梭于星際，人類將迎來一個潔凈、高效的明天。
　　6．核能
　　核能的釋放通常有兩種形式，一種是重核的裂變，即一個重原子核（如鈾、钚），分裂成兩個或多個中等原子量的原子核，引起鏈式反應，從而釋放出巨大的能量；另一種是輕核的聚變，即兩個輕原子核（如氫的同位素氘），聚合成為一個較重的核，從而釋放出巨大的能量。理論和實踐都證明，輕核聚變比重核聚變釋放出的能量要大得多。
　　利用重核裂變，人們已經制造出了原子彈，若通過反應堆對其加以人工控制，就可實現原子能發電。利用輕核聚變原理，人們已經制造出比原子彈殺傷力更大的氫彈，氫彈是無控制爆炸性核聚變。要實現核聚變能的和平利用，即核聚變發電，必須對核聚變實行人工控制，使核聚變反應按照人們的需要有序地進行，這就是受控核聚變。
　　1938年，放射化學家奧托·哈恩和物理學家施特拉斯曼發現鈾核裂變。1942年12月2日，世界上第一座核裂變反應堆在美國的芝加哥大學建成，人類在這里首次實現了自持鏈式反應，從而開始了受控的核能釋放。
　　1954年，前蘇聯在莫斯科附近的奧布寧斯克建成了世界上第一座核電站，輸出功率為5000千瓦。到60年代中期，核電站走向實用化和商品化。工業發達國家核電發電成本已與燃煤火力發電站持平甚至略低。
　　常見的壓水反應堆核電站，主要包括兩大部分：一部分是利用核能生產蒸汽的核島，包括反應堆裝置和回路系統；另一部分是利用蒸汽發電的常規島，包括汽輪發電機系統。核電站用的燃料是鈾，它是一種很重的金屬。用鈾制成的核燃料在反應堆內發生裂變而產生大量熱能，再用處于高壓力下的水把熱能帶出，在蒸汽發生器內產生蒸汽，蒸汽推動氣輪機帶著發電機一起旋轉，電能就源源不斷地產生出來，并通過電網送到四面八方。
　　目前，全世界共有將近500座核電站，全年總發電量占世界總發電量的17％。世界各國中，法國的核電站發展 最快，有57座核電站，總裝機容量6200萬千瓦，核電占總發電量的77.8%。1991年，中國自行設計、建造的第一座核電站――秦山核電站啟用（右圖所示），繼之大亞灣核電站投產。世紀之交，中國正規劃、興建4座新的核電站，到2010年核電總量有望達到2000萬千瓦。
　　氫原子核聚變反應的研究，可以追溯到30年代對太陽的研究。1938年，物理學家證明，太陽里進行的氫核聚變成氦核的反應，使它還能光芒萬丈地燃燒幾十億年。
　　受控核聚變反應的原理是：氘（氫同位素）原子核在上億攝氏度的高溫條件下發生聚變而釋放出巨大能量。由于這種熱核反應是人工控制的，因此可用作能源。
　　核聚變發電有許多無可比擬的優點：
　　①能量巨大——核聚變比核裂變釋放出更多的能量。例如，鈾235的裂變反應，將千分之一的物質變成了能量；而氘的聚變反應，將近千分之四的物質變成了能量。
　　②資源豐富——重核裂變使用的主要原料是鈾，目前探明的儲量僅夠使用約1000年；而輕核聚變使用的燃料是海水中的氘，1升海水能提取30毫克氘，在聚變反應中能產生約等于300升汽油的能量，即“1升海水約等于300升汽油”，地球上海水中就有45萬億噸氘，足夠人類使用百億年。
　　③成本低廉——1千克氘的價格只為1千克濃縮鈾的1/40。
　　④安全、無污染——核聚變不產生放射性污染物，萬一發生事故，反應堆會自動冷卻而停止反應，不會發生爆炸。
　　簡言之，受控核聚變的燃料取之不盡、用之不竭，核聚變能將是21世紀最理想的“長壽”能源。
　　7．生物質能
　　以生物質為載體的能量。生物界一切有生命的可以生長的有機物質，包括動植物和微生物。所有生物質都有一定的能量，而作為能源利用的主要是農林業的副產品及其加工殘余物，也包括人畜分糞便和有機廢棄物。生物質能為人類提供了基本燃料。
