第二十二章能源與可持續(xù)發(fā)展第1節(jié)能源利用的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)素養(yǎng)目標(biāo)1.有能源分類與轉(zhuǎn)化的科學(xué)認(rèn)知，區(qū)分一次能源與二次能源，識(shí)別常見能源類型，理解能源轉(zhuǎn)化特性，加強(qiáng)“能量守恒與可用能量不變”的深層理解。4.有環(huán)保意識(shí)與社會(huì)責(zé)任感，正視能源利用與環(huán)境問題，形成保護(hù)生態(tài)環(huán)境的責(zé)任感。了解“碳達(dá)峰、碳中和”等國(guó)家戰(zhàn)略，樹立綠色生活意識(shí)，倡導(dǎo)可持續(xù)行動(dòng)，強(qiáng)化對(duì)未來的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。3.培養(yǎng)實(shí)踐與合作探究技能，設(shè)計(jì)探究任務(wù)，完成協(xié)作探究，整合信息能力。2.發(fā)展學(xué)生的推理與問題分析能力，了解“能量守恒但需節(jié)約能源”的矛盾，強(qiáng)化對(duì)資源有限性的認(rèn)知，能源消耗增長(zhǎng)與環(huán)境壓力的關(guān)聯(lián)，提出初步對(duì)策。能源是人類文明進(jìn)步的基礎(chǔ)和動(dòng)力，能源問題和我們每個(gè)人都息息相關(guān)。在本章的學(xué)習(xí)中，我們將從自己的家庭入手，調(diào)查能源使用情況，有針對(duì)性地制訂優(yōu)化能源使用的方案。從身邊的事做起，每個(gè)人都可以為全社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)?？靵碓囋嚢桑?chuàng)設(shè)情景，引入新課在前面的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)了各種形式的能量。生產(chǎn)和生活中利用的這些能量，是通過哪些能源提供的？風(fēng)力發(fā)電開采煤炭潮汐發(fā)電太陽能發(fā)電水力發(fā)電垃圾發(fā)電核能發(fā)電1.我們生活、生產(chǎn)中離不開能量。例如在生活中，燒飯、取暖、照明中都需要利用能量；在生產(chǎn)中如金屬的冶煉、機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)、汽車和火車等交通工具的行駛也需要能量。人類利用能源的歷程2.三峽水電站是世界上最大的水力發(fā)電站，它通過提高上游的水位增加水的勢(shì)能，高水位的水向下流，使水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而向人們提供電能。2012年7月4日，三峽水電站32臺(tái)機(jī)組全部投入工作。自2003年三峽工程正式開始發(fā)電，到2012年7月，三峽電站發(fā)電量累計(jì)達(dá)到5648億千瓦時(shí)，相當(dāng)于從滾滾長(zhǎng)江中撈起了近2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳4億噸、二氧化硫500多萬噸。3.自從原始人發(fā)現(xiàn)使用火的方法以后，能源就成為人類文明發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。鉆木取火在人類利用能量的歷史上非常重要。從利用自然火到利用人工火的轉(zhuǎn)變，結(jié)束了遠(yuǎn)古人類的茹毛飲血，開啟了以柴薪作為主要能源的時(shí)代。這個(gè)時(shí)代持續(xù)了近一萬年。4.誰發(fā)明了蒸汽機(jī)？有什么意義？托馬斯·紐科門是英國(guó)工程師，蒸汽機(jī)的發(fā)明者，他研制的大氣活塞式蒸汽機(jī)為早期工業(yè)化提供了重要?jiǎng)恿?。他?705年獲得冷凝蒸汽與活塞聯(lián)動(dòng)技術(shù)專利，1712年制造出首臺(tái)實(shí)用大氣詹姆斯·瓦特，是英國(guó)發(fā)明家，對(duì)蒸汽機(jī)進(jìn)行了關(guān)鍵性改良，推動(dòng)了第一次工業(yè)革命，讓人類進(jìn)入“蒸汽時(shí)代”。式蒸汽機(jī)，被應(yīng)用于煤礦排水及水車動(dòng)力供給。盡管設(shè)備費(fèi)煤且效率較低，但該機(jī)型持續(xù)運(yùn)行超過60年，為后續(xù)蒸汽機(jī)技術(shù)改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。蒸汽機(jī)的發(fā)明是人類利用能源的新里程碑。人類從此逐步以機(jī)械動(dòng)力代替人力和畜力，主要能源由柴薪轉(zhuǎn)向煤，人類進(jìn)入工業(yè)化社會(huì)。