第一节 化学与能源开发

第十一单元 化学与社会发展
单元内容概述
本单元的目的就是引导学生站在社会发展的大背景中去认识化学。帮助学生体验化学与技术及社会的密切联系，使学生初步了解化学对人类文明发展的巨大贡献，认识化学在实现人与自然和谐相处、促进人类和社会持续发展中的地位和作用。通过本单元的教学，还应使学生掌握一些化学基本观念。
单元教学目标
1.了解化学电池与氢能。
2.知道常见的玻璃、塑料、玻璃钢及其应用，认识有机高分子合成材料、复合材料的形成过程。
3.知道一些常用化肥、农药的成分及作用。
4.了解典型的大气、水污染的主要污染物及来源、危害、防治措施，认识“三废”。
第一节 化学与能源开发
本节是学生在经过近一年的化学学习后，对化学有了一定了解。总结化学与人类社会能源发展之间的关系。面对当前严峻的能源危机，解决能源危机的途径是通过化学方法，寻找新的能源。使学生认识到化学反应可以为人类提供能量、物质，化学能可以转化为多种形式的能量，运用化学方法可以解决能源危机。
【教学目标】
1.知识与技能
（1）了解常见的能源，认识节约能源和开发新能源的重要性。
（2）知道电池中的能量转化，了解常见的电池及其性质、使用和回收。
（3）了解氢能源的优缺点及其发展前景。
2.过程与方法
（1）积极主动与他人进行交流和讨论，清楚地表达自己的观点，培养学生辩证看待化学物质的能力。
（2）学会运用比较的方法对信息进行加工。
3.情感、态度与价值观
（1）通过对氢能是理想的能源的认识感受化学对改善个人生活和促进社会发展的积极作用。
（2）对学生进行社会责任感和使命感的教育。
【教学重点】
理想氢能源的使用中能量的转化。
【教学难点】
化学电池中能量的转化方法。
【教学准备】
多媒体、废旧干电池（1号）、烧杯、电流计、锌片、碳棒、稀硫酸等。
一、导入新课
大家听说过吗？在2003年8月14日下午4点，美国纽约市曼哈顿突然发生大面积停电，成千上万的人被困在黑暗的电梯里。随着交通信号灯的熄灭，还引起了严重的交通阻塞。可见，在当今科技高度发达的社会中，一旦没有了能源，那将是一件非常可怕的事情。谁能说说目前世界上使用最广泛的能源是什么？本节课我们一起来探究一下能源的前世今生，认识在能源的使用和开发中化学起到的作用。
二、推进新课
【板书】 第一节 化学与能源开发
活动1 了解能源的发展史
【讲解】前世：大家能否告诉我，人类最初使用的能源是从哪里获得的？（学生答：柴草）。对！古代人主要利用柴草燃烧时发生的化学变化将生物能，也叫化学能转化为光和热。柴草以其便宜易得在小农经济中得到广泛应用。（展示投影）
今生：但随着工业的发展，柴草因为其热值低，受地理环境制约明显，不便于运输等缺点退出了主导地位。那么现代社会主要使用的能源是什么呢？（学生答：煤，石油，天然气）。我们主要利用煤，石油，天然气燃烧放出能量为人类造福。化石燃料相比柴草具有更多优点。（展示投影）
【交流】优点：热值比柴草高，储量大，便于运输，可作为化工原料制作各种化工产品，现代化学工业的基础就是建立在煤化工和石油化工之上的。（在投影上展示）
【提问】那么你知道化石燃料有哪些不足之处吗？
【交流】缺点：不可再生能源（展示化石燃料的使用年限），燃烧产物污染大，能源利用率低（我国33%，世界平均40%）（在投影上展示）。
【导引】目前全世界正面临着能源危机，如果你现在成为我国能源部部长，请你为我国的能源发展出谋划策，你有哪些措施呢？
【交流】1.开发新能源，如太阳能，氢能，水能，风能，潮汐能，核能（3.11日本核事故）等。
2.节约能源。充分利用现有能源（改进设备，促进充分燃烧，），能源综合利用。
3.减少污染。
【过渡】你认为未来解决能源危机的最根本的方法是什么？学生答：开发新能源。目前各个国家都在制订新能源发展计划，来应对能源危机。下面我们一起先来认识一下氢能开发。
【板书】一、清洁高效的氢能
【教师讲解】那么，与其他能源相比，氢气用作燃料有哪些优点呢？请同学们从以下三个方面进行讨论、交流：
1.制取氢气的原料；
2.氢气燃烧的产物；
3.氢气燃烧时产生的热量。
