6.2 化学与能源开发（教学课件）化学新教材鲁教版五四学制九年级全一册

该初中化学课件聚焦氢能（优点、开发难点）和化学电池（原理、分类）核心知识点，通过地球能源危机情境（雾霾、冰川消融、化石燃料储量数据）导入，衔接化石燃料现状到新能源开发，构建“问题情境—知识探究—应用拓展”的学习支架。 其亮点在于融合科学态度与责任、科学探究与实践及化学观念。如氢能对比不同燃料热值表分析优点，化学电池通过锌片-碳棒实验探究能量转化，结合废旧电池污染、航天应用案例增强社会责任感。采用小组讨论、实验探究等方法，“理·核心要点”系统梳理知识，助力学生构建化学观念、提升探究能力，教师可高效落实教学目标。

第六单元 化学与社会发展 第二节 化学与能源开发 九年级化学全一册·鲁教版五四学制2024 学习内容导览 2 清洁高效的氢能 1 应用广泛的化学电池 2 明·学习目标 1.能说出常见能源的分类，明确化石燃料的局限性，掌握氢能作为理想能源的三大优点（热值高、无污染、原料广），理解化学电池的原理（化学能→电能的转化），识别生活中常见的化学电池。 2.通过“氢能优点分析”“化学电池实验探究”等活动，提升观察分析、合作探究和证据推理能力，建立“化学原理→技术应用→社会价值”的关联思维。 3.关注能源危机与环境问题，增强“绿色化学”和可持续发展的社会责任感。感受化学在新能源开发中的核心作用，激发对化学科学的探索兴趣和创新意识。 3 引·新课导入 当城市被雾霾笼罩、冰川因温室效应加速消融，当加油站前排起长队、煤田油田储量逐年锐减，一场关乎人类生存的双重危机正悄然逼近——能源枯竭的困境与地球污染的绝境。 当前全球能源危机已进入愈发严峻的阶段，据权威数据统计，全球已探明的化石燃料储量仅够人类再大规模使用百年左右，而其燃烧产生的二氧化碳、二氧化硫等污染物，正持续加剧全球变暖、酸雨等环境问题，守护地球、寻找替代能源，早已成为全人类的共同使命。 而化学科学，正是破解这一困境的核心钥匙。今天，就让我们一同走进《化学与能源开发》的课堂，探索如何用化学的力量，挣脱能源枯竭的枷锁，驱散地球污染的阴霾。 4 清洁高效的氢能 01 探·知识奥秘 一、清洁高效的氢能 开发新能源 你有哪些办法可以解决能源危机？小组内讨论一下。 节约并合理使用现有能源 积极开发新能源 化石燃料仍是主导能源现状： 在2024年占全球能源需求的79.8%，是目前最主要的能源来源。未来趋势：尽管其占比预计会略微下降至67.1%，石油仍将是全球能源系统的支柱。这主要得益于交通运输领域对石油的持续依赖。 能源类型 2024年全球占比 2050年预测占比 占比变化 石油 30.6% 29.8% -0.8% 煤炭 26.5% 13.6% -12.9% 天然气 22.7% 23.7% +1.0% 核能 4.8% 6.6% +1.8% 生物质能 9.4% 9.7% +0.3% 水电 2.5% 3.1% +0.6% 太阳能 & 风能 3.5% 13.5% +10.0% 探·知识奥秘 一、清洁高效的氢能 开发新能源 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，而化石燃料正面临着日益枯竭的危机，且化石燃料的使用还会导致碳排放量的增加。开发利用清洁而又高效的新能源，是 21 世纪人类面临的重要课题。 太阳能 风能 核能 地热能 水能 生物质能 随着科学技术的发展，新能源及相关技术的开发应用不断取得突破，太阳能、核能、风能、水能和潮汐能等新能源不断走进我们的生活。 化学科学在新能源的开发利用中发挥了重要作用。 探·知识奥秘 一、清洁高效的氢能 认识氢气燃料 北京 2022 年冬奥会火炬“飞扬”是冬奥会重要的形象元素之一，其中一个科技亮点是采用氢气作为燃料。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。 ‌燃料‌ ‌热值‌（MJ/kg） ‌主要污染物‌ 氢气 143 无 煤炭 27（无烟煤） 二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、颗粒物 汽油 47 二氧化碳、氮氧化物、挥发性有机物、一氧化碳 木柴 15（干木柴）‌ 二氧化碳、颗粒物、一氧化碳、多环芳烃 天然气 56 二氧化碳、一氧化碳 对比以上数据，你能否总结出氢能作为燃料的优点？ 