高中環(huán)境保護(hù)的教案

第3節(jié)核聚變第4節(jié)核能的利用與環(huán)境保護(hù)教師用書(shū)。

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第3節(jié)核聚變
第4節(jié)核能的利用與環(huán)境保護(hù)
學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)
1.知道聚變反應(yīng)的特點(diǎn)及其條件，并能計(jì)算核聚變釋放的能量．(重點(diǎn))
2.了解可控?zé)岷朔磻?yīng)及其研究和發(fā)展前景．(難點(diǎn))
3.了解核電站的構(gòu)造和基本原理，了解核武器的種類(lèi)．(重點(diǎn))
4.了解核能利用的優(yōu)勢(shì)、危害及其防護(hù)措施.
輕核聚變與可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)
[先填空]
1．輕核聚變
采用輕核聚合成較重核引起結(jié)合能變化的方式可獲得核能．這樣的核反應(yīng)稱(chēng)為輕核聚變．
2．太陽(yáng)內(nèi)部核聚變的反應(yīng)方程
21H＋31H→42He＋10n.
3．核子聚變的條件
要使核子發(fā)生聚變，必須使核子接近核力能發(fā)生作用的范圍．
4．物質(zhì)第四態(tài)——等離子態(tài)
高溫等離子體的密度及維持時(shí)間達(dá)到一定值時(shí)才能實(shí)現(xiàn)聚變．
5．約束等離子體的三種方式
引力約束、磁約束、慣性約束．
[再判斷]
1．太陽(yáng)中發(fā)生的是可控?zé)岷司圩兎磻?yīng)．(×)
2．輕核發(fā)生聚變反應(yīng)不需要條件．(×)
3．輕核發(fā)生聚變反應(yīng)核子必須接近到核力發(fā)生作用的范圍．(√)
[后思考]
為什么制造氫彈必須要具有制造原子彈的能力？
【提示】氫彈爆炸是熱核反應(yīng)，需要達(dá)到幾百萬(wàn)攝氏度的高溫才能進(jìn)行，只有利用原子彈爆炸時(shí)的高溫高壓，才能使氫彈中的聚變材料達(dá)到熱核反應(yīng)的條件，故只有具備了制造原子彈能力的國(guó)家才能制造氫彈．
[核心點(diǎn)擊]
1．聚變發(fā)生的條件：要使輕核聚變，必須使輕核接近核力發(fā)生作用的距離10－15m，這要克服電荷間強(qiáng)大的斥力作用，要求使輕核具有足夠大的動(dòng)能，有一種辦法就是把它們加熱到幾百萬(wàn)開(kāi)爾文的高溫．
2．輕核聚變是放能反應(yīng)：從比結(jié)合能的圖線(xiàn)看，輕核聚變后比結(jié)合能增加，因此聚變反應(yīng)是一個(gè)放能反應(yīng)．
3．核聚變的特點(diǎn)
(1)在消耗相同質(zhì)量的核燃料時(shí)，輕核聚變比重核裂變釋放更多的能量．
(2)熱核反應(yīng)一旦發(fā)生，就不再需要外界給它能量，靠自身產(chǎn)生的熱就可以使反應(yīng)進(jìn)行下去．
(3)普遍性：熱核反應(yīng)在宇宙中時(shí)時(shí)刻刻地進(jìn)行著，太陽(yáng)就是一個(gè)巨大的熱核反應(yīng)堆．
4．核聚變的應(yīng)用
(1)核武器——?dú)鋸棧阂环N不需要人工控制的輕核聚變反應(yīng)裝置．它利用彈體內(nèi)的原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫高壓引發(fā)熱核聚變爆炸．
(2)可控?zé)岷朔磻?yīng)：目前處于探索階段．
5．重核裂變與輕核聚變的區(qū)別
重核裂變輕核聚變
放能原理重核分裂成兩個(gè)或多個(gè)中等質(zhì)量的原子核，放出核能兩個(gè)輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的原子核，放出核能
放能多少聚變反應(yīng)比裂變反應(yīng)平均每個(gè)核子放出的能量要大3～4倍
核廢料
處理難度聚變反應(yīng)的核廢料處理要比裂變反應(yīng)簡(jiǎn)單得多
原料的蘊(yùn)藏量核裂變?nèi)剂镶櫾诘厍蛏蟽?chǔ)量有限，尤其用于核裂變的鈾235在鈾礦石中只占0.7%主要原料是氘，氘在地球上的儲(chǔ)量非常豐富.1L海水中大約有0.03g氘，如果用來(lái)進(jìn)行熱核反應(yīng)，放出的能量約與燃燒300L汽油相當(dāng)
可控性速度比較容易進(jìn)行人工控制，現(xiàn)在的核電站都是用核裂變反應(yīng)釋放核能目前，除氫彈以外，人們還不能控制它
1．(多選)以下說(shuō)法正確的是()
A．聚變是裂變的逆反應(yīng)
B．如果裂變釋放能量，則聚變反應(yīng)必定吸收能量
C．聚變須將反應(yīng)物加熱至數(shù)百萬(wàn)度以上高溫，所以聚變反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)
D．裂變反應(yīng)速度可以實(shí)現(xiàn)人工控制，但卻不容易控制輕核聚變反應(yīng)速度
【解析】聚變是輕核聚合成次輕核，裂變是重核分裂成中等質(zhì)量的核，二者無(wú)直接關(guān)系，故A錯(cuò)．聚變和裂變?cè)谀芰苛飨蛏弦矡o(wú)直接關(guān)系，故B錯(cuò)．核聚變反應(yīng)是熱核反應(yīng)，需數(shù)百萬(wàn)度的高溫，但聚變反應(yīng)一旦開(kāi)始所釋放的能量就遠(yuǎn)大于所吸收的能量，因此聚變反應(yīng)還是釋放能量的，故C正確，現(xiàn)在已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)裂變反應(yīng)速度的人工控制，但除氫彈外，還不能實(shí)現(xiàn)輕核聚變的人工控制，D正確．
【答案】CD
2．(多選)能源是社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，發(fā)展核能是解決能源問(wèn)題的途徑之一，下列釋放核能的反應(yīng)方程，表述正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772054】
A.31H＋21H―→42He＋10n是核聚變反應(yīng)
B.31H＋21H―→42He＋10n是β衰變
C.23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n是核裂變反應(yīng)
D.23592U＋10n―→14054Xe＋9438Sr＋210n是α衰變
【解析】31H＋21H―→42He＋10n是輕核聚變反應(yīng)，A正確，B錯(cuò)誤；23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n和23592U＋10n―→14054Xe＋9438Sr＋210n均為重核裂變反應(yīng)，C正確，D錯(cuò)誤．
【答案】AC
3．氘核和氚核可發(fā)生熱核聚變而釋放出巨大的能量，該反應(yīng)方程為：21H＋31H―→42He＋x，式中x是某種粒子．已知：21H、31H、42He和粒子x的質(zhì)量分別為2.0141u、3.0161u、4.0026u和1.0087u；1u＝931.5MeVc2，c是真空中的光速．由上述反應(yīng)方程和數(shù)據(jù)可知，粒子x是________，該反應(yīng)釋放出的能量為_(kāi)_______MeV(結(jié)果保留3位有效數(shù)字)．
【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)守恒可得x是10n(中子)．核反應(yīng)中的質(zhì)量虧損為Δm＝2.0141u＋3.0161u－4.0026u－1.0087u＝0.0189u
所以該反應(yīng)釋放出的能量為
ΔE＝Δmc2＝17.6MeV.
【答案】10n(或中子)17.6
對(duì)輕核聚變理解的兩個(gè)誤區(qū)
(1)誤認(rèn)為聚變就是裂變的逆反應(yīng)．產(chǎn)生這種誤區(qū)的原因是對(duì)聚變和裂變的本質(zhì)沒(méi)有理解透，裂變時(shí)重核分裂成中等核，而聚變是輕核聚合成為次輕核，無(wú)直接關(guān)聯(lián)，并非互為逆反應(yīng)．
(2)不能正確判斷聚變、裂變、衰變及人工轉(zhuǎn)變的方程．這是由對(duì)以上四種核反應(yīng)方程的理解不深刻造成的．這四種方程在形式上很相近，因此判斷時(shí)容易混淆出錯(cuò)，要想正確判斷必須抓住它們的實(shí)質(zhì)：核聚變是輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，也會(huì)放出中子；重核裂變時(shí)鈾核捕獲中子裂變?yōu)閮蓚€(gè)或更多個(gè)中等質(zhì)量的核，并放出幾個(gè)中子；人工轉(zhuǎn)變常用α粒子或中子去轟擊原子核，產(chǎn)生新原子核并放出一個(gè)或幾個(gè)粒子；衰變是原子核自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核，并向外輻射出α粒子或β粒子的反應(yīng)，衰變根據(jù)向外輻射粒子的不同分為α衰變和β衰變兩種．
核能的利用及環(huán)境保護(hù)
[先填空]
1．核電站：將反應(yīng)堆釋放的核能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電廠(chǎng)．
工作流程：將反應(yīng)堆釋放的核能轉(zhuǎn)化為蒸汽的內(nèi)能，再利用蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)化為電能．
燃料：反應(yīng)堆以23592U為燃料．
2．核武器：原子彈和氫彈是眾所周知的兩種核武器．
3．核能的優(yōu)勢(shì)
(1)核能發(fā)電比燃煤發(fā)電的成本低．
(2)核電站對(duì)環(huán)境污染比燃煤發(fā)電小得多．
4．核能利用存在的危害
(1)核廢料的高輻射性．
(2)放射性物質(zhì)泄漏，產(chǎn)生核污染．
(3)核武器威力巨大，不僅能摧毀生命，而且會(huì)使生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞．
[再判斷]
1．太陽(yáng)自身強(qiáng)大的引力把高溫等離子體約束在一起，維持了其內(nèi)部的熱核反應(yīng)的進(jìn)行．(√)
2．磁壓縮裝置中的環(huán)形線(xiàn)圈通電后可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，將等離子體約束在環(huán)形真空室內(nèi)．(√)
3．目前，可控?zé)岷司圩円呀?jīng)被廣泛應(yīng)用于核電站發(fā)電．(×)
[后思考]
原子彈和氫彈的裝置有何不同？
【提示】(1)原子彈是一種沒(méi)有減速劑、不加控制的爆炸性鏈?zhǔn)椒磻?yīng)裝置．
(2)氫彈是一種靠慣性約束、不需人工控制而實(shí)現(xiàn)聚變的反應(yīng)裝置．
[核心點(diǎn)擊]
1．核能利用
核原料提供的能量巨大，1kg鈾釋放的全部能量大約相當(dāng)于2700t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒放出的能量．地球上的常規(guī)能源一般都無(wú)法跟核能相比．除鈾外，釷也是一種裂變材料，它比鈾更豐富，如果能把釷利用起來(lái)，核電的發(fā)展前景將更為廣闊．熱核反應(yīng)所需的氘更是儲(chǔ)量豐富．核原料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存方便，如：一座100萬(wàn)千瓦核電站一年所需原料鈾，只需6輛卡車(chē)就可全部運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)．
