高中化学专题二第四单元太阳能生物质能和氢能的利用教学设计

第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用(教师用书独具)●课标要求1．通过查阅资料说明能源是人类生存和发展的重要基础，了解化学在解决能源危机中的重要作用。

2．了解人类利用太阳能、氢能的意义和人类面临的能源危机以及未来的新能源。

●课标解读1．了解太阳能、生物质能、氢能的开发利用。

2．了解人类面临的能源危机和未来的新能源。

●教学地位能源是人类生产、生活、科技必不可少的化石能源不可再生且污染严重，开发新能源成了各国的当务之急。

也是高考命题特别关注的热点之一。

(教师用书独具)●新课导入建议为了缓解当前能源紧张的问题，各国都在加大开发力度，研制、开发新型、高效、清洁能源，例如：用水力发电代替火力发电以减少燃料消耗；利用地热取暖、在日常生活中家庭用太阳能获得热水等等。

本课时将探讨这些方面的问题。

●教学流程设计课前预习：安排学生课前阅读相关教材内容，完成“课前自主导学”并讨论。

⇒步骤1：导入新课，分析本课教学地位。

⇒错误!⇒步骤3：对“探究”要引导学生阅读要点阐述，了解常见能源的开发利用及应注意的事项，通过【例】加强理解。

然后学生独立完成“变式训练1和2”，教师点评、纠错。

对“教师备课资源”根据实际可以补充。

⇓步骤5：5至6分钟完成【当堂双基达标】，教师明确答案并给予适当点评或纠错。

⇐步骤4：回顾本课堂所讲，师生共同归纳总结出【课堂小结】。

1.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。

2．绿色植物对太阳能的利用转化绿色植物体内的叶绿素太阳能H2O、CO2葡萄糖――→生成淀粉或纤维素，把光能转化为化学能，化学方程式为6H2O＋6CO2――→光叶绿素C6H12O6＋6O2；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。

该过程的反应为：(C6H10O5)n＋n H2O――→催化剂n C6H12O6，C6H12O6(s)＋6O2(g)―→6H2O(l)＋6CO2(g) ΔH＝－2 804 kJ·mol－1。

1．举例说明太阳能利用的具体事实有哪些？【提示】 ①光合作用实现光能转化为化学能；②热水器实现光能转化为热能；③太阳能电池实现光能转化为电能。

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、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：(C 6H 10O 5)n ＋6n O 2――→点燃6n CO 2＋5n H 2O 。

(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CO 2及少量H 2S 、NH 3、PH 3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，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：(C 6H 10O 5)n ＋n H 2O ――→酶n C 6H 12O 6， C 6H 12O 6――→酶2C 2H 5OH ＋2CO 2↑。

(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。

1.(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 2．氢能产生与利用的途径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。

2．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。

①举例说明你知道的能源有哪些？【提示】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。

②常见的绿色能源有哪些？【提示】水能、风能、海洋能、地热能、氢能、太阳能等。

1．太阳能的利用(1)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。

(2)太阳能直接利用方式基本有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。

2．生物质能的转化方式(1)生物质能转化为热能：直接燃烧(2)生物质能―→化学能―→热能①植物等柴草―→沼气――→燃烧热能②农作物等糖类―→乙醇――→燃烧热能(3)生物质能―→化学能 生物质―→可燃气体 3．氢能的利用目前，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。

4．新能源的开发(1)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。

(2)新能源包括太阳能、燃料电池、风能和氢能等，这些新能源的特点是资源丰富，且有些可以再生，为再生性能源，对环境没有污染或污染少。

能量之间的转化下列关于能源利用的说法中正确的是( )A ．贮氢材料在使用中，氢分子被吸收时，在合金表面解离变成氢原子，同时放出热量B ．对城市废弃物进行处理后焚烧，利用产生的热能供暖和发电C ．使用化石燃料不会带来环境污染问题D ．将氢气作为燃料使用的优点之一是成本低【解析】 贮氢材料与氢分子生成了金属氢化物，在这一过程中，氢分子变成原子的过程是化学键断裂的过程，属于吸热过程，A项错误；发达国家对城市废弃物的处理方式主要是焚烧，利用产生的热能供暖和发电，B项正确；化石燃料在使用过程中往往会造成一定的环境污染问题，C项错误；氢气的主要来源是水，由水制得氢气的成本较高，所以推行进度缓慢，D项错误。

