第6章 专题实践二 了解车用能源（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高一化学必修第二册同步学案（人教版）

本高中化学讲义以“了解车用能源”为核心，系统梳理汽车燃料从燃油到替代燃料再到燃料电池的发展脉络，对比氢气、甲烷、辛烷、乙醇的燃烧产物及热值，分析能量转化效率提升，并探究氢燃料电池的电极反应与电子流向等原理。 资料通过历史发展与燃料对比，培养学生物质性质决定用途的化学观念和证据推理的科学思维，结合氢燃料优缺点及制氢方法的讨论，落实科学探究与实践。课中辅助教师授课，课后帮助学生巩固知识，强化环保与可持续发展的科学态度。

专题实践二　了解车用能源 材料一：汽车燃料的发展历史 汽车燃料的发展随着能源时代而变迁，可以分为3个阶段，从燃油汽车→替代燃料汽车（燃气汽车、掺混燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、电动汽车）→燃料电池汽车。 1．燃油汽车阶段。以汽油和柴油为发动机的驱动力，燃料能耗高，汽车尾气排放有氮氧化物、含硫化合物和二氧化碳等，是造成城市雾霾的主要原因之一。 2．替代燃料汽车阶段。使用替代车用汽油和柴油的汽车。这种替代燃料汽车分为5种类型：燃气汽车、掺混燃料汽车、两用燃料汽车、双燃料汽车、电动汽车。 3．燃料电池汽车阶段。将车载燃料电池所产生的电力用作动力的汽车。燃料电池直接将化学能转化为电能而不经过热能这一中间环节，因而效率高。 材料二：汽车常见燃料燃烧产物及热值 氢气、甲烷(CH4)、辛烷（汽油的主要成分，化学式为C8H18）、乙醇(C2H5OH)均可作为汽车的燃料，燃烧的化学方程式分别为： 2H2＋O22H2O； CH4＋2O2CO2＋2H2O； 2C8H18＋25O216CO2＋18H2O； C2H5OH＋3O22CO2＋3H2O。 1 kg氢气、甲烷(CH4)、辛烷(C8H18)、乙醇(C2H5OH)完全燃烧放出的热量分别为142 500 kJ、55 643.74 kJ、46 100 kJ、30 200 kJ。 材料三：汽车发展史 1769年，法国人N·J·居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动的三轮汽车，其能量转换方式为化学能（物质燃烧）→内能（蒸汽）→机械能（车轮运动）；整个蒸汽机装置既笨重又庞大，热效率难以提高，工作过程是不连续的，蒸汽的流量受到限制，限制了功率的提高，燃料燃烧时对环境造成较大污染。 德国人卡尔·本茨于1885年10月成功研制了世界第一辆内燃机汽车，从能量转化的角度来看，内燃机是把内能转化为机械能的机器，内燃机的效率不高，主要原因是它在工作过程中，汽车尾气带走了许多内能，形成能量的损耗。且燃料燃烧时排放的尾气对空气造成较大污染。 随着科技水平的发展，2013年2月份，世界第一辆量产版氢燃料电池车现代ix35 FCV正式下线。氢燃料电池是最环保的汽车，可完全实现零排放，加上加氢时间短，续航长，它极有可能是未来汽车发展的主要途径。 1．根据材料二，如果使用内燃机汽车，你认为选择哪种燃料较好？为什么？ 提示：氢气。氢气用作汽车燃料有三个优点：(1)氢气燃烧后的产物是水，不会造成环境污染；(2)可循环使用：地球70%被海洋覆盖，以水为原料制取氢气用之不竭。(3)热值高：等质量氢气燃烧产生的能量远高于甲烷、辛烷、乙醇等其他燃料。 2．氢气用作汽车燃料存在哪些不足？最理想的制氢方法是什么？ 提示：目前制造氢气的成本太高，且氢气不容易储存和运输，也是需要解决的难题。寻找合适的光分解催化剂，利用太阳能分解水制氢气是最理想的制氢方法。 3．从能量转化利用及环保的角度，分析从蒸汽机汽车到内燃机汽车再到燃料电池汽车，车用能源出现了什么进步？ 提示：从燃料的能量利用率来看，燃料电池远高于内燃机汽车与蒸汽机汽车；从环保角度来看，燃料电池汽车能实现零污染或超低污染排放，而其他两种汽车排放的气体会严重污染空气。车用能源的发展向着无污染、效率高的方向发展。 被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池，在汽车工业中有着长远的发展前景。燃料电池汽车采用的燃料是装在特别的高压储罐中的液氢，“吃氢排水”。下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔的石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。 试回答下列问题： (1)该电池工作时，是否产生蓝色的火焰？ 提示：燃料电池工作时燃料和氧化剂并不直接接触，所以不会产生火焰。 (2)电池工作时，电子由　　　　极流向　　　　极。 提示：负　正　所有化学电源工作时，电子都是从负极移向正极。 (3)燃料电池的优点是　　　　　　　　；电解质溶液中的OH－移向　　　　（填“负”或“正”）极。 提示：能量利用率高，绿色无污染　负　因为是氧气和氢气的燃料电池，产物为水，并且氧气和氢气的燃烧放出的热量高，所以燃料电池的优点是能量利用率高、绿色无污染。根据原电池工作原理，在电解质溶液中，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。 (4)写出氢氧燃料电池工作时正极反应式：　　　　　　　　　　　　　　　　。 提示：2H2O＋O2＋4e－===4OH－　正极上是氧气得电子和水生成氢氧根离子，发生还原反应，所以电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。 学科网（北京）股份有限公司 $