第四单元 太阳能 生物质能和氢能的利用教学实录及点评

第4单元

太阳能、生物质能和氢能的利用单元分析

一、内容分析

目前主要使用的能源大多数来自煤、石油和天然气。这些矿物能源很可能在几百年内被人类消耗尽，而且矿物能源的利用带来的环境污染问题越来越严重。因此，研究清洁、高效、用之不竭的新能源是当前重要而迫切的任务。

新能源中有太阳能、生物质能、氢能、风能、海洋能、地热能等。本单元以太阳能、生物质能和氢能为例，让学生认识开发利用新能源的重要性。

地球上最基本的能源是太阳能。可谓“取之不尽，用之不竭”，因此开发利用太阳能的前景非常美好。如何有效地收集太阳能是开发利用太阳能中极为关键的问题。教材首先介绍了三种主要的太阳能利用方式：光—化学转换，光—热转换，光—电转换。绿色植物的光合作用就是一个光—化学转换过程。

生物质能包括植物及其加工产品和动物粪便等，是人类最早利用的能源。生物质能归根到底是太阳能，因此利用生物质能就是间接利用太阳能。对生物质能的利用有直接燃烧、生物化学转换、热化学转换三种主要形式。

随着对太阳能开发利用的不断深入，科学家已经开始用太阳能分解水来制取氢气。氢能是理想的、最有前途的二次能源。制氢的原料是水，资源不受限制；产物是水，不会污染环境；燃烧时反应速率快，等质量的氢气燃烧放出的热量是汽油的三倍多。因此氢能被认为是理想的“绿色能源”。但氢能源的开发利用要解决以下问题：如何廉价的制取氢气，如何储存和运输氢气。

教材用太阳能、生物质能、氢能展示了开发利用新能源的美好前景，强调了开发新能源中科学技术的重要性。

二、目标分析

1.知识与技能

了解化石燃料的不可再生性及其给环境带来的问题；了解太阳能、生物质能、氢能的利用现状；

认识开发利用太阳能、生物质能、氢能的重要性和迫切性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。

2.过程与方法

从学生已有的经验出发，通过参观、调查、资料收集、阅读、讨论等方法，了解新能源的利用与日常生活的密切联系；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。

3.情感态度与价值观

通过新能源的利用与日常生活的联系，使学生在熟悉的生活情景中感受学习化学的重要性，增强学习化学的自信心，同时认识到开发利用新能源、绿色能源的重要性和迫切性。

三、教学重点与难点分析

本章的教学重点为太阳能的利用、生物质能的利用、氢能的开发和利用。它是本专题内容在实际生活与生产中的应用，从学科的知识体系而言，它不属于核心的知识，而是核心知识的应用内容。一方面，它能让学生学以致用，并从中感悟到化学知识的价值所在；另一方面，能源问题也是二十一世纪人类所面临的重大课题，对学生形成良好的社会意识与环境意识有积极的意义。

对于重点内容的教学，在课前要充分了解太阳能的利用、生物质能的利用、氢能的开发和利用现实情况，力求让学生能从实际的事例或身边的事例中应用习得的化学知识，体现化学教学对学生生命成长的积极意义。

本单元没有涉及新的化学概念与原理，所以在教学中没有知识上的难点。

四、教学建议

本单元在前三单元介绍了化学反应中的能量变化、化学能与电能的相互转化之后，向学生展示了开发利用新能源的美好前景。更进一步让学生体会到能源与人类生存和发展的息息相关，能源在社会发展提高人们生活质量上的重要作用。

本章通过开发新能源、解决能源危机等知识激发学生学习化学的兴趣，教育学生关心能源、环境等与现代社会有关的化学问题。

1．在教学中，要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的科学技术，强调科学技术的应用价值。要突出新能源的开发利用将为解决能源危机、环境污染问题、满足人民不断增长的生活需要作出重要的贡献。要强调开发利用新能源，要综合应用物理、化学、生物、材料科学等多种学科的知识和技术，激发学生的求知欲。

