资源简介

教学设计
课程基本信息
学科 高中化学 年级 高二 学期 秋季
课题 燃烧热和燃料利用
教科书 书 名：高中化学选择性必修1化学反应原理 出版社：人民教育出版社 .
教学目标
1.知道燃烧热的概念。 2.通过燃烧热的学习，认识能源在生产、生活中的重要意义。
教学内容
教学重点： 1.燃烧热的概念。
教学难点： 1.能源在生产、生活中的应用。
教学过程
课堂导入：通过前面内容的学习，同学们已经掌握了反应热的概念，以及热化学反应方程式的书写。如屏幕所示的四个热化学反应方程式，如何比较不同燃料的燃烧效率呢？ 教师引导：观察这四个热化学反应方程式，不同燃料的化学计量数、燃烧程度、产物的状态均有差异，若要比较燃烧效率，应该有一个统一的标准。 项目一：燃料的燃烧热 教师讲解：在此引入燃烧热的概念。燃烧热是反应热的一种。在101 kPa时，l mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，叫做该物质的燃烧热。其单位为kJ/mol。 教师提问：学习燃烧热有什么意义呢？ 学生回答：知道燃烧热，有助于了解反应完成时产生热量的多少，以便更好地控制反应条件，充分利用能源。 教师讲解：注意：燃烧热通常由实验测得。测定原理：是将待测物质放在一个充满氧气的密封金属容器氧弹内，再将此容器置于盛有一定量水的量热计内筒中，通过点火装置使氧弹中物质燃烧，反应放出的热量会使氧弹外面的水温升高。用温度计测量水温的变化，即可计算出此反应放出的热量。根据定义，燃烧热是在101kPa条件下，可燃物以1mol作为标准进行测量。 指定的生成物一定要稳定，包括燃烧要完全（如生成物不能再燃烧），状态要稳定。如C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)，N→N2(g)。 教师讲解：在书写表明燃烧热的热化学方程式时，应以燃烧1mol可燃物为标准来配平其余物质的化学计量数，同时可燃物要完全燃烧且生成指定产物。氢气燃烧热的热化学方程式如屏幕所示，表明1 mol H2完全燃烧生成液态H2O放热285.8 kJ。 概念明晰1：再看这四个热化学方程式，请同学们思考其中能正确表明燃料燃烧热的热化学方程式具体有哪些？ 学生回答：第一个，氢气燃烧产物水为气态，而燃烧热测定条件下，水的稳定状态应为液态，故不能表明氢气的燃烧热；第二个，碳的化学计量数为2，代表2mol碳燃烧，且产物为CO，而碳完全燃烧应生成CO2，故不能表明碳的燃烧热；第三个，甲烷的化学计量数为二分之一，代表二分之一摩尔甲烷燃烧，故不能表明甲烷的燃烧热；第四个，丙烷的化学计量数为1，代表1mol丙烷燃烧，且产物均为完全燃烧产物，状态稳定，故可表明丙烷的燃烧热，即为-2220kJ/mol。 模型建构：可以构建燃烧热的热化学方程式判定方法的思维模型：一看，可燃物的化学计量数是否为1。二看，元素完全燃烧生成的物质是否为指定产物。三看，ΔH的数值和单位是否正确。 概念明晰2：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1的反应热是____，H2的燃烧热是____；H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8 kJ·mol－1的反应热是___________，H2的燃烧热是___________。请同学们按下暂停键，完成相应空格的填写。 教师引导：同学们，你做对了吗？由此可知反应热的数值与化学计量数成正比，而燃烧热的数值与化学计量数无关。 项目二：家用燃料的更新 教师引导：人类利用化学反应中的热能始于火的发现。从早期的以树枝杂草为主要能源，到现代以煤、石油和天然气为主要能源，人类获取热能的主要途径都是通过物质的燃烧。家用燃料也从柴草时期，过渡到煤炭时期，再过渡到石油天然气时期。 教师提问：根据表格数据，如何选择家用燃料？ 学生作答：根据释放的热量，首选燃烧热数值较大的，如蔗糖、苯。但在实际生活中，应根据物质的燃烧热、燃料的储量、每个时期的开采、储存的条件、价格、对生态环境的影响等综合考虑。 教师提问：煤炭、液化石油气、天然气和沼气等常用燃料的主要成分是什么呢？ 学生作答：煤炭：是由有机化合物和无机化合物组成的复杂混合物。构成煤炭的元素主要有碳，此外，还有极少量的磷、硅、氮、氢、氧、钙、铝、铁、硫等元素。 液化石油气主要成分为丙烷、丁烷（也含有少量丙烯、丁烯）。天然气和沼气的主要成分均为甲烷（CH4）。 教师提问：已知碳、丙烷、甲烷的燃烧热分别为为-393.5kJ/mol、-2219.9kJ/mol、-890.3kJ/mol，请同学们按下暂停键，写出相应燃烧热的热化学方程式。 