資源簡介

第九章　現(xiàn)代生活與化學(xué)
9.3　化學(xué)能的利用
設(shè)計(jì)說明 本節(jié)課簡要地介紹了能源的種類，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能這一事實(shí)。沒有涉及具體的反應(yīng)原理。所以這一節(jié)課是為了落實(shí)課標(biāo)而設(shè)的帶有科普性質(zhì)的相對(duì)獨(dú)立的一節(jié)課。 本節(jié)課內(nèi)容分為能源和化學(xué)能的利用兩部分，內(nèi)容聯(lián)系生活實(shí)際。 以學(xué)生自學(xué)、合作學(xué)習(xí)為主要形式，提出一些自學(xué)提綱，讓學(xué)生帶著問題，通過閱讀討論交流，發(fā)表意見，師生共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。通過例題和跟蹤練習(xí)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解決實(shí)際問題。 教學(xué)目標(biāo) 【知識(shí)與技能】 1.了解人類利用能源的簡史和能源的種類。 2.能結(jié)合常見的化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識(shí)到化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為熱能。 3.了解化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能。 【過程與方法】 1.通過對(duì)具體的問題的討論、分析和解決，使學(xué)生的思維能力得到鍛煉。 2.通過學(xué)生自主探究和合作探究，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律、認(rèn)識(shí)規(guī)律和運(yùn)用規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法。 【情感、態(tài)度與價(jià)值觀】 通過化石燃料對(duì)人類的重要作用的了解，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到合理開發(fā)的重要性，培養(yǎng)節(jié)約利用資源的意識(shí)。 重點(diǎn)難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 化學(xué)能的利用 教學(xué)難點(diǎn) 氫氧燃料電池的原理 教學(xué)方法 閱讀指導(dǎo)法、討論分析法、歸納總結(jié)法 教具、學(xué)具 多媒體課件等。 授課時(shí)數(shù) 1課時(shí) 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 【教師引言】現(xiàn)代人的生活離不開能源，人類利用能源的歷史是怎樣的 我們現(xiàn)在利用的能源有哪些 講授新課 一、能源 1.能源 【教師講述】能源是可以直接或經(jīng)轉(zhuǎn)換提供給人類所需的光、熱、動(dòng)力等任一形式能量的載能體資源。簡單概述，能源是自然界中能為人類提供某種能量的物質(zhì)資源。 【學(xué)生閱讀】第275頁有關(guān)課文、圖片，進(jìn)行討論。 　　 太陽能　　　　　　 風(fēng)能　　　　　　　核能 【教師講述】 2.能源的種類 （1）常規(guī)能源：指已經(jīng)利用多年而且現(xiàn)在還在大規(guī)模利用的能源，如化石燃料、水能、生物質(zhì)能等。 【教師點(diǎn)撥】生物質(zhì)能是世界第四大能源，是太陽能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的一種能量形式，它直接或間接來源于植物的光合作用，具有資源豐富、含碳量低的特點(diǎn)。地?zé)崮?、風(fēng)能、海洋能受地域、季節(jié)等因素的影響較大，其開發(fā)和應(yīng)用具有一定的局限性。 【教師講述】目前人類應(yīng)用最廣泛的能源是煤、石油、天然氣等不可再生的化石燃料，而化石燃料正面臨日益枯竭的危機(jī)。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)，若按目前的勢(shì)頭發(fā)展下去，不加節(jié)制，那么地球上天然氣、石油和煤炭能供人們開采的年限已經(jīng)不多了。 【教師提問】談?wù)勀銓?duì)化石燃料使用與開發(fā)的看法。 【學(xué)生活動(dòng)】討論后回答：化石能源是不可再生資源，儲(chǔ)量有限，要合理開采并提高燃燒的利用率。 【教師講述】提高燃燒的利用率的方法是使燃料充分燃燒，化石燃料不充分燃燒還會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、未燃燒的碳?xì)浠衔?、炭粒、塵粒等，另外化石燃料中含有雜質(zhì)硫、氮等，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生空氣污染物，如二氧化硫、氮氧化合物等污染性氣體，這些物質(zhì)排放到空氣中也會(huì)造成污染。 