第二节 化学与能源开发（教学设计） 化学鲁教版五四学制2024九年级全一册

第二节 化学与能源开发 一、知识目标 1. 通过分析氢气用作燃料的优点，认识氢能是未来最理想的能源。 2.明确化学反应产生的能量可以转化为电能，了解电池的分类及特点。 3.了解太阳能、核能、风能、水能、潮汐能等新能源的特点和利用方式。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：从宏观上认识各种能源的特点和应用，从微观上理解化学能与电能的转化原理。 2.科学态度与社会责任：增强能源意识，强化关心自然、关心社会的责任感，树立环保意识，践行环境友好生活方式。 3.科学探究与创新意识：通过对氢气燃料、化学电池等的探究，培养学生的探究能力和创新思维。 一、教学重点 氢能源的优点、化学电池。 二、教学难点 化学能与其他形式能的相互转化。 本节教学内容出自鲁教版初中化学教材第六单元第二节《化学与能源开发》。此节内容在整个化学课程体系中具有重要地位，它紧密联系社会发展和生活实际，是化学知识与社会应用的重要结合点，对于培养学生的化学核心素养和社会责任感具有关键作用。 教材首先阐述了人类社会发展对能源的依赖，以及化石燃料面临的枯竭危机和环境问题，从而引出开发新能源的重要性和紧迫性。接着详细介绍了太阳能、核能、风能、水能、潮汐能等新能源的特点和利用方式，让学生对新能源有全面的认识。重点聚焦于氢能，分析其作为未来最理想能源的优点和面临的挑战，如制取成本高、储存运输困难等。同时，教材还介绍了化学电池的分类、特点以及化学反应产生电能的原理，通过实验探究让学生直观感受化学能与电能的相互转化。最后通过课堂达标练习，巩固学生对知识的理解和应用。 教学对象是初中阶段的学生，这个时期的学生好奇心强，对新鲜事物充满探索欲望，但在知识储备和思维能力上存在一定差异。初中学生已经具备了一些基础的化学知识，如氢气的性质、化学反应的概念等，但对于能源与化学的深层次联系了解较少。他们的思维以形象思维为主，需要通过直观的实验和实例来理解抽象的化学概念。 高中学生在知识和思维上有了进一步的发展，能够进行更深入的思考和分析。他们对化学与社会发展的关系有了一定的认识，但对于新能源的开发和利用的原理和技术还缺乏系统的了解。在学习过程中，学生可能会对氢能的制取、储存和化学电池的工作原理等内容感到困惑。因此，在教学中应结合学生的实际情况，采用多样化的教学方法，如实验演示、多媒体展示、小组讨论等，帮助学生理解和掌握知识，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学思维和社会责任感。同时，要引导学生关注能源问题，树立正确的能源观和环境观。 教学环节一 课堂导入 【分享生活能源使用】同学们，让我们聊一聊日常生活中能源的使用。大家想一想，每天我们家里做饭用的燃气，出行乘坐的汽车加的汽油，还有家里电器使用的电，这些能源都来自哪里呢？先和小组内的同学交流一下，然后请几位同学代表小组来分享。（给学生几分钟时间交流讨论，之后请代表发言，学生可能会提到天然气、石油、煤炭发电等） 【展示能源危机与污染数据】大家说得都很对。目前，我们人类利用最多的能源是煤、石油、天然气等化石燃料。但是，老师要给大家展示一组数据。据统计，按照目前的开采速度，石油仅够开采 40 - 50 年，天然气还能开采 60 - 70 年，煤炭也只能维持 200 - 300 年。而且，化石燃料的大量使用，导致每年全球碳排放量不断增加，引发了温室效应、酸雨等一系列环境问题。大家看到这些数据，有什么感受呢？（引导学生发表自己的看法，如担忧、意识到问题的严重性等） 【引出 2022 北京冬奥会火炬亮点】在这样严峻的能源形势和环境问题下，科学家们一直在努力寻找清洁而又高效的新能源。大家还记得 2022 年北京冬季奥运会的火炬“飞扬”吗？