学生作答：学生书写相应热化学方程式。 教师提问：从历史悠久的煤炭，到使用方便的液化石油气，再到现在的高效洁净的天然气和沼气，家用燃料更新选择的主要原因是什么呢？ 学生作答：主要是因为气体燃料燃烧的更充分，能量利用率高；且燃料气所含杂质少，能有效减小对大气的污染。 教师提问：若将原本以液化石油气为燃料的灶具，改为天然气作燃料，根据空燃比，应做何调整？ 学生作答：以丙烷为例，液化石油气燃烧的空燃比为5:1，改为天然气后，空燃比为2:1，故应该减少空气进入量，或增大燃料气的进气量。 教师引导：那么家用燃料能否作为火箭的燃料呢？我们一起来学习火箭推进剂的发展史。火箭推进剂一般以某种形式大量存储在推进剂容器里，通常由燃料和氧化剂组成，燃料推进剂与氧化剂推进剂燃烧产生大量非常热的气体，这些气体膨胀并从喷嘴喷出，不断加速，从火箭底部冲出产生推力直到火箭达到极高的速度。 教师提问：火箭推进剂的燃料选择标准是什么？ 学生作答：应考虑能量高、点火容易、稳定性好、产物分子量小、污染轻等方面。 教师提问：CH4可做火箭推进剂的燃料。常温下，0.5 molCH4完全燃烧生成CO2和H2O时，放出445 kJ的热量。则下列热化学方程式中正确的是？ 学生作答：A选项，甲烷的化学计量数是2，表示2mol甲烷燃烧，放出的热量应为445×4kJ，即1780kJ；B选项，未标明物质状态；D选项，甲烷的化学计量数是1/2，表示0.5mol甲烷燃烧，放出的热量应为445kJ；故答案选C。 教师提问：对比氢气和甲烷的燃烧热，你认为哪种更适合做火箭推进剂，为什么？ 学生作答：氢气和甲烷效能高，都可作为高能推进剂，各有优缺，但若结合质量考虑，氢气燃烧热数值285.8除以摩尔质量数值2等于142.9，甲烷燃烧热数值890.31除以摩尔质量数值16等于55.6，故等质量的氢气和甲烷燃烧，氢气产能更高。 教师介绍：那么火箭燃料一般有哪些呢？ 材料一　火箭燃料发展历史按火箭的第一级燃料分为4代。第1代：火药，主要用于节日放的冲天炮，人工降雨用的小火箭，因受发热效能低、产物污染大、推进不可控等因素限制而被替代。第2代：燃料：偏二甲肼。氧化剂是四氧化二氮。第3代：燃料：煤油。氧化剂是液态氧。第4代 ：燃料：液态氢。氧化剂是液态氧。 材料二 目前，火箭推进剂主要有三种类型：液体推进剂、固体推进剂和混合型推进剂。材料一中罗列的第2、3、4代推进剂均为常用的液体推进剂。其中四氧化二氮－肼类推进剂被广泛使用，特点是可在室温下储存，技术成熟，可靠性高，但其燃烧效率比较低且有毒污染环境，被高能液体推进剂取代；煤油－液氧推进剂作为常温推进剂，使用方便，安全性好，且价格便宜；液氢－液氧推进剂这种组合是当前最有潜力的组合，其燃烧效率很高，清洁无污染，但是价格昂贵，储存、运输、加注、发动机制造都要求更高。为了解决高能液体推进剂的腐蚀性和毒性问题，新型固体推进剂不断发展，固体推进剂是燃料和氧化剂的混合体。主要的优点是结构简单，成本相对较低，使用非常安全，瞬间的爆发推力巨大，缺点是推力无法调节并且推进效率低。混合推进剂是液体推进剂和固体推进剂的混合体。它能够像液体火箭发动机那样进行推力调节，系统比较简单，但混合推进剂火箭发动机的燃速低，燃烧不均匀，效率低。 材料三 随着航天技术的不断进步，人类航天事业蓬勃发展，在当前环保压力和经济效益的双重背景下，提出了绿色推进剂的概念。绿色推进剂具有无毒、无烟、高能、环保的优点，其主要界定标准有：(1)生产原料安全无毒，生产运输过程中不对人员和环境造成危害；(2)生产过程不产生有害物质，燃烧反应无毒无害，可回收再利用。从20世纪90年代开始，国内外就在绿色火箭推进剂的研究方面取得一系列进展。根据研究成果，大致可以分为无铅双基系固体推进剂、可再生TPE固体推进剂，和绿色复合型固体推进剂。作为当下世界航空航天领域研究的热点，主要涉及方面包括绿色固体推进剂、原子推进剂、绿色液体推进剂、含能离子液体推进剂及电磁推进技术等。载人飞船、航天站、各种卫星的发射及外空间的探测等都离不开运载火箭，发展绿色推进剂技术具有战略意义，也是世界各国航天竞技的必由之路，我们期待更优质的绿色推进剂逐步被开发出来。 课堂总结：本节课，咱们学习了有关燃烧热的概念，并以燃烧热为核心，了解家用燃料的更新，以及火箭推进剂的发展。 设计意图：燃烧热是在实际中应用比较广泛的一种反应热，但又是非常抽象的概念，在概念教学中穿插实际应用有助于提升学生的学习兴趣，通过数据对比帮助学生培养证据推理和模型认知。通过家用燃料的更新和火箭推进剂的发展，帮助学生理论联系实际，培养学生的科学精神和社会责任感，提升国人的自豪感。 课后作业：配套作业+实践性作业。
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