資源簡介

第9章　化學與社會發展
第1節　能源的綜合利用
設計說明 本課題分為兩部分。第一部分為能源及能源種類、化石燃料的利用。對于這一部分內容，教學中可以“討論當前使用的能源主要有哪些？”為題，創設問題情境，通過完成教材第91頁“交流與討論”，對能源進行簡單分類。通過完成思考題：1.什么是化石燃料 化石燃料中含有哪些元素 2.化石燃料燃燒后的產物是什么？使用化石燃料存在哪些問題？然后師生共同討論得出：使用化石燃料的利與弊。進一步理解出現能源危機的主要原因。 第二部分為太陽能、氫能、化學電池。對于這一部分內容可以從預設問題開始。思考：如何解決當前的能源危機 從而引出1.開發新能源，介紹太陽能、氫能，討論使用太陽能和氫能的優缺點；2.節約能源，介紹生活中的節能產品，討論節能的基本措施；3.提高能源利用率，如對化石燃料進行綜合利用（煤干餾或石油分餾），實施能量轉化（化學電池）等。 為了增強學生對能源知識的直觀感受，教學中可以多利用圖片、視頻等豐富的材料展現化石燃料的形成、石油分餾、太陽能的利用途徑、氫能的利用等知識，讓學生能真切體會到能源在實際生活中的重要性。在學習“化學電池”時，除了利用教材上的實驗外，還可以補充“水果電池”等趣味實驗，以增進學生對化學能直接轉化成電能的理解。 教學目標 【知識與技能】 1.知道化石燃料是重要的自然資源，了解化石燃料燃燒對環境的影響，認識化石燃料綜合利用的重要意義。 2.知道幾種常見的能源，能對能源進行簡單分類，了解太陽能、氫能的優越性。 3.知道幾種常見的電池，認識電池是一種將化學能直接轉化為電能的裝置。 4.認識開發新能源、節約能源、提高能源利用率等措施在解決能源危機方面的重要性。 【過程與方法】 1.能夠了解社會的發展與能源利用的關系。 2.能夠熟悉并理解實驗室制取氫氣的原理。 【情感、態度與價值觀】 引導學生注意聯系周圍事物，培養自己的觀察、對比和實驗探究能力。 重點難點 教學重點 1.知道化石燃料是重要的自然資源，了解化石燃料燃燒對環境的影響。 2.知道常見的能源及簡單分類，了解太陽能、氫能的優越性及使用中存在的問題。 3.了解利用化學方法解決能源危機的一些方法。 教學難點 1.認識化石燃料綜合利用的重要意義。 2.認識電池是一種將化學能直接轉化為電能的裝置。 教學方法 1.觀察法：通過學生的自我探究，引導學生了解常見的化石能源。 2.探究法：通過學生的探究實驗，引導學生理解化學電池中能量的轉化。 教具、學具 1.計算機多媒體教學系統、CAI課件等。 2.儀器：砂紙、導線、電流計、燒杯等。 3.藥品：銅片、鋅片、石油樣品等。 授課時數 2課時 第1課時 教學過程 導入新課 能源是指能為人類提供所需能量的資源，如果失去了能源，世界將一片漆黑，萬物將走向死亡。因此，能源是這個世界不可缺少的資源。 【教師展示】展示各種能源利用的圖片。 【教師板書】一、能源 【教師提問】請同學列舉出身邊還經常接觸到或了解的能源哪些？ 【學生討論】煤、石油、天然氣、電能、太陽能、風能、核能、潮汐能、地熱能、生物能等。 【教師提問】你們會對能源進行分類嗎？ 【交流與討論】教材中的圖9-1展示了幾種類型的能源，請根據下面的提示交流討論，并在相應的空格中填寫你所熟悉的能源。 1.從能源利用的角度看，可以把能源分為多年來大規模使用的能源，又稱常規能源（如煤、_________）和近些年才逐漸開始使用的新能源（如核能、_________）。 2.從能源是否可以循環再生的角度看，可將能源分為可再生能源（如太陽能、_________）和不可再生能源（如煤、_________）。 