【教師講述】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及生產(chǎn)和生活需求的增加，人們還要積極開發(fā)新能源。 （2）新能源：指近若干年才開始被人類利用的能源，或者過去被利用過，后來被取代了，現(xiàn)在又有新的利用方式的能源。如太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿取?例1　新能源汽車的研發(fā)和使用是時(shí)代發(fā)展的需要。 （1）下列能源不屬于新能源的是　　　　（填字母）。 A.氫能 B.核能 C.石油 D.風(fēng)能 （2）鋰電池可為新能源汽車提供動(dòng)力，下列結(jié)構(gòu)示意圖表示的粒子與鋰原子的化學(xué)性質(zhì)最為相似的是　　　?。ㄌ钭帜福?。 　　　　　　　　　 　　A　　　　　　　B　　　　　　 C　　　　　　 D （3）鋰（Li）的金屬活動(dòng)性強(qiáng)于鋁，它與稀硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為　 ，新能源汽車除了節(jié)約化石能源外，其主要優(yōu)點(diǎn)是　　　　　　　　　　　　　　。 解析：（1）人們正在利用和開發(fā)的新能源有氫能、太陽能、核能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕?、生物質(zhì)能等，石油屬于化石燃料，不屬于新能源。 （2）鋰元素是金屬元素，氫元素是非金屬元素，最外層電子數(shù)決定元素的化學(xué)性質(zhì)，鋰原子的最外層有1個(gè)電子，與B項(xiàng)中原子的最外層電子數(shù)相同，二者化學(xué)性質(zhì)相似。 （3）鋰屬于活潑金屬，可與稀酸溶液反應(yīng)生成鹽和氫氣，鋰與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸鋰和氫氣；新能源的利用除了節(jié)約化石能源外，還減少了污染物的排放。 答案：（1）C?。?）B　（3）2Li+H2SO4Li2SO4+H2↑　降低污染物的排放 【教師拓展】 （1）可再生能源和不可再生能源 ①可再生的、能持續(xù)利用的能源稱為可再生能源，如水能、風(fēng)能、氫能等。 ②經(jīng)過億萬年所形成的短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源稱為不可再生能源，如石油、煤、天然氣等。 （2）一次能源和二次能源 ①一次能源：直接來自自然界的能源，如化石燃料、水能、風(fēng)能等。 ②二次能源：由一次能源轉(zhuǎn)換或加工得到的能源，如煤氣、沼氣、汽油、電能等。 【教師引導(dǎo)】如果沒有能源，我們現(xiàn)在世界將是什么樣子 【學(xué)生活動(dòng)】發(fā)言、小結(jié)。 【教師講述】物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，常常伴隨有能量變化，這就是化學(xué)能?；瘜W(xué)能可轉(zhuǎn)化為熱能、電能等，為人類所利用。 二、　化學(xué)能的利用 【教師提問】生活中哪些熱能的應(yīng)用是由化學(xué)能轉(zhuǎn)化的？ 【學(xué)生回答】化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能加以利用的有——用柴草、煤、天然氣和液化氣作燃料；汽車、飛機(jī)、坦克、輪船的燃料，火力發(fā)電廠用煤作燃料，冬天使用的“暖暖包”(鐵粉與氧氣反應(yīng)放熱)；氣焊氣割(氧炔焰)等。 【教師小結(jié)】 1.化學(xué)能的轉(zhuǎn)化 （1）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能 物質(zhì)燃燒的過程會(huì)放出大量熱，實(shí)際上這就是將燃燒反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。例如，在生產(chǎn)生活中都把煤、汽油、柴油和天然氣等作為燃料使用，這也是當(dāng)前利用化學(xué)能的最主要的方式。 【教師引導(dǎo)】化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，雖然直接方便，但能耗較大,利用率不高。如果把化學(xué)能直接變成電能，利用率會(huì)高得多。如何將化學(xué)能變成電能 【學(xué)生活動(dòng)】閱讀教材第276頁，討論、發(fā)言 1.將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置是什么 2.化學(xué)電池有哪幾類 (舉例) 3.什么是燃料電池 4.認(rèn)識(shí)氫氧燃料電池(討論，講解) (1)氫氧燃料電池的原理與氫氣燃燒反應(yīng)有何異同 (2)氫氧燃料電池內(nèi)部構(gòu)造和變化是怎樣的 (3)氫氧燃料電池的應(yīng)用有何好處？ 