第四单元 太阳能 生物质能和氢能的利用优秀教案设计

第四单元

太阳能、生物质能和氢能的利用

课标分析

内容标准：认识提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料的重要性

活动与探究建议：1、引导学生上网收集现在有关太阳能利用的资料，并开展讨论，还可以应用于哪些方面

2、条件允许可带领学生到垃圾处理厂观察对生活垃圾的利用，使学生树立废物利用和环保意识

3、组织学生交流氢能的利用与开发，使他们畅想未来，树立目标

教材分析

本单元包括太阳能的利用、生物质能的利用以及氢能的开发与利用，是阅读性较强的一部分内容，也是与生产、生活密切相关的部分知识。因此本教材设计了很多“交流与讨论”“拓展视野”等栏目，目的是让学生自主地掌握本单元知识，理解化学反应的应用。

本单元知识框架

能源

化石燃料

太阳能

生物质能

氢能

课时划分：1课时

教法分析

放手让学生自主去学习，可利用教材、网络资源与实地考察等方式，最后先由学生自己总结所学情况，教师再补充强调即可。

学法分析

加强自主学习，可多方查阅资料，考察身边对能源利用的实例，然后写出小论文，进行交流、讨论，增强服务社会的意识。

教学目标

知识与技能：1、了解化石燃料的不可再生性及其给环境带来的问题。

2、简单了解太阳能的利用现状；认识开发利用太阳能的重要性和迫切性。

3、简单了解生物质能、氢能利用的现状；认识开发利用生物质能、氢能的重要性和迫切性。

过程与方法：了解现阶段的能源危机以及现阶段主要使用的能源对环境的主要影响。

通过网络搜索等手段进一步了解太阳能、生物质能、氢能的开发利用前景。

情感态度与价值观：立足现代和未来发展的需要，激发学生的求知欲望。

重点

太阳能、生物质能和氢能利用的现状，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

太阳能、生物质能和氢能的利用原理

教学设计

一、课堂导入：

能源是人类生活和社会发展的基础。举例说明你知道的能源有哪些？

太阳能、煤、石油、天然气、柴草、水能、风能、潮汐能、地热能、核能、氢能、电力等。

目前生活、生产中所需要的能源大多来自于哪里？化石燃料。使用化石燃料面临什么问题？储量问题、污染问题。那为了可持续发展人们应该怎么办呢？

开发和利用清洁、高效的新能源——绿色能源已成为人类共同关注的重大课题。

大家所熟悉的绿色能源有哪些：太阳能、氢能、风能、地热能、潮汐能等。

下面一起来学习一下太阳能、生物质能和氢能的利用。

一、太阳能的利用

1.太阳能的转化

地球上最基本的能源是太阳能，太阳能以光和热的形式传送到地面。人们可以直接利用太阳辐射获得光和热。

绿色植物通过光合作用吸收太阳能，动物食用植物内的淀粉、纤维素、蛋白质间接利用太阳能。化石燃料蕴藏的能量也来自远古时期生物体吸收利用的太阳能，这些太阳能通过各种化学反应转化为化学能，化学能又可以通过各种形式转化为热能、光能或电能释放出来。

目前，科学家们正在研究利用太阳能分解水获得氢气的方法。

你知道吗？太阳能的开发和利用已成为最引人瞩目的研究课题之一。据估计，太阳辐射到地球表面的能量是目前世界能量消耗的1万多倍。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。你知道目前利用太阳能有哪些方

法吗？将你填的表格，与同学进行交流。

大自然利用太阳能最成功的是植物的光合作用。有人估计，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。在太阳光作用下，植物体内的叶绿素将水、二氧化碳转化为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，将光能转化为化学能。

