科粤版九年级上册5.1 洁净的燃料——氢气教学设计及反思

第五章     燃料

5.1  洁净的燃料——氢气

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，初步学习如何检验氢气的纯度。

4．知道化学变化伴随有能量变化，认识氢气是理想的高能洁净燃料的原因。

1.氢气的燃烧。

2.氢气的验纯。

气球为什么会迅速上升呢？气球里面填充的气体是什么？具有什么样的性质？

【活动探究】氢气有什么特性？

1．最轻的气体

氢气是无色、无味的气体，极难溶于水，常温下密度最小，能发生三态变化(101.3 kPa时，熔点为－259 ℃，沸点为－252 ℃)。

氢气是物质世界里密度最小的气体。在0 ℃、101.3 kPa时，氢气的密度为0.090 g·L－1，是同条件下空气密度的2/29，氧气的1/16。因此，人们在发现氢气后相当长的时间内，常用氢气填充气球来烘托节日的欢乐气氛。

2．氢气的燃烧

氢气具有可燃性：2H2＋O22H2O；

点燃氢气前，一定要检验氢气的纯度。

(1)活动探究：氢气燃烧的产物是什么？

用燃着的木条点燃氢气肥皂泡时，发现氢气能燃烧。那么，它燃烧时会产生哪些现象？产物是什么？

【实验】

【联想】通过这个实验，我们可以进一步确认水是由氢元素和氧元素组成的。

氢气具有可燃性，2H2＋O22H2O燃烧生成物是水，因此，氢燃料是不产生污染物的洁净燃料。

(2)氢气的爆炸

①活动探究：氢气的爆炸

【解释】

氢氧混合气燃烧发生爆炸的微观过程

当氢气和氧气混合后，氢分子与氧分子充分接触，点燃时，反应迅速，短时产生大量的热和气体，在一个受限制的空间内急剧膨胀而发生爆炸(微观过程如上图所示)。

【结论】氢气中混有空气或氧气时，点燃会发生爆炸。

②氢气的爆炸极限

氢气在氧气里反应的现象视氢气、氧气混合的情况而有所不同。经实验测定：空气里如果混入氢气的体积达到总体积的4.0%～74.2%时，点燃就会发生爆炸，这个体积分数叫做氢气的爆炸极限。否则，氢气就能安静燃烧。

③检验氢气的纯度

3．理想的高能燃料

氢气作为新能源普遍被人们重视并加以研究。氢能源有许多其他燃料所不及的优点：

(1)资源丰富。占地球表面71%的水中都含有大量的氢元素，水分解可制得氢气，氢燃料燃烧后又生成水。

(2)氢气燃烧的产物只有水。清洁无污染。

(3)氢的放热效率高。据测定，氢气完全燃烧的热值为1.43×108kJ/kg，而汽油完全燃烧的热值为4.6×107kJ/kg，燃烧相同质量的氢气和汽油，氢放出的热量为汽油的3～4倍。

可见氢气真是既可再生、清洁，又高能的理想燃料。

由于氢气在制造、贮存、运输等方面还有许多技术问题没有真正解决，所以氢能源尚未得到广泛应用。目前，液氢只能在宇宙火箭、航天飞机、导弹等方面应用。

4．氢气的燃烧与爆炸

(1)燃烧与爆炸对比

(2)气体的爆炸

混合气体发生爆炸必须符合：

①可燃性气体必须在爆炸极限内；

②必须在有限空间内发生反应；

③急速燃烧产生大量热和气体。

氢气在爆炸极限内，还必须在有限的空间里急速燃烧时，且产生的大量热量和气体不能及时地散失；若在敞开体系中，反应产生的大量热量和气体能及时地散失掉，则不会发生爆炸。

5．检验氢气纯度注意的问题

(1)验纯时，必须听到轻微的“噗”声；没有听到声音，说明氢气体积分数小于4.0%。

(2)若用向下排空气法收集氢气，经检验不纯而需要再检验时，要用拇指堵住试管口一会儿(或换一支试管)，然后才能再收集检验；因为此时试管内验纯点燃的氢气可能还没有熄灭，立即收集易引起发生装置内混合气发生爆炸。

检验氢气纯度时，①操作方法必须正确；②判断氢气纯净的标准不是听不到声音，而是必须听到轻微的“噗”声。