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第九章　现代生活与化学
9.3　化学能的利用
设计说明 本节课简要地介绍了能源的种类，化学能转化为热能，化学能转化为电能这一事实。没有涉及具体的反应原理。所以这一节课是为了落实课标而设的带有科普性质的相对独立的一节课。 本节课内容分为能源和化学能的利用两部分，内容联系生活实际。 以学生自学、合作学习为主要形式，提出一些自学提纲，让学生带着问题，通过阅读讨论交流，发表意见，师生共同完成学习任务。通过例题和跟踪练习运用所学知识分析解决实际问题。 教学目标 【知识与技能】 1.了解人类利用能源的简史和能源的种类。 2.能结合常见的化学反应认识到化学能可以转化为热能。 3.了解化学能可以转化为电能。 【过程与方法】 1.通过对具体的问题的讨论、分析和解决，使学生的思维能力得到锻炼。 2.通过学生自主探究和合作探究，培养学生发现规律、认识规律和运用规律，培养学生科学的思维方法。 【情感、态度与价值观】 通过化石燃料对人类的重要作用的了解，使学生认识到合理开发的重要性，培养节约利用资源的意识。 重点难点 教学重点 化学能的利用 教学难点 氢氧燃料电池的原理 教学方法 阅读指导法、讨论分析法、归纳总结法 教具、学具 多媒体课件等。 授课时数 1课时 教学过程 导入新课 【教师引言】现代人的生活离不开能源，人类利用能源的历史是怎样的 我们现在利用的能源有哪些 讲授新课 一、能源 1.能源 【教师讲述】能源是可以直接或经转换提供给人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。简单概述，能源是自然界中能为人类提供某种能量的物质资源。 【学生阅读】第275页有关课文、图片，进行讨论。 　　 太阳能　　　　　　 风能　　　　　　　核能 【教师讲述】 2.能源的种类 （1）常规能源：指已经利用多年而且现在还在大规模利用的能源，如化石燃料、水能、生物质能等。 【教师点拨】生物质能是世界第四大能源，是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的一种能量形式，它直接或间接来源于植物的光合作用，具有资源丰富、含碳量低的特点。地热能、风能、海洋能受地域、季节等因素的影响较大，其开发和应用具有一定的局限性。 【教师讲述】目前人类应用最广泛的能源是煤、石油、天然气等不可再生的化石燃料，而化石燃料正面临日益枯竭的危机。根据国际能源机构的统计，若按目前的势头发展下去，不加节制，那么地球上天然气、石油和煤炭能供人们开采的年限已经不多了。 【教师提问】谈谈你对化石燃料使用与开发的看法。 【学生活动】讨论后回答：化石能源是不可再生资源，储量有限，要合理开采并提高燃烧的利用率。 【教师讲述】提高燃烧的利用率的方法是使燃料充分燃烧，化石燃料不充分燃烧还会产生一氧化碳、未燃烧的碳氢化合物、炭粒、尘粒等，另外化石燃料中含有杂质硫、氮等，燃烧时会产生空气污染物，如二氧化硫、氮氧化合物等污染性气体，这些物质排放到空气中也会造成污染。 【教师讲述】随着科学技术的发展以及生产和生活需求的增加，人们还要积极开发新能源。 （2）新能源：指近若干年才开始被人类利用的能源，或者过去被利用过，后来被取代了，现在又有新的利用方式的能源。如太阳能、风能、地热能和海洋能等。 例1　新能源汽车的研发和使用是时代发展的需要。 （1）下列能源不属于新能源的是　　　　（填字母）。 A.氢能 B.核能 C.石油 D.风能 （2）锂电池可为新能源汽车提供动力，下列结构示意图表示的粒子与锂原子的化学性质最为相似的是　　　　（填字母）。 　　　　　　　　　 　　A　　　　　　　B　　　　　　 C　　　　　　 D （3）锂（Li）的金属活动性强于铝，它与稀硫酸反应的化学方程式为　 ，新能源汽车除了节约化石能源外，其主要优点是　　　　　　　　　　　　　　。 解析：（1）人们正在利用和开发的新能源有氢能、太阳能、核能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等，石油属于化石燃料，不属于新能源。 （2）锂元素是金属元素，氢元素是非金属元素，最外层电子数决定元素的化学性质，锂原子的最外层有1个电子，与B项中原子的最外层电子数相同，二者化学性质相似。 （3）锂属于活泼金属，可与稀酸溶液反应生成盐和氢气，锂与稀硫酸反应生成硫酸锂和氢气；新能源的利用除了节约化石能源外，还减少了污染物的排放。 答案：（1）C　（2）B　（3）2Li+H2SO4Li2SO4+H2↑　降低污染物的排放 【教师拓展】 （1）可再生能源和不可再生能源 ①可再生的、能持续利用的能源称为可再生能源，如水能、风能、氢能等。 ②经过亿万年所形成的短期内无法恢复的能源称为不可再生能源，如石油、煤、天然气等。 （2）一次能源和二次能源 ①一次能源：直接来自自然界的能源，如化石燃料、水能、风能等。 ②二次能源：由一次能源转换或加工得到的能源，如煤气、沼气、汽油、电能等。 【教师引导】如果没有能源，我们现在世界将是什么样子 【学生活动】发言、小结。 【教师讲述】物质发生化学变化时，常常伴随有能量变化，这就是化学能。化学能可转化为热能、电能等，为人类所利用。 二、　化学能的利用 【教师提问】生活中哪些热能的应用是由化学能转化的？ 【学生回答】化学能转化为热能加以利用的有——用柴草、煤、天然气和液化气作燃料；汽车、飞机、坦克、轮船的燃料，火力发电厂用煤作燃料，冬天使用的“暖暖包”(铁粉与氧气反应放热)；气焊气割(氧炔焰)等。 【教师小结】 1.化学能的转化 （1）化学能转化为热能 物质燃烧的过程会放出大量热，实际上这就是将燃烧反应的化学能转化为热能。例如，在生产生活中都把煤、汽油、柴油和天然气等作为燃料使用，这也是当前利用化学能的最主要的方式。 【教师引导】化学能转变成热能，虽然直接方便，但能耗较大,利用率不高。如果把化学能直接变成电能，利用率会高得多。如何将化学能变成电能 【学生活动】阅读教材第276页，讨论、发言 1.将化学能转化为电能的装置是什么 2.化学电池有哪几类 (举例) 3.什么是燃料电池 4.认识氢氧燃料电池(讨论，讲解) (1)氢氧燃料电池的原理与氢气燃烧反应有何异同 (2)氢氧燃料电池内部构造和变化是怎样的 (3)氢氧燃料电池的应用有何好处？ 【教师小结】 （2）化学能转化为电能 利用电池装置可将化学能转化为电能。 ①化学电池：是一种将化学能直接转化为电能的装置，如干电池、蓄电池、手机用的锂电池等。 ②常用的电池 a.一次电池：用后不能充电再次使用的电池。如干电池，用在手电筒、时钟等方面。 b.二次电池：用后可再充电循环使用的电池。常见的有汽车用的蓄电池，手机、手提电脑和电动汽车用的锂电池。 c.燃料电池：将燃料燃烧反应的化学能转化为电能的电池。如氢氧燃料电池，它由多孔金属正、负电极和导电液等组成。工作时，将氢气通入负极室，而正极室通入氧气，氢气和氧气发生反应生成水，常用在宇宙飞船、太空站等航天器上。 目前对化学能的利用常见的方式，是将化学能转化为热能或电能。以电能的方式利用化学能更加有效和洁净，对环境的影响很小，将获得更大的发展。 例2　以下是能量转化系统的局部示意图，下列有关说法错误的
是（　　） A.氢元素在循环过程中，没有发生化学反应 B.燃料电池系统将化学能转化为电能 C.水的分解反应需要吸收能量 D.该能量转化系统中的水可以回收利用 解析：在此循环过程中，涉及水的分解和合成，发生了化学反应，A项错误；燃料电池系统发生的是氢气与氧气的反应，将化学能转化为电能，B项正确；太阳能转化为电能，利用电能分解水，C项正确；该系统中水是可以循环利用的，D项正确。 答案：A 跟踪练习　如图是太阳能燃料电池的组成与功能示意图，请据图回答下列问题。 （1）电解槽的作用是电解水，写出该反应的化学方程式：　　　　 　 　　。 （2）夜晚，太阳能燃料电池工作时的能量转化途径为　　　（填字母）。 A.太阳能→电能→热能 B.化学能→电能→热能 C.太阳能→化学能→电能→热能 D.电能→化学能→电能→热能 （3）太阳能燃料电池中可循环使用的原料是　　　　。 （4）与单一的太阳能电池相比，太阳能燃料电池的优点是　　　　 　　　　 　　　。 解析：夜晚，太阳能燃料电池工作的原理是利用白天电解槽产生的氢气和氧气反应，把产生的能量转化为电能，然后利用电能给热水器加热，故能量转化途径为化学能→电能→热能；水电解生成氢气和氧气，氢气和氧气反应又生成水，故太阳能燃料电池中可循环使用的原料是水；单一的太阳能电池只在有阳光的时候才能产生电能，与单一的太阳能电池相比，太阳能燃料电池在夜晚也可以使用，延长了电池的使用时间。 