第四单元 太阳能 生物质能和氢能的利用第一课时导学案

太阳能、生物质能和氢能的利用

【教学目标】

[知识与技能] 了解太阳能、生物质能、氢能开发利用的现状、广阔前景和尚未攻克的一些技术难题。

[过程与方法] 1．采用查阅资料、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、生物质能、氢能的利用。

[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。

【教学重点】

太阳能、生物质能、氢能开发利用的现状、广阔前景和尚未攻克的一些技术难题。

【教学难点】

太阳能、生物质能、氢能的利用原理。

【教学过程】

[图片展示]2014年各类能源在全球能源利用总量中的占比

[情景导入]化石燃料是不可再生能源。科学家对全球化石燃料开采年限作了估计，其预测结果：石油约30年，煤炭约200年，天然气约170年。为了解决全球的能源危机和燃烧化石燃料带来的环境污染问题，世界各国都在致力于开发和利用太阳能、生物质能、氢能等洁净高效新能源。

[图片展示]太阳能的转化

[教师讲解]太阳能可以转化为水能、风能、热能、生物能、化学能、电能、氢能等等，是地球上最基本、最重要的能源。

一、太阳能的利用

[小组讨论]太阳能有哪些优点？有哪些缺点？

[归纳小结]太阳能的优点：(1)资源丰富,总量最大。(2)分布最广无需运输。(3)最洁净。

太阳能的缺点：不稳定,受各种因素（季节、地点、气候等）的影响。

[提出问题]大家知道人们直接利用太阳能的方式有哪些？能举出它们分别有哪些具体应用？

[思考交流]小组讨论，代表反馈，教师给予引导。

[归纳与小结]

利用太阳能的一般方式：

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（1）光—热转换：如地膜、大棚、温室、太阳能热水器、反射式太阳灶、高温太阳炉等。

（2）光—电转换：如太阳能电池。

（3）光—化学能转换：如把芒硝晶体(十水合硫酸钠晶体)装在密闭包装袋里，白天阳光下吸热分解，夜晚化合放热；在光分解催化剂存在下，利用太阳能分解水制氢气。

（4）光—生物质能转换：如光合作用。

[图片展示]日常生产生活中利用太阳能的各种方式

[合作探究]迄今为止，自然界利用太阳能最重要也是最成功的途径是什么？

植物的光合作用——自然界利用太阳能最成功的途径。

（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。

（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。

[思考交流]你能写出这些过程中的反应方程式吗？

[学生反馈]小组讨论，代表板演，教师点评

6H2O + 6 CO2

C6H12O6 + 6 O2

n C6H12O6

(C6H10O5)n + n H2O

(C6H10O5)n + n H2O

n C6H12O6

C6H12O6 + 6 O2

6 H2O + 6 CO2

[图片展示]焚烧秸秆是违法行为；秸秆的主要用途

[教师讲解]像秸秆这样，来源于植物及其加工产品所贮存的能量称为生物质能。

二、生物质能的利用

[提出问题]1.哪些物质中蕴藏着丰富的生物质能? 2.生物质能是一种理想的能源，具有哪些特点呢？

[归纳小结]1.生物质包括农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。

2.①可再生性；②低污染性；③广泛的分布性。

[交流讨论]3.生物质能的主要利用方式有哪些呢？

[图片展示]柴火燃烧；沼气的生产与利用；乙醇汽油；江苏兴化生物质气化—蒸汽联合循环发电厂等

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[归纳小结] （1）直接燃烧

若用纤维素代表植物枝叶的主要成分，燃烧反应可表示为：

；

（2）生物化学转换

①生产沼气，沼气的主要成分是

。

②以农作物制取乙醇的原理：

；

。

（3）热化学转换：

转化为热值较高的可燃气体，如

。

[图片展示]燃料电池汽车；氢能汽车；氢能产生和利用的途径

三、氢能的开发与利用

[交流讨论] 1、你能说说氢能有哪些特点吗? 2、目前人类可以通过哪些途径来利用氢能呢? 3、目前人类获得氢气的方式有哪些？

[学生反馈]小组讨论，代表回答，教师点评

[归纳小结] 1.氢能的特点：（1）热值高：燃烧放出的热量多，是等质量汽油的3倍多

（2）来源广：制取原料是水，资源不受限制

（3）无污染：燃烧产物是水，不污染环境

2.氢能的利用途径：(1)作为燃料，燃烧释放热能

(2)用于氢氧燃料电池，化学能转化为电能

3.氢能的获得方式：(1)电解水

(2)以生物质为原料，经化学反应制得

(3)以天然气、石油和煤为原料，经化学反应制得

(4)使用光分解催化剂，利用太阳能分解水

(5)利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下使水分解产生氢气

[提出问题]这些氢能的获得方式中，哪几种较好？为什么？

[交流讨论]小组交流，各抒己见，教师给予引导。

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[资料展示1] 光解法制氢：在催化剂作用下，利用太阳能，将水分解生成氢气，这种方法是制氢气的主要研究方向。其主要难题是催化剂的选择和制取。

[资料展示2] 微生物制氢：微生物制氢是一种无污染的经济制氢方法。该方法具有原料易得（如采用有机污染物为原料）、制氢成本低并可与治理环境污染相结合等优点，该技术六十年代中期就已提出，九十年代受到重视，德、日、美等一些发达国家制定了生物制氢的发展计划，我国近年也已开发出以厌氧活性污泥对有机废水发酵制取氢气的技术，生产成本低于电解水制氢。

[资料展示3] 氢气的密度小，熔沸点很低，难以液化，氢在存储、运输及应用过程中容易发生爆炸，加氢对材料产生氢脆、氢腐蚀，以及氢渗漏等，所以近年来对贮氢材料的研究很多。

[图片展示]碳纳米管贮氢材料

【课堂小结】

一、太阳能的利用

1.太阳能的特点

2.太阳能的利用方式

二、生物质能的利用

1.生物质能的特点

2.生物质能的利用方式

三、氢能的开发与利用

1.氢能的特点

2.氢能的利用途径

3.氢能的获得方式

[图片展示]新能源：潮汐能、地热能、风能、核能等

[交流讨论]假如你将来从事有关开发和利用能源的研究。你会选择什么研究方向呢？

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