核電站不排放二氧化碳、氮氧化合物等造成溫室效應(yīng)或酸雨的氣體及煙塵，有利于環(huán)境保護(hù)．
2．環(huán)境保護(hù)
核電站為防止放射性物質(zhì)的泄漏，一般有4道安全屏障：二氧化鈾陶瓷體燃料芯塊滯留裂變產(chǎn)物，外面密封鋯合金包殼，第三道是壓力邊界，第四道是安全殼．這些措施大大提高了核能利用的安全性．
3．廢料處理
對(duì)核廢料先回收利用，剩下的廢料就很少了，將其中低放射性廢料進(jìn)行瀝青固化或水泥固化后，儲(chǔ)存在地下淺層廢料庫(kù)，對(duì)高放射性的廢料采用玻璃固化后，埋藏在深層廢料庫(kù)．加之實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等措施都降低了對(duì)環(huán)境污染的可能性．
4．核電站
(1)原理
原子核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是在人工控制下進(jìn)行．釋放的核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，再由蒸汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，使核能為人類(lèi)和平建設(shè)服務(wù)．
(2)優(yōu)點(diǎn)
①核能發(fā)電比燃煤發(fā)電的成本低，一座百萬(wàn)千瓦級(jí)的核電站，一年只消耗濃縮鈾30t左右，而同樣功率的燃煤發(fā)電站每年要消耗250萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)煤．
②核電站對(duì)環(huán)境的污染要比燃煤發(fā)電小得多．
4．(多選)為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高清潔能源的比重，我國(guó)制定了優(yōu)先選擇核能，其次加快發(fā)展風(fēng)電和再生能源的政策，在《核電中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中要求2020年核電運(yùn)行裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到4000萬(wàn)千瓦的水平，請(qǐng)根據(jù)所學(xué)物理知識(shí)，判斷下列說(shuō)法中正確的是()
A．核能發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染比火力發(fā)電要小
B．所有核電站都只利用重核裂變釋放大量的原子能
C．所有核電站既有重核裂變，又有輕核聚變釋放大量的原子能
D．如果核電站能實(shí)現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理更簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境污染更小
【解析】目前核電站都用核裂變，其原料是鈾，且核能是比較清潔的能源，故A、B正確，C錯(cuò)，如果核電站能實(shí)現(xiàn)可控輕核聚變發(fā)電，其核廢料處理起來(lái)比鈾核裂變廢料更容易，對(duì)環(huán)境污染也更小，D正確．
【答案】ABD
5．(多選)關(guān)于核能的利用，下列說(shuō)法正確的是()
A．核電站的反應(yīng)堆將釋放的核能轉(zhuǎn)化為蒸汽的內(nèi)能，再轉(zhuǎn)化為電能
B．采用“內(nèi)爆法”促使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，做成的原子彈設(shè)計(jì)難度大，但材料利用率高
C．核燃料的危害主要是其具有放射性
D．太陽(yáng)發(fā)光主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部重核裂變產(chǎn)生的核能
【解析】核電站的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程為核能到內(nèi)能再到電能，A正確．“內(nèi)爆法”難度大，但材料利用率高，B正確．放射性對(duì)人體和環(huán)境都有危害，C正確，太陽(yáng)發(fā)光主要來(lái)自太陽(yáng)內(nèi)部輕核聚變反應(yīng)釋放的能量，D錯(cuò)誤．
【答案】ABC
學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(十三)
(建議用時(shí)：45分鐘)
學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)]
1．太陽(yáng)每秒輻射出來(lái)的能量約為3.8×1026J，這些能量是()
【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772109】
①重核的裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的
②輕核的聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的
③原子核的衰變反應(yīng)中產(chǎn)生的
④熱核反應(yīng)中產(chǎn)生的
A．①②B．②③
C．③④D．②④
【解析】由于太陽(yáng)的主要成分是氫，它釋放出的巨大能量來(lái)源于氫核的聚變反應(yīng)．這一反應(yīng)又叫熱核反應(yīng)，故D正確．
【答案】D
2．關(guān)于核電站，以下說(shuō)法正確的是()
A．核電站中的核反應(yīng)是無(wú)法控制的
B．目前核電站主要原料是鈾，能量主要來(lái)源于核聚變
C．采用增殖反應(yīng)堆可以使核原料充分利用
D．核電站使用過(guò)的核燃料還可以在火力發(fā)電廠(chǎng)中二次利用
【解析】目前核電站主要原料是鈾，能量主要來(lái)源于核裂變，其反應(yīng)是可以通過(guò)控制棒控制反應(yīng)速度的快慢，A、B均錯(cuò)．采用增殖反應(yīng)堆可以充分利用鈾235之外的原料從而放出更多能量，C對(duì)．核廢料具有放射性，不能再通過(guò)燃燒的方式二次發(fā)電，D錯(cuò)．
【答案】C
3．(多選)我國(guó)自行研制了可控?zé)岷朔磻?yīng)實(shí)驗(yàn)裝置“超導(dǎo)托卡馬克”(英名稱(chēng)：EAST，俗稱(chēng)“人造太陽(yáng)”)．設(shè)可控?zé)岷藢?shí)驗(yàn)反應(yīng)前氘核(21H)的質(zhì)量為m1，氚核(31H)的質(zhì)量為m2，反應(yīng)后氦核(42He)的質(zhì)量為m3，中子(10n)的質(zhì)量為m4，光速為c，正確說(shuō)法正確的是()
【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772055】
A．這種裝置中發(fā)生的核反應(yīng)方程式是21H＋31H―→42He＋10n
B．由核反應(yīng)過(guò)程質(zhì)量守恒可知m1＋m2＝m3＋m4
C．核反應(yīng)放出的能量等于(m1＋m2－m3－m4)c2
D．這種裝置與我國(guó)大亞灣核電站所使用裝置的核反應(yīng)原理相同
【解析】核反應(yīng)方程為21H＋31H―→42He＋10n，選項(xiàng)A正確；反應(yīng)過(guò)程中向外釋放能量，故質(zhì)量有虧損，且釋放的能量ΔE＝Δmc2＝(m1＋m2－m3－m4)c2，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，C正確；可控?zé)岷朔磻?yīng)為核聚變，大亞灣核電站所用核裝置反應(yīng)原理為核裂變，可控?zé)岷朔磻?yīng)目前還不能用于核電站實(shí)現(xiàn)發(fā)電，故D錯(cuò)誤．
【答案】AC
4．(多選)我國(guó)在極其困難的情況下，完成了“兩彈一星”，長(zhǎng)了中國(guó)人的志氣，打破了西方的訛詐，下列核反應(yīng)方程中，屬于研究?jī)蓮椀幕竞朔磻?yīng)方程的是()
【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772110】
A.147N＋42He―→178O＋11H
B.23592U＋10n―→9038Sr＋13654Xe＋1010n
C.23892U―→23490Th＋42He
D.21H＋31H―→42He＋10n
【解析】“兩彈”指原子彈和氫彈，原子彈的核反應(yīng)方程是鈾核裂變，B選項(xiàng)正確，氫彈的核反應(yīng)方程是輕核聚變，D選項(xiàng)正確．
【答案】BD
5．(多選)2006年9月28日，我國(guó)最新一代核聚變裝置“EAST”在安徽合肥首次放電，顯示了EAST裝置具有良好的整體性能，使等離子體約束時(shí)間達(dá)1000s，溫度超過(guò)1億度，這標(biāo)志著我國(guó)磁約束核聚變研究進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平．合肥也成為世界上第一個(gè)建成此類(lèi)全超導(dǎo)非圓截面核聚變實(shí)驗(yàn)裝置并能實(shí)際運(yùn)行的地方．核聚變的主要原料是氘，在海水中含量極其豐富．已知氘核的質(zhì)量為m1，中子的質(zhì)量為m2，32He的質(zhì)量為m3，質(zhì)子的質(zhì)量為m4，則下列說(shuō)法中正確的是()
A．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)32He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是質(zhì)子
B．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)32He所產(chǎn)生的另一個(gè)粒子是中子
C．兩個(gè)氘核聚變成一個(gè)32He所釋放的核能為(2m1－m3－m4)c2
D．與受控核聚變比較，現(xiàn)行的核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢物具有放射性
【解析】由核反應(yīng)方程221H→32He＋10X知，X應(yīng)為中子，釋放的核能應(yīng)為ΔE＝(2m1－m3－m2)c2，聚變反應(yīng)的污染非常小，而現(xiàn)行的裂變反應(yīng)的廢料具有很強(qiáng)的放射性，故A、C錯(cuò)誤，B、D正確．
【答案】BD
6．(多選)我國(guó)科學(xué)家研制“兩彈”所涉及的基本核反應(yīng)方程有：(1)23592U＋10n→9038Sr＋13654Xe＋k10n；(2)21H＋31H→42He＋d10n；關(guān)于這兩個(gè)方程，下列說(shuō)法正確的是()
A．方程(1)屬于α衰變
B．方程(1)屬于重核裂變
C．方程(2)屬于輕核聚變
D．方程(1)中k＝10，方程(2)中d＝1
【解析】方程(1)屬于重核裂變，方程(2)屬于輕核聚變，故A錯(cuò)，B、C對(duì)．據(jù)核反應(yīng)中的質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可求出k＝10，d＝1，故D對(duì)．
【答案】BCD
7．某科學(xué)家提出年輕熱星體中核聚變的一種理論，其中的兩個(gè)核反應(yīng)方程為
11H＋126C―→137N＋Q1①，
11H＋157N―→126C＋X＋Q2②，
方程中Q1、Q2表示釋放的能量，相關(guān)的原子核質(zhì)量如表：
原子核11H
31H
42He
126C
137N
157N