生成太阳能绿色植物体内的叶绿素葡萄糖――→淀粉或纤维素，把光能转化H2O、CO2

光为化学能，化学方程式为6H2O＋6CO2――→C6H12O6＋6O2；

叶绿素淀粉、纤维素在动物体内水解为葡萄糖，继而被氧化生成CO2和H2O，释放出热量，供给生命活动的需要。

催化剂该过程的反应为：(C6H10O5)n＋nH2O――→nC6H12O6

C6H12O6(s)＋6O2(g)―→6H2O(l)＋6CO2(g)

ΔH＝－2 804 kJ·mol－1。

拓展视野：举例说明直接利用太阳能的方式有哪些？

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。太阳能利用的前景及存在的问题？

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。但太阳能也有两个主要缺点：一是能流密度低；二是其强度受各种因素(季节、地点、气候等)的影响不能维持常量。这两大缺点大大限制了太阳能的有效利用。

二、生物质能的利用

1.来源

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。

2．利用方式

(1)直接燃烧

若用纤维素代表植物枝叶的主要成分，则其燃烧的化学方程式为：

点燃(C6H10O5)n＋6nO2――→6nCO2＋5nH2O。

(2)生物化学转换

①制沼气

a．沼气的成分：主要是甲烷，还含有CO2及少量H2S、NH3、PH3等。

b．应用：制气体燃料和优质肥料。

②制乙醇

含糖类、淀粉较多的农作物（如玉米、高粱），在催化剂存在下，经水解和细菌发酵，可以制得乙醇，反应方程式为：

酶(C6H10O5)n＋nH2O――→nC6H12O6，

酶C6H12O6――→2C2H5OH＋2CO2↑。

乙醇可以直接作为燃料，也可以和汽油混合后作发动机燃料。乙醇是绿色可再生的燃料。

(3)热化学转换

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。例如，在汽化炉内加热固体生物质，同时通入空气或水蒸气，或者隔绝空气高温加热生物质，使之发生复杂的化学反应产生可燃气体。

拓展视野：生活垃圾中生物质能的利用

填埋、焚烧

三、氢能的开发与利用

1.氢能的优点

(1)完全燃烧放出的热量多

(2)原料是水，来源广

(3)燃烧产物是水，无污染

氢气被人们看做理想的“绿色能源”。

2．氢能产生与利用的途径

交流与讨论：了解目前常用的制取氢气的方法。归纳整理你查阅到的信息，并与同学交流讨论。大规模生成氢气的工艺，要求氢气的生产成本低、环境污染少、工艺简单、生产安全等。请在你与同学讨论的方法中，选择一种最佳的制氢方案，并简要说明理由。

3．氢能的开发与利用

(1)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。

(2)利用蓝绿藻等低等植物和微生物在阳光作用下分解水释放出氢气。

(3)发现和应用贮氢合金，解决氢气的贮存和运输问题。

目前，我国工业制氢方法主要是以天然气、石油和煤为原料，在高温下使之与水蒸气反应而制得，也可以用部分氧化法制得。这些制氢方法在工艺上都比较成熟，但是由化石能源和电力来换取氢能，在经济上和资源利用上并不合适。

在生活和生产中大量应用氢能源，首先要解决由水制备氢气的能耗、氢气的贮存和运输等问题。

用电解的方法可以使水分解为氢气、氧气，但要消耗大量的电能。科学家正在研究利用其他方法由水制取氢气。例如，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；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。

贮氢合金的发现和应用，开辟了解决氢气贮存、运输难题的新途径。

贮氢金属的化学原理是什么？

【提示】

通过化学反应金属与氢气化合成氢化物。

四、能源的分类与转化

1、能源的分类

人们从不同的角度对能源进行了多种多样的分类，你是怎么样对能源进行分类的，请给出你的讨论结果。

（1）

一次能源和二次能源

（2）

可再生能源和不可再生能源

（3）

常规能源和新能源

（4）

清洁能源和非清洁能源

2、能源的转化

调整和优化能源结构，降低燃煤在能源结构中的比率，节约油、气资源，加大科技投入，加快开发水电、核电和新能源。