它有一个非常厉害的科技亮点，就是采用氢气作为燃料。氢气作为一种新能源，它有什么优点呢？除了氢气，还有哪些新能源呢？这些新能源又该如何开发和利用呢？带着这些问题，让我们一起走进今天的学习——化学与能源开发。 设计意图 1.激发学生兴趣与参与度：通过让学生分享生活中能源的使用，将化学知识与学生的日常生活紧密联系起来，让学生迅速参与到课堂讨论中，激发他们对能源问题的关注和兴趣。 2.增强危机意识：展示化石燃料的枯竭危机和使用带来的环境问题数据，让学生直观地感受到能源问题的严峻性，从而增强他们的能源意识和社会责任感，为学习新能源的开发和利用奠定情感基础。 3.引入新课：以 2022 北京冬奥会火炬采用氢气作为燃料这一科技亮点为切入点，引出本节课要学习的新能源相关内容，使抽象的能源知识变得具体而有趣，自然地过渡到新课的学习，让学生带着好奇和疑问去探索新能源的奥秘。 教学环节二 认识新能源 活动一：新能源的背景引入 【引入】同学们，人类社会的发展离不开能源。目前人类利用最多的能源是煤、石油、天然气等化石燃料，但大家想一想，这些化石燃料面临着怎样的现状呢？其实，它们正面临着日益枯竭的危机，而且化石燃料的使用还会导致碳排放量的增加。所以，开发利用清洁而又高效的新能源，就成了21世纪人类面临的重要课题。 【问题】那大家能先说一说自己所知道的新能源有哪些吗？ 【学生思考】积极思考并举手回答，可能会提到太阳能、风能等。 【讲解】评价学生的回答，然后介绍解决能源问题的措施，如能源效率提升（改进工业、交通、建筑和家庭的能源使用方式，采用节能技术和设备，减少能源浪费）和发展可再生能源（投资并推广太阳能、风能、水能和生物能源等，减少对化石燃料的依赖，政府可以提供激励措施）。接着依次介绍各种新能源，包括太阳能、核能、风能、水能、潮汐能的定义、特点和利用方式等。 设计意图 通过展示化石燃料的现状，引发学生对能源问题的关注，进而引出新能源的概念，激发学生对新能源学习的兴趣。让学生先说出自己知道的新能源，能调动学生的已有知识储备，为后续学习做铺垫。详细介绍新能源，能让学生对各种新能源有初步的认识。 【对应训练1】下列能源中，属于新能源的是（ ） A. 煤 B. 石油 C. 太阳能 D. 天然气 【答案】C 【解析】煤、石油、天然气是目前人类利用最多的化石燃料，不属于新能源；太阳能是清洁而又高效的新能源，所以选C。 【对应训练2】下列关于新能源特点的描述，错误的是（ ） A. 太阳能具有可再生、能量大、普遍的特点 B. 核能发电不会造成空气污染 C. 风能储量小、分布窄 D. 水能是清洁能源、可再生能源 【答案】C 【解析】风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，C选项描述错误；A、B、D选项对太阳能、核能、水能特点的描述均正确，所以选C。 教学环节三 探究氢能 活动一：氢气用作燃料的优点 【引入】2022年北京冬季奥运会的火炬“飞扬”有一个科技亮点，就是采用氢气作为燃料。那氢气用作燃料有哪些优点呢？让我们一起来探讨一下。 【问题】根据你所知道的有关氢气的知识，就氢气用作燃料的优点与同学进行讨论、交流：1. 氢气燃烧产生的热量；2. 氢气燃烧的产物；3. 制取氢气的原料。 【学生思考】学生分组讨论，然后每组派代表发言。可能会提到氢气燃烧的热值比化石燃料高很多，氢气燃烧后生成水，不污染环境，氢气可以由水制得等优点。 【讲解】评价学生的发言，总结氢气用作燃料的优点：氢气燃烧的热值比化石燃料高很多，而且氢气可以由水制得，燃烧后又生成水，不污染环境。因此，氢能是未来最理想的能源。同时也指出氢气的生产过程需要消耗大量的电能，生产成本高且储存和运输困难等缺点。 设计意图 通过奥运会火炬采用氢气作燃料这一实例引入，能激发学生的学习兴趣。