【答案】 B①再生能源——在自然界中可以不断再生，并有规律地得到补充的能源。

如，太阳能、风能、地热能、生物质能等。

②非再生能源——经过亿万年形成，短时期无法恢复或循环再生的能源。

如，煤炭、石油、天然气、核燃料等。

1．人类将在未来几十年内逐渐由“碳素燃料文明时代”过渡至“太阳能文明时代”(包括风能、生物质能等太阳能的转换形态)，届时人们将适应“低碳经济”和“低碳生活”，下列说法不正确的是( )A．煤、石油和天然气都属于碳素燃料B．发展太阳能经济有助于减缓温室效应C．太阳能电池可将太阳能转化为电能D．目前研究菠菜蛋白质“发电”不属于太阳能文明【解析】煤、石油、天然气都是有机物，属于碳素燃料，A正确；发展太阳能可以减少化石燃料的使用，减少CO2的排放，B正确；太阳能电池可将太阳能转化为电能，C正确；菠菜中的蛋白质是间接利用太阳能合成的，研究菠菜蛋白质“发电”属于太阳能文明。

【答案】 D2．有专家指出如果对燃烧产物如CO2、H2O、N2等利用太阳能使它们重新组合，使之能够实现循环利用，那么，不仅可以消除对大气的污染，还可以节约燃料，缓解能源危机。

在此构想的物质循环图中太阳能最后转化为( )A ．化学能B ．热能C ．生物能D ．电能【解析】 燃料――→太阳能燃烧产物＋热能。

【答案】 B 【教师备课资源】能源的含义及分类能源，顾名思义，指的是能量的来源，凡是能为人类提供热、光、动力等有用能量的物质或物质运动都可称为能源。

如，化石燃料(石油、天然气、煤等)、阳光、流水、风、潮汐、柴草等。

能源可分为：(1)一次能源——在自然界中天然存在，可以直接取得而又没有经过加工或转换的能源。

如，煤炭、石油、风能、太阳能、水力、核能、地热能等。

二次能源——由一次能源经过转换和加工为其他种类和形式的能源。

如，电力、煤气、蒸汽、汽油等。

(2)再生能源、与非再生能源(3)绿色能源，如风能、水能、氢能、太阳能等。

(4)常规能源——在一定历史时期和科学技术水平下，已经被广泛应用的能源。

如，煤炭、天然气、石油等。

新能源——采用先进方法以及新发展的先进技术加以利用的能源。

如，太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。

从另外一个角度讲，能源又可划分为一级能源和二级能源。

自然界以既成形式提供的能量称为一级能源；需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二级能源，氢气是一种高效而没有污染的二级能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取，反应如下：2H 2O(l)===2H 2(g)＋O 2(g) ΔH ＝＋571.6 kJ·mol －1根据以上内容回答下列问题： (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 ．天然气是一级能源D ．焦炉气是一级能源(2)关于用水制取二级能源氢气，以下研究方向不正确的是( )A ．构成水的氢和氧都是可以燃烧的物质，因此可以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能量D．寻找特殊的化学物质，用于开发廉价能源，以分解水制取氢气【解析】(1)水力应是一级能源，焦炉气是二级能源。

焦炉气是煤高温干馏后生成的混合气体，故是依靠煤这种能源间接制取的二级能源。

(2)A项混淆了元素、分子、单质的概念，错误；C中水分解成氢气的过程应是吸热过程而非放热过程。

【答案】(1)AC (2)AC常见能源太阳能热能电能生物质能化学能生物质能(间接利用太阳能)氢能：热值高，无污染，来源广泛等1．下列有关太阳能的说法不正确的是( )A．太阳能以光波形式传送到地面B．化石燃料蕴藏的能源来自太阳能C．太阳能是洁净能源，不污染环境D．食用植物体内的淀粉、蛋白质等属直接利用能源【解析】食用植物体内的淀粉、蛋白质等物质中的化学能转化为热能，再被利用。

【答案】 D2．下列有关太阳能的利用方式以及列举的实例错误的是( )A．直接利用太阳辐射能的基本方式有四种：光—热转换、光—电转换、光—化学能转换和光—生物质能转换B．太阳能热水器是一种光—热转换形式C．绿色植物进行的光合作用，是一种光—生物质能转换，它的本质是光—化学能转换D．将电能通过用电器进行照明的过程是一种光—电能转换过程【解析】光—热转换、光—电转换、光—化学能转换和光—生物质能转换是太阳能利用的基本方式。

它们都是把光能转换成其他形式的能量的过程。

D 项是将电能转换成光能的过程。

【答案】 D3．下列化学变化中，能量的转化形式表示不正确的是( )A ．Zn ＋Ag 2O ＋H 2O放电充电Zn(OH)2＋2Ag ，充电时化学能转化为电能B ．2H 2＋O 2=====点燃2H 2O ，化学能转化为热能C ．6H 2O ＋6CO 2――→光叶绿素C 6H 12O 6＋6O 2，太阳能转为化学能D ．CaCO 3=====高温CaO ＋CO 2↑，热能转化为化学能 【解析】 A 项，充电时电能转化为化学能。