第四单元 太阳能 生物质能和氢能的利用教学设计第一课时

专题2 化学反应与能量转化

第4单元

太阳能、生物质能和氢能的利用

本单元的内容介绍了有关能源利用的问题，包括太阳能、生物质能以及氢能这三种能源的开发、利用和一些相关问题的介绍。本单元内容密切联系社会热点问题和生产生活实际，与化学、物理、生物等学科知识联系紧密，对于复习巩固所学的学科知识、提高社会责任感、提高科学素养具有重要作用。

本单元教材内容在编写上有三个特点：

1.突出开发利用新能源的美好前景，说明新能源的开发利用需要新技术、新办法来克服许多技术难关。例如，教材介绍了氢能的利用前景，也指出要大规模制备和利用氢气，还要解决很多问题，有待进一步研究、试验。

2.强调开发利用新能源体现了科学技术的应用价值。教材介绍沼气的开发和利用就是一例。

3.强调开发和利用新能源，要综合应用化学、物理、生物、材料科学等多种学科的知识和技能。本单元教材的学习内容就体现了各学科之间的横向联系和相互渗透。例如，学习研究生物质能的开发利用需要生物学和化学知识。

本单元的教学分为两课时完成，第一课时讲解太阳能的开发、利用的现状，以及开发利用太阳能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题等知识，第二课时讲解生物质能的利用以及氢能的开发和利用问题。第一课时内容的重点是太阳能利用的现状、开发利用太阳能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题，难点是分析太阳能的利用原理。第二课时的重点是生物质能、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，难点是生物质能、氢能的利用原理。

总体是通过有关能源问题的文字、图像资料等，结合交流、讨论等多种学习方式，让学生联系并综合运用物理、生物等学科知识，大胆阐述自己的见解，发挥学生学习的主动性。本单元教学的目的是通过世界和我国的能源消费结构及其变化趋势，让学生一方面看到人类面临的能源危机，鼓励学生关心能源问题，认识开发、利用高能、清洁能源的重要性和迫切性；另一方面也看到太阳能、生物质能、氢能等新能源的开发和利用有着诱人的前景，激发学生的求知欲，鼓励学生为全人类的幸福而努力学习。

课时分配

太阳能的利用 1课时

生物质能的利用 氢能的开发与利用 1课时

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第一课时 太阳能的利用

整体设计

三维目标

1.知识与技能

（1）简单了解太阳能利用的现状，了解开发利用太阳能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题。

（2）了解化石燃料的不可再生性及其给环境带来的问题，了解现阶段的能源危机。

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、生活实际学习太阳能的利用。

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

太阳能利用的现状、开发利用太阳能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题。

教学难点

太阳能的利用原理。

课前准备

所用投影的ppt（网址：www.zhyh.org/?action=copyright!show&id=1332) 整体过程

导入新课

［投影］①世界能源的主要来源的图片。

世界能源的主要来源

现在世界能源消耗中90%以上是不可再生能源。其中：石油大约占40%，煤大约占30%，天然气大约占20%。

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［分析］目前，世界所需的能源大多来自于石油、天然气和煤，它们占到现在世界能源消耗中的90%以上。而我们知道这三种化石燃料是由远古生物掩埋在地下深处历经几百万年演变而形成的，它们都是不可再生能源，而且由于储量有限，很可能在几百年内就被人类耗尽。

［投影］20世纪末统计的非洲、美洲、欧洲和中东地区已经探明的石油储藏量和年平均消耗量数据表。

非洲

美洲

欧洲

中东

石油蕴藏量/t 9.5×10

1.8×10

3.6×10

6.1×10

109109年平均耗油量/t 2.2×10

8.0×10

1.4×10

6.1×10

8888【提问】请同学们根据20世纪末统计的非洲、美洲、欧洲和中东地区已经探明的石油储藏量和年平均消耗量数据表中的数据，估计一下世界各地区蕴藏的石油可以供各地区使用多少年（不计进出口量）。从估计结果你想到什么？

［结论］非洲43年、美洲22.5年、欧洲25.7年、中东100年。世界能源出现了很大的危机。

［分析］化石燃料是不可再生能源。科学家对全球化石燃料何时会被耗尽作了估计，其预测结果是——煤227年，石油40年，天然气61年。

［投影］能源危机图

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［分析］能源危机给人类社会带来的影响是我们难以承受的。而且随着现代工业的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。

［投影］我国和世界能源消耗的趋势图

能源消耗速度加快

［分析］全球能源问题越来越受到人们的关注，而且燃烧化石燃料带来的环境污染问题，如酸雨、温室效应等，也越来越严重，对人类生存环境的破坏越发严重。因此，开发和利用清洁、高效的新能源已成为人类共同关注的重大课题。