答案：教材第91頁交流與討論 1.石油（或天然氣等）　太陽能（或地熱能、風能等）（各空答案合理即可） 2.風能　石油（或天然氣等）（各空答案合理即可） 【教師板書】1.能源的分類 【教師講解】講解能源的兩種分類方法。 （1）從能源是否可以循環再生的角度看，可將能源分為可再生能源和不可再生能源。 ①可再生能源：可再生的、持續利用的能源稱為可再生能源，如風能、太陽能等。 ②不可再生能源：經過億萬年所形成的、短期內無法恢復的能源，稱為不可再生能源，如化石燃料等。 （2）從能源利用的角度看，可以把能源分為常規能源和新能源。 ①常規能源：指已能大規模生產和廣泛利用的一次能源，又稱傳統能源，如煤、石油、天然氣、水能等。 ②新能源：剛開始開發利用或在積極研究、有待推廣的能源都是新能源，如風能、太陽能、地熱能、核能等。 【教師提問】在人類社會發展的不同時期，人們研究利用的能源種類各異。目前，人類生產、生活的主要能源是什么？ 【學生回答】煤、石油、天然氣 【教師提問】同學們知道煤、石油、天然氣是如何形成的嗎？介紹煤、石油、天然氣的形成及其成分。這些燃料同化石一樣都是經歷了漫長的時代和復雜的變化才形成的，所以叫做化石燃料。由于它們形成所需的時間對于我們人的一生來說是無法重演的，所以它們都是不可再生的能源。 【教師板書】2.化石燃料種類 【多媒體展示】煤：在工業上利用廣泛，被稱為“工業的糧食”，我國是世界上用煤最早的國家，早在六七千年前的新石器時代，就開始用煤作燃料。 石油：在工業上利用也是十分廣泛，被稱為“工業的血液”，我國是開采石油最早的國家，北宋大科學家沈括在《夢溪筆談》中對石油有記載；石油這個中文名稱就是沈括第一次命名的。 【教師展示】展示石油樣品。 天然氣：主要成分是甲烷，明朝宋應星著的《天工開物》一書，介紹了我國古代利用天然氣制井鹽。常見的沼氣、煤礦瓦斯氣體主要成分也是甲烷。 【教師提問】1.請一位同學上來板演甲烷燃燒的化學方程式，其余的同學自己寫在書上。 2.作為能源主體的化石燃料在使用時有哪些缺點呢？ 【學生討論】1.不可再生 2.對大氣產生污染 3.能量轉化率低 【教師展示】展示環境污染圖片 【教師板書】二、化石燃料 環境污染（溫室效應、大氣污染、熱污染） 【教師提問】化石燃料的燃燒給空氣帶來污染，我們應該如何減少這種污染呢？ 【學生總結】減少化石燃料的燃燒；使燃料完全燃燒；植樹造林；燃料脫硫；開發新能源。 【教師講述】隨著經濟社會的快速發展，能源的消耗量也在大幅增加，據測算像煤、石油、天然氣這些能源將在未來的若干年耗盡，人類必將面臨能源危機。那我們該怎樣做才能解決能源危機呢？同學們，學習和研究化學，有助于解決能源危機。 【學生討論】1.尋找替代能源　2.延長現有能源的使用時間 【教師板書】解決能源危機的一般思路 （1）開發新能源 （開源） （2）使用節能產品 （節流） （3）提高轉化效率 （增效） 【教師提問】由上述討論可見，其中最簡單直接的方法是研制使用節能產品。在我國節能產品上都會標注中國節能標志。你是否注意過這個圖案呢？這圖案又有哪些含義呢？ 【教師總結】“energy”（能源）的第一個字母“e”構成一個圓形圖案，中間包含了一個變形的漢字“節”，寓意為節能。缺口的外圓又構成“CHINA”的第一字母“C”，“節”的上半部簡化成一段古長城的形狀，與下半部一起構成一個峰火臺的圖案，象征著中國。“節”的下半部又是“能”的漢語拼音第一個字母“n”。整個圖案中包含了中英文，以利于國際接軌。 【教師提問】除了使用節能產品外，你在日常生活中該如何節能？ 【學生總結】人走燈滅，不開無人燈。 