4.1.3綠色清潔氫能源教學(xué)設(shè)計(jì)2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1學(xué)校授課教師課時(shí)授課班級(jí)授課地點(diǎn)教具教學(xué)內(nèi)容教材章節(jié)：選擇性必修1第四章第1節(jié)

內(nèi)容：介紹綠色清潔氫能源的基本概念、制取方法、應(yīng)用領(lǐng)域及其在環(huán)境保護(hù)和能源轉(zhuǎn)型中的重要性。涉及氫氣的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、制備方法（如電解水、天然氣重整等），以及氫燃料電池的工作原理和氫能源的儲(chǔ)存與運(yùn)輸技術(shù)。核心素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)科學(xué)探究精神，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，使其能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究理解氫能源的制備和應(yīng)用。增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到綠色清潔能源在可持續(xù)發(fā)展中的重要性。提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生思考?xì)淠茉次磥?lái)發(fā)展的可能性，為解決能源和環(huán)境問(wèn)題提供科學(xué)視角。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

-理解氫氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，包括氫氣的無(wú)色、無(wú)味、易燃等特性，以及其在水中的溶解度低、在空氣中擴(kuò)散速度快等。

-掌握氫能源的制備方法，如電解水制氫、天然氣重整制氫等，并了解其化學(xué)反應(yīng)原理。

-認(rèn)識(shí)氫燃料電池的工作原理，包括電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和能量轉(zhuǎn)換機(jī)制。

2.教學(xué)難點(diǎn)

-氫能源的制備過(guò)程中涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)和理解，例如電解水的化學(xué)方程式及其能量變化。

-氫氣的儲(chǔ)存與運(yùn)輸技術(shù)難點(diǎn)，包括高壓氣瓶、液態(tài)氫儲(chǔ)存等安全問(wèn)題和技術(shù)挑戰(zhàn)。

-氫燃料電池的能量密度和效率問(wèn)題，以及在實(shí)際應(yīng)用中的熱管理和性能優(yōu)化。

-學(xué)生需要理解氫能源在整個(gè)能源體系中的定位和其對(duì)環(huán)境的影響，這是對(duì)可持續(xù)發(fā)展理念的綜合運(yùn)用。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都有本節(jié)課所需的化學(xué)人教版選擇性必修1教材。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與氫能源相關(guān)的圖片、圖表、視頻等多媒體資源，以增強(qiáng)直觀教學(xué)效果。

3.實(shí)驗(yàn)器材：準(zhǔn)備電解水裝置、氫氣收集瓶、氫燃料電池模型等，供學(xué)生觀察和操作。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)，提供實(shí)驗(yàn)操作臺(tái)，確保教學(xué)環(huán)境整潔、安全。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入新課（5分鐘）

目標(biāo)：引起學(xué)生對(duì)綠色清潔氫能源的興趣，激發(fā)其探索欲望。

過(guò)程：

開(kāi)場(chǎng)提問(wèn)：“你們知道什么是氫能源嗎？它在我們的生活中有哪些應(yīng)用？”

展示一些關(guān)于氫能源的圖片或視頻片段，如氫燃料電池汽車(chē)、氫能發(fā)電站等，讓學(xué)生初步感受氫能源的魅力或特點(diǎn)。

簡(jiǎn)短介紹氫能源的基本概念和重要性，指出其在環(huán)境保護(hù)和能源轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵作用，為接下來(lái)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2.綠色清潔氫能源基礎(chǔ)知識(shí)講解（10分鐘）

目標(biāo)：讓學(xué)生了解氫能源的基本概念、組成部分和原理。

過(guò)程：

講解氫能源的定義，包括其主要組成元素——?dú)錃狻?/p>

詳細(xì)介紹氫氣的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，如無(wú)色、無(wú)味、易燃等，并使用圖表或示意圖展示氫氣的分子結(jié)構(gòu)。

3.綠色清潔氫能源案例分析（20分鐘）

目標(biāo)：通過(guò)具體案例，讓學(xué)生深入了解氫能源的特性和重要性。

過(guò)程：

選擇幾個(gè)典型的氫能源案例進(jìn)行分析，如氫燃料電池汽車(chē)、氫能發(fā)電站等。

詳細(xì)介紹每個(gè)案例的背景、特點(diǎn)和意義，讓學(xué)生全面了解氫能源的應(yīng)用領(lǐng)域和優(yōu)勢(shì)。

引導(dǎo)學(xué)生思考這些案例對(duì)實(shí)際生活或?qū)W習(xí)的影響，以及如何應(yīng)用氫能源解決能源和環(huán)境問(wèn)題。