【投影】氢气作为新能源普遍被人们重视并加以研究。氢气用作燃料有许多其他燃料所不及的优点。煤、石油、天然气等资源的蕴藏量并不是无限的，氢气可以用水作原料来制取。燃烧相同质量的氢气和石油，前者放出的热量是后者的3倍。氢气燃烧的产物只有水。根据以上短文内容，归纳总结氢气作为燃料的优点。
【学生交流讨论】
【教师小结】（分析后得出结论）氢气作为燃料的优点：
1.放出的热量高：1g氢气放出的热量为1g石油的3倍。
2.清洁无污染：氢气在燃烧过程中，产物只有水，不会造成环境污染，因而又被称为“清洁燃料”。
3.来源广泛：占地球表面71％的水中都含有大量的氢元素，水分解可制得氢气，氢燃料燃烧后又生成水。
【教师讲解】请同学们想像一下，当氢气作为能源被人们广泛使用之后，我们的生活将会是什么样子呢？
【学生交流讨论】
【教师小结】做饭时，直接打开氢气灶，点着氢气就可以了；汽车、火车、飞机将不再需要油料；没有加油站了；天空不会再灰蒙蒙的了……
【教师讲解】氢气作为一种能源虽然是如此的理想，但是目前却只有在火箭发射等少数情况下使用，这又是为什么呢？请同学们阅读书本、合作探讨对这一问题的看法。
【学生阅读、交流、讨论】阅读书本95页第二段和“多识一点”。
【教师小结】（交流讨论后得出氢气作为新能源的局限性）
1.电解水生成1gH2消耗的能量大于1gH2燃烧放出的能量，消耗电能太多，成本太高；
2.氢气易燃易爆，贮存和运输不方便、不安全。
以上两点确实极大地制约了氢气作为能源被广泛使用的空间。那么，我们是否就此放弃氢气这种新型能源呢？当然不能。那么，我们应当如何解决这个问题呢？
【学生交流讨论】
【教师小结】大家的思路非常好，这也正是当今世界各国科学家们正在努力攻克的难题。现在，科学家们已经提出了“理想的氢能源循环体系”。
【投影】理想的氢能源循环体系
【教师讲解】请结合氢气作为燃料的优点和缺点，仔细观察这副图，看能从中得到哪些信息呢？
（观察、讨论后教师小结）
只要有光催化剂的存在，将水放在太阳光下晒一晒，就能得到氢气和氧气了；在燃料电池中，氢气和氧气发生化学反应转化为电能；水和氢气可以循环使用……
活动2 探究化学电池的奥秘
【过渡】在生活中广泛使用的电瓶车，手机，数码照相机等能量是由什么提供的（学生答：电池），电池以它的体积小，电容量大，携带方便等特点，是现代社会应用非常普遍的一种能源。下面我们就以电池为例来探究下列电池与化学之间有什么关系。
【板书】二、应用广泛的化学电池
【展示】剥开电池，看看里面有什么？电池的内部结构。
化学电池：将化学能转化为电能的装置
【教师讲解】碳棒的成分是石墨，金属外皮的成分是金属锌，黑色粉末固体物质成分是碳黑、二氧化锰，在黑色粉末和锌皮之间的白色糊状物主要成分是氯化铵。其中，碳棒作正极，锌皮作负极。
为什么电池能输出电能呢？请同学们观察以下两组实验，对比它们的装置和现象有何不同。同时思考：这二者之间有什么因果关系？由此你能得出什么结论？
【投影】
实验一：将从电池中取出的碳棒和锌片平行地插入盛有稀硫酸的烧杯里，观察现象；
实验二：用导线将“实验一”中的锌片和碳棒连接起来，并在导线中间连接一只电流表，再观察现象。
【教师演示】
【学生观察讨论】仔细观察实验现象完成表格：
【教师小结】这两个实验的现象有何异同？（学生讨论回答后，教师小结）
“实验一”中的锌片上有气泡冒出，碳棒上没有任何现象；
“实验二”中的锌片在不断溶解，碳棒上有小气泡产生。同时观察到电流表的指针发生偏转。
【教师讲解】（进一步提问）电流表的指针发生偏转说明了什么问题？说明导线中产生了电流。也就是说“实验二”的装置输出了电能，科学家就是受类似的化学反应的启发，研制成了化学电池。这个实验充分表明了化学反应产生的能量是可以转化为电能的。根据刚才的实验，大家能否大胆地猜测一下，使用一些蔬菜、水果代替稀硫酸是不是也能产生电流呢？
提示：西红柿、苹果等蔬菜、水果里的汁液与刚才烧杯中的液体都是酸性的。
【学生交流讨论】（热烈地交流、讨论，并进行大胆地猜测）
【教师讲解】有的同学猜测：将用导线连接的碳棒和锌片插入蔬菜或水果中，就能输出电流来。那么，他的猜测有没有道理呢？让我们用实验来检验他的猜测。请同学们利用桌上的实验器材，用铜片代替碳棒，自己设计并进行操作，看看有什么结果。