2．要紧密联系生产、生活实际问题，立足现代社会生活和学生未来发展的需要，通过世界和我国能源消费结构及变化趋势，让学生既看到人类面临的能源危机，又看到太阳能、生物质能、氢能等新能源的美好前景。鼓励学生关心能源问题，感悟开发新能源的重要性。

3．要从学生已有的知识出发，使学生领悟到开发新能源与自己的日常生活密切相关，进一步认识到学习化学知识的重要性。要引导学生利用所学的化学知识，分析太阳能、生物质能、氢能利用的化学原理，设想解决开发利用新能源中尚存问题的方法，提高应用知识的能力。

4．可以利用多种学习方式，参观考察、观看录像、查阅资料、网络搜索资料等，充分发挥学生学习的主动性，组织学生自主学习、小组学习等，学习成果可以以多种形式展示，如交流、汇报、调查报告等。

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第4单元

太阳能、生物质能和氢能教学设计

一、学习目标

1．简单了解太阳能、生物质能利用的现状，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．联系生产、生活实际学习太阳能、生物质能的利用。

3．认识开发、利用高能清洁能源的重要性和紧迫性。

4．通过活动与收集资料，增强节约能源、保护环境的意识，增强社会责任感。

二、教学重点及难点

教学重点：太阳能、生物质能利用的现状、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、生物质能利用的原理。

三、设计思路

本单元是专题2“化学反应与能量转化”中的最后一部分内容。在前三单元介绍了化学反应速率和反应限度、化学反应中的能量变化、化学能与电能的相互转化之后，提出了太阳能、生物质能、氢能等新能源的开发问题，向学生展示了开发利用新能源的美好前景。更进一步让学生体会到能源与人类生存和发展的息息相关及能源在社会发展、提高人们生活质量上的重要作用。

因此在教学中，突出介绍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的科学技术，强调科学技术的应用价值。突出新能源的开发利用将为解决能源危机、环境污染问题、满足人民不断增长的生活需要做出重要的贡献。强调开发利用新能源要综合应用物理、化学、生物、材料科学等多学科的知识和技术，激发学生的求知欲。

在教学中可紧密联系生产、生活中的实际问题，从学生已有的知识出发，使学生领悟到开发新能源与自己的日常生活密切相关，进一步认识到学习化学知识的重要性。引导学生利用所学的化学知识，分析太阳能、生物质能、氢能利用的化学原理，设想解决开发利用新能源中尚存问题的方法，提高应用知识的能力。

四、教学过程

[展示图片]2001年世界能源消耗比例（PPT2）

[创设问题情景]从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，估计世界各地区蕴藏的石油可以供各地区使用多少年。从估计结果你想到什么？

[学生讨论][教师讲解]

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。

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，而太阳能是最诱人的。

[学生讨论、教师补充]开发、利用太阳能的意义（PPT3、4）

1．从化石燃料的不可再生和能源危机认识利用太阳能的意义。

2．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量约为5×1019kJ，相当于目前全世界能耗的13000倍。

3．太阳能是清洁能源，不污染环境。

4．人类开发和利用太阳能已取得初步而又可喜的成果，改善了人们的生活质量。

[提出问题]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？

[交流与讨论][归纳]植物的光合作用——大自然利用太阳能最成功的途径。

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是植物的光合作用。（PPT5、6）

（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

2

C6H12O6＋6O2

糖，进而生成淀粉、纤维素。6H2O＋6CO2叶绿素（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，葡萄光

糖氧化生成二氧化碳和水，又释放出热量。

(C6H10O5)n＋nH2O催化剂nC6H12O6

C6H12O6(s)＋6O2(g)→6H2O(l)＋6CO2(g)

△H＝－2804 kJ·mol-1

[提出问题]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，人类通过什么方式开发和利用太阳能？

[讨论与归纳]

1．太阳能发电站收集太阳能的原理。

2．太阳能发电站。

[阅读与思考]阅读教材中“太阳能的利用方式”

