專題2化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化第4單元太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用本單元的內(nèi)容介紹了有關(guān)能源利用的問題，包括太陽能、生物質(zhì)能以及氫能這三種能源的開發(fā)、利用和一些相關(guān)問題的介紹。本單元內(nèi)容密切聯(lián)系社會(huì)熱點(diǎn)問題和生產(chǎn)生活實(shí)際，與化學(xué)、物理、生物等學(xué)科知識(shí)聯(lián)系緊密，對(duì)于復(fù)習(xí)鞏固所學(xué)的學(xué)科知識(shí)、提高社會(huì)責(zé)任感、提高科學(xué)素養(yǎng)具有重要作用。本單元教材內(nèi)容在編寫上有三個(gè)特點(diǎn)：1.突出開發(fā)利用新能源的美好前景，說明新能源的開發(fā)利用需要新技術(shù)、新辦法來克服許多技術(shù)難關(guān)。例如，教材介紹了氫能的利用前景，也指出要大規(guī)模制備和利用氫氣，還要解決很多問題，有待進(jìn)一步研究、試驗(yàn)。2.強(qiáng)調(diào)開發(fā)利用新能源體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。教材介紹沼氣的開發(fā)和利用就是一例。3.強(qiáng)調(diào)開發(fā)和利用新能源，要綜合應(yīng)用化學(xué)、物理、生物、材料科學(xué)等多種學(xué)科的知識(shí)和技能。本單元教材的學(xué)習(xí)內(nèi)容就體現(xiàn)了各學(xué)科之間的橫向聯(lián)系和相互滲透。例如，學(xué)習(xí)研究生物質(zhì)能的開發(fā)利用需要生物學(xué)和化學(xué)知識(shí)。本單元的教學(xué)分為兩課時(shí)完成，第一課時(shí)講解太陽能的開發(fā)、利用的現(xiàn)狀，以及開發(fā)利用太陽能的廣闊前景和尚未攻克的一些技術(shù)難題等知識(shí)，第二課時(shí)講解生物質(zhì)能的利用以及氫能的開發(fā)和利用問題。第一課時(shí)內(nèi)容的重點(diǎn)是太陽能利用的現(xiàn)狀、開發(fā)利用太陽能的廣闊前景和尚未攻克的一些技術(shù)難題，難點(diǎn)是分析太陽能的利用原理。第二課時(shí)的重點(diǎn)是生物質(zhì)能、氫能利用的現(xiàn)狀、開發(fā)利用生物質(zhì)能、氫能的廣闊前景和尚未攻克的一些技術(shù)難題，難點(diǎn)是生物質(zhì)能、氫能的利用原理?？傮w是通過有關(guān)能源問題的文字、圖像資料等，結(jié)合交流、討論等多種學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生聯(lián)系并綜合運(yùn)用物理、生物等學(xué)科知識(shí)，大膽闡述自己的見解，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。本單元教學(xué)的目的是通過世界和我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)及其變化趨勢(shì)，讓學(xué)生一方面看到人類面臨的能源危機(jī)，鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)心能源問題，認(rèn)識(shí)開發(fā)、利用高能、清潔能源的重要性和迫切性；另一方面也看到太陽能、生物質(zhì)能、氫能等新能源的開發(fā)和利用有著誘人的前景，激發(fā)學(xué)生的求知欲，鼓勵(lì)學(xué)生為全人類的幸福而努力學(xué)習(xí)。課時(shí)分配太陽能的利用1課時(shí)生物質(zhì)能的利用氫能的開發(fā)與利用1課時(shí)第一課時(shí)太陽能的利用整體設(shè)計(jì)三維目標(biāo)1.知識(shí)與技能（1）簡(jiǎn)單了解太陽能利用的現(xiàn)狀，了解開發(fā)利用太陽能的廣闊前景和尚未攻克的一些技術(shù)難題。（2）了解化石燃料的不可再生性及其給環(huán)境帶來的問題，了解現(xiàn)階段的能源危機(jī)。2.過程與方法(1)采用閱讀資料、收集數(shù)據(jù)等生動(dòng)活潑的學(xué)習(xí)形式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。(2)聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際學(xué)習(xí)太陽能的利用。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀認(rèn)識(shí)開發(fā)、利用高能清潔能源的重要性和緊迫性，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。教學(xué)重點(diǎn)太陽能利用的現(xiàn)狀、開發(fā)利用太陽能的廣闊前景和尚未攻克的一些技術(shù)難題。教學(xué)難點(diǎn)太陽能的利用原理。