質(zhì)量/u1.00783.01664.002612.000013.005715.0001
則可以推斷X是________，方程中Q1和Q2的大小關(guān)系是Q1________Q2.
【解析】由質(zhì)量數(shù)守恒和電荷數(shù)守恒，可判斷X為42He，①式的質(zhì)量虧損為Δm1＝1.0078u＋12.0000u－13.0057u＝0.0021u．②式的質(zhì)量虧損為Δm2＝1.0078u＋15.0001u－12.0000u－4.0026u＝0.0053u，所以Δm2Δm1根據(jù)質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2可求解Q2Q1.
【答案】42He
8．物理學(xué)家們普遍相信太陽(yáng)發(fā)光是由于其內(nèi)部不斷發(fā)生從氫核到氦核的核聚變反應(yīng)．根據(jù)這一理論，在太陽(yáng)內(nèi)部4個(gè)氫核(11H)轉(zhuǎn)化成一個(gè)氦核(42He)和兩個(gè)正電子(01e)并放出能量．已知質(zhì)子質(zhì)量mp＝1.0073u，α粒子的質(zhì)量mα＝4.0026u，電子的質(zhì)量me＝0.0005u．1u的質(zhì)量對(duì)應(yīng)931.5MeV的能量．
(1)寫(xiě)出該熱核反應(yīng)方程；
(2)一次這樣的熱核反應(yīng)釋放出多少兆電子伏的能量？(結(jié)果保留四位有效數(shù)字)
【解析】(1)熱核反應(yīng)方程為411H→42He＋201e.
(2)質(zhì)量虧損為Δm＝4mp－mα－2me＝(4×1.0073－4.0026－2×0.0005)u＝0.0256u
ΔE＝0.0256×931.5MeV＝23.85MeV.
【答案】(1)411H→42He＋201e(2)23.85MeV
能力提升]
9．(多選)據(jù)新華社報(bào)道，由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、研制的世界第一套全超導(dǎo)核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(又稱(chēng)“人造太陽(yáng)”)已完成了首次工程調(diào)試．下列關(guān)于“人造太陽(yáng)”的說(shuō)法正確的是()
【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772056】
A．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是21H＋31H→42He＋10n
B．“人造太陽(yáng)”的核反應(yīng)方程是23592U＋10n→14156Ba＋9236Kr＋310n
C．根據(jù)公式E＝mc2可知，核燃料的質(zhì)量相同時(shí)，聚變反應(yīng)釋放的能量與裂變反應(yīng)相同
D．核燃燒的質(zhì)量相同時(shí)，聚變反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量虧損比裂變反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量虧損大得多
【解析】21H＋31H→42He＋10n是氫核聚變方程，故A項(xiàng)正確；根據(jù)氫核聚變特點(diǎn)，相同質(zhì)量的核燃料，氫核聚變釋放的能量比裂變反應(yīng)大得多，氫核聚變反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量虧損比裂變反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量虧損大得多，D正確．
【答案】AD
10．(多選)如圖431所示，托卡馬克(tokamak)是研究受控核聚變的一種裝置，這個(gè)詞是toroidal(環(huán)形的)、kamera(真空室)、magnet(磁)的頭兩個(gè)字母以及kotushka(線(xiàn)圈)的第一個(gè)字母組成的縮寫(xiě)詞．根據(jù)以上信息，下列判斷中可能正確的是()
圖431
A．這種裝置的核反應(yīng)原理是輕核的聚變，同時(shí)釋放出大量的能量，和太陽(yáng)發(fā)光的原理類(lèi)似
B．線(xiàn)圈的作用是通電產(chǎn)生磁場(chǎng)使帶電粒子在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)而不溢出
C．這種裝置同我國(guó)秦山、大亞灣核電站所使用核裝置的核反應(yīng)原理相同
D．這種裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案
【解析】聚變反應(yīng)原料在裝置中發(fā)生聚變，放出能量，故A對(duì)；線(xiàn)圈通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，帶電粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用旋轉(zhuǎn)而不溢出，故B對(duì)；核電站的原理是裂變，托卡馬克的原理是聚變，故C錯(cuò)；該裝置是科學(xué)家設(shè)想的其中一種方案，故D對(duì)．
【答案】ABD
11．我國(guó)自行設(shè)計(jì)并研制的“人造太陽(yáng)”——托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行獲得重大進(jìn)展，這標(biāo)志著我國(guó)已經(jīng)邁入可控?zé)岷朔磻?yīng)領(lǐng)域先進(jìn)國(guó)家行列．該反應(yīng)所進(jìn)行的聚變過(guò)程是21H＋31H―→42He＋10n，反應(yīng)原料氘(21H)富存于海水中，而氚(31H)是放射性元素，自然界中不存在，但可以通過(guò)中子轟擊鋰核(63Li)的人工核轉(zhuǎn)變得到．
(1)請(qǐng)把下列用中子轟擊鋰核(63Li)產(chǎn)生一個(gè)氚核(31H)和一個(gè)新核的人工核轉(zhuǎn)變方程填寫(xiě)完整：________＋10n―→________＋31H.
(2)在(1)中，每產(chǎn)生1g氚的同時(shí)有多少個(gè)63Li核實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變？(阿伏加德羅常數(shù)NA取6.0×1023mol－1)
(3)一個(gè)氘核和一個(gè)氚核發(fā)生核聚變時(shí)，平均每個(gè)核子釋放的能量為5.6×10－13J，求該核聚變過(guò)程中的質(zhì)量虧損．
【解析】(1)核反應(yīng)方程為：63Li＋10n―→42He＋31H.
(2)因?yàn)?g氚為13mol，根據(jù)核反應(yīng)方程，實(shí)現(xiàn)核轉(zhuǎn)變的63Li也為13mol，所以有2.0×1023個(gè)63Li實(shí)現(xiàn)了核轉(zhuǎn)變．
(3)根據(jù)愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程ΔE＝Δmc2，核聚變反應(yīng)中有5個(gè)核子參加了反應(yīng)，5個(gè)核子釋放總能量ΔE＝5×5.6×10－13J＝2.8×10－12J，所以質(zhì)量虧損為Δm＝ΔEc2＝2.8×10－123×1082kg＝3.1×10－29kg.
【答案】(1)63Li42He
(2)2.0×1023個(gè)
(3)3.1×10－29kg
12．核聚變能是一種具有經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)越、安全可靠、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)勢(shì)的新能源．近幾年來(lái)，受控核聚變的科學(xué)可行性已得到驗(yàn)證，目前正在突破關(guān)鍵技術(shù)，最終將建成商用核聚變電站．一種常見(jiàn)的核聚變反應(yīng)是由氫的同位素氘(又叫重氫)和氚(又叫超重氫)聚合成氦，并釋放一個(gè)中子．若已知氘原子的質(zhì)量為2.0141u，氚原子的質(zhì)量為3.0160u，氦原子的質(zhì)量為4.0026u，中子的質(zhì)量為1.0087u,1u＝1.66×10－27kg.
(1)寫(xiě)出氘和氚聚變的反應(yīng)方程；
(2)試計(jì)算這個(gè)核反應(yīng)釋放出來(lái)的能量；
(3)若建一座功率為3.0×105kW的核聚變電站，假設(shè)聚變所產(chǎn)生的能量有一半轉(zhuǎn)化成了電能，求每年要消耗氘的質(zhì)量？(一年按3.2×107s計(jì)算，光速c＝3.0×108m/s，結(jié)果取兩位有效數(shù)字)
【解析】(1)氘和氚聚變的反應(yīng)方程為21H＋31H→42He＋10n.
(2)該反應(yīng)過(guò)程的質(zhì)量虧損Δm＝2.0141u＋3.0160u－4.0026u－1.0087u＝0.0188u＝3.1208×10－29kg
釋放的核能ΔE＝Δmc2＝3.1208×10－29×(3×108)2J＝2.8×10－12J.
(3)設(shè)每年要消耗的氘的質(zhì)量為M，氘原子的質(zhì)量為MD
由能量守恒可得：MMDΔEη＝Pt
可得：M＝ptMDΔEη＝
3.0×105×103×3.2×107×2.0141×1.66×10－272.8×10－12×0.5kg＝23kg.
【答案】(1)21H＋31H→42He＋10n(2)2.8×10－12J(3)23kg