【教師點撥】播放節能視頻，節能就要從“小事”做起。 【教師總結】若將煤、石油直接點燃，往往造成不完全燃燒等，使燃料造成極大的浪費。因此，應對化石燃料進行合理的開采和綜合利用，使化石燃料最大限度地體現其價值。 【教師講述】煤的綜合利用是通過煤的干餾（煉焦）：將煤隔絕空氣加強熱可以分解得到焦炭、煤焦油和焦爐煤氣。屬于化學變化。經過干餾，轉化為更優質的燃料及化工原料，能夠極大地提高能源的利用率。 【教師板書】2.綜合利用 （1）煤的綜合利用：煤的干餾（煉焦）——化學變化 【教師講述】煤干餾產品的用途：染料、合成材料、消毒劑、鋼鐵工業等。 【教師展示】展示煤的干餾產品 【教師講述】石油的綜合利用是通過分餾：即加熱石油后按石油中各組分的沸點不同而進行分離，形成石油氣、汽油、煤油、柴油、潤滑油、石蠟、瀝青等產品。這個分餾過程類似工業制氧氣，屬于物理變化。 【教師板書】（2）石油的分餾——物理變化 【教師講述】石油分餾出來的成分，經過再加工，可以制造出合成纖維、橡膠、塑料、化肥、農藥、洗滌劑、醫藥等。石油分餾只是對石油加工的一種方法，石油加工的方法還有很多，石油加工的程度越精細，應用也越廣泛，產品的總價值就越高。 【教師展示】展示分餾產品 【教師講述】據推算地球上的煤不過再用幾百年，石油和天然氣不過再用幾十年，因此，科學家還在積極開發新能源。生活中，我們還經常使用乙醇（用糧食發酵）作為燃料。科學家還在積極研究可燃冰的開采。 課堂小結 ［提問］通過今天的學習，你有哪些收獲？ ［小結］通過本節課的學習，談談你對化石燃料及其能源問題有哪些新的認識。 當堂達標 1.日益嚴峻的能源危機促進了可再生能源的研究。下列屬于可再生能源的是（　　） A.太陽能 B.煤 C.石油 D.天然氣 答案：A 2.下列關于石油的說法正確的是（　　） A.石油的蘊藏量是無限的 B.石油是“清潔燃料” C.石油主要由多種有機物組成 D.石油除了作燃料，不能再開發利用了 答案：C 3.下列物質中，屬于石油加工產品的是（　　） A.焦炭 B.柴油 C.煤焦油 D.天然氣 答案：B 4.下列說法正確的是（　　） A.石油是一種混合物 B.可燃冰是可再生能源 C.煤燃燒時只生成二氧化碳 D.“西氣東輸”的“氣”是指氫氣 答案：A 5.能源利用和環境保護是人類共同關注的問題。 （1）下列說法中正確的是　　　　（填字母）。 A.煤、石油和天然氣都屬于可再生能源 B.從環境保護角度考慮，最理想的燃料是汽油 C.可燃冰將成為未來新能源，其中主要含有甲烷水合物 （2）煤燃燒時排放出的二氧化硫等污染物，有可能會導致降雨的酸性增強。我們把pH　　　　（填“>”“=”或“<”）5.6的降雨稱為酸雨。某電廠為防止環境污染，用石灰漿來吸收二氧化硫，其反應的化學方程式為2CaCO3+2SO2 +O22CaSO4+2X，則X的化學式為　　　　　　　　　。 （3）研究發現，二氧化碳和氫氣在催化劑作用下轉化為甲醇（CH3OH）和水。該反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 （4）將一定質量的甲醇與4.4 g氧氣混合于密閉容器內，在一定條件下，發生反應：8CH3OH+xO2mCO2+nCO+16H2O。當反應物完全耗盡且全部轉化為生成物時，有3.6 g水生成，同時生成二氧化碳的質量是多少？