7.想一想：我們每一天燒茶煮飯做菜，需要什么燃料呢？干雜草、柴薪、煤炭、液化石油氣、天然氣……5.能量：（1）物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和相互作用的方式多種多樣，每種運(yùn)動(dòng)形式都對(duì)應(yīng)相應(yīng)的能量。（2）常見的能量：如機(jī)械能、內(nèi)能、化學(xué)能、電能、核能等。6.能源：能夠提供能量的物質(zhì)資源叫做能源。通過不同的能源提供的。各種能源的廣泛利用，極大地促進(jìn)了人類文明的發(fā)展。生產(chǎn)和生活中利用的各種能量，是我們今天大規(guī)模使用的煤、石油和天然氣，是千百萬年前埋在地下的動(dòng)植物經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代形成的，所以稱為化石能源。3.常見的能源：（1）化石能源①我們使用的煤、石油、天然氣，是千百萬年前埋在地下的動(dòng)、植物經(jīng)過漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代形成的，所以稱為化石能源。②化石能源的形成示意圖巖石巖石巖石褐煤煤時(shí)間進(jìn)程動(dòng)、植物化石煤轉(zhuǎn)化石油、天然氣的形成說一說：石油和天然氣的形成過程。使用化石能源的交通工具：貨車、輪船、飛機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī)等。③化石能源是當(dāng)今世界的主要能源（2）生物質(zhì)能:由生命物質(zhì)提供的能量稱為生物質(zhì)能。生物質(zhì)能可以理解為生物機(jī)體物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化時(shí)釋放的能量。例如，食物分解和柴薪燃燒等都提供了生物質(zhì)能。（3）太陽能由太陽輻射提供的能量。（4）水能、風(fēng)能由自然界中的流水和風(fēng)提供的能量。（5）地?zé)崮苡傻厍騼?nèi)部提供的一種內(nèi)能。（6）電能由其他形式的能轉(zhuǎn)化而成的供各種用電器使用的能源叫做電能。為什么我們要使用電能，不直接使用石化能源呢？①電能便于輸送。②電能便于轉(zhuǎn)化電能通過用電器可以比較方便地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能光能、內(nèi)能等其他形式的能量，為人類所用。電能轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化內(nèi)能光能機(jī)械能化學(xué)能內(nèi)能（7）核能的利用20世紀(jì)40年代，科學(xué)家發(fā)明了可以控制核能釋放的裝置——核反應(yīng)堆，拉開了以核能為代表的新能源利用的序幕。第三次能源革命的標(biāo)志，開始了開發(fā)和利用核能的新紀(jì)元。電能核能4.一次能源與二次能源（1）一次能源像化石能源這樣可以直接從自然界獲得的能源稱為一次能源?；茉矗?、石油、天然氣）都是一次能源，其他常見的一些能源：風(fēng)能、水能、太陽能等也都是一次能源。常見的一次能源：地?zé)崮堋⒑四?、化石能源、風(fēng)能、水能、太陽能、潮汐能等等。（2）二次能源①無法從自然界直接獲取，必須通過消耗一次能源才能得到的能源稱為二次能源。②常見的二次能源：電能，因?yàn)楣獍l(fā)電時(shí)，把光能轉(zhuǎn)化為電能。因?yàn)楣饽苁且淮文茉矗囊淮文茉床拍艿玫诫娔?，所以電能是二次能源。其他常見的二次能源：汽油、柴油、酒精、電能、木炭、煤氣、液化氣、沼氣、氫氣、等等。電能是消耗一次能源得到的?.可再生能源與不可再生能源（1）化石能源等不能在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充，所以這類能源叫作不可再生能源。（2）水能和風(fēng)能等能源可以在短期內(nèi)從自然界得到補(bǔ)充，叫作可再生能源?？稍偕茉磁c不可再生能源都是可以直接從自然界獲得的能源。煤、石油、天然氣、核能……太陽能、水能、風(fēng)能、潮汐能……汽油、柴油酒精能源利用面臨的挑戰(zhàn)我們已經(jīng)知道能量是守恒的，為什么還要節(jié)約能源呢？現(xiàn)象:若把水放到溫度較高的環(huán)境中水吸收熱量，溫度升高，內(nèi)能增加。若把水放到溫度較低的環(huán)境中，水放出熱量，溫度降低，內(nèi)能減少。水的內(nèi)能會(huì)傳給空氣，水不會(huì)變熱。1.能量轉(zhuǎn)移具有方向性（1）探究能量轉(zhuǎn)移具有方向性①實(shí)例一：把一杯水放到溫度較高的環(huán)境中，水是否會(huì)自動(dòng)變熱？把水放到溫度較低的環(huán)境中，水是否會(huì)自動(dòng)變熱？