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第2節(jié)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展

俗話(huà)說(shuō)，居安思危，思則有備，有備無(wú)患。作為高中教師準(zhǔn)備好教案是必不可少的一步。教案可以讓學(xué)生能夠聽(tīng)懂教師所講的內(nèi)容，幫助高中教師在教學(xué)期間更好的掌握節(jié)奏。那么，你知道高中教案要怎么寫(xiě)呢？下面是由小編為大家整理的“第2節(jié)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展”，供大家借鑒和使用，希望大家分享！

第2節(jié)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展

一、教學(xué)目標(biāo)

1.關(guān)注全球性生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。

2.概述生物多樣性保護(hù)的意義和措施。

3.形成環(huán)境保護(hù)需要從我做起的意識(shí)。

4.進(jìn)行資料搜集，了解我國(guó)利用生物技術(shù)保護(hù)生物多樣性的進(jìn)展。

二、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

概述生物多樣性保護(hù)的意義和措施。

三、板書(shū)設(shè)計(jì)：

一、環(huán)境污染的防治

二、生物多樣性的保護(hù)

四、教學(xué)設(shè)想:

本節(jié)的教學(xué)可以從破題“保護(hù)我們共同的家園”入手，啟發(fā)學(xué)生思考：“我們”是指誰(shuí)？如何理解“共同的”的涵義？讓學(xué)生感受到在茫茫太空之中，地球像是一艘遨游的飛船，地球上所有的生靈搭載在這艘飛船上，結(jié)伴而行，體驗(yàn)著同一生命旅程，沒(méi)有可以?？康母蹫?，沒(méi)有可以遷居的綠洲。有條件的學(xué)?？梢圆シ畔嚓P(guān)錄像片，這樣更能使學(xué)生產(chǎn)生共鳴。

由此，引出我們的家園正面臨著威脅的話(huà)題。要注意引導(dǎo)學(xué)生剖析一些錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)或觀念。例如，“人定勝天”的觀念：人類(lèi)具有其他生物無(wú)法比擬的智力和能力，能使高峽變平湖，天塹變通途，大山低頭，河水讓路。全球性生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，大多數(shù)是與工業(yè)發(fā)展有直接關(guān)系的，因此，教師要啟發(fā)學(xué)生辯證地分析發(fā)展與環(huán)境之間的關(guān)系。

五、教學(xué)過(guò)程

在保護(hù)生物多樣性的教學(xué)時(shí)，教師可先引入一些具體的實(shí)例，例如，據(jù)報(bào)載（1999年12月6日《文匯報(bào)》），素有“北大荒”之稱(chēng)的中國(guó)重要商品糧基地，1999年全面停止了持續(xù)半個(gè)世紀(jì)的墾荒，“北大荒”不再開(kāi)荒。這是因?yàn)檫B年的墾荒雖然為中國(guó)人的吃飯問(wèn)題做了貢獻(xiàn)，卻也使三江平原的濕地面積縮小了60%，丹頂鶴、東方白鸛等一些鳥(niǎo)類(lèi)在該地區(qū)基本絕跡。于是，引出一個(gè)重要話(huà)題：糧食重要還是鳥(niǎo)類(lèi)重要？

為什么要保護(hù)生物多樣性呢？學(xué)生對(duì)生物多樣性具有的直接價(jià)值容易接受和認(rèn)同。生物物種一旦滅絕，人類(lèi)就失去了寶貴的資源。例如，冬蟲(chóng)夏草是珍貴的中藥，云南珍稀植物“紅豆杉”中含有可治療癌癥的有效成分，如果冬蟲(chóng)夏草和紅豆杉從地球上永遠(yuǎn)消失，對(duì)人類(lèi)造成的損失顯然是巨大的，而且是不可彌補(bǔ)的。

在教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)更多地啟發(fā)學(xué)生思考生物多樣性的間接價(jià)值（生態(tài)功能）和潛在價(jià)值。例如，教師可以繪制一幅漫畫(huà)：衰老的大樹(shù)發(fā)愁地想：“鳥(niǎo)兒們都死了，誰(shuí)來(lái)替我傳播種子呢？”引導(dǎo)學(xué)生思考生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物往往是相互聯(lián)系的，一個(gè)物種的滅絕很可能導(dǎo)致一連串物種的滅絕，也可能造成某些物種的數(shù)量失控。如貓頭鷹、鼬和狐貍的滅絕可能造成田鼠成災(zāi)。教師提示：保護(hù)生物多樣性更主要的原因是為了保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

