能源   環(huán)境

——理化生綜合課

安徽省廬江第二中學(xué)        束義福

教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)

1、了解能源的概念、分類、了解能源及開發(fā)、利用與環(huán)境污染的關(guān)系。

2、探討用“物理、化學(xué)、生物”的綜合知識分析能源問題及解決相關(guān)的熱點(diǎn)問題。

能力目標(biāo)

1、學(xué)會處理“理、化、生”綜合問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題的能力。

2、培養(yǎng)學(xué)生“悟?qū)W、創(chuàng)新”的高層次學(xué)習(xí)習(xí)慣和能力。

情感目標(biāo)

1、提高學(xué)生的愛國主義、辯證唯物主義觀點(diǎn)。

2、增強(qiáng)環(huán)保意識和社會責(zé)任感。  

教學(xué)重點(diǎn)  學(xué)會用“理、化、生”綜合知識分析并解決與能源相關(guān)的熱點(diǎn)問題。

教學(xué)難點(diǎn)：培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力。

教學(xué)器材：多媒體計(jì)算機(jī)、投影顯示儀。

教學(xué)過程

一、[新課引入]

能源：能夠提供可利用能量的物質(zhì)。能源是現(xiàn)代社會生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源和信息、材料是科學(xué)技術(shù)三大支柱。

提問：同學(xué)們，我們知道，人類的衣食住行都離不開能源，那么，據(jù)你所知，自然界中有哪些能源呢？（生答：煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能、太陽能、核能、海洋能、地?zé)崮艿龋?span lang="EN-US">

講授：我們常把煤、石油、天然氣等能源叫常規(guī)能源，把核能、太陽能、海洋能、地?zé)崮艿饶茉唇行履茉矗ㄟ呏v邊用大屏幕展示各種形式的能源）。

風(fēng)力    風(fēng)車        機(jī)    發(fā)電機(jī)

水力    水輪機(jī)      械    電動機(jī)

                    能             電能

常

 規(guī)       天然氣

能         石油         燃燒    熱機(jī)      電熱器

源        煤                 

內(nèi) 能

新     地?zé)崮?span lang="EN-US">

能     海洋能

源     核能     核反應(yīng)堆

                     太陽灶

      太陽能         光電池

二、新課講授

現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大規(guī)模使用的是煤、石油、天然氣等能源。請大家新閱讀材料一、二、三并思考有關(guān)問題。（大屏幕展示材料和問題如下）：

材料一：

  發(fā)電廠及生活、生產(chǎn)用的煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化硫、三氧化硫等物質(zhì)，使雨水的酸度升高，形成酸雨；汽車尾氣含有的氫氧化物也會形成酸雨。酸雨是世界性的瘟神。它使北美、北歐的千百個(gè)湖泊成為死湖，湖中的魚蝦貝全部死絕；它使森林大批地枯死，綠色的森林變成了枯林；它淋洗了土壤中的鉀、磷等營養(yǎng)元素，使農(nóng)作物大幅度地減產(chǎn)，單是中國的酸雨，就減產(chǎn)了63億千克糧食；它使古老的文物毀壞，著名的埃及獅身人面像、印度的仄姬陵、英國的圣保羅大教堂、中國四川的樂山大佛和北京的故宮等，都受到不同程度的侵蝕。

酸雨更危害著人類的健康。酸雨增多，使大地中的鋁原子不斷地溶入水中，并通過飲水進(jìn)入人體。它影響了人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成老年癡呆病的增加；它使人的呼吸系統(tǒng)患疾病。

石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”，使得地面的氣溫上升，南極的冰雪融化，海洋面上升，淹沒沿海城市，海水向河流倒灌，耕地鹽堿化。

 內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的高溫給空氣中及燃料中氮、氧、碳、氫等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的氮氧化合物和碳?xì)浠衔镌诖髿庵惺艿疥柟庵袕?qiáng)烈的紫外線照射后產(chǎn)生的污染物質(zhì)——光化學(xué)煙霧；其主要成份的臭氧。二氧化硫、氫氧化物、臭氧以及未完全燃燒時(shí)產(chǎn)生的一氧化碳都是有毒氣體，能引起人的多種疾病。

