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1、51 洁净的燃料氢气【教学课型】 新课 课程目标导航 【教学课题】 51洁净的燃料氢气【教学目标】 1.知识与技能（1）认识氢气的物理性质。（2）了解氢气的燃烧过程及产物。（3）知道点燃氢气之前必须验纯。（4）初步学习如何检验氢气的纯度。（5）遵守实验规程，意识到安全操作的重要性。（6）知道化学变化伴随有能量变化。2.过程和方法：从燃料的角度去学习氢气的有关知识，控制好教学目标，不拓宽加深。通过学生的观察, 了解氢气的爆鸣。3.情感、态度与价值观：通过对氢气化学性质的学习，知道氢气燃烧的热值高，是理想的高能燃料，而更好地开发氢能源。【教学重点】 氢气的物理性质及可燃性、氢气的检纯、燃烧反应的热
2、值。【教学难点】 点燃氢气之前必须检纯的原因和方法。【教学工具】 用于测试氢气的特性所需要的氢气肥皂泡实验的相应器材，用于测试氢气可燃性的实验器材，用于测试不纯氢气爆炸的器材，氢氧燃料电池，相关图片，多媒体，小黑板等。【教学方法】 本节是从燃料的角度去学习氢气的有关知识，课程标准对此要求不高，氢气的制法及还原性留在以后再学。因此，要控制好教学目标，不要拓宽加深。只要求学生认识氢气是无色、无味、最轻、难溶于水的气体，了解氢气在常温下性质稳定，在点燃时可燃，生成水放出热等即可。教学时要做好四个演示实验，引导学生带着问题、认真观察、积极思考，切忌先把结论讲出来再去验证。引导学生理解学习过程、掌握相应
3、的学习方法。做氢气燃烧实验时，都要无声地演示检纯操作(留下悬念学习下一个实验)。演示实验52时要求学生认真观察做好记录，教师做解释：纯净的氢气经点燃可在空气中安静地燃烧，火焰为淡蓝色(为增大氢焰的可见度，可在管口处用纸条把火焰引出来。必要时要解释火焰为何呈微黄色)，氢气燃烧需要点燃，点燃后依靠反应本身所放出的热量维持其继续燃烧。 在演示氢气的爆鸣实验时，引导学生重点观察：小孔处在点火之初的现象；倾听响声的变化；随响声变化而发生的现象。演示完毕后，启发学生想像出这个演示的全过程：当拔掉堵孔的纸团时，似乎“看见”(实为想像)氢气分子十分拥挤地从小孔扩散出来，与筒外的氧气、氮气分子相互接触。此时在小
4、孔处点火，氢气达到着火点，与氧气发生燃烧反应，呈现一层火焰(几乎看不见)，还可“看到”外界空气从简的下开口边缘补入筒内，使筒内的氢气混有越来越多的空气。孔口处燃烧的气体也变成混合气体，燃烧迅速引入筒内，在极短的时间内产生大量的热，使筒内气体急剧膨胀，顿时形成爆炸。 学生可能会对氢气燃烧需要“点燃”(提供能量)与燃烧反应放出能量感到相互矛盾。可向学生解释，33已学过燃烧的条件之一是达到着火点(常温下氢气与空气或氧气接触是不会燃烧起来的)，点燃后燃烧一旦进行，便有热量放出，随后便不再需要点燃了。氢氧燃料电池的内容，只让学生阅读，使他们知道化学反应过程产生的化学能，不仅可以热能的形式释放出来，通过特
5、殊的装置也可以转化为电能。让学生建立环保汽车的初步概念。课前预习:（1）阅读课文，思考下列问题，提出自己的见解：阅读课文并观察实验,了解氢气的特性：最轻的气体，有可燃性。阅读并观察实验,了解怎样检验氢气的纯度?阅读课文，说明为什么说氢气是一种理想的高能燃料?（2）查阅相关网站，从网上获取相关信息，了解未来的清洁能源-氢与氢能。（3）23人一组（自由组合），将自己的学习成果制作成Powerpoint演示文稿或制作成小展板，供课堂交流用。教学情景导入 早在几十万年前,人们利用燃料的燃烧反应来取暖和获得熟食，是人类文明的开始，燃烧与我们的生活及社会发展密切相关。那么常见的燃料有哪些呢? 大家在33已