答案：（1）2H2O2H2↑+O2↑　（2）B　（3）水　（4）夜晚也可以使用 课堂小结 1.现代社会利用的能源种类有化石燃料、水能、太阳能、风能和可能、核能。 2.化学能可转化为热能，电能等加以利用，化学电池是直接将化学能转化为电能的装置。 当堂达标 1.能源既是国家经济发展的命脉，也是国家发展战略的重要支柱。某省多地有效调整能源结构，稳步发展安全高效的能源体系，合理利用如下三种发电方式，并取得了显著成效。 　　　　　　 A.风力发电　　　　　 B.太阳能发电　　　　C.火力发电 （1）与C相比，A、B发电的共同优点是　　　 　　　　（写一条）。 （2）A的能量转化方式是把　　　　能经过一系列变化转化成电能。 答案：（1）节约资源（或绿色环保或无废渣、废气排放等）　（2）风 2.以氢燃料电池为动力的汽车，它的基本原理是以氢气和氧气为原料，通过电化学反应直接产生电能，运行时产生的温度一般不超过80 ℃，反应后的产物只有水。 （1）以下对氢燃料电池的叙述，符合事实的是（　　） A.其能量转化过程是化学能→热能→电能 B.氢气和氧气的化学能全部转化为电能 C.氢气在能量转化过程中被还原 D.氢燃料电池使用的能源是可再生能源 （2）目前，开发利用氢能源的困难是什么？　　　　　　　　　　（只要答出一点即可）。 （3）电动汽车又被称为“未来汽车”，其主要原因是什么？　　　　。 答案：（1）D　（2）制取成本高（或储存运输困难）　（3）无污染 3.能源利用和环境保护问题一直受到社会高度关注。 （1）太阳能和石油中，属于可再生能源的是　　　　，属于不可再生能源的是　　　　　。 （2）天然气的主要成分是　　　　　　　（填化学式），其是最简单的　　　　（填“有机物”或“无机物”），天然气燃烧主要是将化学能转化为　　　　能。 （3）从环境保护的角度考虑，最理想的燃料是　　　　（填化学式）。 （4）①如下所示，科学家提出一种最经济最理想的获得氢能源的循环体系。此循环中水分解的化学方程式为　　　　　　　　　　　。 ②燃料电池可以将化学能转化为　　　　能。 答案：（1）太阳能　石油　 （2）CH4　有机物　热　（3）H2　
（4）①2H2O2H2↑+O2↑　②电 4.太阳能汽车利用太阳能的一般方法是：在阳光下，太阳能光伏电池板采集光能，并将光能转换成　　　　能，这种能量被蓄电池储存并为以后汽车运行提供动力，或直接提供给发动机，也可以边开边蓄电，能量通过发动机控制器带动车轮运行，推动太阳能汽车行驶。从两个不同角度，谈谈使用太阳能汽车比使用燃油汽车的优点：　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；请再写出一种你知道的新能源：　　　　　　　　。 答案：电　使用化石燃料，能产生大量的空气污染物，太阳能汽车比燃油汽车使用更经济（合理即可）　风能（或地热能、潮汐能、核能等） 5.煤、石油、天然气等化石燃料是不可再生能源。植物在光照条件和叶绿素催化作用下发生的光合作用可产生比较丰富的可再生资源，其化学方程式为　 　　　。 氢气是理想的“绿色能源”，其燃烧热值高、产物无污染，除了以燃烧释放热能这种转化方式外，它还能以下图所示的装置将　　　　能转化为　　　　能，这种方式能量转换效率高，该“氢氧燃料电池”中反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　。 答案：6CO2+6H2OC6H12O6+6O2　化学　电　2H2+O2 2H2O 板书设计 第九章　现代生活与化学 9.3　化学能的利用 一、能源 （1）常规能源：化石燃料、水能、生物质能等。 （2）新能源：太阳能、风能、地热能和海洋能等。 二、化学能的利用 1.化学能转化为热能 物质燃烧的过程会放出大量热，实际上这就是将燃烧反应的化学能转化为热能。 2.化学能转化为电能 利用电池装置可将化学能转化为电能。 教学反思

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