課前準(zhǔn)備所用投影的ppt（網(wǎng)址：&id=1332)整體過程導(dǎo)入新課［投影］①世界能源的主要來源的圖片。世界能源的主要來源現(xiàn)在世界能源消耗中90%以上是不可再生能源。其中：石油大約占40%，煤大約占30%，天然氣大約占20%。［分析］目前，世界所需的能源大多來自于石油、天然氣和煤，它們占到現(xiàn)在世界能源消耗中的90%以上。而我們知道這三種化石燃料是由遠(yuǎn)古生物掩埋在地下深處歷經(jīng)幾百萬年演變而形成的，它們都是不可再生能源，而且由于儲(chǔ)量有限，很可能在幾百年內(nèi)就被人類耗盡。［投影］20世紀(jì)末統(tǒng)計(jì)的非洲、美洲、歐洲和中東地區(qū)已經(jīng)探明的石油儲(chǔ)藏量和年平均消耗量數(shù)據(jù)表。石油蘊(yùn)藏量/t年平均耗油量/t非洲×109×108美洲×1010×108歐洲×109×108中東×1010×108【提問】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)20世紀(jì)末統(tǒng)計(jì)的非洲、美洲、歐洲和中東地區(qū)已經(jīng)探明的石油儲(chǔ)藏量和年平均消耗量數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)，估計(jì)一下世界各地區(qū)蘊(yùn)藏的石油可以供各地區(qū)使用多少年（不計(jì)進(jìn)出口量）。從估計(jì)結(jié)果你想到什么？［結(jié)論］非洲43年、美洲年、歐洲年、中東100年。世界能源出現(xiàn)了很大的危機(jī)。［分析］化石燃料是不可再生能源?？茖W(xué)家對(duì)全球化石燃料何時(shí)會(huì)被耗盡作了估計(jì)，其預(yù)測(cè)結(jié)果是——煤227年，石油40年，天然氣61年。［投影］能源危機(jī)圖［分析］能源危機(jī)給人類社會(huì)帶來的影響是我們難以承受的。而且隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求量越來越大。［投影］我國和世界能源消耗的趨勢(shì)圖能源消耗速度加快［分析］全球能源問題越來越受到人們的關(guān)注，而且燃燒化石燃料帶來的環(huán)境污染問題，如酸雨、溫室效應(yīng)等，也越來越嚴(yán)重，對(duì)人類生存環(huán)境的破壞越發(fā)嚴(yán)重。因此，開發(fā)和利用清潔、高效的新能源已成為人類共同關(guān)注的重大課題?！咎釂枴客瑢W(xué)們知道的新能源有哪些呢？［交流、討論］太陽能、氫能、風(fēng)能、海洋能等。［投影］新能源圖推進(jìn)新課［分析］在新能源中，太陽能、生物質(zhì)能、氫能和風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮艿榷际强稍偕茉础，F(xiàn)在，世界各國都在致力于開發(fā)和利用這些潔凈、高效的新能源，而太陽能是最誘人的。[板書]一、太陽能的利用［分析］地球上最根本的能源是太陽能。太陽每年輻射到地球表面的能源約為5×1019kJ，相當(dāng)于目前全世界年能耗的萬倍，可謂“取之不盡，用之不竭”，因此太陽能的利用前景是非常誘人的。如何利用這些能量，是人類特別是科學(xué)家們十分關(guān)心的問題。[板書]1.太陽能是地球上最基本的能源［投影］太陽能的轉(zhuǎn)化圖太陽能的轉(zhuǎn)化【提問】太陽能可以轉(zhuǎn)化成各種不同的能量，如熱能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等。那么，迄今為止，自然界中利用太陽能最重要也是最成功的途徑是什么呢？［回答］自然界中利用太陽能最重要也是最成功的途徑是植物的光合作用。在太陽光作用下，植物體內(nèi)的葉綠素把水、二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖，進(jìn)而生成淀粉、纖維素，把光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；動(dòng)物攝入體內(nèi)的淀粉、纖維素能水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖，葡萄糖氧化生成水和二氧化碳，釋放出熱量，供給生命活動(dòng)的需要。[板書]2.大自然利用太陽能最成功的途徑——植物的光合作用（1）光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。在太陽光作用下，植物體內(nèi)的葉綠素把水、二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖，進(jìn)而生成淀粉、纖維素。6H2O＋6CO2C6H12O6＋6O2（2）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。動(dòng)物體內(nèi)的淀粉、纖維素在酶的作用下，水解生成葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，又釋放出熱量。