第二单元 化学反应中的能量优质课教学设计

第二课时 生物质能的利用 氢能的开发与利用

整体设计

三维目标

1.知识与技能

简单了解生物质能、氢能利用的现状，了解开发利用生物质能、氢能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题。

2.过程与方法

(1)采用阅读资料、收集数据等生动活泼的学习形式，调动学生的学习积极性和主动性。

(2)联系生产、生活实际学习生物质能、氢能的利用。

3.情感态度与价值观

认识开发、利用高能清洁能源的重要性和紧迫性，提高学生的科学素养，增强学生的社会责任感。

教学重点

生物质能、氢能利用的现状、开发利用生物质能、氢能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题。

教学难点

生物质能、氢能的利用原理。

课前准备

所用投影的ppt（网址：www.zhyh.org/?action=copyright!show&id=1331) 教学过程

知识回顾

上节课我们讨论学习了有关太阳能的利用，知道现阶段人类对太阳能的利用方式一般有以下三种：1、光能—化学能转换，2.光能—热能转换，3.光能—电能转换。

导入新课

除了太阳能以外，还有其他的洁净、高效的新能源吗？在所有的可利用的能源中，有一种能源可以被描述成是一种古老而年轻的能源，那就是我们今天所要学习的生物质能。

推进新课

[板书]二、生物质能的利用

【提问】生物质能来源于哪里呢？生物质包括哪些呢？请同学们阅读教材P49“生物质能的利用”第一自然段，回答这些问题。

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［结论］生物质能来源于植物及其加工产品所贮存的能量。

生物质包括农业废弃物（如植物的秸秆、枝叶）、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。这些物质中蕴藏着丰富的生物质能。

［讨论］同学们知道人类是如何来利用生物质能的吗？

［结论］植物的秸秆、枝叶等农业废弃物可以用来燃烧而产生热量；将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜粪便加入发酵池中，可以用来制造沼气，供人们使用。

［投影］生物质能的利用图（ppt）

[板书]1.生物质能的利用方式

(1)直接燃烧 (C6H10O5)n＋6nO2点燃6nCO2＋5nH2O 纤维素

［分析］燃烧植物的枝叶获得热量是远古时期人类就利用的取热方法。但是把生物质直接燃烧有一个很大的缺点，因为生物质燃烧过程的生物质能的净转化效率只在20%—40％之间，这造成了能量的重大浪费。对于生物质能的利用还有其他的方式，如生物化学转换、热化学转换。

[板书] (2)生物化学转换

①制沼气

［投影］沼气的制备及利用图

［分析］沼气是应用十分广泛的气体燃料，在农村建造沼气池，不仅能有效地利用生物质能，发酵生成沼气后的残余物还可以综合利用，作为饲料和优良的肥料等，一举两得。

②制乙醇

nC6H12O6 (C6H10O5)n＋nH2OC6H12O6发酶2C2H5OH＋2CO2↑

［投影］使用乙醇汽油的汽车图片

[板书](3)热化学转换

［分析］生物质能的热化学转换就是使生物质在一定条件下发生化学反应，产生热值较

高的可燃气体。

[板书]生物质可燃气体

复杂的化学反应酶nC6H12O6

(C6H10O5)n＋nH2O第

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酶

纤维素

C6H12O6＋2H2O2CH4↑＋4CO2↑＋4H2↑

【提问】通过以上对生物质能的利用的学习，同学们能不能谈一谈生物质能有什么优点呢？

［结论］生物质能可再生、储量大、污染低。

[板书]2.生物质能的优点：

(1)可再生 (2)储量大 (3)污染低

［讨论］请同学们阅读课本P50“拓展视野”，讨论与传统的填埋方法相比，用焚烧的方法处理垃圾，优点有哪些？

［结论］用焚烧的方法处理垃圾，可以把大量生活垃圾中的生物质能转化为热能、电能，不造成能源的浪费，同时减轻了垃圾占地给城市造成的压力，大大改善了城市环境，增强了市民的环保意识。

