第1章 微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案-化学反应中能量及物质的转化利用2024-2025学年高中化学选择性必修1同步导学案配套教学设计 鲁科版（2019）双选

第1章微项目设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用2024-2025学年高中化学选择性必修1同步导学案配套教学设计鲁科版（2019）双选学校授课教师课时授课班级授课地点教具课程基本信息1.课程名称：载人航天器用化学电池与氧气再生方案

2.教学年级和班级：高中化学选择性必修1

3.授课时间：2024-2025学年

4.教学时数：1课时核心素养目标1.理解化学反应中能量及物质的转化利用，提高科学探究能力。

2.培养分析问题、解决问题的能力，将理论知识应用于实际情境中。

3.提升创新意识和团队合作能力，通过设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案，培养解决航天领域实际问题的能力。

4.增强对化学学科的兴趣和认同感，培养持续学习的动力。重点难点及解决办法1.重点：化学反应中能量及物质的转化利用。

解决办法：通过实例分析和讨论，让学生在实际情境中理解能量和物质的转化过程。

2.难点：设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案。

解决办法：引导学生进行小组合作，提供相关资料和指导，鼓励学生进行创新设计，并提供反馈和帮助。

3.重点：分析问题、解决问题的能力。

解决办法：通过案例分析和问题解决的活动，培养学生的分析思维和解决问题的技巧。

4.难点：将理论知识应用于实际情境中。

解决办法：提供实际案例和情境，引导学生将所学知识与实际情况相结合，培养学生的应用能力。

5.重点：创新意识和团队合作能力。

解决办法：鼓励学生进行创新思考，组织小组合作活动，培养学生的团队合作意识和沟通能力。教学资源1.软硬件资源：教室、黑板、多媒体投影仪、计算机、实验室设备。

2.课程平台：学校提供的教学管理系统、化学教材、教学课件。

3.信息化资源：在线化学教学资源、相关学术期刊和论文、航天领域相关视频和图片。

4.教学手段：讲解、演示、实验、小组讨论、项目式学习、互动提问。教学过程设计1.导入环节（5分钟）

-教师通过展示航天器发射的视频，引发学生对航天领域的兴趣。

-提出问题：“航天器在太空中如何获取能量和氧气？”引导学生思考。

2.讲授新课（15分钟）

-教师简要介绍化学电池的工作原理和氧气再生的重要性。

-通过示例和图解，讲解化学反应中能量及物质的转化利用。

3.师生互动环节（10分钟）

-教师提问：“化学电池在航天器中的应用有哪些？”引导学生进行思考和讨论。

-学生分组进行讨论，分享各自设计的载人航天器用化学电池与氧气再生方案。

4.巩固练习（10分钟）

-教师提供一些相关的练习题，让学生进行解答。

-学生独立完成练习题，教师进行个别指导和解答疑问。

5.课堂提问环节（5分钟）

-教师提问：“你们在设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案时遇到了哪些困难？”

-学生分享自己的问题和解决方法，教师进行点评和指导。

6.总结与拓展（5分钟）

-教师总结本节课的重点内容，强调化学反应中能量及物质的转化利用在航天领域的重要性。

-提出一些拓展问题，激发学生的思考和兴趣，例如：“未来航天器能源技术的发展趋势是什么？”

总时长：45分钟

教学过程中，教师要注重与学生的互动，鼓励学生积极参与讨论和练习，培养学生的科学探究能力和创新意识。同时，要关注学生的学习情况，及时进行个别指导和解答疑问，确保学生理解和掌握新知识。通过本节课的教学，培养学生解决航天领域实际问题的能力，提高学生的科学素养。学生学习效果1.理解化学反应中能量及物质的转化利用，能够解释航天器中化学电池的工作原理和氧气再生的重要性。

2.掌握设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案的基本方法，能够将理论知识应用于实际情境中。

3.提高科学探究能力，通过实例分析和讨论，学会分析问题、解决问题的方法。

4.培养创新意识和团队合作能力，通过小组合作活动，学会与他人合作、分享想法和解决问题。

5.增强对化学学科的兴趣和认同感，激发持续学习的动力。

学生将通过课堂讲解、实验演示、小组讨论等形式，全面理解和掌握本节课的知识点。通过实际案例分析和问题解决的活动，学生将能够将所学知识应用于实际情境中，提高解决实际问题的能力。同时，通过小组合作活动，学生将培养创新意识和团队合作能力，提高沟通能力和团队协作能力。此外，学生还将培养对化学学科的兴趣和认同感，激发持续学习的动力。内容逻辑关系本文重点知识点：化学反应中能量的释放和吸收、物质的转化过程。

