高一化学素材：备课资料第四单元太阳能、生物质能和氢能的利用

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精备课资料新兴产业—-太阳能的利用长期以来,人们就一直在努力研究利用太阳能。地球所接受的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3～4万倍，可谓取之不尽，用之不竭.其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影,辐射能量十分稳定。因而发电系统相对来说比地面简单,而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高.再者,太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同,不会导致“温室效应”和全球性气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此,太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置,其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。1974年至1997年，美、日等发达国家硅半导体光电池发电成本降低了一个数量级：从每瓦50美元降到了5美元。此后世界各国专家大都认为，要使太阳能电站与传统电站（主要是火电站)相比具有经济竞争力,还有一段同样长的路要走——其成本再降低一个数量级才行。目前美国等国家建的利用太阳池发电的项目很多。在死海之畔有一个1979年建的7000平方米的实验太阳池,为一台150千瓦发电机供热。美国计划将其盐湖的8.3%面积（约8000平方千米)建成太阳池，为600兆瓦的发电机组供热。今年6月,亚美尼亚无线电物理所的专家宣布，已在该国山地开始建造其“第一个小型实验样板”型工业太阳能电站。该电站使用的涡轮机不是新的，而是使用寿命已届满而从直升机上拆下来的涡轮机，装机容量仅100千瓦，但发电成本仅0.5美分／千瓦小时，效率高达40%~50％。俄罗斯学者在太阳池研究方面也取得了令人瞩目的进展。一家公司将其研制的太阳能喷水式推进器和喷冷式推进器与太阳池工程相结合,给太阳池附设冰槽等设施，设计出了适用于农家的新式太阳池。按这种设计，一个6到8口人的农户建一个70平方米的太阳池，便可满足其1对于淡水资源缺乏的国家来说，太阳池还有另一项不可多得的好处:据专家测算，在近海浅水区建一个面积2163平方千米、深1.2米的太阳池，可为10吉瓦的发电机组供热，并可每年产淡水2立方千米。在欧美一些先进国家,目前正在广泛开展应用“光电玻璃幕墙制品”，这是一种将太阳能转换硅片密封在(犹如夹层玻璃)双层钢化玻璃中，安全地实现将太阳能转换为电能的一种新型生态建材。美国的“光伏建筑计划”、欧洲的“百万屋顶光伏计划”、日本的“朝日计划”以及我国已开展的“光明工程"将在建筑领域掀起节能环保生态建材的开发应用热潮，极大地促进了太阳能在新型建材产品中的应用.在发展中国家，各国也在积极发展利用太阳能。如菲律宾早在1999年，政府已批出了首个太阳能计划，在澳洲政府“海外援助计划”的协助下，在全国263个社区安装1000个太阳能系统。目前菲政府正在推行全球最大太阳能应用计划，整个计划耗资4800万美元,是目前为止世界上最庞大的太阳能计划。太阳能发电计划共分两期,受惠的除了民居外，还包括25个灌溉系统、97个净水及分配系统、68间学校和社区中心及35间诊所。由此看来，全人类梦寐以求的太阳能时代实际上已近在眼前，包括到太空去收集太阳能，把它传输到地球,使之变为电力,以解决人类面临的能源危机。随着科学技术的进步，这已不是一个梦想。由美国国家航空航天局与国家能源部建造的世界上第一座太阳能发电站，最近将在太空组装,不久将开始向地面供电。在我国,太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展,国内在集热器（含太阳能热水器）上已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一.1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入2.5亿元人民币开展研究,建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个（单晶硅)太阳能电池生产厂，年产量约有4.5兆瓦〔注：1兆瓦(MW）为1000千瓦〕,工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池的转换效率可高达18。3％，比目前平均转换效率提高了3个百分点。据业内人士介绍，我国太阳能电池平均转换效率不高,其主要原因是专用材料国产化程度低，如封装玻璃就完全依赖进口,低铁含量的高透过率基板玻璃市场仍不能满足需求，科研成果还没有迅速及完全转化为产业优势.目前国家计委和国家科委对发展太阳能技术及其应用给予了大力的支持，国内已有多家企业涉足.北新集团是最早率先组织专家对国内、国际太阳能光伏发电产业进行调查的单位之一。于1998年在国内首家引进了76千瓦国际上先进的屋面太阳能发电系统，至今一直运行稳定、效果良好。这套系统日均发电量为12千瓦时以上，可满足1个小康之家用电要求。该集团还与瑞士的ATLANTIS公司合资组建了北京—阿脱兰太阳能科技有限公司,合资生产太阳能光伏发电组件和屋面发电组件两大系列、多个品种的光伏发电产品，并将这一世界领先的太阳能利用新技术引入了中国。河北振海铝业集团公司是德国皮尔金顿（Piikington）太阳能国际有限公司在中国独家总代理，现已投入生产世界先进的太阳能电池玻璃封装设备和配套材料，如德国凯米特化学制品有限公司的优质湿法玻璃层压设备、湿法灌浆液（封装介质）等。振海集团的基地于1999年11月已在我国率先安装了100多平方米的光电玻璃幕墙示范建筑物，现已竣工投入应用,其运行使用效果良好，已成国内一大景观及太阳能光伏发电工程的典范。太阳能集热管是清华大学的一项专利技术,经清华阳光公司的产业化生产，目前其年产量为世界第一,其产品性能为世界领先，清华阳光公司的晒乐牌太阳能集热管及集热装置，用六七年时间完成了小试、中试到大规模生产,目前已经建成世界上生产规模最大的集热管生产厂，每年可生产500万支全世界集热效率最高的全玻璃真空集热管,预计这个项目的经营额再过3年将达到10亿元。2008年的奥运会，北京将成为我国在太阳能应用方面的最大展示窗口，“新奥运”将充分体现“环保奥运、节能奥运”的新概念,计划奥运会场馆周围80％至90％的路灯将利用太阳能光伏发电技术;采用全玻璃真空太阳能集热技术，供应奥运会90％的洗浴热水.届时在整个奥运会期间,我们将看到太阳能路灯、太阳能电话，太阳能手机、太阳能无冲洗卫生间等等以一系列太阳能技术的应用。我们的生活将充满阳光！生物质能的利用从容说课本课时的主要内容是生物质能的利用.本节课可以这样设计：首先给学生创设一个探究问题的情景：根据20世纪末统计的非洲、美洲、欧洲和中东地区已经探明的石油储量和年平均消耗量数据，估计世界各地区蕴藏的石油可以供各地区使用多少年，从估算结果你想到什么？由此引出开发利用洁净、高效的新型能源的紧迫性,引出一种“古老而又年轻的能源"-—生物质能.接着,让学生思考远古时代的人类是如何取热的,燃烧植物的秸秆和枝叶,从而引出生物质能的一种最直接的利用方式—-直接燃烧。紧接着通过对常见诸于报端的矿难事故——瓦斯爆炸的原因的分析，通过对瓦斯即主要成分为甲烷的混合气体的形成原因的分析，类比出：将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜的粪便加入沼气发酵池中，同样在厌氧条件下,经过沼气细菌的作用，生成沼气。沼气的主要成分也是甲烷，还含有CO2和少量H2S、NH3、PH3等，沼气是应用十分广泛的气体燃料。这是生物质能的第二种利用方式-—生物化学转换。而对于生物质能的热化学转换简单介绍即可。拓展视野的内容“生活垃圾中的生物质能利用”可以先让学生来阅读，而后，在教师的帮助指导下，学生进行归纳和小结，得出生活垃圾焚烧处理的优势所在。生物质能的利用前景问题可向学生作资料介绍。教学设计教学重点生物质能利用的现状、开发利用生物质能的前景和尚未攻克的一些技术难题。教学难点生物质能的利用原理。教具准备电脑图片若干、投影片若干三维目标知识与技能简单了解生物质能利用的现状、开发利用生物质能的前景和尚未攻克的一些技术难题.过程与方法1。采用查阅资料、收集数据等生动活泼的学习形式,调动学生的学习积极性和主动性。2.联系生产、生活实际学习生物质能的利用。情感、态度与价值观认识开发、利用高能清洁能源的重要性和紧迫性.教学过程导入新课20世纪末统计的非洲、美洲、欧洲和中东地区已经探明的石油储量和年平均消耗量数据如下，请通过计算估计世界各地区蕴藏的石油可以供各地区使用多少年，从计算结果你想到什么?石油蕴藏量/吨年平均消耗量/吨非洲9。5×1092.2×108美洲1。8×10108.0×108欧洲3。6×1091.4×108中东地区6.1×10106。1×108生（计算、交流、讨论）非洲43年、美洲22.5年、欧洲25.7年、中东100年。师这说明了解决能源危机的紧迫性。上一节课我们讨论学习了太阳能的利用，除此以外，还有别的洁净、高效的新型能源吗?在所有可供利用的能源中，有一种能源可以被描述成是“一种古老而又年轻的能源”，那就是—-生物质能。推进新课板书：生物质能的利用1。生物质能的利用方式师生物质能来源于植物及其加工产品所储存的能量。生物质能包括农业废弃物(植物的秸秆、枝叶）、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。这些物质中蕴含着丰富的生物质能.师在远古时代,人类是如何弄熟他们所捕获的猎物的呢?生燃烧植物的枝叶获得热量.师对，燃烧植物的枝叶获得能量是远古时代人类就利用的取热方法。薪柴是生物质能源的主要种类，自古以来就是我国居民尤其是农民的传统生活能源。在我国，薪柴加上农作物秸杆，构成农村主要的生活能源。生物秸杆和薪柴不是商品能源，但它的消费量十分巨大，上世纪80年代中期的一次统计，全国25个省、市、自治区农村生物质能消耗量达2.70亿吨，高于国家当年商品能源消费的1/3。师根据以上描述，生物质能的一种利用方式是直接燃烧。板书:(1）直接燃烧(C6H10O5）n+6nO25nH2O+6nCO2师燃烧植物的枝叶获得能量是远古时代人类就利用的取热方法。最近30年来，包括薪柴在内的生物质能的利用发生了本质的变化。生物质能在利用技术上有很大进展，在我国农村广大地区，发展了以生物沼气技术为主的利用方式，1990年代初，全国沼气池约600万个，沼气动力站2000座.近年沼气池得到进一步发展，2002年全国沼气用户有1110万户，大中型沼气1300多处。技术适合于南方地区，在北方寒冷地区不易推广。板书：（2）生物化学转换师那么,沼气到底是如何形成的呢？请看一个相关的内容：近年来，各地的矿难事故，可以用“频发”来形容，常见诸于报端，那么,什么是矿井瓦斯？它是如何形成的？生矿井瓦斯就是甲烷气体吧。师矿井瓦斯是井下有害气体的总称。但是，在这些气体中主要的成分是沼气,所以，通常所谓矿井瓦斯，就是指沼气.矿井瓦斯的形成是这样的：古代植物在成煤过程中，经厌氧菌作用，植物的纤维质分解产生大量瓦斯。此后，在煤的炭化变质过程中,随着煤的化学成分和结构的变化,继续有瓦斯不断生成。在长期的地质年代里，由于沼气的比重小，扩散能力强，地层又具有一定的透气性，以及地层的隆起、侵蚀，大部分瓦斯都已逸散到大气中去，只有一小部分至今还被保存在煤体和围岩内。矿井瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体，它难溶于水，扩散性比空气高。瓦斯无毒，但当浓度高时,会引起窒息。当其在空气中具有一定浓度（5％～16％）,并遇到高温（650～750℃)时能引起爆炸，对安全生产威胁很大。将植物的秸秆、枝叶、杂草和人畜的粪便加入沼气发酵池中,同样在厌氧条件下,经过沼气细菌的作用，生成沼气.沼气的主要成分也是甲烷，还含有CO2和少量H2S、NH3、PH3等。沼气是应用十分广泛的气体燃料。生物质能在世界的发展主要集中于发展中国家，它们有丰富的生物质原料,分布广而易于利用。其中，印度在沼气技术方面有其特点，主要致力于大中型沼气池的事业。巴西利用甘蔗制造乙醇，有30年的历史,目前已有成品和技术出口.生物质能用于发电是目前世界生物质能的一个重要方面.1999年统计，美国达到63。5TWh（万亿瓦小时),总量虽然很小,但对于利用生物质形成的废渣，比如生物垃圾，有其独特功能。师生物质能的优势在哪里？生生物质能作为一种新能源，具有三大优点：一、它是一种可再生能源，资源丰富又可以再生；二、利用后对环境的污染比煤炭、石油要小得多;三、它的资源分布广泛，到处可以获得，是能源分散供给体系的一种极佳能源。师用含糖类、淀粉较多的农作物（如玉米、高粱)为原料，在催化剂的作用下，经水分解和细菌作用,可以制成乙醇。乙醇可以直接作为燃料，也可以和汽油混合,作发动机的燃料.板书：（C6H10O5）n+nH2OnC6H12O6C6H12O62C2H5OH+2CO2↑师生物质能的另一种利用方式是“热化学转换”.板书：(3)热化学转换师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。在加热炉内加热固体生物质，同时通入空气或水蒸气,或者隔绝空气加热生物质，使之发生复杂的化学反应产生可燃性气体。师请阅读教材第47页内容“生活垃圾中的生物质能利用”。与传统的填埋方法相比，用焚烧方法处理垃圾，优点何在？投影：a.减轻了垃圾占地给城市造成的压力。b。焚烧产生热量而发电.c。焚烧的余热可以供暖。d.焚烧产生的残渣可以修桥铺路。师刚才我们学习了生物质能的几种利用方式和它们的优势所在，但是，为什么目前生物质能的利用还不是十分广泛呢?它的前景如何呢？生物质能的应用目前主要还是停留在直接燃烧阶段，因为它的推广受到一些客观因素的制约，比如，一些技术难题,生物化学转换、热化学转换和生活垃圾的焚烧处理都要受到转换设备的影响等等。板书：2.开发利用生物质能的前景课堂小结本节课主要学习了生物质能的利用、开发利用生物质能的前景和尚未攻克的一些技术难题。布置作业查阅资料，了解氢能的开发和利用。板书设计生物质能的利用1.生物质能的利用方式(1)直接燃烧（C下标6H下标10O下标5）下标n+6nO2点燃5nH2O+6nCO2(2)生物化学转换(C下标6H下标10O下标5)下标n+nH2O酶nC6H下标12O6C6H下标12O6发酵2C2H5OH+2CO2↑（3)热化学转换2。开发利用生物质能的前景活动与探究查阅资料,了解生物质能的开发和利用（课前进行)生物质能来源于植物及其加工产品所储存的能量.生物质能包括农业废弃物（植物的秸秆、枝叶）、水生植物、油粒植物、城市与工业有机废弃物、动物粪便等。这些物质中蕴含着丰富的生物质能.生物质能的利用方式：（1）直接燃烧(C6H下标10O5）下标n+6nO2点燃5nH2O+6nCO2（2）生物化学转换(C6H下标10O5）下标n+nH2O酶nC6H下标12O6C6H下标12O6发酵2C2H5OH+2CO2↑(3)热化学转换开发利用生物质能的前景：生物质能的应用目前主要还是停留在直接燃烧阶段，因为它的推广受到一些客观因素的制约，比如，一些技术难题，生物化学转换、热化学转换和生活垃圾的焚烧处理都要受到转换设备的影响等等。但是，目前，世界各国都很重视生活质能的开发和利用，而且，各国之间的技术合作也在进行。备课资料生物质能概述生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。从广义上讲，生物质是植物通过光合作用生成的有机物，它的能量最初来源于太阳能，所以生物质能是太阳能的一种,它的生成过程如下:CO2+H2O+太阳能(CH2O)6+O2每个叶绿素都是一个神奇的化工厂，它以太阳光作动力,把CO2和水合成有机物,它的合成机理目前人类仍未清楚。研究并揭示光合作用的机理,模仿叶绿素的结构，生产出人工合成的叶绿素，建成工业化的光合作用工厂，是人类的梦想。如果这一梦想能实现,它将从根本上改变人类的生产活动和生活方式，所以研究叶绿素的机理一直是激动人心的科学活动.光合作用原理图生物质是太阳能最主要的吸收器和储存器。太阳能照射到地球后，一部分转化为热能，一部分被植物吸收，转化为生物质能;由于转化为热能的太阳能能量密度很低，不容易收集，只有少量能被人类所利用，其他大部分存于大气和地球中的其他物质中;生物质通过光合作用，能够把太阳能富集起来,储存在有机物中，这些能量是人类发展所需能源的源泉和基础。基于这一独特的形成过程，生物质能既不同于常规的矿物能源，又有别于其他新能源,兼有两者的特点和优势，是人类最主要的可再生能源之一。1。生物质的重要性生物质具体的种类很多，植物类中最主要也是我们经常见到的有木材、农作物（秸秆、稻草、麦秆、豆秆、棉花秆、谷壳等）、杂草、藻类等。非植物类中主要有动物粪便、动物尸体、废水中的有机成分、垃圾中的有机成分等。生物质种类的相片由于地球上生物数量巨大，由这些生命物质排泄和代谢出许多有机质,这些物质所蕴藏的能量是相当惊人的。根据生物学家估算，地球上每年生长的生物能总量约1400～1800亿吨(干重），相当于目前世界总能耗的10倍.我国的生物质能也极为丰富，现在每年农村中的秸秆量约6.5亿吨，到2010年将达7.26亿吨,相当于5亿吨标准煤。柴薪和林业废弃物数量也很大，林业废弃物（不包括炭薪林）每年约达3700m3从生物质能的资源总体构成来看，目前我国农村中生物质能约占全部生物质能的约70%以上，其他主要是城镇生活垃圾、污水和林业废弃物，而从先进国家目前的生物质资源和利用来看，其主要构成均都是以林业废弃物和薪炭林为主。我国随着薪炭林技术的发展和工业化水平的提高，这方面的比例也会越来越大，所以这方面的开发利用量也是不容忽视的。随着人类大量使用矿物燃料带来的环境问题日益严重，各国政府开始关心重视生物质能源的开发利用.虽然各国的自然条件和技术水平差别很大，对生物质能今后的利用情况将千差万别,但总的来说，生物质能今后的发展将不再像最近200多年来一样日渐萎缩，而是重新发挥重要作用,并在整个一次能源体系中占据稳定的比例和重要的地位。影响生物质能开发利用的因素很多，所以不同的预测方法结果差别很大，从100EJ到300EJ，但不论哪种预测方法都说明了生物质在未来的能源体系中有特别重要的意义，不论哪个时间，生物质能总是总能耗的10%～30%之间。由于我国目前的生物质能主要是在农村经济中利用，所以农村未来能源需求和消耗情况对生物质能的开发利用量影响很大，有关资料对我国农村今后能源使用情况作了预测，这个指标可以较大程度上反映我国今后生物质能消耗的趋势。它的预测按两种，第一种是常规方案预测，即建立在现时生物质能发展情况的基础之上的预测，其结果是各时段（2000、2010、2030、2050）的生物质利用量的增长速度分别为8.9％、7.7％、8.0%、3.6%；第二种是加强方案预测，即以突出强调生物质能对化石能源的替代为依据的预测，其结果是各时段的发展速度分别为9.6%、8。0％、7。4%、4.5%。对未来农村能源的需要和各种可再生能源需求的变化进行预测,可知，随着社会的发展，传统利用生物质能的比例将越来越少，到2050年，农村生物质能的利用中传统利用方法不到1％，但是，生物质能的现代化利用技术的比例将越来越高,到2050年可能达到农村总能耗的13%。另外，从预测中可以看出天然生物质能在农村能源的比例随时间推移将越来越少，从30%降到13.7％左右，但是不管哪个时期，也不管哪个方案,生物质能在农村能源中的比例都很大（高于14%),而且是最主要的可再生能源（占可再生能源的50％以上），这可以充分说明生物质能在今后几十年内在我国农村能源,甚至于我国能源体系中的重要地位。2.生物质能与常规能源的相似性及可获得性生物质能的载体是有机物,所以这种能源是以实物的形式存在的，是唯一一种可储存和可运输的可再生能源。而且它分布最广,不受天气和自然条件的限制，只要有生命的地方即有生物质存在。从利用方式上看,生物质能与煤、石油内部结构和特性相似，可以采用相同或相近的技术进行处理和利用，利用技术的开发与推广难度比较低。另外，生物质可以通过一定的先进技术进行转换,除了转化为电力外,还可生成油料、燃气或固体燃料，直接应用于汽车等运输机械或用于柴油机、燃气轮机、锅炉等常规热力设备，几乎可以应用于目前人类工业生产或社会生活的各个方面，所以在所有新能源中，生物质能与现代的工业化技术和目前的现代化生活有最大的兼容性，它在不必对已有的工业技术作任何改进的前提下即可以替代常规能源,对常规能源有很大的替代能力，这些都是今后生物质能发挥重要作用的依据。从化学的角度看，生物质的组成是碳氢化合物,它与常规的矿物燃料,如石油、煤等是同类。由于煤和石油都是生物质经过长期转换而来的，所以生物质是矿物燃料的始祖，被喻为即时利用的绿色煤炭。正因为这样，生物质的特性和利用方式与矿物燃料有很大的相似性，可以充分利用已经发展起来的常规能源技术开发利用生物质能。但与矿物燃料相比，它的挥发组分高，炭活性高，含硫量和灰分都比煤低，因此，生物质利用过程中SO2、NOx的排放较少，造成空气污染和酸雨现象会明显降低。这也是开发利用生物质能的主要优势之一。氢能的开发与利用从容说课本课时的主要内容是氢能的开发与利用。本课时可以这样引入：通过初中化学的学习，我们就知道了氢能是洁净、高效的新型能源，那么,氢能的优点何在？有了统一的认识“氢能是最好的洁净、高效的新型能源”以后，就可以启发学生去思考：氢能的产生方式？对这个问题，学生有一定的知识基础,不过不够全面而已。因为在课前，已事先布置了查阅资料的任务，所以在课堂上，就可以让学生来进行汇报交流，学生汇报交流不够全面之处，再由教师来补充讲解。在学生对氢能的制取方式进行交流以后，可以再由学生来对各种制备方式进行评议，找出各种方法的优缺点，归纳出在目前的客观条件下，最佳的制备方式是什么?并要求讲清理由。氢能的利用途径？对这个问题，学生也有一定的知识基础，知道可以将氢气用来作为燃料燃烧提供热量。因为在本专题的第三单元,学生已经学习过了原电池的有关知识，学习过了燃料电池的工作原理,在此处,只需提醒学生，依靠氢能来产生电能也是氢能的一种利用方式.需要注意的是,因为氢能的产生方式、氢能的利用途径，都有很多的方式，头绪比较多，学生容易混淆，教师在教学中要多列表、多投影或是多板书，便于学生理清头绪。教学设计教学重点氢能利用的现状、开发利用氢能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题.教学难点氢能的利用原理教具准备电脑图片若干、投影片若干三维目标知识与技能简单了解氢能利用的现状、开发利用氢能的广阔前景和尚未攻克的一些技术难题.过程与方法1。采用查阅资料、收集数据等生动活泼的学习形式，调动学生的学习积极性和主动性。2.联系生产、生活实际学习氢能的利用。情感、态度与价值观认识开发、利用高能清洁能源的重要性和紧迫性。教学过程导入新课当前，人们更多地在谈论氢能和核聚变能,它们被称为人类的终极能源或永久能源。氢能是把氢及其同位素作为原料的能源。氢能的大规模利用与核聚变反应紧密联系。核聚变能是人类至今发现的最大规模能源.早在1933年科学家就发现了核聚变现象，而工程技术可行性及商业可行性还需要相当长时间才能解决，最乐观的估计是在21世纪中下叶，人类有望用上聚变能源。但是,开发氢能电池,将是近10年有望实现商品化的事.氢能电池作为汽车动力，它不排放废气仅排放水,将十分有利城市空气的净化。推进新课师通过初中化学的学习，我们就知道了氢能是最好的洁净、高效的新型能源，为什么可以这么说呢？投影:氢能的三大优点1。燃烧放出的热量多2。燃烧产物是水,不污染环境3.制备它的原料是水，资源不受限制师所以，氢气被人们看作是理想的“绿色能源”。板书：氢能的开发与利用1.氢能的三大优点师上网或查阅图书资料,了解目前人类制取氢气的方法.在课前，我们已将这个任务布置给了大家。现在，请归纳整理你所查阅到的信息，并与同学交流讨论。生1用电解水的方法可以使水分解制得氢气和氧气。师请问，这种电解水的方式有什么缺陷呢?生1缺陷是要消耗大量的电能。师水电解制氢方法，现已形成规模。其中低价电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法,但目前电耗过高，亟待改进。因此，欲获得大量廉价的氢能，将取决于是否能实现低能耗低成本的规模制氢方法.生2目前常用的制氢方法是以天然气、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.师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。现有的工业制氢主要是维持目前化工、炼油、冶金及电子等部门的需要。生3还可以利用蓝绿藻低等植物和微生物在阳光作用下释放出氢气，这种方式被称为生物质气化制氢方法。师生物质气化制氢等方法,现也已形成规模.生4在光分解催化剂存在的条件下，在特定的装置中,利用太阳能，也可以分解水制得氢气，不过目前还没有形成规模效应。板书：2.氢能的产生方式(1)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。(2)以天然气、石油和煤为原料，用部分氧化法制得。(3)电解水制得氢气。(4)生物质气化制氢。（5)光解水制得氢气.师大规模生产氢气的工艺，要求氢气的生产成本低、环境污染少、工艺简单、生产安全.请在刚才同学们交流的方法中，选择一种最佳的制备方式,并简要说明理由。生1我觉得生物质气化制氢是最佳的方案。因为，方法(1)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，方法(2）以天然气、石油和煤为原料，用部分氧化法制得，都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。生4我觉得方法(3)电解水制得氢气是一种最佳的方法，当然了，前提是要获得大量的低价电.我想，低价电电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法，但目前电耗过高，亟待改进.生5我觉得方法(5）光解水制得氢气是一种最佳的方法。这种方法，既不需要消耗大量的化石能源，又不需要消耗大量的电量，利用的是太阳能。不过，这种方法也有缺点,就是需要寻找到合适的光分解催化剂。师(小结后综述)目前来说，最佳的方式是光解水制氢气及生物质气化制氢.思考:氢能的利用途径.生氢气燃烧生成水，同时释放热能.师在原电池内容的学习中,我们了解了氢氧燃料电池的工作原理……生对呀,氢氧燃料电池中，氢气和氧气发生氧化还原反应，形成了原电池,产生了微电流，释放电能。师除了利用氢和氧化剂发生反应放出的热能、利用氢和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电能以外，还可以利用氢的热核反应释放出的核能。我国早已试验成功的氢弹就是利用了氢的热核反应释放出的核能，是氢能的一种特殊应用.我国航天领域使用的以液氢为燃料的液体火箭,是氢作为燃料能源的典型例子。近年来，我国科学工作者在这方面进行了大量的基础性研究和开发性工作。西安交通大学曾进行过“氢燃烧和动力循环的研究”及“氢燃烧流场的研究及氢火焰性能评价”.浙江大学新材料所与内燃机所合作,成功地改装了一辆燃用氢汽油混合燃料的中巴车,通过添加约4.7wt％氢气进行的氢汽油混合燃料燃烧，平均节油率达44%.我国自行研制的30kW氢燃料电池电动汽车,已在2000年完成。目前,PEMFC电源系统的应用开发，将成为推动氢能利用的新动力。板书：3。氢能的利用途径（1）燃烧放热（比如：以液氢为燃料的液体火箭）(2)用于燃料电池，释放电能（比如：氢燃料电池电动汽车）(3)利用氢的热核反应释放出的核能（比如：氢弹）师为进一步开发氢能，推动氢能利用的发展，“氢能技术”已被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划（能源领域）》。投影：氢能小结光分解制氢用于燃料电池释放电能师安全、高效、高密度、低成本的储氢技术,是将氢能利用推向实用化、规模化的关键。请阅读教材第48页内容“储氢材料"。师多年来，我国氢能领域的专家和科学工作者在国家经费支持不多的困难条件下，在制氢、储氢和氢能利用等方面，仍然取得了不少的进展和成绩。但是,由于我国在氢能方面投入资金数量过少，与实际需求相差甚远,虽在单项技术的研究方面有所成就，甚至有的达到了世界先进水平,并且在储氢合金材料方面已实现批量生产，但就氢能系统技术的总体水平,尚与发达国家有一定差距。目前，氢的储存方法主要有以下几种：常压储氢,高压储氢，液氢储氢，金属氢化物储氢及吸附储氢等。液氢储氢是一种较好的储氢方法，此法储氢密度高.但是，制备1升液氢约需消耗电能3kWh，在储存过程中液氢还有自然挥发，因此能耗较高。金属氢化物的出现为氢的储存、运输及利用开辟一条新的途径.70年代后期,南开大学、北京有色金属研究总院、浙江大学和中国科学院上海冶金研究所等就开始了储氢材料的基础研究。其中,化学法制备合金储氢材料在国际上处于领先水平。近年来，我国在金属氢化物储氢技术领域又取得了新的进展.浙江大学新材料研究所承担的“九五”国家“863”高技术项目“燃料电池氢源合金及氢燃料箱研究”，已研制出三类新的储氢合金，其储氢能力分别为1。61wt％、1。8wt%和2.1wt％.此外,还设计并试制成功容量为700L和4。0Nm3的便携式氢源样机，可适用于1kW及5kWPEMFC电池.浙江大学还进行了金属氢化物储氢技术的工程应用研究和装置开发,主要有340Nm3氢化物氢集装箱，MHPC—24型氢净化压缩装置及3600kcal/h金属氢化物式空调机（见图73）。北京有色金属研究总院承担了国家“九五"科技攻关项目“储氢合金及储氢应用技术的研究"，开展氢能和燃料电池用氢源合金及金属氢化物储氢器的应用研究.其中,小型储氢器已供国内数家单位在太阳能及燃料电池领域的研究与开发中使用.近年来，清华大学、中科院金属所、防化研究院及西北核技术研究所等单位开始对新型储氢技术——纳米碳材料的储氢进行了多项基础性研究。其中，清华大学、中科院金属所和防化研究院都在室温下得到了储氢重量比在12MPa时为8%左右的纳米碳材料。课堂小结在人类文明史上,能源技术领域中的每一次重大突破都对社会和经济的发展产生深远的影响。21世纪的能源技术不会沿袭20世纪传统的方式无限制地发展下去，可持续发展的概念正在成为当今能源技术发展的指导思想。最近，美国学者提出了“新能源经济”的概念，认为发展信息产业是解决能源危机的有效途径之一。世界包括中国将积极地推进新能源的发展,这不仅可以有效地控制温室气体向太空的排放，也将有力地支持经济社会发展对能源的需求。 布置作业查阅资料，书写科学小报告“氢能的开发与利用”。板书设计氢能的开发与利用1.氢能的三大优点2。氢能的产生方式（1)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.(2)以天然气、石油和煤为原料，用部分氧化法制得。(3）电解水制得氢气。（4)生物质气化制氢。(5)光解水制得氢气。3。氢能的利用途径(1）燃烧放热（比如：以液氢为燃料的液体火箭）(2)用于燃料电池，释放电能（比如：氢燃料电池电动汽车）（3)利用氢的热核反应释放出的核能（比如：氢弹）活动与探究查阅资料,了解氢能的开发和利用。学生活动教师指导分组，弄清自己的任务布置需要查阅的内容分组去进行相关的资料查阅课堂上进行交流、总结将学生交流的信息进行汇总1.氢能的三大优点2.氢能的产生方式：(1）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。（2）以天然气、石油和煤为原料，用部分氧化法制得。（3）电解水制得氢气。(4）生物质气化制氢.（5）光解水制得氢气。3。氢能的利用途径：（1)燃烧放热(比如:以液氢为燃料的液体火箭）。（2）用于燃料电池，释放电能（比如：氢燃料电池电动汽车)。(3）利用氢的热核反应释放出的核能（比如：氢弹）。备课资料1.氢能的发展预测氢能开发利用首要解决的是廉价的氢源问题.从煤、石油和天然气等化石燃料中制取氢气，国内虽已有规模化生产，但从长远观点看,这已不符合可持续发展的需要。从非化石燃料中制取氢气才是正确的途径。在这方面电解水制氢已具备规模化生产能力，研究降低制氢电耗有关的科学问题，是推广电解水制氢的关键.光解水制氢其能量可取自太阳能,这种制氢方法适用于海水及淡水，资源极为丰富，是一种非常有前途的制