让学生讨论氢气用作燃料的优点，培养学生的思考和交流能力，同时加深对氢能优点的认识。指出氢能的缺点，让学生对氢能有更全面的了解。 【对应训练1】下列关于氢能的说法，正确的是（ ） A. 氢能不是清洁能源 B. 氢气燃烧的产物会污染环境 C. 制取氢气的成本低 D. 氢能是未来最理想的能源 【答案】D 【解析】氢气燃烧生成水，不污染环境，是清洁能源，A、B选项错误；氢气的生产过程需要消耗大量电能，生产成本高，C选项错误；氢气燃烧放热多、产物无污染、原料来源广，所以氢能是未来最理想的能源，D选项正确，选D。 【对应训练2】理想的制氢方法是（ ） A. 电解水制氢 B. 寻找合适的光分解催化剂，使水在太阳光的照射下分解产生氢气 C. 用煤和水反应制氢 D. 用天然气制氢 【答案】B 【解析】电解水制氢消耗电能太多，成本太高，A选项错误；寻找合适的光分解催化剂，使水在太阳光的照射下分解产生氢气，是最理想的制氢方法，B选项正确；用煤和水反应制氢、用天然气制氢都会产生一定的污染，且不是最理想的方法，C、D选项错误，选B。 教学环节四 了解化学电池 活动一：电池的分类及特点 【引入】在我们的生活中，化学电池随处可见，如手机中的锂电池，遥控器中的锌锰干电池，电动汽车中的蓄电池等。那电池都有哪些类型和特点呢？ 【问题】引导学生思考电池的分类方式。 【学生思考】学生思考并回答，可能不太准确全面。 【讲解】介绍按工作原理可将电池分为两类：（1）原电池：只能将化学能转化为电能，不能充电，如普通干电池、碱性电池等；（2）蓄电池：能够将化学能转化为电能，也可以将电能转化为化学能储存起来，如铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池等。同时说明电池以体积小、电容量大、移动方便等特点，在现代社会的生产和生活中得到广泛应用。 设计意图 从生活中常见的电池引入，让学生感受到化学与生活的紧密联系。通过引导学生思考电池分类，培养学生的思维能力，然后详细介绍电池分类和特点，让学生对电池有系统的认识。 【对应训练1】下列电池中，属于原电池的是（ ） A. 铅酸蓄电池 B. 镍氢蓄电池 C. 普通干电池 D. 锂离子电池 【答案】C 【解析】普通干电池只能将化学能转化为电能，不能充电，属于原电池；铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池能够将化学能转化为电能，也可以将电能转化为化学能储存起来，属于蓄电池，所以选C。 【对应训练2】电池在现代社会广泛应用的原因不包括（ ） A. 体积小 B. 电容量大 C. 成本高 D. 移动方便 【答案】C 【解析】电池以体积小、电容量大、移动方便等特点在现代社会广泛应用，成本高并不是其广泛应用的原因，所以选C。 教学环节五 探究化学反应产生电能 活动一：实验探究化学反应能否产生电能 【引入】我们知道电池能将化学能转化为电能，那是不是所有的化学反应都能产生电能呢？让我们通过实验来探究一下。 【问题】1. 观察干电池的剖面图，查阅相关资料，了解干电池中各物质分别有什么作用？2. 把一块锌片和一根碳棒平行插入盛有稀硫酸的烧杯中，观察现象。 【学生思考】学生观察干电池剖面图并查阅资料，然后进行实验操作，观察现象并记录。 【讲解】讲解干电池中各物质的作用：（1）碳棒正极：得电子，参与电化学反应；（2）锌皮负极：失电子，发生氧化反应，释放电子供给外电路；（3）二氧化锰：吸收正极产生的氢气，防止极化现象；（4）炭黑：是导电剂，提高电池的导电性能；（5）氯化铵：是电解质，有助于维持电池内部的电化学反应，确保电池能够正常释放电流。对于锌片和碳棒插入稀硫酸的实验，解释现象：锌片表面有气泡生成，是因为锌与稀硫酸发生反应生成氢气，碳棒无变化。 设计意图 通过实验探究，让学生亲身体验化学反应能否产生电能，培养学生的实验操作能力和观察分析能力。