材料二：煤、石油、天然氣是多年來大規(guī)模使用的能源，它們各自的主要成分為C，C_nH_2n+2、CH₄。

材料三：地球上捕獲太陽能的生物主要是綠色植物，綠色植物通過光合作用把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定：綠色植物光合作用時(shí)，每放出1個(gè)氧分子要吸收8個(gè)波長為6.88×10^-7m的光子，同時(shí)每放出1molO₂，植物儲存469kJ的能量。

分析思考：

1、寫出煤、石油、天然氣燃燒過程的化學(xué)反應(yīng)方程式。指出它們質(zhì)量相同時(shí)哪種燃料的燃燒對環(huán)境造成的負(fù)面影響（產(chǎn)生溫室效應(yīng)）最小？

2、寫出光合作用的總反應(yīng)式。光合作用產(chǎn)生的氧氣中的氧來自于參加反應(yīng)的哪種物質(zhì)？綠色植物的能量轉(zhuǎn)化效率約為多少？（h=6.63×10^-34J·s）。

板書：煤、石油、天然氣燃燒過程的化學(xué)反應(yīng)方程式。（由學(xué)生回答）

講授：我們看到，煤、石油、天然氣燃燒均可產(chǎn)生CO₂，由材料一可知CO₂是引起溫室效應(yīng)的主要原因。那么，相同質(zhì)量的煤、石油、天然氣燃燒誰對環(huán)境的負(fù)面影響最小呢？（啟發(fā)學(xué)生通過計(jì)算相同質(zhì)量的煤、石油、天然氣燃燒產(chǎn)生的CO₂質(zhì)量，從而比較得出燃燒天然氣對環(huán)境的負(fù)面影響最小的結(jié)論。）

講授：隨著煤、石油、天然氣等燃料消耗日益增多，產(chǎn)生的CO₂也越來越多，與此同時(shí)，森林面積大幅度減少，使綠色植物吸收CO₂的功能大為減弱，從而加劇了溫室效應(yīng)，而日益加劇的溫室效應(yīng)應(yīng)會使氣候惡化，自然災(zāi)害增加，為人類和生物帶來不定期的災(zāi)難，所以我們必須控制溫室效應(yīng)。

追問：那么我們可以采取哪些可行措施呢？（生答：一可合理開發(fā)和利用能源，減少CO₂的排放，二可大力植樹造林，加強(qiáng)綠色植物吸收CO₂功能）。

反問：那么綠色植物是怎樣吸收CO₂的呢？（生答：通過光合作用）請寫出光合作用的總反應(yīng)式。（板書光合作用總反應(yīng)式）

講授：我們看到，綠色植物通過光合作用吸收CO₂，釋放CO₂改善了環(huán)境，同時(shí)又把太陽能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能儲存到有機(jī)物中，供人類和生物使用。請根據(jù)有前材料計(jì)算綠色植物的能量轉(zhuǎn)化效率。（板書計(jì)算過程）

提問：剛才我們講過，減少CO₂排放也可控制溫室效應(yīng)。開發(fā)使用哪些能源可以減少CO₂的排入，或無CO₂產(chǎn)生呢？（生答：水能、風(fēng)能、海洋能、核能、太陽能等）

我國水域遼闊，水能資源豐富，所以我們可以利用水位落差將水的熱能轉(zhuǎn)變成電能，供生活、生產(chǎn)使用，目前我國正在興建的“三峽工程”就是利用水能發(fā)電的典范。請思考下下，“三峽工程是怎樣將水能轉(zhuǎn)變成電能的，并試著畫出簡單設(shè)計(jì)圖。（引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生畫出水力發(fā)電站的簡單模型圖，并利用大屏幕給學(xué)生展示“三峽工程”的模擬效果圖）。

提問：現(xiàn)若有一個(gè)小型水力發(fā)電站，平均流量為5(m³/s)，落差為3（m），發(fā)電效率為70%，則全年發(fā)電量是多少kWh？（上游水的流速忽略）（板書解題過程）