（寫出具體過程） 答案：（1）C　（2）<　CO2　（3）CO2+3H2CH3OH+H2O （4）解：生成物中有3.6 g水，則水中氫元素的質量為3.6 g×（×100%）=0.4 g，依據質量守恒定律，反應前后元素的質量不變，參加反應的甲醇中氫元素的質量為0.4 g，則甲醇的質量為=3.2 g；依據甲醇和氧氣的質量比，計算化學方程式中x的數值，即 8CH3OH+xO2mCO2+nCO+16H2O 256　　 32x 3.2 g　　4.4 g =　x=11 再根據反應前后原子的種類和數目不變可得m+n=8，2m+n+16=8+22，解得m=6，n=2。 設生成二氧化碳的質量為y。 8CH3OH+11O26CO2+2CO+16H2O 　　　　　　　　　　264　　　　288 　　　　　　　　　　y　　　　　 3.6 g =　y=3.3 g 答：生成二氧化碳的質量為3.3 g。 6.化學使人類能夠物盡其用，下面是石油綜合利用的示意圖。 （1）將石油加熱煉制，利用石油中各成分的　　　　不同，將它們分離可得到不同產品。 （2）城鎮家庭經常用罐裝液化石油氣做燃料，烹調食物時觀察到燃氣灶的火焰呈現黃色，鍋底出現黑色，需要將灶具的進風口調大，目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　。烹調結束，關閉燃氣灶閥門利用的滅火原理是　　　　。 （3）在汽油中加入適量乙醇作為汽車燃料，可適當節省石油資源，并在一定程度上減少汽車尾氣的污染。寫出乙醇充分燃燒的化學方程式　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：（1）沸點　（2）提供充足的空氣，使燃料充分燃燒　清除可燃物　 （3）C2H5OH+3O22CO2+3H2O 板書設計 第9章　化學與社會發展 第1節　能源的綜合利用 第1課時 一、能源 1.能源的分類 2.化石燃料種類 二、化石燃料 1.解決能源危機的一般思路 （1）開發新能源 （開源） （2）使用節能產品 （節流） （3）提高轉化效率 （增效） 2.綜合利用 （1）煤的綜合利用：煤的干餾（煉焦）——化學變化 （2）石油的分餾——物理變化 第2課時 教學過程 導入新課 在人類社會發展的不同時期，由于科學發展水平的不同，人們研究利用的能源種類各異，目前，人類生產、生活的主要能源是什么？它有什么優缺點？ 【學生討論】討論回答（目前，人類生產、生活的主要能源是化石燃料，優點：資源豐富。缺點：1.不可再生；2.能量轉化率低；3.對大氣產生污染。） 【教師提問】如何解決這些問題呢？ 【學生討論】交流討論（①研制、使用節能產品；②利用新能源；③提高能量的轉化率。） 【教師講述】由此可見，其中最簡單直接的方法是研制、使用節能產品，開發使用各種新型能源。 講授新課 【教師導引】 目前，化石燃料是我們生產、生活的主要能源。隨著全球能源使用量的增長，化石燃料等不可再生能源將日趨枯竭，這不僅要求我們盡可能減少能源的消耗、增加能源的利用率，更迫切要求我們開發利用太陽能、氫能和核能等。 【教師板書】二、太陽能 【教師導引】目前人類所使用的能源絕大部分來自太陽能。太陽是個巨大的能源庫，不斷地向外輻射能量，太陽能是清潔能源。 【教師提問】太陽能是如何轉化利用的？ 【學生討論】學生閱讀教材第94頁圖9-7，討論回答。 【師生總結】 1.太陽能的轉化 （1）太陽能以光波的形式傳送到地面，綠色植物通過光合作用吸收太陽能，動物食用植物間接利用了太陽能，化石燃料蘊藏的能量也來自遠古時期生物體所吸收的太陽能。 （2）被吸收的太陽能通過各種形式的化學反應轉化為化學能，物質中的化學能又可以通過各種形式的化學反應轉化為熱能、光能或電能而釋放出來。 【教師提問】太陽能是如何有效利用的？ 