　　生物能具備下列優點:：①提供低硫燃料；②提供廉價能源（某些條件下）；③將有機物轉化成燃料可減少環境公害（例如，垃圾燃料）；④與其他非傳統性能源相比較，技術上的難題較少。
　　至于其缺點有：①植物僅能將極少量的太陽能轉化成有機物；②單位土地面的有機物能量偏低；③缺乏適合栽種植物的土地；④有機物的水分偏多（50%～95%）。
　　生物能是太陽能以化學能形式貯存在生物中的一種能量形式。它直接或間接地來源于植物的光合作用，其蘊藏量極大，僅地球上的植物，每年生產量就像當于目前人類消耗礦物能的20倍，或相當于世界現有人口食物能量的160倍。生物能的開發和利用具有巨大的潛力。目前主要從三個方面研究開發：①建立以沼氣為中心的農村新的能量，物質循環系統，使秸桿中的生物能以沼氣的形式緩慢地釋放出來，解決燃料問題；②建立“能量林場”、“能量農場”、“海洋能量農場”，建立以植物為能源的發電廠，變“能源植物”為“能源作物”，如“石油樹”，綠玉樹， 續隨子；③種植柑蔗，木薯，海草，玉米，甜菜，甜高粱等，既有利于食品工業的發展，植物殘渣又可以制造酒精以代替石油。
　　能源涉及經濟、社會、環境等各個方面，問題比較復雜。我國廣大地區工農業生產的發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費能源現象，必須很好組織研究，應調整能源結構，提高能源利用效率，同時還要節約能源及保護環境。進入二十一世紀，我國人口將持續增長，將達到十六億高峰，加上經濟持續發展，對能源的需求也將達到高峰。二十一世紀中國面臨的能源問題，迫切需要組織各有關學科的科技力量，進一步研究探討能源資源開發利用的新戰略。
　　[例題解析]
　　例1．氫氣在發動機內燃燒的過程中，只會排出水蒸氣而無其他廢氣排出，因此不會產生溫室效應，以氫氣為燃料的汽車是環保汽車。
　　（1）如果每摩爾氫氣燃燒后生成水蒸氣并放出241.8kJ的熱量，寫出H2燃燒的化學方程式。
　　（2）有一輛氫氣燃料汽車重6t，阻力是車重的0.05倍，最大輸出功率為60kW。求：
　　①車以a=0.5m/s2從靜止勻加速起動，能有多長時間？
　　②最大行駛速度為多少？
　　③若此車以最大速度從南京駛往上海（約300km），發動機的效率為50%，則需要多少氫氣做燃料？
　　思路分析：寫出氫氣燃燒的化學方程式，分析汽車的運動過程，由牛頓第二定律、功率公式及速度公式求勻加速時間。根據P=fvm求出最大速度，計算從南京到上海汽車發動機的總功，則可求出所需H2的質量。
　　解答：（1）2H2+O2 2H2O+483.6kJ
　　（2）①車在勻加速起動的過程中，a一定，
　　 F-f=ma。
　　又因f一定，v在增加，所以P=fv增大。
　　當P'=P額時，v'=P'/F，而a≠0，v'繼續增加。
　　由P=Fv可知，F開始減小，a也隨之減小，勻加速過程結束。
　　設這段時間為t，則有
　　 F-f=ma 　①
　　 P額=Fv'　②
　　 v'=at　　③
　　由①②③解得t= =20s
　　②由上述分析可知，當速度繼續增大時，F減小，a減小。
　　當a=0時， F=f，速度最大，所以
　　vm= =20m/s
　　③當汽車以最大速度行駛時，牽引力等于汽車所受的阻力。
　　F'=f=0.05×6×103×10=3×103(N)
　　汽車從上海駛向南京牽引力所做的功為
　　W=F's=3×103×300×103=9×108(J)
　　汽車發動機的總功為
　　W總= =1.8×109(J)
　　因為每摩爾H2燃燒放出的熱量為241.8kJ，所以發動機做功所需H2的質量為