講授：我國不僅具有豐富的水能資源，而且具有豐富的海洋能資源，那么我們怎樣來利用海洋能呢？請大家閱讀材料四并思考有關(guān)問題。（大屏幕展示材料和問題如下）：

材料四：海洋占地面積的71%，它接受來自太陽的輻射比陸地要大的多，根據(jù)聯(lián)合國教科文組織提供的材料顯示：全世界海洋能大，海洋潮夕是由于月球和太陽引力的作用而引起的海水周期性漲落現(xiàn)象，理論證明：月球和太陽對海水的引潮力_、?_月潮、?_日潮分別與

M_月、M_日成正比，與r³_月地、r³_日地成反比，即：?_月潮=K（M_月/r³月地）、?_日潮=K（M日/r³_日地）。

海水潮汐能的大小隨潮差而變，潮差越大則潮汐能越大。加拿大的芬迪灣、法國的塞納河口、我國的錢塘江、印度和孟加拉國的恒河口等等都是世界上潮差較大的地區(qū)。1980年我國建成的浙江溫嶺縣江夏潮夕電站年發(fā)電量為1100萬瓦，規(guī)模居世界第三，僅次于法國的朗斯潮夕電站和加拿大安納波里斯潮汐電站。

分析思考：

已知M_月=7.35×10²²kg,M_日=1.99×10³⁰,r_月地=3.8410⁵km,r_日地=1.50×10⁸km。試根據(jù)所給數(shù)據(jù)解釋：為什么月球?qū)Τ毕F(xiàn)象起主要作用？

啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生從材料中獲取有關(guān)信息解決有關(guān)問題，并總結(jié)處理大容量信息題的思維方法。

講授；隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們迫切需要大量的能源，核能就是一種受人閃普遍重視的新能源。請大家閱讀材料五并思考有關(guān)問題。（大屏幕展示材料和問題如下：）

材料五：隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，迫切需要大量的能源，核能作為第三次技術(shù)革命的標(biāo)志之一受到人們普遍重視。核電站采用核反應(yīng)堆中的重核裂變，釋放出巨大的核能轉(zhuǎn)化成電能。

分析思考：

1、完成下面的核反應(yīng)方程式：

（   ） 反中微子（反中微子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均為零）。

2、核電站在熱量傳遞循環(huán)系統(tǒng)中，應(yīng)用了鉀合金作為傳熱介質(zhì)。試根據(jù)鈉鉀合金的性質(zhì)說明這一應(yīng)用的兩點(diǎn)理由。

3、核反應(yīng)除釋放出巨大的能量外，還可以用來生產(chǎn)各種放射性同位素。請分別闡明放射性同位素的誘變育種和臨床治癌原理。

啟發(fā)學(xué)生根據(jù)材料所給信息并結(jié)合所學(xué)知識解釋有關(guān)問題。

講授：“大海航行靠舵手，萬物生長靠太陽”。那么太陽能又是怎樣產(chǎn)生的呢？請大家閱讀材料六、七并思考有關(guān)問題。（大屏幕展示材料和問題如下）：

材料六：事實(shí)上地球上的絕大部分的能量都來自于太陽能，太陽時(shí)刻都在向其周圍噴射著巨大能量。太陽輻射的能量實(shí)際上是由質(zhì)子所參與的一系列反應(yīng)所產(chǎn)生的，而這一系列的反應(yīng)效果相當(dāng)于熱核反應(yīng)。

分析思考：

1、請完成熱核反應(yīng)方程式： _________。

2、若1克氫完全聚變，能釋放多少焦的能量？相當(dāng)于多少噸煤完全燃燒放出的能量（煤的燃燒q=8000千卡/千克）。已知?dú)浜速|(zhì)量為1.008142u,氦核質(zhì)量為4.001509u。

材料七：太陽與地球的距離為1.5×10¹¹m，太陽光以平行光束入射到地面，地球表面2/3的面積被水面所覆蓋，太陽在一年中輻射到地球表面水面部分的總能量W約為1.87×10²⁴J，設(shè)水面對太陽輻射的平均反射率為7%，而且將吸收到的35%能量重新輻射出去，太陽輻射可將水面的水蒸發(fā)（設(shè)在常溫常壓下蒸發(fā)1kg水需要2.2×10⁶J的能量），而后凝結(jié)成雨滴降落到地面。（地球半徑R=6.37×10⁶m）