【提问】同学们知道的新能源有哪些呢？

［交流、讨论］太阳能、氢能、风能、海洋能等。

［投影］新能源图

推进新课

［分析］在新能源中，太阳能、生物质能、氢能和风能、海洋能、地热能等都是可再生能源。第

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现在，世界各国都在致力于开发和利用这些洁净、高效的新能源，而太阳能是最诱人的。

[板书]一、太阳能的利用

［分析］地球上最根本的能源是太阳能。太阳每年辐射到地球表面的能源约为5×10kJ，相当于目前全世界年能耗的1.3万倍，可谓“取之不尽，用之不竭”，因此太阳能的利用前景是非常诱人的。如何利用这些能量，是人类特别是科学家们十分关心的问题。

[板书]1.太阳能是地球上最基本的能源

［投影］太阳能的转化图

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太阳能的转化

【提问】太阳能可以转化成各种不同的能量，如热能、风能、生物质能等。那么，迄今为止，自然界中利用太阳能最重要也是最成功的途径是什么呢？

［回答］自然界中利用太阳能最重要也是最成功的途径是植物的光合作用。在太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，把光能转化为化学能；动物摄入体内的淀粉、纤维素能水解转化为葡萄糖，葡萄糖氧化生成水和二氧化碳，释放出热量，供给生命活动的需要。

[板书]2.大自然利用太阳能最成功的途径——植物的光合作用

（1）光能转化为化学能。在太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素。

C6H12O6＋6O2

6H2O＋6CO2叶绿素光（2）化学能转化为热能。动物体内的淀粉、纤维素在酶的作用下，水解生成葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，又释放出热量。

(C6H10O5)n＋nH2O

催化剂

nC6H12O6

6H2O(l)＋6CO2(g) ΔH＝－2 804 kJ·mol

-1C6H12O6(s)＋6O2(g)第

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［分析］科学家估计，地球上每年通过光合作用储藏的太阳能相当于全球能源年耗量的10倍左右。

【提问】大自然通过光合作用利用太阳能是如此的成功和美妙。那么，人类是通过什么方式开发和利用太阳能的呢？你知道有哪些途径，已经取得哪些成就吗？请同学们阅读教材P48“拓展视野”。

[板书] 3.利用太阳能的一般方式

［课件展示］

能量转化方式

光能转化为热能，基本原理是将太阳辐射能收集起来

光—热—电转换，其原理是太利用太阳辐射能发电，一般阳是由太阳能集热器发电，太辐阳能集热器吸收的热能使水光能转化射转化为水蒸气，再驱动汽轮为电能

能机发电。

直光—电直接转换，其原理是接根据光电效应，将太阳辐射利能直接转换为电能

用

光能转化为化学能

光能转化为生物质能，其本质也是光—化学能转换

太太阳能间接转化为机械能和电能，原理是阳太阳辐射能使地表水分蒸发形成云雨，下辐雨之后江、河上游的水位提高形成落差，射推动水轮机而发电

能矿物燃料。由远古时代的生物质能转化而间来，归根到底是由太阳能转化而来。

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太阳能利用的实例

地膜、大棚、温室；太阳能热水器；反射式太阳灶；高温太阳炉等

太阳能发电

太阳能电池

利用太阳辐射能和催化剂可以使水分解（光解水）制得氢气

地球上众多植物的光合作用：

6H2O＋6CO2光叶绿素C6H12O6＋6O2

水力发电

太阳能间接转化为化学能

接利用

【提问】请同学们思考一下，人们在太阳能的开发和利用方面还存在哪些困难和问题？

［结论］首先要深入研究出绿色植物光合作用的机理，弄清楚叶绿素的催化原理，以及光合作用发生的温度等外界条件，创造出类似于叶绿素的催化剂，并创造出适合的外界条件。

［评价］这些尚未攻克的难题都需要同学们的不懈努力。同学们可以发挥自己的创造力，课后去查阅一些相关资料，对此问题再做进一步研究和讨论。

课堂小结

未来能源的发展之路，必将是一条在稳步发展和高效利用常规能源的基础上，综合化学、材料、物理等多学科的优势不断开发新技术，利用新能源，注重洁净能源和可再生能源的可持续发展之路。太阳能是地球上最根本的能源，它是一种高能、清洁、可再生能源，太阳能的利用前景是十分诱人的。目前对太阳能的收集和利用主要有三种方式：光—化学转换、光—热转换和光—电转换。