探·知识奥秘 一、清洁高效的氢能 认识氢气燃料 单位热值最高 燃烧产物是水，无污染 可由水制得，来源广 氢能的优点 阅读资料卡，了解能源工程师的挑战： 目前氢气为什么无法大量应用于生活？生活中如何获取氢能源？ 液氢需在-252.7℃的极低温下储存，液化过程能耗极高，占氢能总成本的30%以上；储存中因绝热性能限制，易产生蒸发损失（日蒸发率约0.5%-1%），导致能源浪费，低温容器需多层真空绝热材料，技术复杂且成本高昂，大规模应用受限‌‌。泄漏的液氢与空气混合后爆炸极限宽泛（4%-74.2%），且燃烧速度快，需严格的密封和监测系统‌。液氢运输需专用槽车或管道，但现有基础设施薄弱，长距离运输效率低且成本高‌。 难大量制取 难储存 难运输 思考：如何解决这些问题？ 探·知识奥秘 一、清洁高效的氢能 认识氢气燃料 用电解水的方法制取氢气消耗电能太多，成本太高。化学家正在积极研究如何以低廉的成本制取大量的氢气。其中，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。 氢气的储存 由于氢气是一种易燃易爆的气体，难液化，储存和运输既不方便也不安全，如何安全储存氢气是氢能开发研究的又一关键问题。目前，人们发现某些合金如 Ti-Fe、Ti-Mn、La-Ni 等都具有吸收氢气的能力，其中 La-Ni 储氢合金在常温、0.152 MPa下就可释放出氢，已用于氢能汽车和燃料电池中氢的储存。新型储氢合金材料的研制和应用对氢能开发具有重要的意义。 探·知识奥秘 一、清洁高效的氢能 认识氢气燃料 氢能源的未来图景正愈发清晰。这种燃烧只产水的清洁能源，正随着技术突破加速走近生活：绿氢制备成本持续下降，新型储氢材料让储运更安全高效，加氢站网络逐步铺开。未来，氢能汽车加一次氢可轻松跑过千里，重卡、船舶用上它能大幅减少碳排放；工厂用氢替代煤炭炼钢、发电，天空会更蓝。积极开发氢能，依托可再生能源制氢储氢，能优化能源结构，助力实现 “双碳” 目标。带动氢能全产业链发展，推动传统高耗能产业转型，培育经济新增长点。 理·核心要点 清洁高效的氢能 开发新能源 认识氢气燃料 1.氢能源的优点：来源广，热值高，无污染 2.氢能源现阶段无法普及的原因：难制取，难储存，难运输 3.理想的制氢方法：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。 4.积极开发氢能的意义:依托可再生能源制氢储氢，能优化能源结构，助力实现 “双碳” 目标。带动氢能全产业链发展，推动传统高耗能产业转型，培育经济新增长点。 1.目前人类利用最多的能源是煤、石油、天然气等化石燃料，而化石燃料正面临着日益枯竭的危机，且化石燃料的使用还会导致碳排放量的增加。 2.积极开发新能源：太阳能、核能、风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能、氢能等 12 1．2024年4月25日，神舟十八号载人飞船发射成功。航天技术的发展，离不开燃料与燃烧，下列有关燃烧的说法不正确的是（ ） A．火焰中外焰温度最高 B．化学反应伴随着能量的变化 C．氢能源热值高，燃烧后无污染 D．奥运火炬可以在水下燃烧和传递，说明燃烧不需要氧气 析·典型范例 D 2．氢气是一种清洁、高效能源。甲烷—水蒸气重整制氢流程如下图。下列说法中，错误的是（ ） A．转化Ⅰ理论生成CO和H2的分子个数比为1:3 B．转化Ⅱ反应前后，各元素的化合价均不发生改变 C．氢气具有可燃性，点燃氢气前，应先检验其纯度 D．常见的清洁能源除氢能外，还有太阳能、风能、地热能等 析·典型范例 B 应用广泛的 化学电池 02 探·知识奥秘 一、应用广泛的化学电池 认识化学电池 观看视频，了解电池及其发展历史。 16 探·知识奥秘 一、应用广泛的化学电池 认识化学电池 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。