教師應(yīng)當(dāng)指出，人類(lèi)對(duì)自然的改造和設(shè)計(jì)，看起來(lái)似乎十分完美，但與大自然的精密“安排”相比，總是顯得那么簡(jiǎn)單和粗糙。在無(wú)法保護(hù)自然的原貌時(shí)，至少也應(yīng)當(dāng)盡可能地模擬自然生態(tài)系統(tǒng)，讓環(huán)境中的物種數(shù)目更多些。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和人工林生態(tài)系統(tǒng)中，物種數(shù)目往往過(guò)少，物質(zhì)循環(huán)的途徑單一，一旦出現(xiàn)環(huán)境因素的變化，就可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重災(zāi)難。例如，有的地區(qū)營(yíng)造的防護(hù)林，基本上都是白楊樹(shù)，引來(lái)專(zhuān)門(mén)以白楊為食的天牛大舉進(jìn)攻。人們想盡各種辦法仍然無(wú)法控制天牛之害，只好忍痛將剛剛長(zhǎng)成林的樹(shù)木伐倒，使大片農(nóng)田重新受到風(fēng)沙之害。如果當(dāng)初栽培的是多樹(shù)種、多林種、生態(tài)系統(tǒng)組成成分復(fù)雜的防護(hù)林，就不會(huì)發(fā)生如此慘痛的蟲(chóng)害。

本節(jié)是必修模塊的最后一節(jié)，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合本節(jié)內(nèi)容作一小結(jié)。生物多樣性包含了遺傳的多樣性，物種的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。我們說(shuō)的保護(hù)生物的多樣性就是指基因、物種和生態(tài)系統(tǒng)三個(gè)層次上的保護(hù)

主題

每層次相關(guān)的內(nèi)容

基因

基因攜帶著遺傳信息，基因控制性狀，基因突變和染色體變異等是遺傳多樣性之源

物種

種群是進(jìn)化的單位，突變、基因重組和自然選擇使種群的基因庫(kù)在代代相傳過(guò)程中保持和發(fā)展，物種多樣性是生物進(jìn)化的結(jié)果

生態(tài)系統(tǒng)

生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、成分的多樣性，由物種的多樣性組成。保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)是對(duì)生物多樣性最有效的保護(hù)最后，以“可持續(xù)發(fā)展──人類(lèi)的必然選擇”為題，進(jìn)一步揭示“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境”的核心思想：整體、相互作用、動(dòng)態(tài)平衡、協(xié)調(diào)發(fā)展，以樂(lè)觀向上的態(tài)度和“天地與我并生，而萬(wàn)物與我為一”的哲理，描繪出人類(lèi)未來(lái)美好的前景，在學(xué)生的憧憬之中結(jié)束本節(jié)的教學(xué)。

（1）就地保護(hù)（自然保護(hù)區(qū)）

就地保護(hù)是以建立國(guó)家或地方自然保護(hù)區(qū)的方式，對(duì)有價(jià)值的生態(tài)環(huán)境（如江河源頭、濱海、灘涂、濕地、荒漠等自然生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)）、特殊自然景觀（如森林、灌叢、草原、稀樹(shù)草原、草甸等）、野生生物物種等，在具體地段劃定范圍保護(hù)起來(lái)，禁伐、禁牧、禁獵。根據(jù)所處的地理位置和保護(hù)程度需要，有全封閉式保護(hù)，不準(zhǔn)人入內(nèi)；有半封閉式保護(hù)，有的地方外人可進(jìn)入，有的地方外人不準(zhǔn)進(jìn)入。

根據(jù)保護(hù)的內(nèi)容，可以分為：綜合保護(hù)區(qū)（包括整個(gè)環(huán)境區(qū)域內(nèi)的自然生態(tài)系統(tǒng)和野生生物）和特殊自然保護(hù)區(qū)（為了專(zhuān)門(mén)保護(hù)某一種或幾種珍稀瀕危野生物種的棲息地而建立的保護(hù)區(qū)，一般范圍較?。?。

（2）遷地保護(hù)

遷地保護(hù)就是通過(guò)人工的辦法，將要保護(hù)的野生物種的部分種群遷移到適當(dāng)?shù)牡胤?，以人工管理和繁殖，使其種群不僅可以繁衍延續(xù)，而且不斷擴(kuò)大。其主要方法是建立動(dòng)物園、植物園與樹(shù)木園或基因庫(kù)。目前，飼養(yǎng)在世界各地動(dòng)物園和其他圈養(yǎng)設(shè)施中的脊椎動(dòng)物已超過(guò)3000種，個(gè)體數(shù)量達(dá)5.4×105頭。全世界1500余個(gè)植物園和樹(shù)木園均承擔(dān)著保護(hù)植物種質(zhì)資源的任務(wù)。

（3）離體保護(hù)

離體保護(hù)是指利用現(xiàn)代技術(shù)，尤其是低溫技術(shù)，將生物體的一部分進(jìn)行長(zhǎng)期儲(chǔ)存，以保存物種的種質(zhì)資源。

六、教后感：人口、科技進(jìn)步和資源與環(huán)境之間應(yīng)當(dāng)是一種相互協(xié)調(diào)的關(guān)系。具體地說(shuō)，人類(lèi)不僅要大力加強(qiáng)科技進(jìn)步，同時(shí)要大力加強(qiáng)對(duì)廣大民眾的教育。使資源得到合理的利用；使生態(tài)環(huán)境不再遭到破壞并且朝著改善的方向發(fā)展。人類(lèi)應(yīng)當(dāng)走一條自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的持久而協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展的道路，對(duì)學(xué)生進(jìn)行環(huán)境保護(hù)教育。

生態(tài)環(huán)境保護(hù)教案

每個(gè)老師需要在上課前弄好自己的教案課件，大家在用心的考慮自己的教案課件。是時(shí)候?qū)ψ约航贪刚n件工作做個(gè)新的規(guī)劃了，才能更好的在接下來(lái)的工作輕裝上陣！適合教案課件的范文有多少呢？以下是小編收集整理的“生態(tài)環(huán)境保護(hù)教案”，歡迎您閱讀和收藏，并分享給身邊的朋友！

第2節(jié)核裂變教師用書(shū)

一名合格的教師要充分考慮學(xué)習(xí)的趣味性，作為教師就要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容制定合適的教案。教案可以讓學(xué)生能夠在教學(xué)期間跟著互動(dòng)起來(lái)，幫助教師能夠更輕松的上課教學(xué)。那么一篇好的教案要怎么才能寫(xiě)好呢？下面的內(nèi)容是小編為大家整理的第2節(jié)核裂變教師用書(shū)，歡迎閱讀，希望您能夠喜歡并分享！

第2節(jié)核裂變
學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)脈絡(luò)
1.知道核裂變的概念，知道重核裂變中能釋放出巨大的能量．(重點(diǎn))
2.知道什么是鏈?zhǔn)椒磻?yīng).
3.會(huì)計(jì)算重核裂變過(guò)程中釋放出的能量．(重點(diǎn))
4.知道什么是核反應(yīng)堆．了解常用裂變反應(yīng)堆的類(lèi)型．(難點(diǎn))