布置作业

1.下列能源中，属于“无污染能源”的是（ ）

A.煤气 B.核能 C.太阳能 D.石油

2.下列属于直接利用太阳能辐射能的方式是（ ）

①光—热转换 ②光—电转换 ③光—化学能转换 ④光——生物质能转换

A.①②③ B.①③④ C.①②④ D.①②③④

3.下列关于能源和作为能源使用的物质的叙述中错误的是（ ）

A.化石燃料物质内部储存着能量

B.太阳能不能直接转化为化学能

C.物质的化学能可能在不同条件下转化为热能、电能为人类所用

D.绿色植物发生光合作用时，将太阳能转化为化学能储存起来

[答案] 1.C 2.D 3.B 板书设计

第四单元 太阳能、生物质能和氢能的利用

一、太阳能的利用

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1.太阳能是地球上最基本的能源。

2.大自然利用太阳能最成功的途径——植物的光合作用。

（1）光能转化为化学能。在太阳光作用下，植物体内的叶绿素把水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素。

C6H12O6＋6O2

6H2O＋6CO2叶绿素光（2）化学能转化为热能。动物体内的淀粉、纤维素在酶的作用下，水解生成葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，又释放出热量。

(C6H10O5)n＋nH2O

催化剂

nC6H12O6 6H2O(l)＋6CO2(g) ΔH＝－2 804 kJ·mol

－1C6H12O6(s)＋6O2(g)3.利用太阳能的一般方式

教学反思

本节课教学中首要问题是如何激发学生学习的积极性，针对这点，新课导入就显得非常重要，本课用大量图片和直观的数据让学生一下感受到人类面临着严重的能源危机，调动学生的学习热情，再从太阳能的多种转化形式以及它的强大能量，让学生感受到开发、利用太阳能的诱人前景，激发学生的求知欲。在教学过程中，围绕学习主题，组织学生进行讨论，发动、鼓励学生联系并综合利用各学科的知识，在讨论中大胆阐述自己的观点，互相启发交流，让学生成为课堂的主角。

在学习过程中，学生的学习热情比较高，较好地完成了本节课的教学目标。

备课资料

1.太阳能的利用

太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、太阳能、海洋能、水能等都来自太阳能。广义地说，太阳能包含以上各种可再生能源。太阳能作为可再生能源的一种，则是指太阳能的直接转化和利用。通过转换装置把太阳辐射能转换成热能利用的属于太阳能热利用技术，再利用热能进行发电的称为太阳能热发电，也属于这一技术领域；通过转换装置把太阳辐射能转换成电能利用的属于太阳能光发电技术，光电转换装置通常是利用半导体器件的光伏效应原理进行光电转换的，因此又称太阳能光伏技术。

20世纪50年代，太阳能利用领域出现了两项重大技术突破：一是1954年美国贝尔实验室研制出6％的实用型单晶硅电池；二是1955年以色列Tabor提出选择性吸收表面概念和理论并研制成功选择性太阳吸收涂层。这两项技术的突破，为太阳能利用进入现代发展时第

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期奠定了技术基础。

2.国内太阳能利用概况

煤炭巨量消费已成为我国大气污染的主要来源。我国具有丰富的太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源资源，开发利用前景广阔。太阳能光伏发电应用始于70年代，真正快速发展是在80年代。在1983年—1987年短短的几年内先后从美国、加拿大等国引进了七条太阳能电池生产线，使我国太阳能电池的生产能力从1984年以前的年产200千瓦跃到1988年的4.5兆瓦。目前太阳能电池主要应用于通信系统和边远无电县、无电乡村、无电岛屿等边远偏僻无电地区，年销售约1.1兆瓦，成效显著。

(1）建成了40多座县、乡级小型光伏电站，光伏电池总装机容量约600 KW，其中西藏最多，达450多千瓦；1998年10月建成我国最大的西藏那曲安多县光伏电站的光伏电池装机容量高达100 KW。

（2）家用光伏电源在青海、内蒙古、新疆、甘肃、宁夏、西藏以及辽宁、吉林、河北、海南、四川等地广泛应用。

（3）在22所农村学校建立了光伏电站，光伏电池组件的总装机容量为57 KW。

（4）1998年中国通信史上建成难度最大的兰—西—拉光缆干线工程，有26个光缆通信站采用光伏电池作电源，其海拔高度多在4 500 m以上，光伏电池组件的总功率达100 KW。

（5）1996年建成了塔中4—轮南输油输气管道阴极保护光伏电源系统，总功率为 40 KW。该系统横贯环境恶劣复杂的塔克拉玛干大沙漠，总长达300 km。

（6）1995年，63个国家重点援藏项目——西藏广播电视发射接收工程采用光伏电池供电，共建成216套卫视接收站和多套调频发射站光伏电池供电系统，总功率为300多KW。

3.相关链接

（1）www.eresdown.com 在该网站上可以查到《化学必修2专题备课资料——苏教版（全套）》

（2）www.ehuaxue.com 在该网站上可以查到有关《太阳能的利用》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

（3）www.xkbw.net 在该网站上可以查到有关《第四单元 太阳能、生物质能和氢能的利用》的教案

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