【教師小結(jié)】 （2）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 利用電池裝置可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 ①化學(xué)電池：是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，如干電池、蓄電池、手機(jī)用的鋰電池等。 ②常用的電池 a.一次電池：用后不能充電再次使用的電池。如干電池，用在手電筒、時(shí)鐘等方面。 b.二次電池：用后可再充電循環(huán)使用的電池。常見的有汽車用的蓄電池，手機(jī)、手提電腦和電動(dòng)汽車用的鋰電池。 c.燃料電池：將燃料燃燒反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的電池。如氫氧燃料電池，它由多孔金屬正、負(fù)電極和導(dǎo)電液等組成。工作時(shí)，將氫氣通入負(fù)極室，而正極室通入氧氣，氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成水，常用在宇宙飛船、太空站等航天器上。 目前對(duì)化學(xué)能的利用常見的方式，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能或電能。以電能的方式利用化學(xué)能更加有效和潔凈，對(duì)環(huán)境的影響很小，將獲得更大的發(fā)展。 例2　以下是能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的局部示意圖，下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的
是（　?。? A.氫元素在循環(huán)過程中，沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng) B.燃料電池系統(tǒng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 C.水的分解反應(yīng)需要吸收能量 D.該能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中的水可以回收利用 解析：在此循環(huán)過程中，涉及水的分解和合成，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，A項(xiàng)錯(cuò)誤；燃料電池系統(tǒng)發(fā)生的是氫氣與氧氣的反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，B項(xiàng)正確；太陽能轉(zhuǎn)化為電能，利用電能分解水，C項(xiàng)正確；該系統(tǒng)中水是可以循環(huán)利用的，D項(xiàng)正確。 答案：A 跟蹤練習(xí)　如圖是太陽能燃料電池的組成與功能示意圖，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問題。 （1）電解槽的作用是電解水，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：　　　　 　 　　。 （2）夜晚，太陽能燃料電池工作時(shí)的能量轉(zhuǎn)化途徑為　　?。ㄌ钭帜福?。 A.太陽能→電能→熱能 B.化學(xué)能→電能→熱能 C.太陽能→化學(xué)能→電能→熱能 D.電能→化學(xué)能→電能→熱能 （3）太陽能燃料電池中可循環(huán)使用的原料是　　　　。 （4）與單一的太陽能電池相比，太陽能燃料電池的優(yōu)點(diǎn)是　　　　 　　　　 　　　。 解析：夜晚，太陽能燃料電池工作的原理是利用白天電解槽產(chǎn)生的氫氣和氧氣反應(yīng)，把產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，然后利用電能給熱水器加熱，故能量轉(zhuǎn)化途徑為化學(xué)能→電能→熱能；水電解生成氫氣和氧氣，氫氣和氧氣反應(yīng)又生成水，故太陽能燃料電池中可循環(huán)使用的原料是水；單一的太陽能電池只在有陽光的時(shí)候才能產(chǎn)生電能，與單一的太陽能電池相比，太陽能燃料電池在夜晚也可以使用，延長了電池的使用時(shí)間。 答案：（1）2H2O2H2↑+O2↑?。?）B?。?）水　（4）夜晚也可以使用 課堂小結(jié) 1.現(xiàn)代社會(huì)利用的能源種類有化石燃料、水能、太陽能、風(fēng)能和可能、核能。 2.化學(xué)能可轉(zhuǎn)化為熱能，電能等加以利用，化學(xué)電池是直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。 當(dāng)堂達(dá)標(biāo) 1.能源既是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，也是國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要支柱。某省多地有效調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，穩(wěn)步發(fā)展安全高效的能源體系，合理利用如下三種發(fā)電方式，并取得了顯著成效。 　　　　　　 A.風(fēng)力發(fā)電　　　　　 B.太陽能發(fā)電　　　　C.