9.3 化学与能源
素养目标
1.认识化学在解决能源问题中的作用，体会化学是推动人类社会可持续发展的重要力量，树立建设美丽中国、为全球生态安全作贡献的信念。
2.从物质及其变化的视角，认识资源的综合利用与新能源的开发。
评价任务
1.完成学习任务一（检测目标1）
2.完成学习任务二、任务三（检测目标2）
课前学习任务
一、能源：目前社会常用的能源是 化石燃料 。此外，还有 水能 、 核能 、 风能 、 氢能 、潮汐能、地热能 等能源也在利用。
二、化学能的利用
化学能的定义：物质发生化学变化时，常常伴随着 能量 的变化，这就是化学能。
化学能的利用方式:
(1)化学能转换为 热能 。例如：煤、汽油、柴油、天然气的使用。
(2)化学能转换为 电能 。例如： 电池 是一种将化学能直接转化成 电能 的装置。
课堂学习任务
学习任务一、能源
【能源的发展】①柴火 ②煤炭 ③热能、水能、太阳能、风能、地热能、核能
【练习1】
1.选择燃料需考虑产物对环境的影响。下列燃料的利用符合“低碳”理念的是（ ）
A．煤 B．天然气 C．煤气 D．氢气
2.（2023 广西）神舟十六号载人飞船于2023年5月30日在新能源助力下成功升空。下列属于新能源的是（ ）
A．天然气 B．太阳能 C．石油 D．煤
3.开发使用新能源，是解决城市大气污染问题的根本途径。下列与新能源有关的说法中，不正确的是
A．研制、使用氢燃料电池汽车，能真正实现“零排放”，是解决汽车尾气污染的有效措施
B．晶体硅不仅是电子和信息工业的基础材料，也是研制太阳能电池的基础材料
C．核能不属于清洁能源
D．风能、水能、地热能均属于清洁能源
答案：1.D 2.B 3.C
学习任务二：化学能的利用
1.物质发生化学变化时，常常伴随有能量变化，这就是化学能。通过化学反应，化学能可转化为其他能量，如热能、电能等。
2.化学能转化为热能
燃气燃烧时会伴随能量变化，在该反应中，化学能转化为热能。
在生产生活中都把煤、汽油、柴油和天然气等作为燃料使用，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，这是当前利用化学能的最主要的方式。
3.化学能转化为电能
化学能可以转化为电能供人们使用，实现这种转化需要有电池装置，例如干电池、蓄电池、手机电池等。化学电池是一种将化学能直接转化为电能的装置。
4.目前我们常用的电池有几类：
【一次电池】特点：只能使用一次，不能充电再次使用，如干电池，用在手电筒、时钟等方面。
【二次电池】特点：可充电循环使用，如汽车用的蓄电池，手机、电脑用的锂电池。
【燃料电池】如氢氧燃料电池，它把氢气和氧气反应的化学能直接转化为电能，供人们使用。
（1）多孔金属正、负电极和导电液组成；
（2）氢气进负电极，氧气进正电极；
（3）发电后产物是水；
（4）宇宙飞船等航天器已使用。
【练习2】
1.人类社会的发展离不开能源，下列说法你认为正确的是（ ）
A.开采海底石油是为了开发新的能源
B.电池是一种将化学能转化为电能的装置
C.人类生存所需要的能量都是通过化学反应获得的
D.氢能是未来最理想的能源主要是因为它的热值高
2.（2024 锡山区四模）某锂离子电池，其正极材料为磷酸亚铁锂 （LiFePO4），负极材料为石墨，该电池反应原理为。下列说法不正确的是（ ）
A．负极材料石墨是由碳原子直接构成的
B．磷酸铁 （FePO4）中，P的化合价为+5
C．锂离子电池放电时，电能转化为化学能
D．石墨作负极材料，与其导电性有关
3.如图所示，用导线将锌片和铜片分别连接到电流表的正负极，插入硫酸铜溶液中即可构成化学电池。下列说法不正确的是（ ）
A．锌极表面出现红色物质
B．反应过程中锌元素化合价升高
C．实验说明锌的金属活动性大于铜
D．该装置将化学能直接转化成电能
答案：1.B 2.C 3.A
本课小结
请根据本课所学内容，画出你的思维导图吧！
课后任务
1. 化石能源是不可再生能源，为了节约能源，目前人类开发利用了许多新能源，下列属于新能源的是（ ）
A．煤 B．太阳能 C．天然气 D．石油
2. 下图是实验室制氢气并验证水的组成的实验装置，下列说法正确的是（ ）
A．装置①中的反应原理：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
B．装置②中可装入浓硫酸
C．该实验可验证水是由氢气和氧气组成的
D．若去掉装置②③，则无法验证水的组成
3. （2023 长沙）液氢已应用于航天等领域。目前在生活生产中大量使用氢能源还存在一定困难，原因是（ ）
A．氢气本身无毒
B．氢气制取成本高和贮存困难