讲解干电池各物质作用和实验现象，帮助学生理解化学反应产生电能的原理。 【对应训练1】在锌片和碳棒插入稀硫酸的实验中，发生反应的化学方程式为（ ） A. Zn + H2SO4= H2↑+ ZnSO4 B. 2Zn + H2SO4= H2↑+ 2ZnSO4 C. Zn + 2H2SO4= 2H2↑+ ZnSO4 D. 2Zn + 2H2SO4= 2H2↑+ 2ZnSO4 【答案】A 【解析】锌与稀硫酸反应生成氢气和硫酸锌，化学方程式为Zn + H2SO4= H2↑+ ZnSO4，所以选A。 【对应训练2】在上述实验中，锌片的作用是（ ） A. 得电子，参与电化学反应 B. 失电子，发生氧化反应，释放电子供给外电路 C. 吸收正极产生的氢气，防止极化现象 D. 提高电池的导电性能 【答案】B 【解析】在该实验中，锌片是负极，失电子，发生氧化反应，释放电子供给外电路，B选项正确；碳棒正极得电子，参与电化学反应，A选项错误；二氧化锰吸收正极产生的氢气，防止极化现象，C选项错误；炭黑是导电剂，提高电池的导电性能，D选项错误，选B。 一、能源现状 1.化石燃料问题：枯竭、污染 2.解决措施：能源效率提升、发展可再生能源 二、新能源 1.太阳能 2.核能 3.风能 4.水能 5.潮汐能 6.氢能：优点、缺点、理想循环体系、燃料电池 三、化学电池 1.分类：原电池、蓄电池 2.特点 3.化学反应产生电能：实验、原理、能量转化 4.废旧电池危害及处理 1.一种利用太阳能分解水的原理如图所示。下列说法不正确的是（ ） A．反应I的化学方程式：I₂ + SO₂ + 2H₂O ═ 2HI + H₂SO₄ B．理论上每生成2g H₂，同时生成32g O₂ C．反应III中生成SO₂和O₂的分子个数比为2：1 D．反应I、II和III在反应前后均有元素化合价发生改变 【答案】B 【解析】A．根据图中信息可知反应I是二氧化硫、碘和水反应生成碘化氢和硫酸，化学方程式为I₂ + SO₂ + 2H₂O ═ 2HI + H₂SO₄，选项正确； B．根据水分解的化学方程式2H₂O$$2H₂↑+O₂↑，可知生成氢气和氧气的质量比为4:32，理论上每生成2g H₂，同时生成16g O₂，选项错误； C．反应III中生成SO₂和O₂的分子个数比为2：1，选项正确； D．反应I中硫元素、碘元素化合价改变，反应II中氢元素化合价改变，反应III中硫元素、氧元素化合价改变，所以反应I、II和III在反应前后均有元素化合价发生改变，选项正确。 2.开发和利用新能源是国家能源战略发展的方向。下列不属于新能源的是（ ） A．天然气 B．核能 C．太阳能 D．风能 【答案】A 【解析】新能源一般是指在新技术基础上加以开发利用的可再生能源，包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能、核能等。天然气属于化石燃料，是传统能源，不属于新能源。答案选A。 3.国家发改委、国家能源局等联合印发了《“十四五”可再生能源发展规划》，下列属于可再生能源的是（ ） A．风能 B．煤 C．天然气 D．石油 【答案】A 【解析】可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽，用之不竭的特点，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。煤、石油、天然气属于化石燃料，是不可再生能源。答案选A。 4.下列关于能源的说法不正确的是（ ） A．氢气是21世纪的理想能源 B．科技发展可促进能源的开发利用 C．煤、石油和天然气都属于可再生能源 D．能源结构向多元、清洁和低碳方向转型 【答案】C 【解析】A．氢气燃烧产物是水，无污染，且热值高，来源广泛，是21世纪的理想能源，选项正确； B．