分析:這是因?yàn)樵跓醾鬟f的過程中，熱量只能自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，而不能自發(fā)地從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體。你見過生活中熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的嗎？（2）探究歸納在熱傳遞的過程中，能量總是自發(fā)地從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體，不能相反。②實(shí)例二：如果要使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體，就需要消耗其他形式的能量。例如，電冰箱工作時(shí)將熱量從溫度較低的內(nèi)部轉(zhuǎn)移到溫度較高的外部，需要消耗額外的電能。電冰箱制冷要消耗電能結(jié)論：能量的轉(zhuǎn)移具有方向性.2.能量轉(zhuǎn)化具有方向性（1）探究能量轉(zhuǎn)化具有方向性①實(shí)例一：火力發(fā)電廠把煤中貯存的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，供生產(chǎn)和生活用。用電器將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能、光能、機(jī)械能多種形式的能后，但是這些能量無法再變回可以被利用的能源?；瘜W(xué)能電能內(nèi)能、機(jī)械能、光能……②實(shí)例二：汽車制動(dòng)時(shí)，由于摩擦，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成了輪胎、地面和空氣的內(nèi)能，但這些能量不能自動(dòng)地收集起來再次驅(qū)動(dòng)汽車。這些能量雖然沒有消失，但也不能再被我們利用。（2）探究歸納：能量的轉(zhuǎn)化具有方向性。3.綜合上述探究可得出結(jié)論能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性，不可逆的。人們是在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中利用能量的。有些能量可以利用，有些則不能。因此，能源的利用是有條件的，我們所能利用的能源也是有限的?；茉词钱?dāng)今世界的主要能源，比如大多數(shù)汽車、飛機(jī)、輪船等交通工具都離不開它。汽車、飛機(jī)、輪船等需要化石能源由于世界人口的增加和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源的消耗量持續(xù)增長(zhǎng)。特別是近幾十年來，能源消耗量的增長(zhǎng)速度明顯加快。4.能源消耗量持續(xù)增長(zhǎng)的原因右表所示是把全世界的能源消耗量折合成熱值為2.93×107J/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤來計(jì)算后與年代的關(guān)系，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？1950年為26億噸，1987年為110多億噸，2007年達(dá)到160億噸，2022年達(dá)到205億噸。如果長(zhǎng)期大規(guī)模開采，化石能源最終將會(huì)消耗殆盡。觀看視頻：能源危機(jī)5.能源消耗對(duì)環(huán)境的影響在耗用各種能源時(shí)，不可避免地會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。想一想：能源消耗對(duì)環(huán)境有哪些影響？化石能源是現(xiàn)代的主要能源?；剂显谌紵眠^程中,產(chǎn)生的各種氣體與固體廢物和余熱對(duì)環(huán)境造成污染。1.能源消耗對(duì)環(huán)境的影響，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）熱污染化石能源通過燃燒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，相當(dāng)一部分內(nèi)能沒有被有效利用，從而造成了熱污染。汽車尾氣是造成空氣污染和城市熱島效應(yīng)的罪魁禍?zhǔn)字?。城市里，大量煙塵和廢氣阻礙了地表熱量向外輻射。另外，城市中的建筑物、混凝土和瀝青路面，改變了地表的反射率和蓄熱能力，使得城市氣溫比周圍農(nóng)村的高。（2）大氣污染化石能源在使用中會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物、粉塵等，會(huì)造成大氣的污染，形成酸雨，導(dǎo)致水、土壤的酸化，對(duì)植物、建筑物、金屬構(gòu)件造成危害。