C．氢气燃烧放出的热量多
D．氢气燃烧产物不污染空气
4.下列关于电池的说法，错误的是（ B ）
A．太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置
B．干电池放电之后还能充电再次使用
C．化学电池用完后不能随意丢弃
D．氢氧燃料电池使用的能源是可再生能源
5. 2022年国内氢燃料电池车累计销量3367辆，同比增长112.8%。2023年1月6日，国家能源局提出要推动新能源、氢燃料电池汽车全面替代传统能源汽车。下列说法不正确的是（ ）
A．氢气是理想的清洁能源 B．氢能源没有大规模普及受成本影响
C．化学反应不能实现能量转换 D．使用新能源以解决化石燃料枯竭问题
6．（2024 宁夏）目前，我国在氢能领域已形成较完整的产业链，掌握了氢燃料电池及其关键零部件、动力系统、整车集成和氢能基础设施等核心技术。
（1）氢燃料电池中，氢气作为燃料，氢元素的化合价由0价变为 +1 价。
（2）氢燃料电池是一种直接将 化学 能转化为电能的装置。
（3）氢能在交通运输等领域的推广应用，可以有效减少 化石燃料的消耗（或空气污染，或CO2气体的排放或温室效应等，合理即可）。
（4）目前人类开发和利用的新能源还有 太阳能（合理即可） （填一种）。
7. （2024 烟台）氢能具有广阔的发展前景，安全高效的制氢和储氢是氢能成为主要能源的关键。
（1）电解水制氢气可用铁作电极，是利用了铁的 导电性。氢气在与电源 负 极相连的电极上产生。
（2）高压气态储氢是通过恒温高压将氢气储存在压力容器中，从微观角度解释此过程主要发生改变的是 分子之间的间隔。
（3）氢化物储氢是利用氢气与金属（如Al）反应生成金属氢化物（如AlH3），从而进行氢的储存，该过程属于 化学变化 （填“物理变化”或“化学变化”）。
（4）活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用活性炭的 吸附 性。
（5）我国科学家实现了天然气（CH4）制氢的突破，在400℃条件下，将天然气与水蒸气直接转化为氢气与二氧化碳。请写出该反应的化学方程式 CH4+2H2OCO2+4H2 。
（6）氢气是理想的清洁能源，原因是 产物无污染 。
参考答案
1. B 2.D 3.B 4.B 5.C
6.（1）+1 （2）化学 （3）化石燃料的消耗（或空气污染，或CO2气体的排放或温室效应等，合理即可） （4）太阳能（合理即可）
7.（1）导电性 负 （2）分子之间的间隔
（3）化学变化 （4）吸附 （5）CH4+2H2OCO2+4H2 （6）产物无污染
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素养目标
1.认识化学在解决能源问题中的作用，体会化学是推动人类社会可持续发展的重要力量，树立建设美丽中国、为全球生态安全作贡献的信念。
2.从物质及其变化的视角，认识资源的综合利用与新能源的开发。
评价任务
1.完成学习任务一（检测目标1）
2.完成学习任务二、任务三（检测目标2）
课前学习任务
一、能源：目前社会常用的能源是 。此外，还有 、 、 、 、 、 等能源也在利用。
二、化学能的利用
化学能的定义：物质发生化学变化时，常常伴随着 的变化，这就是化学能。
化学能的利用方式:
(1)化学能转换为 。例如： (2)化学能转换为 。例如： 是一种将化学能直接转化成 的装置。
课堂学习任务
学习任务一、能源
【能源的发展】①柴火 ②煤炭 ③热能、水能、太阳能、风能、地热能、核能
【练习1】
1.选择燃料需考虑产物对环境的影响。下列燃料的利用符合“低碳”理念的是（ ）
A．煤 B．天然气 C．煤气 D．氢气
2.（2023 广西）神舟十六号载人飞船于2023年5月30日在新能源助力下成功升空。下列属于新能源的是（ ）
A．天然气 B．太阳能 C．石油 D．煤
3.开发使用新能源，是解决城市大气污染问题的根本途径。下列与新能源有关的说法中，不正确的是
A．研制、使用氢燃料电池汽车，能真正实现“零排放”，是解决汽车尾气污染的有效措施
B．晶体硅不仅是电子和信息工业的基础材料，也是研制太阳能电池的基础材料
C．核能不属于清洁能源
D．风能、水能、地热能均属于清洁能源
学习任务二：化学能的利用
1.物质发生化学变化时，常常伴随有能量变化，这就是 能。通过化学反应，化学能可转化为其他能量，如 能、 能等。
2.化学能转化为 能
燃气燃烧时会伴随能量变化，在该反应中，化学能转化为热能。
在生产生活中都把煤、汽油、柴油和天然气等作为燃料使用，物质燃烧的过程会放出大量热，实际上这就是将 反应的化学能转化为热能，这是当前利用化学能的最主要的方式。