[板书]三、氢能的开发与利用

【提问】通过初中化学的学习，我们就知道了氢能是最好的洁净、高效的新型能源，那么为什么可以这样说呢？氢能有什么优点呢？

［结论］氢能的优点有三个：

①氢气完全燃烧放出的热量是等质量汽油完全燃烧放出热量的3倍多；

②制取它的原料是水，资源不受限制；

③它燃烧产物是水，不会污染环境，是理想的清洁燃料。

[板书] 1.氢能的三大优点：(1)热值高 (2)来源广 (3)无污染

【提问】氢能是一种理想的、极有前途的二次能源，它被人们视为理想的“绿色能源”，大家知道几种产生氢能的方式？这些方式有哪些优点和缺点？

［结论］目前人类制取氢气的方法有：

(1)以天然气、石油和煤为原料，在高温下与水蒸气反应或用部分氧化法制氢气。

(2)电解水制氢气。该方法制备氢气条件比较简单，对环境也不会造成污染，但用该方法来制备氢气需要消耗大量的电能，生产成本太高。

(3)在光分解催化剂存在下，在特定的装置中，利用太阳能分解水制氢气。

(4)利用蓝藻等低等植物和微生物在阳光作用下释放出氢气。

总体来说，考虑到所消耗的代价以及环境保护等问题，后两种应该是最佳方式。

[板书]2.氢能的产生方式

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(1)在高温下与水蒸气反应或用部分氧化法制氢气

(2)电解水制氢气

(3)利用太阳能分解水制氢气

(4)利用蓝藻等低等植物和微生物在阳光作用下释放出氢气

【提问】大规模生产氢气的工艺，要求氢气的生产成本低、环境污染少、工艺简单、生产安全等。那么同学们知道目前人类有哪些途径可以来利用氢能呢？

［讨论］①氢气燃烧放热（如以液态氢作为火箭的燃料）；

②用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池；

③利用氢的热核反应释放的核能（如氢弹）。

[板书]3.氢能的利用途径

①氢气燃烧放热（如以液态氢作为火箭的燃料）；

②用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池；

③利用氢的热核反应释放的核能（如氢弹）。

【提问】请同学们阅读教材P51“拓展视野”，了解什么是贮氢合金？它的工作原理是什么？

［结论］贮氢金属材料是指那些具备良好的吸收和释放氢气能力的金属或合金。其工作原理是在一定的温度和压力条件下，贮氢金属吸氢，形成氢化物。改变条件发生逆向反应，再释放出气态氢。这个过程可以循环进行，直至贮氢金属失效。

[板书]4.储氢材料

(1)贮氢金属材料是指具备良好的吸收和释放氢气能力的金属或合金。

(2)工作原理：

氢化物氢气

贮氢金属［投影］碳纳米管储氢材料的图片

碳纳米管储氢材料

一定的温度和压力条件下,吸氢改变条件发生的逆向反应

课堂小结

生物质能和氢能都是非常理想的可再生能源，生物质能还具有低污染性和分布广泛性的第

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特点，生物质能是世界第四大能源,仅次于煤炭、石油和天然气，生物质能高新转换技术不仅能够大大加快村镇居民实现能源现代化进程，满足农民富裕后对优质能源的迫切需求，同时也可在乡镇企业等生产领域中得到应用，研究新型转换技术、开发新型装备既是农村发展的迫切需要，又是减少排放、保护环境、实施可持续发展战略的需要。