6、经学习了燃烧与灭火的知识，今天我们来学习第五章(板书本章的题目)，首先学习一种洁净又高能的燃料氢气(板书课题)。 教学过程设计引言利用燃料的燃烧反应来取暖和获得熟食，是人类文明的开始，燃烧与我们的生活及社会发展密切相关。大家在33已经学习了燃烧与灭火的知识，今天我们来学习第五章(板书章的题目)，首先学习一种洁净又高能的燃料氢气(板书课题)。演示 实验51)用氢气流吹肥皂泡并点燃肥皂泡。讨论交流 1氢气是_色_味、密度最_的_体，极_溶于水。(回忆氧气的物理性质，观察后讨论完成填空)2氢气可以燃烧吗?需要什么条件?有何现象?反应生成什么?(演示实验5-2)3为什么点燃的氢气必须是纯净的?(演示实
7、验53)4什么叫爆炸极限?(复习“爆炸”内容)5怎样检验氢气的纯度?(演示实验5-4)(安排学生分组练习操作)讲述人类使用燃料进行燃烧，是为了通过燃烧反应产生热量 那么，是否只有通过燃烧才能得到热量呢?演示在二支试管中加入几块小铝片再加入5ml稀盐酸，观察产生的现象，再让学生用手摸试管的外壁。板书化学变化中的能量变化讲述化学反应在生成新物质的同时，总是伴随着能量的变化，而能量的变化通常表现为热量的变化。可燃物质的燃烧反应产生热量，铝片与盐酸反应也会放出热量，许多化学反应都有放热现象，也有些化学反应是吸热的，如C+CO2点燃CO2，燃料是人类获取能量的主要物质来源之一。 什么叫热值?每千克某物质
8、完全燃烧时所产生的热量。(热量的单位千焦与能量单位一致)讨论交流 1为什么说氢气是洁净的高能燃料? 2什么叫环保汽车?阅读知识视窗氢氧燃料电池小结并板书 1氢气的物理性质：五色无味最轻的气体，极难溶于水。 2常温下氢气的化学性质很稳定。 3氢气的可燃性 (1)纯净的氢气在空气中经点燃可安静燃烧形成淡蓝色火焰生成水并放出热量。 2H2+O2=2H2O (2)点燃不纯的氢气(与空气混合)会发生爆炸，点燃氢气之前必须检验氢气的纯度。学会氢气的检纯方法。 4一切可燃气体混有一定比例的空气时，点燃都会发生爆炸，这种体积比范围称为爆炸极限。5氢气燃烧的热值很高，产物是水,所以氢气是理想的高能洁净燃料。练习
9、氢气的热值是汽油的多少倍?课堂板书设计第五章燃料51洁净的燃料氢气 1氢气的物理性质：五色无味最轻的气体，极难溶于水。 2常温下氢气的化学性质很稳定。 3氢气的可燃性 (1)纯净的氢气在空气中经点燃可安静燃烧形成淡蓝色火焰生成水并放出热量。 2H2+O2=2H2O (2)点燃不纯的氢气(与空气混合)会发生爆炸，点燃氢气之前必须检验氢气的纯度。学会氢气的检纯方法。 4一切可燃气体混有一定比例的空气时，点燃都会发生爆炸，这种体积比范围称为爆炸极限。5氢气燃烧的热值很高，产物是水,所以氢气是理想的高能洁净燃料。课堂作业一、知识积累1用氢气吹的肥皂泡能迅速上升，说明了 ( ) A 氢气常温下是气体 B
10、氢气无色无味 C 氢气难溶于水 D 氢气的密度比空气的小2下列事实能证明某种气体是氢气的是 ( )A 充满气体的气球在空中能上升B 在空气中点燃能燃烧，且火焰呈淡蓝色C 与空气混合，点燃时发出爆鸣声 D 在空气(或氧气)中燃烧，生成物只有水3在点燃氢气前须先检验其纯度是为了检验( ) A 气体是否是氢气 B氢气中否含有水蒸气 C氢气中是否混有氧气 D氢气是否具有可燃性4鉴别氢气、氧气、空气三种气体，你认为最简便的方法是 ( ) A 试验其溶解性 B 测各自的密度 C 闻各自的气味 D 用燃着的木条检验三种气体二、发散创新5将你了解的氢气物理性质填在相应的横线上：通常状况下的颜色、状态：_；气味
11、：_；密度：_比空气的_，是所有气体中最轻的；溶解性：_。6纯净的氢气在空气中能安静地燃烧，发出色的火焰，若在火焰上方罩一干冷的烧杯，烧杯内壁上会有_生成，用手触烧杯外壁，会有_的感觉。由以上事实可得出的结论是_。7空气中如果混人氢气的体积达到总体积的4.074.2时，点燃时就会发生爆炸，这个体积分数范围叫做氢气的_。所以点燃氢气前，一定要_。实际上任何可燃性气体如果与空气充分混合，遇火都可能_。因此，当可燃性气体泄漏时，一定要杜绝_，以防止发生爆炸。8你能说一说为什么点燃纯净的氢气能安静的燃烧：甲点燃混有空气(或氧气)的氢气可能会发生爆炸吗？三、9资料：一氧化碳在空气中燃烧生成二氧化碳；甲烷