电池经过了上百年的发展，以体积小、电容量大和移动方便等特点，成为我们日常生活和生产中应用极为广泛的化学能源。你知道电池里的电能是怎样产生的吗？ 观察干电池的剖面图，查阅相关资料，了解这些物质分别有什么作用。 作为电池的正极，是惰性电极，本身不参与化学反应，主要作用是传导电子，为二氧化锰的还原反应提供电子的接收位点。 作为电池的负极，发生氧化反应，失去电子，是电池的主要活性物质，为电池提供电子来源 MnO₂（二氧化锰） 作为正极的去极化剂，是正极的活性物质，它会氧化电池反应中产生的氢气，防止氢气在碳棒表面聚集导致电池极化，从而维持电池的放电电压稳定。 炭黑 主要作用是增强正极混合物的导电性，同时可以吸附气体，辅助二氧化锰发挥去极化作用，提升正极的反应效率。 NH₄Cl（氯化铵） 作为电解质，其水溶液可以传导离子，在电池内部形成离子通路，连接正负极，保障电荷在电池内部的传输，从而维持电池的持续放电。 17 探·知识奥秘 一、应用广泛的化学电池 实验探究化学电池 实验用品:烧杯、碳棒、锌片、导线若干、电流计、稀硫酸溶液 实验步骤： 1.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。 2.用导线将上述实验中的锌片和碳棒连接起来，并在导线中间连接一个灵敏电流计，观察现象。 与步骤 2 中的现象对比，有何异同？由此你能得出什么结论？ 18 探·知识奥秘 一、应用广泛的化学电池 实验探究化学电池 实验现象 步骤一：锌片上有气泡生成，碳棒上无明显现象， 步骤二：电流计的指针发生偏转，碳棒表面产生气泡 化学方程式 Zn + H2SO4 == ZnSO4+H2↑ 电流计指针偏转原因 烧杯中发生了化学变化，Zn 失去电子变成Zn2+，H+得到电子变成H2 能量转化的形式 化学能直接转化为电能 使用化学电源的优点 提高能量的转化效率，减少大气污染 化学电池：是一种将化学能直接转化为电能的装置。常见的电池大多是化学电池。 19 探·知识奥秘 一、应用广泛的化学电池 常见的电池 锂电池具有使用寿命长、储存能量密度高、重量轻、适应力强等显著优点 锂电池 循环寿命达1万次以上，是传统锂电池的2倍、氢化电池的4倍，降低长期使用成本‌ 石墨烯电池 铅酸电池优点为安全密封、泄气系统、维护简单、使用寿命长、质量稳定、可靠性高 铅酸电池 干电池无需充电即可直接使用，体积小巧、密封性好，便于携带且无泄漏风险 干电池 20 探·知识奥秘 一、应用广泛的化学电池 废旧电池丢弃对环境的影响 污染土壤 废旧电池的重金属与电解质渗入土壤，破坏酸碱平衡和团粒结构，降低肥力且重金属难降解、持续累积，导致土壤丧失种植价值。 污染水体 雨水冲刷使废旧电池有害物质进入水体，重金属污染水源，电解质改变酸碱度，致水生生物死亡，破坏水体生态平衡 危害生物健康 重金属被植物吸收富集，影响其生长发育；还会经食物链传递至动物和人体，长期积累损伤多器官，引发慢性中毒甚至癌症。 破坏生态循环 土壤与水体污染打破区域生态的物质循环和能量流动，造成生物多样性下降，敏感物种消失，破坏整个生态链稳定性。 21 探·知识奥秘 一、应用广泛的化学电池 拓展阅读 10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，拉开了我国第十二次载人飞行任务的序幕。中国航天的每一次成功发射，都是物理学、材料学、航天学等各个领域的革新突破，每一个研发数据的增减，都是中国航天的一次跨越。 此次神舟十七号的成功发射也是镉镍蓄电池在中国航天器领域的收官之战，至此，镉镍蓄电池已成功为神舟飞船“服务”16次。镍镉电池具备高安全、高可靠等特质，尤其是良好的耐过充、耐过放性能，使其非常适合在神舟飞船这种高安全要求的环境中使用，但其固有的“记忆效应”，会影响其发挥最大能动性。相较于镍镉、铅酸等传统电池，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、充放电效率高、高安全等优点，因此，具有很好的应用前景，尤其在航空航天领域。 