布置作业

1.“绿色化学”要求从根本上减少乃至杜绝污染。下列对农作物收割后留下的茎干的处理方法中，不符合“绿色化学”的是（ ）

A.就地焚烧 B.发酵后作农家肥 C.加工成精饲料 D.制造沼气

2.下列对于城市废弃物中生物质能的利用不合理的是（ ）

A.把废弃物拉到乡下找个地方埋掉

B.对废弃物进行处理后焚烧，利用产生的热能供热和发电

C.把废弃物进行生物化学转化获取甲烷

D.让废弃物在一定条件下发生化学反应，产生热值较高的可燃性气体

3.下列选项中，说明乙醇作为燃料的优点的是（ ）

①燃烧时发生氧化还原反应 ②充分燃烧的产物不污染大气 ③乙醇是一种可再生能源 ④燃烧时放出大量热量

A.①②③ B.①②④ C.①③④ D.②③④

[答案] 1.A 2.A 3.D 板书设计

生物质能的利用 氢能的开发与利用

二、生物质能的利用

1.生物质能的利用方式

(1)直接燃烧(C6H10O5)n＋6nO2点燃6nCO2＋5nH2O 纤维素

(2)生物化学转换

①制沼气

②制乙醇

nC6H12O6 (C6H10O5)n＋nH2O第

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酶

2C2H5OH＋2CO2↑

C6H12O6(3)热化学转换

发酶nC6H12O6

(C6H10O5)n＋nH2O 纤维素

C6H12O6＋2H2O2CH4↑＋4CO2↑＋4H2↑

酶2.生物质能的优点：

(1)可再生 (2)储量大 (3)污染低

三、氢能的开发与利用

1.氢能的三大优点：(1)热值高 (2)来源广 (3)无污染

2.氢能的产生方式

(1)在高温下与水蒸气反应或用部分氧化法制氢气

(2)电解水制氢气

(3)利用太阳能分解水制氢气

(4)利用蓝藻等低等植物和微生物在阳光作用下释放出氢气。

3.氢能的利用途径

①氢气燃烧放热 ②用高压氢气、氧气制作氢氧燃料电池 ③利用氢的热核反应释放的核能（如氢弹）

4.储氢材料

(1)贮氢金属材料是指那些具备良好的吸收和释放氢气能力的金属或合金。

(2)工作原理：

氢气

贮氢金属氢化物教学反思

在学习本节课前，教师可以利用学校的网络资源，组织学生先对生物质能、氢能的相关资料作收集、了解，拓展学生的知识面，同时也为新课的讲解做好准备。

在教学过程中，教师要充分调动起学生学习的积极性，通过交流、讨论等多种方式，让学生利用所了解的知识，大胆阐述自己的观点，积极投入到课堂学习中来，让学生成为课堂的主角。同时通过学生间的交流讨论，让学生感受到开发、利用生物质能和氢能的美好前景，激发学生学好化学知识、利用知识为人类做贡献的热情，提高学生的社会责任感。

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一定的温度和压力条件下，吸氢改变条件发生逆向反应

生物质能、氢能的开发利用主要以常识性介绍为主，不宜进行技术细节上的拓展，本节课的学习，意在激发学生的求知欲望。

备课资料

1.储氢材料

氢是一种热值很高的燃料。燃烧1千克氢可放出62.8千焦的热量，1千克氢可以代替3千克煤油。氢氧结合的燃烧产物是最干净的物质——水，没有任何污染。未来最有前途的燃料电池也主要是以氢为能源。目前利用氢能的困难是什么呢？

氢的来源非常丰富，若能从水中制取氢，则可谓取之不尽、用之不竭。氢能的利用，主要包括两个方面：一是制氢工艺，二是储氢方法。

传统储氢方法有两种，一种方法是利用高压钢瓶（氢气瓶）来储存氢气，但钢瓶储存氢气的容积小，瓶里的氢气即使加压到150个大气压，所装氢气的质量也不到氢气瓶质量的1％，而且还有爆炸的危险；另一种方法是储存液态氢，将气态氢降温到－253 ℃变为液体进行储存，但液体储存箱非常庞大，需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化。近年来，一种新型简便的储氢方法应运而生，即利用储氢合金（金属氢化物）来储存氢气。

研究证明，某些金属具有很强的捕捉氢的能力，在一定的温度和压力条件下，这些金属能够大量“吸收”氢气，反应生成金属氢化物，同时放出热量。其后，将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属，称为储氢合金。

储氢合金的储氢能力很强。单位体积储氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1 000倍，也即相当于储存了1 000个大气压的高压氢气。

目前研究发展中的储氢合金，主要有钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金及稀土系储氢合金。

储氢合金不光有储氢的本领，而且还有将储氢过程中的化学能转换成机械能或热能的能量转换功能。储氢合金在吸氢时放热，在放氢时吸热，利用这种放热—吸热循环，可进行热的储存和传输，制造制冷或采暖设备。

储氢合金还可以用于提纯和回收氢气，它可将氢气提纯到很高的纯度。例如，采用储氢合金，可以以很低的成本获得纯度高于99.999 9%的超纯氢。

储氢合金的飞速发展，给氢气的利用开辟了一条广阔的道路。

2.相关链接

（1）www.huaxue.com.cn 第

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在该网站上可以查到《苏教必修2专题2化学反应与能量转化教案》

（2）http://www.shouzhong.net/szxkb/index.asp 在该网站上可以查到苏教版必修2全套教案

（3）www.k45.cn 在该网站上可以查到苏教版必修2全套教案

（4）www.e-huaxue.com 在该网站上可以查到有关《生物质能的利用 氢能的开发与利用》的课件、教案以及《第四单元 太阳能、生物质能和氢能的利用》的相关练习

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