(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6C6H12O6(s)＋6O2(g)6H2O(l)＋6CO2(g)ΔH＝－2804kJ·mol-1［分析］科學(xué)家估計(jì)，地球上每年通過光合作用儲(chǔ)藏的太陽能相當(dāng)于全球能源年耗量的10倍左右?！咎釂枴看笞匀煌ㄟ^光合作用利用太陽能是如此的成功和美妙。那么，人類是通過什么方式開發(fā)和利用太陽能的呢？你知道有哪些途徑，已經(jīng)取得哪些成就嗎？請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材P48“拓展視野”。[板書]3.利用太陽能的一般方式［課件展示］能量轉(zhuǎn)化方式太陽能利用的實(shí)例太陽輻射能直接利用光能轉(zhuǎn)化為熱能，基本原理是將太陽輻射能收集起來地膜、大棚、溫室；太陽能熱水器；反射式太陽灶；高溫太陽爐等光能轉(zhuǎn)化為電能光—熱—電轉(zhuǎn)換，其原理是利用太陽輻射能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器發(fā)電，太陽能集熱器吸收的熱能使水轉(zhuǎn)化為水蒸氣，再驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。太陽能發(fā)電光—電直接轉(zhuǎn)換，其原理是根據(jù)光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能太陽能電池光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能利用太陽輻射能和催化劑可以使水分解（光解水）制得氫氣光能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能，其本質(zhì)也是光—化學(xué)能轉(zhuǎn)換地球上眾多植物的光合作用：6H2O＋6CO2C6H12O6＋6O2太陽輻射能間接利用太陽能間接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和電能，原理是太陽輻射能使地表水分蒸發(fā)形成云雨，下雨之后江、河上游的水位提高形成落差，推動(dòng)水輪機(jī)而發(fā)電水力發(fā)電礦物燃料。由遠(yuǎn)古時(shí)代的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化而來，歸根到底是由太陽能轉(zhuǎn)化而來。太陽能間接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能【提問】請(qǐng)同學(xué)們思考一下，人們?cè)谔柲艿拈_發(fā)和利用方面還存在哪些困難和問題？［結(jié)論］首先要深入研究出綠色植物光合作用的機(jī)理，弄清楚葉綠素的催化原理，以及光合作用發(fā)生的溫度等外界條件，創(chuàng)造出類似于葉綠素的催化劑，并創(chuàng)造出適合的外界條件。［評(píng)價(jià)］這些尚未攻克的難題都需要同學(xué)們的不懈努力。同學(xué)們可以發(fā)揮自己的創(chuàng)造力，課后去查閱一些相關(guān)資料，對(duì)此問題再做進(jìn)一步研究和討論。課堂小結(jié)未來能源的發(fā)展之路，必將是一條在穩(wěn)步發(fā)展和高效利用常規(guī)能源的基礎(chǔ)上，綜合化學(xué)、材料、物理等多學(xué)科的優(yōu)勢(shì)不斷開發(fā)新技術(shù)，利用新能源，注重潔凈能源和可再生能源的可持續(xù)發(fā)展之路。太陽能是地球上最根本的能源，它是一種高能、清潔、可再生能源，太陽能的利用前景是十分誘人的。目前對(duì)太陽能的收集和利用主要有三種方式：光—化學(xué)轉(zhuǎn)換、光—熱轉(zhuǎn)換和光—電轉(zhuǎn)換。布置作業(yè)1.下列能源中，屬于“無污染能源”的是（）A.煤氣B.核能C.太陽能D.石油2.下列屬于直接利用太陽能輻射能的方式是（）①光—熱轉(zhuǎn)換②光—電轉(zhuǎn)換③光—化學(xué)能轉(zhuǎn)換④光——生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換A.①②③B.①③④C.①②④D.①②③④3.下列關(guān)于能源和作為能源使用的物質(zhì)的敘述中錯(cuò)誤的是（）A.化石燃料物質(zhì)內(nèi)部?jī)?chǔ)存著能量B.太陽能不能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能C.物質(zhì)的化學(xué)能可能在不同條件下轉(zhuǎn)化為熱能、電能為人類所用D.綠色植物發(fā)生光合作用時(shí)，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來[答案]板書設(shè)計(jì)第四單元太陽能、生物質(zhì)能和氫能的利用一、太陽能的利用1.太陽能是地球上最基本的能源。2.大自然利用太陽能最成功的途徑——植物的光合作用。（1）光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。在太陽光作用下，植物體內(nèi)的葉綠素把水、二氧化碳轉(zhuǎn)化為葡萄糖，進(jìn)而生成淀粉、纖維素。