【学生交流讨论】实验器材：西红柿、苹果、锌片、铜片、导线、电流计、音乐贺卡等。
在学生交流前，要求每组派一位“发言人”，同时按发言结果将学生分为西红柿组、苹果组等。
【学生分组实验】
学生讨论、交流、确定实验方案后，进行实验操作。
实验步骤：把一块锌片和一块铜片插入一个成熟西红柿或苹果中，用导线将锌片和铜片连接起来，并在导线中间连接一只音乐贺卡上的小喇叭。
（实验结束后，指定“发言人”叙述实验方案、实验现象，针对他们积极、大胆的探索精神给予恰当的评价。）
【教师讲解】
回顾刚才我们做的实验，请同学们思考一下：从变化的角度来看，化学电池的内部发生了什么性质的变化？化学变化。如果从能量的角度来看，化学电池是怎样的一种装置？
【教师小结】（学生思考回答后小结）
化学电池是一种可以输出电能的装置。在化学电池中，物质之间发生了化学变化，同时，物质的化学能转化为电能释放了出来。那么，请同学们回顾前面所学过的化学变化的现象并进行思考：物质在发生化学变化的同时，物质的化学能还有其他的转化形式吗？
【学生交流讨论】
【教师小结】木炭在氧气中燃烧时发出了白光，说明木炭的化学能转化为光能释放出来；木炭燃烧的同时还释放出热量，说明木炭的化学能转化为热能释放出来；说明物质的化学能还能转化为热能和光能等……任何化学变化都伴随着能量的转化，这正是科学家们开发新能源的重要依据。新能源开发的进展是很快的，同学们想了解得更多一些吗？你们可以上网查阅资料，或者到图书馆查阅文献资料。
三、典例剖析
例 科学家提出了一种最经济最理想的获得氢能源的循环体系（如下图）。下列说法错误的是（ ）
A.分解的水的质量等于生成的氧气和氢气的质量和
B.氢气和氧气的反应为吸收热量
C.氢气和氧气的反应属于化合反应
D.催化剂在反应前后质量和化学性质不变
【解析】A．根据质量守恒定律：参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成各物质的质量总和，因此分解的水的质量等于生成的氧气和氢气的质量和，故A说法正确。B．根据氢气和氧气的反应放出热量，故B说法错误。C．根据化合反应由“多变一”的特点进行判断可知氢气和氧气的反应属于化合反应，故C说法正确。D．根据催化剂的特点：能改变化学反应的速率，而本身的质量和化学性质不变，故D说法正确。
【答案】B
四、课堂小结
【提问】通过这节课的学习，你都有哪些收获？
【小结】一、清洁高效的氢能氢能源的三个优点：来源广、热值高、无污染。
大量使用氢能源要解决的问题：
1.如何廉价地制取氢气
2.氢气的存储和运输问题
二、应用广泛的化学电池
化学电池：化学能、电能
五、布置作业完成本课时对应练习。
教材习题解答
挑战自我(P98)
1.来自太阳的能源：太阳能、风能、水能、煤炭、石油、天然气、生物能等；来自其他天体的能量：潮汐能；来自地球内部的能量：地热能、核能；另外如波浪能，月球能源等。
2.B【解析】目前制取氢气主要是通过电解水或金属与酸反应，制备氢气耗能大，成本高。
3.1136kJ【解析】电解72g水生成的氢气8g，1g氢气完全燃烧生成液态水时放出142kJ的热量，8g氢气完全燃烧生成液态水时放出142kJ×8=1136kJ的热量。
第一节 化学与能源开发
一、氢能源
1.氢能源的优点：
（1）原料不受限制（来源广）;
（2）燃烧时放出热量多（热值高）;
（3）生成物不会污染环境。（故称为“绿色能源”）
2.氢能源的缺点：
（1）制备氢气的能耗问题（成本高）;
（2）氢气的储存和运输等问题（安全问题）。
3.氢能源的发展前景：要利用太阳能来分解水制取氢气，制备高效、廉价的储氢材料。
二、化学能转化为电能
1.化学电源：是一种将化学能直接转化为电能的装置，常见的电池是化学电源。
2.化学电源的优点：既可以减少大气污染，又可以提高能量的转化效率。
3.实验：化学能转化为电能的实验。
由一则新闻引入，激发学生兴趣，并通过材料的讨论激发学生思考，从而引出开发新能源，详细学习了氢气和化学电池两种新能源，运用多种教学法，讨论、合作探究等。本节课较好地结合学生的生活，学生比较感兴趣，但是也有联系现实不到位的不足。