火力發(fā)電 （1）與C相比，A、B發(fā)電的共同優(yōu)點(diǎn)是　　　 　　　?。▽懸粭l）。 （2）A的能量轉(zhuǎn)化方式是把　　　　能經(jīng)過一系列變化轉(zhuǎn)化成電能。 答案：（1）節(jié)約資源（或綠色環(huán)?；驘o廢渣、廢氣排放等）?。?）風(fēng) 2.以氫燃料電池為動(dòng)力的汽車，它的基本原理是以氫氣和氧氣為原料，通過電化學(xué)反應(yīng)直接產(chǎn)生電能，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的溫度一般不超過80 ℃，反應(yīng)后的產(chǎn)物只有水。 （1）以下對(duì)氫燃料電池的敘述，符合事實(shí)的是（　　） A.其能量轉(zhuǎn)化過程是化學(xué)能→熱能→電能 B.氫氣和氧氣的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能 C.氫氣在能量轉(zhuǎn)化過程中被還原 D.氫燃料電池使用的能源是可再生能源 （2）目前，開發(fā)利用氫能源的困難是什么？　　　　　　　　　?。ㄖ灰鸪鲆稽c(diǎn)即可）。 （3）電動(dòng)汽車又被稱為“未來汽車”，其主要原因是什么？　　　　。 答案：（1）D?。?）制取成本高（或儲(chǔ)存運(yùn)輸困難）?。?）無污染 3.能源利用和環(huán)境保護(hù)問題一直受到社會(huì)高度關(guān)注。 （1）太陽能和石油中，屬于可再生能源的是　　　　，屬于不可再生能源的是　　　　　。 （2）天然氣的主要成分是　　　　　　?。ㄌ罨瘜W(xué)式），其是最簡單的　　　　（填“有機(jī)物”或“無機(jī)物”），天然氣燃燒主要是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為　　　　能。 （3）從環(huán)境保護(hù)的角度考慮，最理想的燃料是　　　?。ㄌ罨瘜W(xué)式）。 （4）①如下所示，科學(xué)家提出一種最經(jīng)濟(jì)最理想的獲得氫能源的循環(huán)體系。此循環(huán)中水分解的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　。 ②燃料電池可以將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為　　　　能。 答案：（1）太陽能　石油　 （2）CH4　有機(jī)物　熱?。?）H2　
（4）①2H2O2H2↑+O2↑?、陔?4.太陽能汽車?yán)锰柲艿囊话惴椒ㄊ牵涸陉柟庀拢柲芄夥姵匕宀杉饽埽⒐饽苻D(zhuǎn)換成　　　　能，這種能量被蓄電池儲(chǔ)存并為以后汽車運(yùn)行提供動(dòng)力，或直接提供給發(fā)動(dòng)機(jī)，也可以邊開邊蓄電，能量通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制器帶動(dòng)車輪運(yùn)行，推動(dòng)太陽能汽車行駛。從兩個(gè)不同角度，談?wù)勈褂锰柲芷嚤仁褂萌加推嚨膬?yōu)點(diǎn)：　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。徽?qǐng)?jiān)賹懗鲆环N你知道的新能源：　　　　　　　　。 答案：電　使用化石燃料，能產(chǎn)生大量的空氣污染物，太陽能汽車比燃油汽車使用更經(jīng)濟(jì)（合理即可）　風(fēng)能（或地?zé)崮?、潮汐能、核能等?5.煤、石油、天然氣等化石燃料是不可再生能源。植物在光照條件和葉綠素催化作用下發(fā)生的光合作用可產(chǎn)生比較豐富的可再生資源，其化學(xué)方程式為　 　　　。 氫氣是理想的“綠色能源”，其燃燒熱值高、產(chǎn)物無污染，除了以燃燒釋放熱能這種轉(zhuǎn)化方式外，它還能以下圖所示的裝置將　　　　能轉(zhuǎn)化為　　　　能，這種方式能量轉(zhuǎn)換效率高，該“氫氧燃料電池”中反應(yīng)的化學(xué)方程式為　　　　　　　　　　　　。 答案：6CO2+6H2OC6H12O6+6O2　化學(xué)　電　2H2+O2 2H2O 板書設(shè)計(jì) 第九章　現(xiàn)代生活與化學(xué) 9.3　化學(xué)能的利用 一、能源 （1）常規(guī)能源：化石燃料、水能、生物質(zhì)能等。 （2）新能源：太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿取?二、化學(xué)能的利用 1.化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能 物質(zhì)燃燒的過程會(huì)放出大量熱，實(shí)際上這就是將燃燒反應(yīng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。 2.化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 利用電池裝置可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 教學(xué)反思

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