6H2O＋6CO2C6H12O6＋6O2（2）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。動(dòng)物體內(nèi)的淀粉、纖維素在酶的作用下，水解生成葡萄糖，葡萄糖氧化生成二氧化碳和水，又釋放出熱量。(C6H10O5)n＋nH2OnC6H12O6C6H12O6(s)＋6O2(g)6H2O(l)＋6CO2(g)ΔH＝－2804kJ·mol－13.利用太陽能的一般方式教學(xué)反思本節(jié)課教學(xué)中首要問題是如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，針對(duì)這點(diǎn)，新課導(dǎo)入就顯得非常重要，本課用大量圖片和直觀的數(shù)據(jù)讓學(xué)生一下感受到人類面臨著嚴(yán)重的能源危機(jī)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，再從太陽能的多種轉(zhuǎn)化形式以及它的強(qiáng)大能量，讓學(xué)生感受到開發(fā)、利用太陽能的誘人前景，激發(fā)學(xué)生的求知欲。在教學(xué)過程中，圍繞學(xué)習(xí)主題，組織學(xué)生進(jìn)行討論，發(fā)動(dòng)、鼓勵(lì)學(xué)生聯(lián)系并綜合利用各學(xué)科的知識(shí)，在討論中大膽闡述自己的觀點(diǎn)，互相啟發(fā)交流，讓學(xué)生成為課堂的主角。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情比較高，較好地完成了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。備課資料1.太陽能的利用太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源，生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽能、海洋能、水能等都來自太陽能。廣義地說，太陽能包含以上各種可再生能源。太陽能作為可再生能源的一種，則是指太陽能的直接轉(zhuǎn)化和利用。通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能利用的屬于太陽能熱利用技術(shù)，再利用熱能進(jìn)行發(fā)電的稱為太陽能熱發(fā)電，也屬于這一技術(shù)領(lǐng)域；通過轉(zhuǎn)換裝置把太陽輻射能轉(zhuǎn)換成電能利用的屬于太陽能光發(fā)電技術(shù)，光電轉(zhuǎn)換裝置通常是利用半導(dǎo)體器件的光伏效應(yīng)原理進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的，因此又稱太陽能光伏技術(shù)。20世紀(jì)50年代，太陽能利用領(lǐng)域出現(xiàn)了兩項(xiàng)重大技術(shù)突破：一是1954年美國貝爾實(shí)驗(yàn)室研制出6％的實(shí)用型單晶硅電池；二是1955年以色列Tabor提出選擇性吸收表面概念和理論并研制成功選擇性太陽吸收涂層。這兩項(xiàng)技術(shù)的突破，為太陽能利用進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展時(shí)期奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。2.國內(nèi)太陽能利用概況煤炭巨量消費(fèi)已成為我國大氣污染的主要來源。我國具有豐富的太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽艿刃履茉春涂稍偕茉促Y源，開發(fā)利用前景廣闊。太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用始于70年代，真正快速發(fā)展是在80年代。在1983年—1987年短短的幾年內(nèi)先后從美國、加拿大等國引進(jìn)了七條太陽能電池生產(chǎn)線，使我國太陽能電池的生產(chǎn)能力從1984年以前的年產(chǎn)200千瓦躍到1988年的兆瓦。目前太陽能電池主要應(yīng)用于通信系統(tǒng)和邊遠(yuǎn)無電縣、無電鄉(xiāng)村、無電島嶼等邊遠(yuǎn)偏僻無電地區(qū)，年銷售約兆瓦，成效顯著。(1）建成了40多座縣、鄉(xiāng)級(jí)小型光伏電站，光伏電池總裝機(jī)容量約600KW，其中西藏最多，達(dá)450多千瓦；1998年10月建成我國最大的西藏那曲安多縣光伏電站的光伏電池裝機(jī)容量高達(dá)100KW。（2）家用光伏電源在青海、內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏、西藏以及遼寧、吉林、河北、海南、四川等地廣泛應(yīng)用。（3）在22所農(nóng)村學(xué)校建立了光伏電站，光伏電池組件的總裝機(jī)容量為57KW。（4）1998年中國通信史上建成難度最大的蘭—西—拉光纜干線工程，有26個(gè)光纜通信站采用光伏電池作電源，其海拔高度多在4500m以上，光伏電池組件的總功率達(dá)100KW。（5）1996年建成了