板书设计：能量转化图、物质转化过程的步骤和关键点。

2.设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案

本文重点知识点：化学电池的种类和原理、氧气再生的方法和技术。

板书设计：化学电池的工作原理图、氧气再生方案的设计步骤和关键点。

3.应用理论知识解决实际问题

本文重点知识点：将化学反应中能量及物质的转化利用应用于航天领域的实际问题。

板书设计：航天器中化学电池与氧气再生方案的应用实例和效果展示。典型例题讲解1.例题一：化学反应中能量的转化

题目：一辆燃油汽车行驶100公里，消耗了多少升汽油？

解答：根据能量守恒定律，化学反应中能量的输入等于输出。汽车行驶过程中，燃料的化学能转化为动能。假设汽车燃油的燃烧产生的能量全部转化为动能，可以根据汽车的动力学公式计算出所需的汽油量。具体计算过程如下：

-计算汽车行驶过程中的动能：E=1/2*m*v^2，其中m为汽车的质量，v为速度。

-根据汽车的动力学公式：F=m*a，其中F为牵引力，a为加速度。

-由于汽车匀速行驶，所以牵引力等于摩擦力：F=f。

-根据能量守恒定律：E=F*s，其中s为行驶的距离。

-将上述公式联立，解得汽油消耗量。

2.例题二：物质的转化过程

题目：设计一个实验，验证氢氧化钠和硫酸反应生成硫酸钠和水。

解答：根据化学反应的原理，可以通过观察反应产物的形成来验证反应的发生。具体实验步骤如下：

-准备氢氧化钠溶液和硫酸溶液。

-将一定量的氢氧化钠溶液加入试管中。

-逐滴加入硫酸溶液，同时观察试管内是否有气泡产生。

-反应完成后，进行产物的检验，可以使用酚酞指示剂检测硫酸钠的生成。

3.例题三：化学电池的原理

题目：解释铅酸电池的工作原理。

解答：铅酸电池是一种常见的化学电池，其工作原理如下：

-铅酸电池由正极（铅二氧化物）、负极（纯铅）和电解液（硫酸溶液）组成。

-在放电过程中，正极上的铅二氧化物与硫酸反应生成硫酸铅和电子，电子通过外部电路流向负极。

-在充电过程中，外部电源对电池进行反向电压，使硫酸铅在正极上还原为铅二氧化物，同时硫酸在负极上氧化为硫酸铅。

-铅酸电池的电压和容量取决于正负极的材料和电解液的浓度。

4.例题四：氧气再生的方法

题目：设计一个简单的氧气再生装置。

解答：氧气再生装置可以通过多种方法实现，以下是一个简单的装置设计：

-使用一个透明的塑料瓶，将其一侧封闭，另一侧连接一个气泵。

-在封闭的一侧放入一种能够吸收二氧化碳并释放氧气的物质，如过氧化钠或过氧化氢。

-通过气泵向封闭的一侧注入空气，使氧气与吸收二氧化碳的物质发生反应。

-反应完成后，通过气泵将氧气从塑料瓶中抽出，得到纯净的氧气。

5.例题五：应用理论知识解决实际问题

题目：设计一个载人航天器用化学电池与氧气再生方案。

解答：设计一个载人航天器用化学电池与氧气再生方案需要考虑航天器的能源需求、电池的性能和安全性等因素。以下是一个简单的方案设计：

-选择一种适合航天器使用的化学电池，如锂离子电池或燃料电池。

-设计一个氧气再生系统，可以使用电解水的方法产生氧气，同时将二氧化碳转化为氢气或其它无害物质。

-将化学电池和氧气再生系统集成在一起，形成一个完整的能源供应系统。

-确保系统的体积小、重量轻、寿命长，并具有良好的性能和安全性。作业布置与反馈1.作业布置

本节课的学习目标是让学生理解化学反应中能量及物质的转化利用，以及设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案。为了帮助学生巩固所学知识并提高能力，布置以下作业：

作业1：根据课堂讲解的内容，总结化学反应中能量的释放和吸收的过程，并以文字和图示的形式呈现。

作业2：以小组为单位，设计一个载人航天器用化学电池与氧气再生方案，并撰写一份详细的方案说明书。

作业3：选择一个实际航天领域中的能源问题，运用所学知识进行分析，并提出解决方案。

2.作业反馈

教师应及时对学生的作业进行批改和反馈，指出存在的问题并给出改进建议，以促进学生的学习进步。以下是对作业的具体反馈意见：

作业1：

-正确描述了化学反应中能量的释放和吸收过程，但部分学生的图示表达不够清晰，建议加强图示的绘制能力。

-部分学生的作业中对能量守恒定律的应用不够准确，建议加强对相关概念的理解。

作业2：

-大部分小组能够提出合理的载人航