（1）估算整個(gè)地球表面的年平均降雨量。（以毫米表示，球面積為 ）

（2）太陽輻射到地球的能量中只有約50%到達(dá)地面，W只是其中的一部分，太陽輻射到地球的能量沒有全部到達(dá)地面，這是為什么？請說明兩個(gè)理由。

材料八：火箭可用肼（ ）作燃料，肼作火箭的推進(jìn)劑，用 作氧化劑。

（1）為什么看到火箭尾部為一片桔紅色的煙霧？

師生共同討論解釋： 與 兩者反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，?span lang="EN-US"> 噴出時(shí)有部分來不及反應(yīng)而被噴出，所以我們看到的火箭尾部總有一片桔紅色的煙霧。

（2）有人認(rèn)為用 代替 作氧化劑，1mol 反應(yīng)后放出的能量更大，你認(rèn)為正確嗎？

（3）隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，你如何看待使用 ， 等氧化劑？從長遠(yuǎn)來看航天燃料可選擇何種燃料？

[討論]學(xué)生討論得出 ， 會造成一些列污染，不宜長期使用。（由實(shí)例讓學(xué)生看到解決自然科學(xué)問題不能僅僅考慮性能、經(jīng)濟(jì)、還應(yīng)考慮環(huán)保）長遠(yuǎn)來看航天燃料可選擇何種燃料？（氫燃料）氫燃料有哪些好處？（無污染——燃料產(chǎn)物是水、熱效應(yīng)大——由熱化學(xué)方程式可知、經(jīng)濟(jì)——能質(zhì)比大、來源廣——太空中也存在大量氫）

[主板書]性能、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的綜合

[小結(jié)]環(huán)保意識是現(xiàn)代意識的體現(xiàn)，我們追求性以、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的綜合，實(shí)際上就是要提高性能、降低成本、力求人與自然的和諧發(fā)展，因此我們追求性能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的綜合是我們自然科學(xué)必須要培養(yǎng)的價(jià)值觀。

[副板書]自然科學(xué)的價(jià)值觀：性能、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的綜合。

[總結(jié)]綜上所述，我們必須要培養(yǎng)自然科學(xué)正確的科學(xué)觀和價(jià)值觀，才能找到正確的解決自然科學(xué)問題的方法。

講授：通過上面的學(xué)習(xí)，我們發(fā)現(xiàn)，能源的開發(fā)和利用過程，實(shí)質(zhì)上是各種形式的能之間的轉(zhuǎn)化的過程，同時(shí)又遵循能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。下面讓我們一起來總結(jié)各種形式的能是怎樣通過各種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)化的。（學(xué)生總結(jié)的同時(shí)，用大屏幕展示能的轉(zhuǎn)化和利用一覽表，見附圖）。

科學(xué)技術(shù)，是一把雙面刀，它對于生態(tài)環(huán)境起著雙重的作用。一方面，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，帶來了一系列的生態(tài)和環(huán)境問題。殺蟲劑在殺滅害蟲的同時(shí)，引起了生物的大量死亡。汽車是科技帶來的一種重要的交通工具，但是，汽車的尾氣又引起了大氣的污染和酸雨形成。核研究為人們帶來了能源的、醫(yī)學(xué)的革命，但是，又造成了嚴(yán)重的核污染。

不過，科學(xué)技術(shù)又是防止污染、克服污染的重要手段，運(yùn)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，能有效地發(fā)現(xiàn)污染，避免、減少和克服污染，又離不開科學(xué)技術(shù)?，F(xiàn)代科學(xué)正在發(fā)展綠色科技和綠色產(chǎn)業(yè)，以用于對付環(huán)境的污染和生態(tài)的破壞。這里，科學(xué)技術(shù)又充當(dāng)著生態(tài)環(huán)境的保護(hù)神的角色。