小組討論：將學(xué)生分成小組，每組討論一個(gè)氫能源案例，探討其未來(lái)發(fā)展方向或改進(jìn)措施，并提出創(chuàng)新性的想法。

4.學(xué)生小組討論（10分鐘）

目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和解決問(wèn)題的能力。

過(guò)程：

將學(xué)生分成若干小組，每組選擇一個(gè)與氫能源相關(guān)的主題進(jìn)行深入討論，如氫能源的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、成本效益等。

小組內(nèi)討論該主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)以及可能的解決方案。

每組選出一名代表，準(zhǔn)備向全班展示討論成果。

5.課堂展示與點(diǎn)評(píng)（15分鐘）

目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)加深全班對(duì)氫能源的認(rèn)識(shí)和理解。

過(guò)程：

各組代表依次上臺(tái)展示討論成果，包括主題的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)及解決方案。

其他學(xué)生和教師對(duì)展示內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)和點(diǎn)評(píng)，促進(jìn)互動(dòng)交流。

教師總結(jié)各組的亮點(diǎn)和不足，并提出進(jìn)一步的建議和改進(jìn)方向。

6.課堂小結(jié)（5分鐘）

目標(biāo)：回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)氫能源的重要性和意義。

過(guò)程：

簡(jiǎn)要回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括氫能源的基本概念、制備方法、應(yīng)用案例等。

強(qiáng)調(diào)氫能源在現(xiàn)實(shí)生活或?qū)W習(xí)中的價(jià)值和作用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探索和應(yīng)用氫能源。

布置課后作業(yè)：讓學(xué)生撰寫(xiě)一篇關(guān)于氫能源的短文或報(bào)告，以鞏固學(xué)習(xí)效果，并鼓勵(lì)學(xué)生思考?xì)淠茉吹奈磥?lái)發(fā)展。知識(shí)點(diǎn)梳理1.氫能源的基本概念

-氫能源是一種清潔、高效的能源形式，主要由氫氣組成。

-氫氣是最輕的氣體，無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒，不易溶于水。

2.氫氣的物理性質(zhì)

-氫氣的密度低，比空氣輕。

-氫氣的擴(kuò)散速度快，易于擴(kuò)散到空氣中。

-氫氣的溶解度低，不易溶于水。

3.氫氣的化學(xué)性質(zhì)

-氫氣是高度易燃的氣體，與氧氣混合后可以燃燒。

-氫氣燃燒時(shí)產(chǎn)生水，不產(chǎn)生污染物。

-氫氣可以與多種金屬和非金屬反應(yīng)。

4.氫能源的制備方法

-電解水制氫：利用電能將水分解為氫氣和氧氣。

-天然氣重整：通過(guò)高溫、高壓和催化劑的作用，將天然氣中的甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣。

-生物制氫：利用微生物或植物的光合作用產(chǎn)生氫氣。

5.氫能源的儲(chǔ)存與運(yùn)輸

-壓縮氣體儲(chǔ)存：將氫氣壓縮至高壓，儲(chǔ)存在氣瓶中。

-液態(tài)氫儲(chǔ)存：將氫氣冷卻至極低溫度，使其成為液態(tài)，儲(chǔ)存在絕熱容器中。

-氫氣的運(yùn)輸：通過(guò)管道或運(yùn)輸車(chē)將氫氣運(yùn)輸?shù)绞褂玫攸c(diǎn)。

6.氫燃料電池

-氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。

-氫燃料電池的工作原理：氫氣在負(fù)極釋放電子，氧氣在正極接受電子，電子通過(guò)外部電路流動(dòng)產(chǎn)生電能。

-氫燃料電池的特點(diǎn)：高效、清潔、無(wú)污染。

7.氫能源的應(yīng)用

-氫燃料電池汽車(chē)：利用氫燃料電池作為動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的零排放。