1．联系物理、化学、生物等已学过的知识理解太阳能利用的原理。

2．联系日常生活中利用太阳能的实例，体会这些实例利用太阳能的方式以及对改善人们生活质量方面所起的作用。

3．在太阳能的开发和利用方面还存在哪些困难和问题。

[归纳与小结]

1．利用太阳能的一般方式（PPT7）

（1）光—热转换：利用太阳辐射能加热物体而获得热能。

（2）光—电转换：①光—热—电转换

②光—电直接转换

（3）光—化学能转换

（4）光—生物质能转换

2．太阳能利用中存在的问题（PPT8）

（1）太阳能吸热板的装置费用昂贵。

（2）太阳能的利用受季节和天气的影响。

（3）大部分太阳能都是在夏天收集。如何把夏天收集的太阳能储存起来，留待冬天使用，仍然是一个有待解决的问题。

[过渡]绿色植物能够在太阳光作用下将二氧化碳和水合成为葡萄糖，进而生成淀粉、纤维素，将太阳能转变为化学能储存起来，并被人们所利用。

[板书]二．生物质能的利用

（PPT9）

点燃6nCO2＋5nH2O [介绍]1．直接燃烧：(C6H10O5)n＋6nO22．生物化学转换

（1）沼气：

酶发酵2C2H5OH＋2CO2↑

（2）乙醇：(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6

C6H12O63．热化学转换

[阅读] 生活垃圾中生物质能的利用

[过渡]有没有洁净、高效、无污染的能源呢？“氢能”被称为21世纪的“绿色能源”。

[板书]三．氢能的开发与利用

[讨论与交流]1、氢能的优点：（PPT11）

（1）燃烧放出的热量多。

（2）燃烧的产物是水，不污染环境。

（3）制备的原料是水，资源不受限制。

2．氢能的产生方式（PPT12）

（1）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。

（2）以天然气、石油和煤为原料，部分氧化法制得。

（3）电解水制得氢气。

（4）生物质气化制氢气。

（5）光解水制得氢气。

3

3.开发利用氢能有待解决的问题：如何廉价的制取氢气？如何储存和运输氢气？（PPT13）

[阅读]储氢材料

[介绍]为进一步开发氢能，推动氢能利用的发展，“氢能技术”已被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划（能源领域）》。

补充练习

一、选择题

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．“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”要求的是

（

）

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

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

4．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

5．下列有关光合作用的说法不正确的是（ ）

A.将无机物转化为有机物 B.反应物的总能量高于生成物的总能量

C.将太阳能转化为化学能 D.是自然界碳元素循环的重要途径

6．能源可划分为一级能源和二级能源。自然界中以现成形式提供的能源称为一级能源，而依靠其他能源间接制取的能源称为二级能源。氢气是一种高效而又没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量存在的水制取。2H2O(l)= 2H2(g)+O2(g)

(1)下列叙述正确的是

（

）

A.电能是二级能源

B.水力是二级能源

C.煤、石油、天然气是一级能源

D.水煤气、干馏煤气是一级能源

（2）关于用水制取的二级能源氢气，以下研究方向正确的是

（

）

A.构成水的氢和氧是可以燃烧的能源，因此可研究在水不分解的情况下，使氢成为二级能源

B.设法将太阳光聚集，产生高温，使水分解产生氢气

C.寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放热量

D.寻找特殊化学物质，用于开发廉价能源，以分解水获得氢能源

7．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

二、填空题

8．氢能源是21世纪极具开发前景的新能源之一，它既是绿色能源，又可循环使用。请在下图的两个空框中填上循环过程中的反应物和生成物的化学式，以完成理想的氢能源循环体系图（循环中接受太阳能的物质在自然界中广泛存在）。从能量转换

I太阳能、催化剂

的角度看，过程II主要是___能转化为____能。

答案1．C

2.A

3.B

4.D

5.B

6．(1) B（2）B 7．A

8.化学

电

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II燃料电池