12、(CH4)在空气中燃烧生成二氧化碳和水。从某导气管导出的纯净气体，只知道该气体是氢气、一氧化碳或甲烷中的一种。请你设计实验确定该气体是哪种气体?10 请你归纳出氢气和木炭分别在空气中燃烧的共同点：答案：一、1D 2D 3C 4D二、5五色气体 无气味 小 极难溶于水6淡蓝 水珠 发烫 氢气具有可燃性，燃烧产物是水，燃烧放出大量的热(此空答案合理即可)7爆炸极限 检验氢气的纯度 发生爆炸 火种8纯净的氢气燃烧时，它的分子只在导管口跟氧气接触发生反应，产生的热量小，并能很快散失在空气中。而在混合气体中，大量的氢分子与氧分子接触，点燃后迅速发生反应，在极短的时间内放出大量的热，气体体积在有限的空间内
13、急剧膨胀，发生爆炸三、9点燃该气体，用一干燥的烧杯罩在火焰上方。若烧杯内壁无水珠出现，则实验的气体是一氧化碳；若烧杯内壁有水珠出现，则气体可能是氢气，也可能是甲烷。迅速将烧杯倒过来，立即注入少量澄清石灰水，振荡，若石灰水变浑浊，则实验的气体是甲烷，若石灰水不变浑浊，则气体是氢气10都需要点燃、都是化合反应、都是氧化反应、生成物都是氧化物、生成物都是气体、都发光并放出热量、反应物中都有氧气、都属于化学变化等 教学反思通过学习,同学们不但了解了氢气的特性,也了解了氢气是一种燃烧热值高;清洁无污染;资源有非常丰富的资源。氢气和氢能适用范围广所以,同学们普遍看到了新能源的前景,增强了同学们的学习和探索
14、精神由于我们的知识有限,还不能对氢的广泛利用有足够的认识,这就要求同学们通过网络或资料查询对氢能的开发和利用进一步认识 拓展1氢能简介 “氢能”是指氢与氧化剂(如空气中的氧)发生化学反应放出的能量。氢是自然界最普遍存在的元素，在常温常压下呈气态，无色无味，熔点2593C(139K)、沸点25278C (204K)。在地球上平均6-7个原子中就有一个氢原子。除空气中含有少量氢气外，氢主要以化合物形态存在于水、全部酸和有机化合物中。所以，氢不能视为一次能源，而应看作是一种能源载体。氢是一种极为优越的新能源，其主要优点有： 燃烧热值高：每千克氢燃烧后能放出14235千焦的热量，约为汽油的3倍，酒精的
15、39倍，焦炭的45倍。 清洁无污染：燃烧的产物是水，对环境无任何污染。 资源丰富：氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。 适用范围广：贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。开发氢能的关键技术包括两方面：一方面要解决制氢问题，另一方面要解决氢的贮存及运输问题。 2氢能的利用 (1)利用氢和氧化剂发生反应放出的热能。早在第二次世界大战期间，氢即用作A-2火箭发动机的液体推进剂。1960年液氢首次用作航天动力燃料。1970年美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。现在氢已是火箭领域的常用燃料了。对现代航天飞机而言，减轻燃料自重，增加有效载荷变
16、得更为重要。氢的能量密度很高，是普通汽油的3倍，这意味着燃料的自重可减轻23，这对航天飞机无疑是极为有利的。今天的航天飞机以氢作为发动机的推进剂，以纯氧作为氧化剂，液氢就装在外部推进剂桶内，每次发射需用1450m3，重约100t。现在科学家们正在研究一种“固态氢”的宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料。在飞行期间，飞船上所有的非重要零件都可以转作能源而“消耗掉”。这样飞船在宇宙中就能飞行更长的时间。(2)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氢燃料电池。 氢燃料电池发电的基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和屯解质发生反应