科技发展可以为能源的开发利用提供新的技术和方法，促进能源的开发利用，选项正确； C．煤、石油和天然气属于化石燃料，是不可再生能源，选项错误； D．随着人们对环境保护和可持续发展的重视，能源结构正朝着多元、清洁和低碳方向转型，选项正确。 5.树立环保意识，践行环境友好生活方式。下列做法中，不利于环境保护的是（ ） A. 植树造林扩大绿化面积 B. 减少自驾燃油汽车出行 C. 开发利用氢能等新能源 D. 进一步扩大燃煤发电 【答案】D 【解析】A．植树造林可以吸收二氧化碳，释放氧气，净化空气，有利于环境保护，选项正确； B．减少自驾燃油汽车出行，可以减少汽车尾气的排放，有利于环境保护，选项正确； C．开发利用氢能等新能源，新能源清洁无污染，有利于环境保护，选项正确； D．进一步扩大燃煤发电，煤燃烧会产生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物，不利于环境保护，选项错误。 6.能源是一个国家经济和民生的动力，也是持续发展不竭的源泉。在多样化的能源中，属于不可再生能源的是（ ） A．太阳能 B．风能 C．天然气 D．乙醇 【答案】C 【解析】不可再生能源是指在自然界中经过亿万年形成，短期内无法恢复且随着大规模开发利用，储量越来越少总有枯竭一天的能源，包括煤、石油、天然气等化石燃料。太阳能、风能属于可再生能源，乙醇可以通过生物质发酵等方法制取，也属于可再生能源。答案选C。 7.目前，多数汽车使用的燃料主要是汽油，它是从化石燃料——_____中分离得到的产品。与其相比，氢燃料电池的使用具有下列优势_____（选填字母）。 A.氢气来源广泛，可由空气直接分离获得 B.氢气本身无毒，反应产物也不污染环境 【答案】石油；B 【解析】汽油是从化石燃料石油中分离得到的产品。A．氢气不能由空气直接分离获得，通常通过水的分解等方法制取，A选项错误；B．氢气本身无毒，燃烧产物是水，不污染环境，这是氢燃料电池的优势，B选项正确。 8.氢化钙（CaH₂）固体是一种储氢材料。氢化钙通常用氢气和钙加热制得，制备氢化钙固体的实验装置如图2所示。请阅读下列资料后回答问题： 资料：a、碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物； b、钙遇水立即发生剧烈反应生成氢氧化钙和氢气； c、氢化钙遇水反应生成氢氧化钙和氢气。 ①装置A中生成氢气的化学方程式为。 ②装置B的作用是。 ③装置D中导管E的作用是。 【答案】①2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑；②除去氢气中混有的水蒸气和HCl；③平衡装置内外气压 【解析】①装置A中是铝和盐酸反应生成氯化铝和氢气，化学方程式为2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑；②碱石灰是氧化钙和氢氧化钠的混合物，氧化钙能吸收水蒸气，氢氧化钠能吸收氯化氢气体，所以装置B的作用是除去氢气中混有的水蒸气和HCl；③装置D中导管E的作用是平衡装置内外气压，防止装置内压强过大。 在本节课的教学中，通过展示丰富的图片、视频等资料，让学生直观地了解了各种新能源的特点和应用，激发了学生对新能源的兴趣。在讲解氢能和化学电池时，通过实验和案例分析，帮助学生理解了相关的原理和应用。但在教学过程中，也发现了一些问题。例如，对于一些抽象的概念，如化学能与电能的转化，部分学生理解起来有困难，需要在今后的教学中采用更生动形象的方式进行讲解。此外，在引导学生讨论能源问题时，学生的参与度还有待提高，需要进一步设计更有启发性的问题和活动，鼓励学生积极思考和发言。 14 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $