感受化學(xué)魅力探尋化學(xué)之美化學(xué)與社會發(fā)展第十一單元第二節(jié)

化學(xué)與能源開發(fā)目錄CONTENTS1通過分析氫氣用作燃料的優(yōu)點(diǎn)，認(rèn)識氫能是未來最理想的能源2明確化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量也可以轉(zhuǎn)化為電能感受化學(xué)魅力探尋化學(xué)之美重點(diǎn):氫能源的優(yōu)點(diǎn)、化學(xué)電池難點(diǎn):化學(xué)能與其他形式能的相互轉(zhuǎn)化3增強(qiáng)能源意識，強(qiáng)化關(guān)心自然、關(guān)心社會的責(zé)任感人類社會的發(fā)展離不開能源。目前人類利用最多的能源是煤、石油、天然氣等化石燃料，而化石燃料正面臨著日益枯竭的危機(jī)，且化石燃料的使用還會導(dǎo)致碳排放量的增加。開發(fā)利用清潔而又高效的新能源，是21世紀(jì)人類面臨的重要課題。課堂導(dǎo)入解決能源問題的措施1.能源效率提升:改進(jìn)工業(yè)、交通、建筑和家庭的能源使用方式，采用節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，減少能源浪費(fèi)；2.發(fā)展可再生能源:

投資并推廣太陽能、風(fēng)能、水能和生物能源等，減少對化石燃料的依賴，政府可以提供激勵(lì)措施。新能源——太陽能太陽能是由太陽內(nèi)部氫原子發(fā)生氫氦聚變釋放出巨大核能而產(chǎn)生的，來自太陽的輻射能量，主要表現(xiàn)為常說的太陽光線。太陽能在現(xiàn)代一般用作發(fā)電或者為熱水器提供能源。其利用方式包括光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換，太陽能發(fā)電是一種可再生能源，具有可再生、能量大、普遍的特點(diǎn)。新能源——核能核能發(fā)電是利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進(jìn)行發(fā)電的方式。核能發(fā)電時(shí)存在大量放射性物質(zhì)，需要特殊的防護(hù)設(shè)施。核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會造成空氣污染。構(gòu)成核能發(fā)電成本的因素很多，包括基建投資費(fèi)用、安全防護(hù)費(fèi)用、核燃料費(fèi)用，以及核電站退役處理費(fèi)用。新能源——風(fēng)能風(fēng)能空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能，太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式。風(fēng)是由于太陽輻射造成地球表面各部分受熱不均勻，引起大氣層中壓力分布不平衡，在水平氣壓梯度的作用下，空氣沿水平方向運(yùn)動(dòng)形成的。一年中技術(shù)可開發(fā)的能量約5.3X10^13千瓦時(shí)，是可再生的清潔能源，儲量大、分布廣。新能源——水能水能是一種能源，是清潔能源，是綠色能源，是指水體的動(dòng)能、勢能和壓力能等能量資源。水能是一種可再生能源，水能主要用于水力發(fā)電。水力發(fā)電將水的勢能和動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能。以水力發(fā)電的工廠稱為水力發(fā)電廠，簡稱水電廠，又稱水電站。水力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)是成本低、可連續(xù)再生、無污染。缺點(diǎn)是分布受水文、氣候、地貌等自然條件的限制大。容易被地形、氣候等多方面的因素所影響，國家還在研究如何更好的利用水能。新能源——潮汐能潮汐能海水周期性漲落運(yùn)動(dòng)中所具有的能量。其水位差表現(xiàn)為勢能，其潮流的速度表現(xiàn)為動(dòng)能，這兩種能量都可以利用，是一種可再生能源。因月球引力的變化引起潮汐現(xiàn)象，潮汐導(dǎo)致海水平面周期性地升降，這種能量是永恒的、無污染的能量。清潔高效的氫能一、2022年北京冬季奧運(yùn)會的火炬“飛揚(yáng)”是冬奧會重要的形象元素之一，其中一個(gè)科技亮點(diǎn)是采用氫氣作為燃料探究新知根據(jù)你所知道的有關(guān)氫氣的知識，就氫氣用作燃料的優(yōu)點(diǎn)與同學(xué)進(jìn)行討論、交流：氫氣燃燒產(chǎn)生的熱量；2.氫氣燃燒的產(chǎn)物；3.制取氫氣的原料；

4.……觀察思考11-1認(rèn)識氫氣燃料優(yōu)點(diǎn):氫氣燃燒的熱值比化石燃料高很多，而且氫氣可以由水制得，燃燒后又生成水，不污染環(huán)境。因此，氫能是未來最理想的能源缺點(diǎn):氫氣的生產(chǎn)過程需要消耗大量的電能，生產(chǎn)成本高且儲存和運(yùn)輸困難理想的氫能源循環(huán)體系用電解水的方法制取氫氣消耗電能太多，成本太高。化學(xué)家正在積極研究如何以低廉的成本制取大量的氫氣。其中，尋找合適的光分解催化劑，使水在太陽光的照射下分解產(chǎn)生氫氣，是最理想的制氫方法。理想的氫能源循環(huán)體系的意義在于:（1）在光催化劑的作用下,通過水的分解實(shí)現(xiàn)由太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變;（2）通過燃料電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)由化學(xué)能向電能的轉(zhuǎn)變。氫氧燃料電池氫氧燃料電池是以氫氣作燃料為還原劑，氧氣作氧化劑，通過燃料的燃燒反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵?。該電池?shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，具有轉(zhuǎn)換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電等優(yōu)點(diǎn)。由于氫氣是一種易燃易爆的氣體，難液化，儲存和運(yùn)輸既不方便也不安全，如何安全儲存氫氣是氫能開發(fā)研究的又一關(guān)鍵問題。目前，人們發(fā)現(xiàn)某些合金如Ti-Fe、Ti-Mn、La-Ni等都具有吸收氫氣的能力，其中La-Ni儲氫合金在常溫、0.152MPa下就可釋放出氫，已用于氫能汽車和燃料電池中氫的儲存。新型儲氫合金材料的研制和應(yīng)用對氫能開發(fā)具有重要的意義。氫氣的儲存儲氫材料儲氫材料是一類能可逆地吸收和釋放氫氣的材料。氫在通常條件下以氣態(tài)形式存在,且易燃、易爆、易擴(kuò)散,使得人們在實(shí)際應(yīng)用中要優(yōu)先考慮氫儲存和運(yùn)輸中的安全、高效和無泄漏損失,這就給儲存和運(yùn)輸帶來很大的困難。應(yīng)用廣泛的化學(xué)電池二、化學(xué)電池隨處可見，如手機(jī)中的鋰電池，遙控器中的鋅錳干電池，電動(dòng)汽車中的蓄電池等探究新知電池的分類及特點(diǎn)1.按工作原理可將電池分為兩類：（1）原電池:只能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，不能充電，如普通干電池、堿性電池等。（2）蓄電池:能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，也可以將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，如鉛酸蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池等。2.電池的特點(diǎn)：電池以體積小、電容量大、移動(dòng)方便等特點(diǎn)，在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活中得到廣泛應(yīng)用。1.觀察干電池的剖面圖，查閱相關(guān)資料，了解這些物質(zhì)分別有什么作用？2.把一塊鋅片和一根碳棒平行插入盛有稀硫酸的燒杯中，觀察現(xiàn)象?；顒?dòng)探究11-1化學(xué)反應(yīng)能否產(chǎn)生電能（1）碳棒正極:得電子，參與電化學(xué)反應(yīng)（2）鋅皮負(fù)極:失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放電子供給外電路（3）二氧化錳:吸收正極產(chǎn)生的氫氣，防止極化現(xiàn)象（4）炭黑:是導(dǎo)電劑，提高電池的導(dǎo)電性能（5）氯化銨:是電解質(zhì)，有助于維持電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)，確保電池能夠正常釋放電流現(xiàn)象:鋅片表面有氣泡生成，碳棒無變化3.用導(dǎo)線將上述實(shí)驗(yàn)中的鋅片和碳棒連接起來，并在導(dǎo)線中間連接一個(gè)靈敏電流計(jì)，觀察現(xiàn)象。與步驟2中的現(xiàn)象對比，有何異同？由此你能得出什么結(jié)論？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象化學(xué)方程式

電流計(jì)偏轉(zhuǎn)原因能量轉(zhuǎn)化的形式使用化學(xué)電源的優(yōu)點(diǎn)電流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鋅片表面變色，碳棒表面有氣泡產(chǎn)生Zn+H2SO4

=H2↑+ZnSO4燒杯中發(fā)生了化學(xué)變化，在這種條件下化學(xué)變化可以產(chǎn)生電流，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能提高能量的轉(zhuǎn)化效率，減少大氣污染廢舊電池對環(huán)境的影響廢舊電池的危害主要集中在重金屬上，如汞、鉛、鎘。這些物質(zhì)泄漏出來進(jìn)入水或土壤，就會通過各種途徑進(jìn)入人體的食物鏈，最終帶來危害。因此務(wù)必要正確使用電池，并妥善回收。課堂達(dá)標(biāo)1.一種利用太陽能分解水的原理如圖所示。下列說法不正確的是（）A．反應(yīng)Ⅰ的化學(xué)方程式：I2+SO2+2H2O═2HI+H2SO4

B．理論上每生成2gH2，同時(shí)生成32gO2

C．反應(yīng)Ⅲ中生成SO2和O2的分子個(gè)數(shù)比為2：1 D．反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ在反應(yīng)前后均有元素化合價(jià)發(fā)生改變B課堂達(dá)標(biāo)2.開發(fā)和利用新能源是國家能源戰(zhàn)略發(fā)展的方向。下列不屬于新能源的是（

）A．天然氣 B．核能 C．太陽能 D．風(fēng)能A3.國家發(fā)改委、國家能源局等聯(lián)合印發(fā)了《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃下列屬于可再生能源的是（

）A．風(fēng)能 B．煤 C．天然氣 D．石油A課堂達(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)4.下列關(guān)于能源的說法不正確的是（

）A．氫氣是21世紀(jì)的理想能源 B．科技發(fā)展可促進(jìn)能源的開發(fā)利用C．煤、石油和天然氣都屬于可再生能源 D．能源結(jié)構(gòu)向多元、清潔和低碳方向轉(zhuǎn)型C課堂達(dá)標(biāo)5.樹立環(huán)保意識，踐行環(huán)境友好生活方式。下列做法中，不利于環(huán)境保護(hù)的是（

）A.植樹造林?jǐn)U大綠化面積 B.減少自駕燃油汽車出行C.開發(fā)利用氫能等新能源 D.進(jìn)一步擴(kuò)大燃煤發(fā)電D課堂達(dá)標(biāo)6.能源是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)和民生的動(dòng)力，也是持續(xù)發(fā)展不竭的源泉。在多樣化的能源中，屬于不可再生能源的是（

）A．太陽能 B．風(fēng)能 C．天然氣 D．乙醇C課堂達(dá)標(biāo)7.目前，多數(shù)汽車使用的燃料主要是汽油，它是從化石燃料——_____中分離得到的產(chǎn)品。與其相比，氫燃料電池的使用具有下列優(yōu)勢_____（選填字母）。A.氫氣來源廣泛，可由空氣直接分離獲得B.氫氣本身無毒，反應(yīng)產(chǎn)物也不污染環(huán)境石油B課堂達(dá)標(biāo)8.氫化鈣（CaH2）固體是一種儲氫材料。氫化鈣通常用氫氣和鈣加熱制得，制備氫化鈣固體的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。請閱讀下列資料后回答問題：資料：a、堿石灰是氧化鈣和氫氧化鈉的混合物；b、鈣遇水立即發(fā)生劇烈反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣；c、氫化鈣遇水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氫氣。①裝置A中生成氫氣的化學(xué)方程式為

。②裝置B的作用是