三、課堂結(jié)語

同學(xué)們，這堂課我們學(xué)習(xí)了能源和環(huán)境，通過學(xué)習(xí)，我們真切地感到；能源是進(jìn)行社會主義現(xiàn)代化建設(shè)的重要保證，也是提高人民生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。希望大家努力學(xué)習(xí)，將來在能源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中為祖國現(xiàn)代化建設(shè)作出貢獻(xiàn)！同時(shí)，我們每個(gè)人都要提高環(huán)保意識，講究生態(tài)倫理，如果欠每個(gè)人都能愛護(hù)環(huán)境、保護(hù)環(huán)境，地球的未來將碧空常藍(lán)、綠水長流，人類的生活更加美好！

四、課后練習(xí)

能源是人類社會活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，任何國家發(fā)展生產(chǎn)、鞏固國防、提高人民生活水平，都離不開能源的支撐。能源與人類現(xiàn)代生活的關(guān)系非常密切。

1、能源可分為一次能源和二次能源。自然界中以現(xiàn)成形式提供的能源稱為一次能源，需要依靠其他能源的能量間接制取的能源稱為二次能源。下列敘述正確的是（    ）

A、電能是二次能源         B、水力是二次能源

C、天然氣是二次能源       D、焦?fàn)t氣是一次能源

2、氫氣是一種高效而沒有污染的二次能源，它可以由自然界中大量存在的水來制?。?span lang="EN-US"> 。關(guān)于用水制取氫氣，以下研究方向不正確的是（     ）

A、設(shè)法利用太陽能使水分解產(chǎn)生氫氣

B、尋找高效催化劑，使水分解產(chǎn)生氫氣，同時(shí)釋放能量

C、尋找特殊化學(xué)物質(zhì)和水作用制得氫氣

D、利用某些微生物、藻類的光合制氫作用使水產(chǎn)生氫氣

3、第二次科技革命時(shí)期，廣泛應(yīng)用的能源是（     ）

①   煤  ②電力  ③石油  ④原子能

A、①②   B、②③  C、③④   D、①④

4、太陽能是無污染、不需要開采費(fèi)用的能源，而且取之不盡，用之不竭。太陽能的產(chǎn)生主要來自太陽內(nèi)部的（    ）

A、化學(xué)反應(yīng)           B、放射性衰變

C、重核裂變反應(yīng)       D、輕核聚變反應(yīng)

二、環(huán)境污染可通過多種途徑和方法加以綜合治理

1、下列保護(hù)臭氧層措施中合理有效的是（      ）

A、人工制備大量臭氧釋放到高空中  B、減少排放氟氯烴

C、向大氣中補(bǔ)充氮氧化合物   D、減少二氧化碳的排放量

2、下列實(shí)驗(yàn)尾氣處理方法不正確的是（    ）

A、將含 的尾氣用導(dǎo)管通入盛有蒸餾水的燒杯中

B、將含 的尾氣用導(dǎo)管通入盛有 溶液的燒杯中

C、將含 的尾氣用導(dǎo)管通入盛有NaOH溶液的燒杯中

D、將含CO的尾氣用尖嘴導(dǎo)管放在酒精燈火焰處

3、據(jù)《中國環(huán)境狀況公報(bào)》載：1992年長江干支流在評價(jià)的8831km河流中，水質(zhì)符合一、二類標(biāo)準(zhǔn)的只占58%，下列做法不利于保護(hù)長江水資源的是（     ）

A、嚴(yán)禁亂砍濫伐兩岸樹木

B、兩岸工廠廢水經(jīng)處理達(dá)標(biāo)后向長江排放

C、船上垃圾集中到岸上處理

D、在江邊建立垃圾站，集中堆垃圾

[課后記]

建議參考書目：

《現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)講座》第三冊  朱永超等編  上?？萍汲霭嫔?span lang="EN-US">1999.7

“為核能說幾句”  吳正鎧    《百科知識》               1985.3

“核電前途無量”  諸葛蒿    《知識就是力量》           1995.8

“大亞灣核電站及有關(guān)知識簡介”  孫家寧等  《物理教學(xué)》  1996.5