【交流與討論】 盡管太陽輻射到地球大氣的能量僅為其總輻射能量的 22 億分之一，但已高達 1.73×1017 J·s-1，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量相當于燃燒 500 萬噸優質煤釋放的能量。因而太陽能的開發和利用引起科學家們的廣泛關注。請你提出可能的太陽能利用途徑，并與同學討論交流。 【師生總結】 2.太陽能的利用 （1）光合作用是大自然利用太陽能最成功的范例。有人估計，地球上每年通過光合作用儲藏的太陽能，相當于全球能源消耗量的10倍左右。 （2）直接利用太陽輻射能，主要有以下兩種方式：①光—熱轉換，其基本原理是利用太陽輻射能加熱物體而獲得熱能，如溫室、太陽能熱水器等。②光—電轉換，即把太陽能直接轉換成電能。目前，太陽能的熱利用是太陽能利用中技術最成熟的，它具有轉換效率高、運行成本低等特點。 【教師提問】除了太陽能，生活中我們還經常使用的能源形式有哪些呢？ 【學生回答】電能 【教師講述】我國目前在生產和日常生活中使用的電能，多數是通過燃燒化石燃料，將化石燃料中的化學能轉化成電能。使用化石燃料來產生電能，存在著浪費自然資源、能源轉化效率低和產生大氣污染等問題。 電池是將化學能直接轉化為電能的裝置。在能量轉換中，電池通過特定的化學反應，消耗某種化學物質而釋放出電能，且能量轉換效率較高。因此，電池是一種高效率的能量轉換器。 【教師板書】三、化學電池 【觀察與思考】教材第95～96頁 參考答案 1.相同之處是都能把化學能轉化為電能。 2.實驗現象：實驗中電流表的指針發生偏轉，銅片上有紅色固體附著，溶液顏色變淺或消失。 分析原因：鋅活動性強，易失去電子。用導線連接鋅片和銅片后，鋅片上失去的電子沿導線運動到銅片上，電子定向移動，形成電流。溶液中的Cu2+在銅片上獲得電子，形成銅原子，以銅粉形式附著在銅片上。 【演示實驗】化學能轉化為電能的實驗 實驗儀器：燒杯、銅片、鋅片、導線若干、電流表、硫酸銅溶液 實驗步驟：用砂紙擦去銅片、鋅片表面的氧化膜，用導線將銅片與正極相連，鋅片與負極相連，然后銅片、鋅片一起插入盛有硫酸銅溶液的燒杯中。 【學生討論】描述現象：1.電流表的指針發生偏轉。2.銅板比原來的變紅了，鋅板比原來的變黑了。（老師補充信息時間較長時，鋅會減少，消失。） 【教師提問】通過實驗你能得到什么信息？ 【學生討論】化學能轉化成電能。（解釋：1.電流表發生偏轉；2.鋅減少。） 【教師提問】你能寫出該反應的化學方程式嗎？（溶液藍色消失，有光亮的紅色物質生成） 實驗現象電流表的指針發生偏轉，鋅片表面變色，長時間后溶液顏色變淺化學方程式Zn+CuSO4Cu+ZnSO4電流表偏轉原因燒杯中發生了化學變化，在這種條件下化學變化可以產生電流，將化學能轉化為電能能量轉化的形式化學能直接轉化為電能使用化學電源的優點提高能量的轉化效率，減少大氣污染
【教師提問】我們把這種能將化學能直接轉化成電能的裝置稱為化學電池。你知道的電池有哪些？在什么地方用到？ 【學生討論】交流討論 【教師講述】化學電源優點：減少大氣污染，提高能量轉化率。缺點：廢棄電池處理不好也會污染環境，主要是電池中的固體廢棄物和重金屬離子會污染環境，一節廢的一號電池會使1 m2的耕地失去使用價值，Cd2+污染，可導致人體患骨痛病及肝、腎、肺的病變，重金屬離子能通過食物鏈進入人體，方式如下：重金屬離子→土壤或水體→生物體內→人體。使用電池時有什么好的建議和方法？ 【學生討論】交流討論（減少甚至消除廢棄電池污染，應該采取的措施是：①集中回收處理廢舊電池；②研制高效無污染的電池。） 【教師提問】隨著化石燃料的日趨枯竭，還迫切需要人們開發新能源（投影：新能源）。