随着长寿命、大容量锂离子电池的安全性得到广泛验证，载人飞船采用该电池的日程越来越近，在中国空间站进入常态化运营后，神舟飞船后续将应用比能量更高的锂离子蓄电池，进一步满足型号任务需求，并通过电源技术的不断进步为飞船 的正常运行持续提供更为可靠的保障。 阅读资料，了解电池在航空航天中的应用 22 探·知识奥秘 一、应用广泛的化学电池 中国新能源电池发展的战略必要 23 理·核心要点 应用广泛的化学电池 实验探究化学电池 常见的电池 ①干电池：填装的化学物质是不能流动的糊状物，使用方便，广泛应用于电筒、电子钟、科研、航空等各个领域。 ②蓄电池：能够通过化学反应实现再充电的装置。铅蓄电池较为常见，用于车辆电力系统、移动电源和照明系统等。 ③锂离子电池：具有体积小、电压高、使用寿命长、相对环保等优点，主要应用于电动汽车、智能设备等领域。 实验现象 步骤一：锌片上有气泡生成，碳棒上无明显现象， 步骤二：电流计的指针发生偏转，碳棒表面产生气泡 化学方程式 Zn + H2SO4 == ZnSO4+H2↑ 电流计指针偏转原因 烧杯中发生了化学变化，Zn 失去电子变成Zn2+，H+得到电子变成H2 能量转化的形式 化学能直接转化为电能 使用化学电源的优点 提高能量的转化效率，减少大气污染 化学电池：是一种将化学能直接转化为电能的装置。常见的电池大多是化学电池。 24 1．某钠离子电池，其正极材料为磷酸亚铁钠(NaFePO4)，负极材料为石墨烯，该电池反应原理为NaFePO4 FePO4+Na。下列说法不正确的是（ ） A．负极材料石墨烯是由碳原子直接构成的 B．磷酸铁(FePO4)中，P的化合价为+5 C．钠离子电池放电时，化学能转化为电能 D．石墨烯作负极材料，与其导电性无关 析·典型范例 D 2．2025年春晚，人形机器人H1通过锂电池供电。下列关于锂电池的说法，正确的是（ ） A．正极材料LiCoO2属于氧化物 B．负极材料石墨具有优良的导电性 C．电池充电时将化学能转化为电能 D．废旧电池可直接填埋处理 析·典型范例 B 理·核心要点 化学与能源开发 清洁高效的氢能 应用广泛的化学电池 1.目前人类利用最多的能源是煤、石油、天然气等化石燃料，而化石燃料正面临着日益枯竭的危机，且化石燃料的使用还会导致碳排放量的增加。 2.积极开发新能源：太阳能、核能、风能、水能、潮汐能、地热能、生物质能、氢能等 3.氢能源的优点：来源广，热值高，无污染 4.氢能源现阶段无法普及的原因：难制取，难储存，难运输 5.理想的制氢方法：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。 实验现象 步骤一：锌片上有气泡生成，碳棒上无明显现象， 步骤二：电流计的指针发生偏转，碳棒表面产生气泡 化学方程式 Zn + H2SO4 == ZnSO4+H2↑ 电流计指针偏转原因 烧杯中发生了化学变化，Zn 失去电子变成Zn2+，H+得到电子变成H2 能量转化的形式 化学能直接转化为电能 使用化学电源的优点 提高能量的转化效率，减少大气污染 化学电池：是一种将化学能直接转化为电能的装置。常见的电池大多是化学电池。 27 1．我国载人航天环控生保技术跻身世界先进水平。简易流程如图所示。某项目式学习小组以“探秘支持航天员呼吸的气体环境”为主题调查研究，了解气体环境的成分、O2来源等。空间站内，利用太阳能电池电解水可制取氧气，有关电解水说法不正确的是（ ） A．太阳能直接转化为化学能 B．正极产生了氧气 C．产生的氢气循环使用 D．电解过程在装置Ⅰ进行 析·典型范例 D 2．2023年，我国实现了“固态氢能”发电并网，“绿电”与“绿氢”转化的示意图如下。下列说法正确的是（ ） A．“燃料电池发电”是将电能转化为化学能 B．电解水制氢装置中的a电极为电源正极 C．理论上电解制得的氢气与氧气的质量比为2:1 D．“绿电”常指太阳能、风能等可再生的新能源 产生的电能 析·典型范例 D THANKS! 谢谢观看 九年级化学全一册·鲁教版五四学制2024 Lavf58.46.101 Lavf58.46.101 $