重核的裂變
[先填空]
1．重核的裂變
(1)核裂變：用中子轟擊鈾核，鈾核分裂成質(zhì)量相近的兩部分，并釋放出能量的核反應(yīng)過(guò)程叫做核裂變．
(2)裂變能：核裂變釋放出的能量稱(chēng)為裂變能，也稱(chēng)核能或原子能．核裂變是釋放核能的方法之一．
(3)鈾核裂變的產(chǎn)物多種多樣，其中有代表性的有：
10n＋23592U→9538Sr＋13954Xe＋210n
10n＋23592U→14156Ba＋9236Kr＋310n.
2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
(1)定義：在23592U核裂變釋放出巨大能量的同時(shí)，平均每次可以放出2～3個(gè)中子，這些中子稱(chēng)為第1代中子，如果其中至少有一個(gè)繼續(xù)轟擊23592U，使之發(fā)生裂變，就能產(chǎn)生第2代中子，這樣不斷繼續(xù)下去，中子會(huì)不斷增加，裂變反應(yīng)就會(huì)不斷加強(qiáng)，就形成了裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．能夠發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的鈾塊的最小體積叫做臨界體積．
(2)條件：發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)必須具備兩個(gè)條件：a.鈾核的體積達(dá)到臨界體積；b.必須存在持續(xù)不斷的中子源．
[再判斷]
1．原子核釋放粒子的過(guò)程也是核裂變的過(guò)程．(×)
2．用中子轟擊重核使之分裂實(shí)現(xiàn)核裂變．(√)
3．利用不可控的快中子轟擊超過(guò)臨界體積的鈾塊產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)制成原子彈．(√)
[后思考]
重核裂變反應(yīng)是否滿(mǎn)足電荷數(shù)守恒？是否滿(mǎn)足質(zhì)量數(shù)守恒？
【提示】重核裂變反應(yīng)屬于核反應(yīng)，滿(mǎn)足電荷數(shù)守恒，質(zhì)量數(shù)守恒．
[核心點(diǎn)擊]
1．鈾核的裂變和裂變方程
(1)核子受激發(fā)：當(dāng)中子進(jìn)入鈾235后，便形成了處于激發(fā)狀態(tài)的復(fù)核，復(fù)核中由于核子的激烈運(yùn)動(dòng)，使核變成不規(guī)則的形狀．
(2)核子分裂：核子間的距離增大，因而核力迅速減弱，使得原子核由于質(zhì)子間的斥力作用而分裂成幾塊，同時(shí)放出2或3個(gè)中子，這些中子又引起其他鈾核裂變，這樣，裂變就會(huì)不斷地進(jìn)行下去，釋放出越來(lái)越多的核能．
(3)常見(jiàn)的裂變方程：
①23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n.
②23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n.
2．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的條件
(1)有慢中子轟擊．
(2)鈾塊的體積大于臨界體積，或鈾塊的質(zhì)量大于臨界質(zhì)量．
以上兩個(gè)條件滿(mǎn)足一個(gè)，則另一個(gè)條件自動(dòng)滿(mǎn)足．
3．裂變反應(yīng)的能量：鈾核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核，發(fā)生質(zhì)量虧損，所以放出能量．一個(gè)鈾235核裂變時(shí)釋放的能量如果按200MeV估算，1kg鈾235全部裂變放出的能量相當(dāng)于2800t標(biāo)準(zhǔn)煤完全燃燒時(shí)釋放的能量，裂變時(shí)能產(chǎn)生幾百萬(wàn)度的高溫．
4．鈾的同位素中鈾235比鈾238更易發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
在天然鈾中，主要有兩種同位素，99.3%的是鈾238，0.7%的是鈾235，中子能引起這兩種鈾核發(fā)生裂變，但它們和中子發(fā)生作用的情況不同．
(1)鈾235：俘獲各種能量的中子都會(huì)發(fā)生裂變，且俘獲低能量的中子發(fā)生裂變的概率大．
(2)鈾238：只有俘獲能量大于1MeV的中子才能發(fā)生裂變，且裂變的幾率?。芰康陀?MeV的中子只與鈾核發(fā)生彈性碰撞，不引起裂變．因此，為了使鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好利用純鈾235.
1．(多選)關(guān)于重核的裂變，以下說(shuō)法正確的是()
A．核裂變釋放的能量遠(yuǎn)大于它俘獲中子時(shí)得到的能量
B．鈾核裂變?cè)谧匀唤缰袝?huì)自發(fā)地產(chǎn)生
C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減少
D．由于重核的核子平均質(zhì)量大于中等質(zhì)量核的核子平均質(zhì)量，所以重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能
【解析】根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變釋放能量的原理分析可知，裂變時(shí)因鈾核俘獲中子發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程，因而釋放的能量遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收的能量；重核裂變只能發(fā)生在人為核反應(yīng)中；在裂變反應(yīng)中核子數(shù)是不會(huì)減少的，因此A正確，B、C錯(cuò)誤．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，由于平均質(zhì)量減小，必然發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，所以D正確．
【答案】AD
2．(多選)1938年哈恩用中子轟擊鈾核，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中有原子核鋇(Ba)、氪(Kr)、中子和一些γ射線(xiàn)．下列關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的說(shuō)法中正確的是()
A．這個(gè)實(shí)驗(yàn)的核反應(yīng)方程是23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n
B．這是一個(gè)核裂變過(guò)程，反應(yīng)后粒子質(zhì)量之和大于反應(yīng)前粒子質(zhì)量之和
C．實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的γ射線(xiàn)穿透能力極強(qiáng)
D．這個(gè)反應(yīng)中釋放出的能量可以用愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程來(lái)計(jì)算
【解析】根據(jù)質(zhì)量數(shù)守恒、電荷數(shù)守恒，鈾核裂變的核反應(yīng)方程應(yīng)為：23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n，選項(xiàng)A正確；鈾核裂變過(guò)程中產(chǎn)生γ射線(xiàn)，放出能量，發(fā)生質(zhì)量虧損，釋放的能量根據(jù)愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程計(jì)算，選項(xiàng)B錯(cuò)誤，D正確；核反應(yīng)中產(chǎn)生的γ射線(xiàn)，穿透能力極強(qiáng)，是能量極高的光子，選項(xiàng)C正確．
【答案】ACD
3．現(xiàn)有的核電站比較廣泛采用的核反應(yīng)之一是：23592U＋10n→14360Nd＋Zr＋310n＋80－1e＋ν
(1)核反應(yīng)方程中的ν是中微子，它不帶電，質(zhì)量數(shù)為零．試確定生成物鋯(Zr)的電荷數(shù)與質(zhì)量數(shù)；
(2)已知鈾(U)核的質(zhì)量為235.0493u，中子質(zhì)量為1.0087u，釹(Nd)核質(zhì)量為142.9098u，鋯核質(zhì)量為89.9047u．又知1u＝1.6606×10－27kg，試計(jì)算，1kg鈾235大約能產(chǎn)生的能量是多少？
【解析】(1)根據(jù)電荷數(shù)和質(zhì)量數(shù)守恒，可得
Zr的電荷數(shù)Z＝92－60＋8＝40
質(zhì)量數(shù)A＝236－143－3×1＝90.
(2)方法一：質(zhì)量虧損
Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)＝0.2174u.
一個(gè)鈾核裂變釋放能量
ΔE＝Δm×931.5MeV
＝0.2174×931.5MeV≈202.5MeV
1kg鈾核含有的原子核數(shù)為
n＝1000235×6.02×1023個(gè)≈2.562×1024個(gè)
1kg鈾核產(chǎn)生的能量
E總＝nΔE＝2.562×202.5×1024MeV
≈5.2×1026MeV＝5.2×1026×106×1.6×10－19J
≈8.3×1013J.
方法二：Δm＝(mU＋mn)－(mNd＋mZr＋3mn)
＝0.2174u＝0.2174×1.6606×10－27kg
≈3.6×10－28kg
ΔE＝Δmc2＝3.6×10－28×(3×108)2J＝3.24×10－11J
n＝1000235×6.02×1023個(gè)≈2.562×1024個(gè)
E總＝nΔE＝2.562×1024×3.24×10－11J≈8.3×1013J.
【答案】(1)4090(2)8.3×1013J
重核裂變核能計(jì)算的方法
解答這類(lèi)問(wèn)題，一般是先根據(jù)核反應(yīng)方程求出一個(gè)重核裂變時(shí)發(fā)生的質(zhì)量虧損，由質(zhì)能方程計(jì)算出釋放的能量，然后用阿伏加德羅常數(shù)把核能與重核質(zhì)量聯(lián)系起來(lái)；另外，在計(jì)算過(guò)程中要注意單位的統(tǒng)一．
裂變反應(yīng)堆
[先填空]
1．核反應(yīng)堆：能維持和控制核裂變的裝置．
2．核反應(yīng)堆的構(gòu)成：堆芯、中子反射層、控制系統(tǒng)和防護(hù)層等部分．
(1)堆芯：由燃料棒、減速劑和冷卻劑組成．
(2)中子反射層：反射核裂變中產(chǎn)生的中子，使其進(jìn)一步參加鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．
(3)控制棒：用能吸收慢中子的鎘或硼鋼制成，以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度．
[再判斷]
1．核反應(yīng)堆可以人工控制核反應(yīng)速度．(√)
2．減速劑的作用使快中子減速變成慢中子．(√)
3．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)一旦形成無(wú)法進(jìn)行人工控制．(×)
[后思考]
核反應(yīng)堆中的防護(hù)層的構(gòu)造和作用是什么？
【提示】核反應(yīng)堆中的防護(hù)層一般由金屬套、防止中子外逸的水層以及1m～2m厚的鋼筋混凝土構(gòu)成，可以有效地防止射線(xiàn)對(duì)人體及其他生命的侵害．
[核心點(diǎn)擊]
1．核反應(yīng)堆的組成
核反應(yīng)堆由堆芯、中子反射層、控制系統(tǒng)和防護(hù)層等部分組成．其中控制棒用能吸收慢中子的鎘或硼鋼制成，以控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度．之所以把它叫做“堆”，是因?yàn)槭澜缟系谝粋€(gè)核反應(yīng)堆是用石墨塊(用以控制反應(yīng)速度)和金屬鈾塊(反應(yīng)燃料)一層一層交替地“堆”起來(lái)而構(gòu)成的．
2．核反應(yīng)堆與原子彈爆炸的比較
原子彈爆炸時(shí)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度是無(wú)法控制的，為了用人工方法控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，使核能比較平緩地釋放出來(lái)，人們制成了核反應(yīng)堆(核電站的核心設(shè)施)．核反應(yīng)堆是人工控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的裝置．
3．核電站發(fā)電的主要原理
核燃料裂變釋放的能量使反應(yīng)區(qū)溫度升高．水或液態(tài)的金屬鈉等流體在反應(yīng)堆內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，把反應(yīng)堆內(nèi)的熱量傳輸出去．反應(yīng)堆放出的熱使水變成水蒸氣，這些高溫高壓的蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電．這一部分的工作原理和火力發(fā)電相同．
4．關(guān)于核反應(yīng)堆中用鎘棒控制反應(yīng)速度的原理，下列說(shuō)法正確的是()
A．鎘棒能釋放中子，依靠釋放的多少控制反應(yīng)速度
B．用鎘棒插入的多少控制快中子變?yōu)槁凶拥臄?shù)量
C．利用鎘棒對(duì)中子吸收能力強(qiáng)的特點(diǎn)，依靠插入的多少控制中子數(shù)量
D．鎘棒對(duì)鈾核裂變有一種阻礙作用，利用其與鈾的接觸面積的大小控制反應(yīng)速度
【解析】鎘棒不是離子源不會(huì)釋放中子，A錯(cuò)誤，也不是減速劑，不能使快中子變?yōu)槁凶樱珺、D錯(cuò)誤，鎘棒對(duì)中子有吸收作用，通過(guò)中子強(qiáng)度檢測(cè)器檢測(cè)，當(dāng)反應(yīng)太強(qiáng)，鎘棒能自動(dòng)插入，多吸收中子，反之，自動(dòng)抽出，少吸收中子，故鎘棒也叫控制棒，C正確．
【答案】C
5．(多選)關(guān)于原子核反應(yīng)堆，下面哪種說(shuō)法是正確的()
A．鎘棒是核燃料，裂變時(shí)釋放核能
B．鎘棒的作用是控制反應(yīng)堆的功率
C．石墨的作用是吸收中子
D．冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱量