-氫能發(fā)電站：利用氫燃料電池或氫氣燃燒產(chǎn)生的熱能發(fā)電。

-工業(yè)用途：氫氣在化工、電子、金屬加工等行業(yè)中作為還原劑或合成原料。

8.氫能源的挑戰(zhàn)與展望

-氫能源的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本較高。

-氫能源的制備過(guò)程中可能產(chǎn)生溫室氣體。

-未來(lái)氫能源的發(fā)展方向：提高制氫效率、降低成本、擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。課后作業(yè)1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)電解水的方法制備氫氣，并記錄實(shí)驗(yàn)步驟和預(yù)期結(jié)果。

答案示例：實(shí)驗(yàn)步驟：

a.準(zhǔn)備一個(gè)電解池，加入適量的蒸餾水。

b.將電極插入水中，確保電極之間保持一定距離。

c.連接電源，打開(kāi)直流電源，調(diào)節(jié)電流至適宜強(qiáng)度。

d.觀察電極反應(yīng)，記錄氫氣和氧氣的產(chǎn)生情況。

預(yù)期結(jié)果：電極上會(huì)產(chǎn)生氣泡，負(fù)極產(chǎn)生氫氣，正極產(chǎn)生氧氣。

2.應(yīng)用題

分析氫燃料電池汽車(chē)在環(huán)境保護(hù)和能源轉(zhuǎn)型中的優(yōu)勢(shì)，并舉例說(shuō)明其應(yīng)用場(chǎng)景。

答案示例：氫燃料電池汽車(chē)的優(yōu)勢(shì)：

a.零排放：氫燃料電池汽車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中只產(chǎn)生水，不產(chǎn)生有害氣體。

b.高效率：氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率高，比傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)更高效。

應(yīng)用場(chǎng)景：

a.城市公交車(chē)：減少城市交通污染，改善空氣質(zhì)量。

b.長(zhǎng)途貨車(chē)：降低物流成本，提高運(yùn)輸效率。

3.思考題

探討氫能源在能源轉(zhuǎn)型中的重要作用，并分析其面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)發(fā)展方向。

答案示例：氫能源在能源轉(zhuǎn)型中的重要作用：

a.減少對(duì)化石燃料的依賴(lài)，降低溫室氣體排放。

b.提供一種清潔、高效的能源形式，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

挑戰(zhàn)：

a.氫能源的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本較高。

b.氫能源的制備過(guò)程中可能產(chǎn)生溫室氣體。

未來(lái)發(fā)展方向：

a.提高制氫效率，降低成本。

b.擴(kuò)大氫能源的應(yīng)用領(lǐng)域，提高其在能源體系中的地位。

4.創(chuàng)新題

設(shè)計(jì)一種新型氫能源儲(chǔ)存和運(yùn)輸裝置，并解釋其工作原理和優(yōu)勢(shì)。

答案示例：新型氫能源儲(chǔ)存和運(yùn)輸裝置設(shè)計(jì)：

a.采用高壓氣瓶?jī)?chǔ)存氫氣，提高儲(chǔ)存密度。

b.設(shè)計(jì)特殊的絕熱材料，降低氫氣儲(chǔ)存過(guò)程中的能量損失。

工作原理：通過(guò)高壓壓縮氫氣，降低其體積，實(shí)現(xiàn)高效儲(chǔ)存。

優(yōu)勢(shì)：提高儲(chǔ)存密度，降低儲(chǔ)存成本，提高運(yùn)輸效率。

5.綜合題

結(jié)合所學(xué)知識(shí)，分析氫能源在化工、電子、金屬加工等行業(yè)中的應(yīng)用，并探討其帶來(lái)的影響。

答案示例：氫能源在化工、電子、金屬加工等行業(yè)中的應(yīng)用：

a.化工行業(yè)：氫氣作為還原劑，用于生產(chǎn)合成氨、甲醇等化學(xué)品。

b.電子行業(yè)：氫氣用于半導(dǎo)體制造過(guò)程中的清洗和刻蝕。

c.金屬加工行業(yè)：氫氣用于金屬焊接、切割等加工過(guò)程。

影響：

a.提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

b.減少環(huán)境污染，提高產(chǎn)品品質(zhì)。板書(shū)設(shè)計(jì)①綠色清潔氫能源概述

-氫能源定義

-氫氣特性：無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、易燃

-環(huán)境友好：零排放，減少溫室氣體

②氫能源的制備方法

-電解水制氫