　　mH= ≈1.49×104(g)=14.9kg
　　講評：本題綜合了物理和化學知識，涉及能量轉換、勻變速直線運動、牛頓第二定律、氫氣的化學特性、化學方程式以及環境保護等基本概念和規律，培養同學們利用物理、化學的基本概念與規律解決實際問題的能力。
　　例2．已知某密封的宇航艙內容積V1=104L，溫度t1=20℃，氣體壓強p1=2 atm。某宇航員在艙內工作一段時間后，他放出的熱量使宇航艙內的溫度升至24℃。
　　（1）上述過程中，宇航員大約消耗了多少升的O2？（在標準狀況下）
　　（2）如果在艙內消耗了24mol的O2，則從理論上分析約有多少能量轉移到ATP中？
　　思路分析：宇航員利用O2，分解有機物，釋放能量。能量一部分以熱能的形式散失，使宇航艙內溫度升高，另一部分轉移到ATP中，供自己生命活動所需。要求消耗的O2量，必須知識所分解的葡萄糖的量，根據艙內溫度升高吸收的熱量可以計算出分解葡萄糖的物質的量。
　　解答：（1）第一步先求出艙內溫度升高吸收的熱量（也就是宇航員所放出的熱量）。
　　①先求出標準狀態下艙內氣體的質量：
　　由理想氣體狀態方程 得
　　V0= =1.86×104(L)
　　艙內氣體物質的量為n= ≈8×103(mol)
　　艙內氣體質量m=nm=8×103×29=2.32×102(kg)
　　②求吸收的熱量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質的量。由于每摩爾葡萄糖徹底氧化分解所釋放的熱量為2870-1255=1615(kJ)
　　所以分解的葡萄糖的物質的量為9.2×102/1615=0.57(mol)
　　第三步求出標準狀態下消耗O2的體積。由于每分解1mol的葡萄糖需消耗6mol的O2，所以O2的物質的量為0.57×6=3.42mol，因此標準狀況下消耗的O2的體積為22.4×34.2=76.6(L)。
　　（2）由于徹底分解1mol的葡萄糖需消耗6mol的O2，而每摩爾的葡萄糖徹底氧化分解產生的2870kJ能量中有1255kJ轉移到ATP中，所以消耗24mol的O2，則有1255×24/6=5020kJ的能量轉移到ATP中。
　　講評：此題為物理、化學、生物綜合題，涉及理想氣體狀態方程，有氧呼吸放能與貯能、熱量及物質的量的計算等知識，要熟練掌握上述知識及內在聯系。
　　例3．某體重為75kg的人踮起兩腳，人足上的受力點如圖所示，設AE=2AR，那么他一側的腓腸肌至少用力__________N。如果他把質量為104kg的貨物勻速搬上21層樓，每層樓高3.5m，重力加速度g=10m/s2，則他在搬運過程中消耗了___________mol的葡萄糖。
　　思路分析：如圖4-4所示，腳踮起來后，以A點為固定轉軸，根據力矩平衡可求出F。此人在搬運過程中所消耗的能量等于人和物體所做的功的和，由于每摩爾葡萄糖徹底氧化分解產生2870kJ的能昨，其中僅1255kJ的能量貯存在ATP中，用以做功；用 搬運過程中所做的功，即所消耗的能量除以1255，就得出消耗葡萄糖的物質的量。
　　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)
　　消耗的葡萄糖的物質的量為 ≈0.1(mol)
　　講評：此題涉及受力分析、力矩平衡、重力做功、肌肉收縮、足弓受力、有氧呼吸能量的利用、物質的量計算等知識，是一道物理、化學、生物綜合題。
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