17、后，放出电子通过外部的负载到达阳极。氢燃料电池与普通电池的区别主要在于：干电池、蓄电池是一种储能装置，是把电能贮存起来，需要时再释放出来；而氢燃料电池严格地说是一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成，这是氢燃料电池的一项关键技术，它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面，还要对电池的化学反应起催化作用。 大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同，电网有时呈现为高峰，有时则呈现为低峰，这就会导致停电或电压不稳。另外，传统的火力发电站的燃烧能量大约有70要消耗在锅炉和
18、汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电 能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60-80，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。 20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航氢燃料电池天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快氢燃料电池就被运用于发电和汽车。 进入20世纪90年代后，一些国家推动氢能的开发步伐明显加快，一个重要原因就是工业化国家日趋严格的环保政策，其中尤其对汽车排污规定了更为严格的限制要求。世
19、界上重要的汽车厂商为了发展环保型汽车，加紧更新传统的车用燃料，多数厂商决定考虑采用氢能，因此近年来在国际汽车制造业出现了氢能汽车开发热。1997年，美国原克莱斯勒公司宣称研制成功新型燃料电池汽车，所用燃料就是直接从汽油中提取的氢。实验证实，使用氢燃料电池的汽车排放的碳仅为常规内燃机的30，造成的大气污染仅为内燃机的5。 除汽车制造外，从2002年开始，欧美等国在飞机发动机上推广使用氢燃料，目前正在进行半商业性试验。据预测，欧洲生产的飞机将大规模采用液氢为燃料。由于液态氢的工作温度为零下253C，所以必须改动目前的飞机燃料系统。德国航空航天公司以及俄罗斯航天公司已从1996年开始进行试验，其进展
20、证实在配备有双发动机的喷气机中使用液氢，其安全性有足够的保证。现在的问题主要还不在安全性上，而是解决氢能的贮存和生产成本问题。同等重量的氢和汽油相比，它提供的能量是汽油的3倍，但即使在液态下，它也需要4倍于汽油的容积。因此，飞机设计师们开始将传统的机翼设计成可以容纳更多液氢的新型结构。 3可燃冰 “可燃冰”是天然气(甲烷类)被包进水分子中，在海底低温与压力下形成的透明结晶。美国和日本最早在各自海域发现了它，中国近年才开始对其进行研究。 与石油、天然气相比，“可燃冰”的优点更为突出。1立方米“可燃冰”释放出的能量相当于164立方米的天然气。目前公认全球的“可燃冰”总能量是所有煤、石油、天然气总和的2到3倍。 一直以来，有人认为亚热带地区的南海海域不可能存在“可燃冰”，因为这里没有冻土带。然而不久前，广州市海洋地质调查局利用地震波探测海底地表反射，发现了中国南海区域有“可燃冰”存在，预计在中国南海海底有巨大的“可燃冰”带。