3.化学能转化为电能
化学能可以转化为电能供人们使用，实现这种转化需要有电池装置，例如干电池、蓄电池、手机电池等。化学电池是一种将 能直接转化为 能的装置。
4.目前我们常用的电池有几类：
【一次电池】特点：只能使用一次，不能充电再次使用，如干电池，用在手电筒、时钟等方面。
【二次电池】特点：可充电循环使用，如汽车用的蓄电池，手机、电脑用的锂电池。
【燃料电池】如氢氧燃料电池，它把氢气和氧气反应的化学能直接转化为电能，供人们使用。
（1）多孔金属正、负电极和导电液组成；
（2）氢气进负电极，氧气进正电极；
（3）发电后产物是水；
（4）宇宙飞船等航天器已使用。
【练习2】
1.人类社会的发展离不开能源，下列说法你认为正确的是（ ）
A.开采海底石油是为了开发新的能源
B.电池是一种将化学能转化为电能的装置
C.人类生存所需要的能量都是通过化学反应获得的
D.氢能是未来最理想的能源主要是因为它的热值高
2.（2024 锡山区四模）某锂离子电池，其正极材料为磷酸亚铁锂 （LiFePO4），负极材料为石墨，该电池反应原理为。下列说法不正确的是（ ）
A．负极材料石墨是由碳原子直接构成的
B．磷酸铁 （FePO4）中，P的化合价为+5
C．锂离子电池放电时，电能转化为化学能
D．石墨作负极材料，与其导电性有关
3.如图所示，用导线将锌片和铜片分别连接到电流表的正负极，插入硫酸铜溶液中即可构成化学电池。下列说法不正确的是（ ）
A．锌极表面出现红色物质
B．反应过程中锌元素化合价升高
C．实验说明锌的金属活动性大于铜
D．该装置将化学能直接转化成电能
本课小结
请根据本课所学内容，画出你的思维导图吧！
课后任务
1. 化石能源是不可再生能源，为了节约能源，目前人类开发利用了许多新能源，下列属于新能源的是（ ）
A．煤 B．太阳能 C．天然气 D．石油
2. 下图是实验室制氢气并验证水的组成的实验装置，下列说法正确的是（ ）
A．装置①中的反应原理：Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑
B．装置②中可装入浓硫酸
C．该实验可验证水是由氢气和氧气组成的
D．若去掉装置②③，则无法验证水的组成
3. （2023 长沙）液氢已应用于航天等领域。目前在生活生产中大量使用氢能源还存在一定困难，原因是（ ）
A．氢气本身无毒
B．氢气制取成本高和贮存困难
C．氢气燃烧放出的热量多
D．氢气燃烧产物不污染空气
4.下列关于电池的说法，错误的是（ ）
A．太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的装置
B．干电池放电之后还能充电再次使用
C．化学电池用完后不能随意丢弃
D．氢氧燃料电池使用的能源是可再生能源
5. 2022年国内氢燃料电池车累计销量3367辆，同比增长112.8%。2023年1月6日，国家能源局提出要推动新能源、氢燃料电池汽车全面替代传统能源汽车。下列说法不正确的是（ ）
A．氢气是理想的清洁能源 B．氢能源没有大规模普及受成本影响
C．化学反应不能实现能量转换 D．使用新能源以解决化石燃料枯竭问题
6．（2024 宁夏）目前，我国在氢能领域已形成较完整的产业链，掌握了氢燃料电池及其关键零部件、动力系统、整车集成和氢能基础设施等核心技术。
（1）氢燃料电池中，氢气作为燃料，氢元素的化合价由0价变为 价。
（2）氢燃料电池是一种直接将 能转化为电能的装置。
（3）氢能在交通运输等领域的推广应用，可以有效减少 。
（4）目前人类开发和利用的新能源还有 （填一种）。
7. （2024 烟台）氢能具有广阔的发展前景，安全高效的制氢和储氢是氢能成为主要能源的关键。
（1）电解水制氢气可用铁作电极，是利用了铁的 性。氢气在与电源 极相连的电极上产生。
（2）高压气态储氢是通过恒温高压将氢气储存在压力容器中，从微观角度解释此过程主要发生改变的是 分子之间的间隔。
（3）氢化物储氢是利用氢气与金属（如Al）反应生成金属氢化物（如AlH3），从而进行氢的储存，该过程属于 化学变化 （填“物理变化”或“化学变化”）。
（4）活性炭具有很多的微孔结构，可用作储氢材料，这是利用活性炭的 性。
（5）我国科学家实现了天然气（CH4）制氢的突破，在400℃条件下，将天然气与水蒸气直接转化为氢气与二氧化碳。请写出该反应的化学方程式 。
（6）氢气是理想的清洁能源，原因是 。
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