一座1.0×107kW燃煤電廠，每年燃煤約3.5×106t，向大氣排放二氧化碳、二氧化硫、微塵及其他致病的有害物質(zhì)可達(dá)1.09×106t。①酸雨酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落過程中，吸收并溶解了空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等物質(zhì)，形成了pH低于5.6的酸性降水。酸雨主要是人為的向大氣中排放大量酸性物質(zhì)所造成的。例如燃料燃燒生成的二氧化硫、氮氧化物、粉塵和一氧化碳等有害物質(zhì)。②酸雨的危害酸雨可導(dǎo)致土壤酸化。土壤酸化后，可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風(fēng)化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的形態(tài)鋁化合物。植物長(zhǎng)期和過量的吸收鋁，會(huì)中毒死亡。（3）溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)是指透射陽光的空間由于與外界缺乏熱對(duì)流而形成的保溫效應(yīng)。大氣中的二氧化碳就像一層厚厚的玻璃，給地球穿上了一件保暖酸雨能使非金屬建筑材料表面硬化、水泥溶解，出現(xiàn)空洞和裂縫，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，建筑材料變臟、變黑，損壞建筑物。羽絨服。而燃料燃燒產(chǎn)生的大量二氧化碳，大大加劇了地球的溫室效應(yīng)。溫室效應(yīng)會(huì)造成全球氣候變暖，冰川融化，海平面上升，出現(xiàn)極端高溫、干旱、颶風(fēng)、許多生物物種滅絕，也給人類帶來直接威脅。（4）生態(tài)破壞一些欠發(fā)達(dá)地區(qū)過分依靠柴薪能源，破壞了森林和植被，加劇水土流失和土地荒漠化。（5）有害輻射核能的開發(fā)和利用，也不是絕對(duì)清潔和安全的，處理不當(dāng)或遇到特殊情況（如地震）發(fā)生核泄漏時(shí)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的輻射危害2011年3月12日，地震導(dǎo)致福島第一核電站、第二核電站電廠的放射性物質(zhì)泄漏到外部。（6）廢物污染煤、柴薪等能源在使用后，會(huì)產(chǎn)生廢物，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成一定的污染。2.利用能源的建議（1）人類不應(yīng)當(dāng)無限制地向大自然索取，我們必須在提升物質(zhì)文明的同時(shí)，保持與自然環(huán)境的和諧與平衡。（2）不要因?yàn)槔媚茉磿r(shí)會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染而停止使用能源，也不能為了促進(jìn)文明和社會(huì)的發(fā)展而過量使用能源，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。使用能源和保護(hù)環(huán)境可以做到有機(jī)地統(tǒng)一、和諧地發(fā)展。要解決這個(gè)問題，當(dāng)然離不開科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展。燃煤發(fā)電的清潔技術(shù)1.煤發(fā)電的原理燃燒煤水水蒸氣汽輪機(jī)發(fā)電加熱高溫高壓推動(dòng)為了降低污染，煤在燃燒前會(huì)經(jīng)過洗選來去除雜質(zhì)，在充分燃燒后，發(fā)電廠會(huì)對(duì)排出的煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝、除塵等凈化處理，減少二氧化硫等污染物的排放。2.降低污染的方法碳捕集技術(shù)正在快速發(fā)展。碳捕集技術(shù)能夠?qū)煔庵械亩趸即笠?guī)模收集起來，制成純度為99.5%的工業(yè)級(jí)合格液態(tài)二氧化碳產(chǎn)品，對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)具有重要意義。碳捕集示范工程清潔高效的火力發(fā)電2021年1月，我國(guó)建成了燃煤電廠每年15萬噸燃燒后二氧化碳捕集示范工程。2022年6月，另一個(gè)年產(chǎn)150萬噸的燃煤電廠燃燒后二氧化碳捕集項(xiàng)目也正在加緊建設(shè)。課堂總結(jié)（1）課堂總結(jié)（2）能源利用的現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn)能源利用面