其中氫能是一種極其理想的新能源。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。你知道氫能源有哪些優點嗎？ 【學生總結】①燃燒產熱量高；②產物是水，不污染環境；③可以水為原料制取，來源廣泛。 【教師板書】四、氫能 【教師提問】氫是一種極為優越的新能源。這么好的能源，為何沒有被普遍使用呢？ 【學生討論】交流討論（目前氫氣的制備耗能巨大，廉價制氫氣技術尚未成熟。氫氣的安全儲存、運輸等問題沒有得到完全解決。） 【教師提問】你認為有哪些可行的方法來解決這個問題？ 【學生】交流討論（若有朝一日大力發展水電站、太陽能發電站和核電站，電力供應十分充裕時利用電解水；使太陽能聚焦，產生高溫，使水分解生成氫氣；研究高效催化劑，使水分解產生氫氣；研究特殊化學物質，開發廉價能源分解水產生氫氣。） 【教師總結】理想的氫能源循環體系是將太陽能（光能）轉化為貯存在氫氣中的氫能（化學能）。 【教師提問】請同學們回憶在實驗室如何制取氫氣？ 【學生討論】思考回答 【教師總結】（1）原理：通過活潑金屬與稀硫酸反應制取氫氣（通常是用金屬鋅與稀硫酸反應） （2）反應方程式：Zn+H2SO4 ZnSO4+H2↑ （3）反應裝置：（固體+液體→氣體） （4）實驗步驟： A.按照實驗要求，安裝好實驗儀器；B.檢查儀器裝置的氣密性；C.裝藥品；D.收集氣體：利用排水法或向下排空氣法收集。 （5）氫氣的驗純：氫氣具有可燃性，加熱、點燃之前要檢驗氫氣的純度。 課堂小結 ［提問］通過今天的學習，你有哪些收獲？ ［小結］我們今天學習了太陽能、化學電池、氫能，為進一步完善化學知識打下了良好的基礎。 當堂達標 1.下列能量轉化是化學能轉化成電能的是（　　） A.潮汐發電 B.電燈發光 C.用干電池做電源 D.用電動機帶動水泵抽水 答案：C 2.燃料電池是將化學能轉化為電能的裝置，下列燃料電池最清潔的是（　　） A. O2—CH4燃料電池 B. O2—C2H5OH燃料電池 C. O2—H2燃料電池 D. O2—CO燃料電池 答案：C 3.制取氫氣不需要的儀器是（ ） A.試管 B.酒精燈 C.導管 D.集氣瓶 答案：B 4.氫氣可以用作推進火箭燃料是因為（　　） A.氫氣難溶于水 B.氫氣沒有顏色 C.氫氣燃燒釋放熱量多 D.氫氣沒有氣味 答案：C 5.關于用水制二級能源氫氣，以下研究方向不正確的是（　　） A.構成水的氫和氧都是可燃燒的物質，因此可研究在水不分解的情況下，使氫成為二級能源 B.設法將太陽能聚焦，產生高溫，使水分解產生氫氣 C.尋找高效催化劑，使水分解產生氫氣，同時釋放能量 D.尋找特殊化學物質，用于開發廉價能源，以分解水制取氫氣 答案：A 6.農作物收割后留下大量秸稈，下列有關秸稈的處理方法不合理的是（　　） A.做飼料 B.制沼氣 C.造紙 D.就地焚燒 答案：D 7.實驗室制取氫氣時，下列說法中不正確的是（　　） A.待水槽中導管剛有氣泡放出時，就用排水法收集 B.如果用到長頸漏斗，則長頸漏斗的下端要伸入液面以下 C.可用向下排空氣法收集 D.盛氫氣的集氣瓶應該蓋好倒放在桌子上 答案：A 8.實驗室制取氫氣的步驟，正確的順序是（　　） ①檢查裝置的氣密性　②加入稀硫酸　③加入鋅粒　④收集氫氣 A.①②③④ B.④③①② C.①③②④ D.②①④③ 答案：C 板書設計 第9章　化學與社會發展 第1節　能源的綜合利用 第2課時 二、太陽能 三、化學電池 四、氫能 教學反思

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