【解析】核燃料即為用濃縮鈾制成的鈾棒，鈾棒裂變時(shí)釋放核能；鎘棒具有很強(qiáng)的吸收慢中子的能力，通過(guò)控制鎘棒插入的深度來(lái)控制鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的速度，即可控制反應(yīng)堆的功率；石墨的作用是使裂變產(chǎn)生的快中子減速成為慢中子；冷卻劑的作用是控制反應(yīng)堆的溫度和輸出熱量．則B、D正確，A、C錯(cuò)誤．
【答案】BD
學(xué)業(yè)分層測(cè)評(píng)(十二)
(建議用時(shí)：45分鐘)
學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)]
1．(多選)當(dāng)一個(gè)重核裂變時(shí)，它所產(chǎn)生的兩個(gè)核()
A．含有的質(zhì)子數(shù)較裂變前重核的質(zhì)子數(shù)不變
B．含有的中子數(shù)較裂變前重核的中子數(shù)不變
C．裂變時(shí)釋放的能量等于俘獲中子時(shí)得到的能量
D．可能是多種形式的兩個(gè)核的組合
【解析】由于在裂變反應(yīng)中吸收一個(gè)中子而釋放2～3個(gè)中子，質(zhì)子數(shù)并沒(méi)有發(fā)生變化，而兩個(gè)新核的中子數(shù)減少，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤；反應(yīng)后質(zhì)量發(fā)生了虧損而釋放能量，并不等于俘獲中子時(shí)得到的能量，在裂變反應(yīng)中，產(chǎn)物并不是唯一的，而是多種多樣的，故選項(xiàng)D正確，選項(xiàng)C錯(cuò)誤．
【答案】AD
2．(多選)關(guān)于重核的裂變，以下說(shuō)法正確的是()
A．核裂變釋放的能量等于它俘獲中子時(shí)得到的能量
B．中子從鈾塊中通過(guò)時(shí)，但不一定發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
C．重核裂變釋放出大量能量，產(chǎn)生明顯的質(zhì)量虧損，所以核子數(shù)要減小
D．重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的核時(shí)，要發(fā)生質(zhì)量虧損，放出核能
【解析】根據(jù)重核發(fā)生裂變的條件和裂變釋放核能的原理分析可知，裂變時(shí)因鈾核俘獲中子即發(fā)生核反應(yīng)，是核能轉(zhuǎn)化為其他形式能的過(guò)程．釋放的能量遠(yuǎn)大于其俘獲中子時(shí)吸收的能量．鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是有條件的，即鈾塊的體積必須大于其臨界體積，如果體積小，中子從鈾塊中穿過(guò)時(shí)，碰不到原子核，則鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就不會(huì)發(fā)生．在裂變反應(yīng)中質(zhì)量數(shù)、電荷數(shù)均守恒；即核子數(shù)守恒，所以核子數(shù)是不會(huì)減小的，因此選項(xiàng)A、C錯(cuò)誤，B正確；重核裂變?yōu)橹械荣|(zhì)量的原子核時(shí)，發(fā)生質(zhì)量虧損，從而釋放出核能，選項(xiàng)D正確．
【答案】BD
3．鈾核裂變時(shí)，對(duì)于產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的重要因素，下列說(shuō)法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772108】
A．反應(yīng)堆中鈾的質(zhì)量是重要因素與體積無(wú)關(guān)
B．為了使裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)容易發(fā)生，最好直接利用裂變時(shí)產(chǎn)生的中子
C．若鈾235的體積超過(guò)它的臨界體積，裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)就能夠發(fā)生
D．能否發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)與鈾塊的質(zhì)量無(wú)關(guān)
【解析】要使鈾核裂變發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，鈾塊的體積必須等于或大于臨界體積，如果組成鈾塊的體積小于臨界體積，則不會(huì)發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)．裂變反應(yīng)中產(chǎn)生的中子為快中子，這些快中子不能直接引發(fā)新的裂變．如果鈾塊的質(zhì)量大，則其體積大，若超過(guò)臨界體積則發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，由此知A、B、D錯(cuò)誤，C正確．
【答案】C
4．(多選)鈾核裂變是核電站核能的重要來(lái)源，其一種裂變反應(yīng)式是23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n.下列說(shuō)法正確的有()
A．上述裂變反應(yīng)中伴隨著中子放出
B鈾塊體積對(duì)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)生無(wú)影響
C．鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可人工控制
D．鈾核的半衰期會(huì)受到環(huán)境溫度的影響
【解析】根據(jù)裂變反應(yīng)的規(guī)律和影響半衰期的因素解決問(wèn)題．裂變反應(yīng)式中的10n為中子，鈾塊體積大于臨界體積，才能發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，且鈾核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是可控的，選項(xiàng)A、C正確，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；放射性元素的半衰期不受外界壓強(qiáng)、溫度的影響，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．
【答案】AC
5．下列核反應(yīng)中，表示核裂變的是()
A.23892U―→23490Th＋42He
B.23592U＋10n―→14456Ba＋8936Kr＋310n
C.146C―→147N＋0－1e
D.94Be＋42He―→126C＋10n
【解析】題目選項(xiàng)中，23892U―→23490Th＋42He是α衰變，146C―→147N＋0－1e是β衰變，94Be＋42He―→126C＋10n是人工轉(zhuǎn)變，只有C選項(xiàng)是重核裂變，故B正確．
【答案】B
6．(多選)2020年以前我國(guó)將新增投產(chǎn)2300萬(wàn)千瓦的核電站，核電站與火電站相比較，下列說(shuō)法正確的是()
A．核燃料釋放的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量
B．就可采儲(chǔ)量來(lái)說(shuō)，地球上核燃料資源遠(yuǎn)大于煤炭
C．在經(jīng)濟(jì)效益方面核電與火電不相上下
D．核電站沒(méi)有任何污染
【解析】核燃料釋放的能量遠(yuǎn)大于相等質(zhì)量的煤放出的能量，A項(xiàng)正確；就可采儲(chǔ)量所提供的能量來(lái)說(shuō)，遠(yuǎn)大于煤炭所能提供的能量，而不是采儲(chǔ)量，B項(xiàng)錯(cuò)；在經(jīng)濟(jì)效益方面核電與火電不相上下，C項(xiàng)正確；核電站是有污染的，核反應(yīng)堆用過(guò)的核廢料具有很強(qiáng)的輻射性，要做特殊處理，D項(xiàng)錯(cuò)誤．
【答案】AC
7．下面是鈾核裂變反應(yīng)中的一個(gè)：23592U＋10n―→13654Xe＋9038Sr＋1010n.已知鈾235的質(zhì)量為235.0439u，中子的質(zhì)量為1.0087u，鍶90的質(zhì)量為89.9077u，氙136的質(zhì)量為135.9072u，則此核反應(yīng)中質(zhì)量虧損Δm＝________u，釋放的核能ΔE＝________MeV.
【導(dǎo)學(xué)號(hào)：64772053】
【解析】質(zhì)量虧損Δm＝235.0439u＋1.0087u－135.9072u－89.9077u－10×1.0087u＝0.1507u
由ΔE＝Δmc2可求得釋放的核能ΔE＝0.1507uc2＝0.1507×931.5MeV＝140.3771MeV.
【答案】0.1507140.3771
8．落在日本廣島上的原子彈，相當(dāng)于2萬(wàn)噸TNT炸藥放出的能量．原子彈放出的能量約8.4×1013J，試問(wèn)有多少個(gè)23592U原子核進(jìn)行分裂？該原子彈中含23592U的質(zhì)量最小限度為多少千克？(一個(gè)23592U原子核分裂時(shí)所產(chǎn)生的能量約為200MeV)
【解析】一個(gè)23592U原子核分裂時(shí)所產(chǎn)生的能量約為200MeV＝200×106eV＝2.0×108×1.6×10－19J＝3.2×10－11J.
設(shè)共有n個(gè)23592U核發(fā)生裂變：n＝8.4×10133.2×10－11個(gè)≈2.6×1024個(gè)，鈾的質(zhì)量m＝235×10－3×2.6×10246.02×1023kg≈1.015kg.
【答案】2.6×1024個(gè)1.015kg
能力提升]
9．(多選)我國(guó)秦山核電站第三期工程中有兩組60萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電站的核能來(lái)源于23592U的裂變，下列說(shuō)法正確的是()
A.23592U原子核中有92個(gè)質(zhì)子，143個(gè)中子
B.23592U的一種可能裂變是變成兩個(gè)中等質(zhì)量的原子核，反應(yīng)方程為23592U＋10n―→13954Xe＋9538Sr＋210n
C.23592U是天然放射性元素，常溫下它的半衰期約為45億年，升高溫度半衰期縮短
D．一個(gè)23592U裂變能放出200MeV的能量，合3.2×10－11J
【解析】由23592U的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)關(guān)系易知A正確；由核反應(yīng)方程中電荷數(shù)守恒和質(zhì)量數(shù)守恒知B正確；半衰期不受外界因素干擾，故C錯(cuò)誤；因?yàn)?00MeV＝200×106×1.6×10－19J＝3.2×10－11J，所以D正確．
【答案】ABD
10．(多選)人們發(fā)現(xiàn)，不同的原子核，其核子的平均質(zhì)量(原子核的質(zhì)量除以核子數(shù))與原子序數(shù)有如圖421所示的關(guān)系．下列關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和核反應(yīng)的說(shuō)法正確的是()
圖421
A．由圖可知，原子核D和E聚變成原子核F時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要吸收能量
B．由圖可知，原子核A裂變成原子核B和C時(shí)會(huì)有質(zhì)量虧損，要放出核能
C．由原子核A裂變成原子核B和C時(shí)要吸收能量
D．在核反應(yīng)堆的鈾棒之間插入鎘棒是為了控制核反應(yīng)速度
【解析】原子核D和E的核子平均質(zhì)量大，結(jié)合成原子核F時(shí)存在質(zhì)量虧損，要釋放能量，A錯(cuò)誤；原子核A的核子平均質(zhì)量大，裂變成原子核B和C時(shí)質(zhì)量虧損，要放出核能，B正確、C錯(cuò)誤；鎘棒可以吸收中子，在反應(yīng)堆中能控制反應(yīng)速度，D正確．
【答案】BD
11.23592U受中子轟擊時(shí)會(huì)發(fā)生裂變，產(chǎn)生13956Ba和9436Kr，同時(shí)放出200MeV的能量，現(xiàn)要建設(shè)發(fā)電能力是50萬(wàn)千瓦的核電站，用鈾235作為原子鍋爐的燃料，假設(shè)核裂變釋放的能量全部被用來(lái)發(fā)電，那么一天需要純鈾235的質(zhì)量為多少？(阿伏加德羅常數(shù)取6.02×1023mol－1)
【解析】每天發(fā)電的總量
E＝24×3.6×103×5×108J＝4.32×1013J.
要得到這么多能量需要裂變的鈾原子數(shù)目n＝4.32×10132×108×1.6×10－19＝1.35×1024(個(gè))．
則對(duì)應(yīng)的質(zhì)量
m＝nNAμ＝1.35×10246.02×1023×235×10－3kg＝0.527kg.
【答案】0.572kg
12．在所有能源中，核能具有能量密度大，地區(qū)適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在核電站中，核反應(yīng)堆釋放的核能被轉(zhuǎn)化為電能．核反應(yīng)堆的工作原理是利用中子轟擊重核發(fā)生裂變反應(yīng)，釋放出大量核能．
(1)核反應(yīng)方程式23592U＋10n―→14156Ba＋9236Kr＋aX是反應(yīng)堆中發(fā)生的許多核反應(yīng)中的一種，10n為中子，X為待求粒子，a為X的個(gè)數(shù)，則X為_(kāi)_______，a＝________.以mU、mBa、mKr分別表示23592U、14156Ba、9236Kr核的質(zhì)量，mn、mp分別表示中子、質(zhì)子的質(zhì)量，c為光在真空中傳播的速度，則在上述核反應(yīng)過(guò)程中放出的核能ΔE是多少？
(2)有一座發(fā)電能力為P＝1.00×106kW的核電站，核能轉(zhuǎn)化為電能的效率η＝40%，假定反應(yīng)堆中發(fā)生的裂變反應(yīng)全是本題(1)中的核反應(yīng)，已知每次核反應(yīng)過(guò)程放出的核能ΔE＝2.78×10－11J，核的質(zhì)量mU＝390×10－27kg，求每年(1年＝3.15×107s)消耗的23592U的質(zhì)量．
【解析】(1)由反應(yīng)方程可知：X為10n，a為3，釋放的能量為
ΔE＝(mU－mBa－mKr－2mn)c2.
(2)因電站發(fā)電效率為40%，故電站消耗23592U的功率為P′＝P40%＝10640%kW＝2.5×106kW，
電站每年消耗235U的能量為W＝Pt＝2.5×109×3.15×107J＝7.875×1016J.
每年消耗23592U的質(zhì)量為
M＝WΔEmU＝7.875×1016×390×10－272.78×10－11kg＝1105kg.
【答案】(1)10n3(mU－mBa－mKr－2mn)c2
(2)1105kg

資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)

俗話(huà)說(shuō)，磨刀不誤砍柴工。教師要準(zhǔn)備好教案，這是教師需要精心準(zhǔn)備的。教案可以讓學(xué)生們有一個(gè)良好的課堂環(huán)境，使教師有一個(gè)簡(jiǎn)單易懂的教學(xué)思路。寫(xiě)好一份優(yōu)質(zhì)的教案要怎么做呢？為滿(mǎn)足您的需求，小編特地編輯了“資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)”，大家不妨來(lái)參考。希望您能喜歡！

教案
課題：第二節(jié)資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)授課班級(jí)
課時(shí)
教

學(xué)

目

的知識(shí)
與
技能1、知道化石燃料是重要的自然資源
2、了解化石燃料燃燒對(duì)環(huán)境的影響，懂得選擇對(duì)環(huán)境污染較小的燃料
3、認(rèn)識(shí)化石燃料綜合利用和開(kāi)發(fā)新能源的重要意義
過(guò)程
與
方法1、自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力
2、通過(guò)設(shè)計(jì)對(duì)化石燃料燃燒產(chǎn)物成分分析的定性定量實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)會(huì)物質(zhì)檢驗(yàn)的一般方法
情感
態(tài)度
價(jià)值觀1、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)社會(huì)的關(guān)注意識(shí)
2、知道學(xué)好化學(xué)等科學(xué)知識(shí)，為保護(hù)環(huán)境，解決能源危機(jī)作出貢獻(xiàn)
重點(diǎn)化石燃料的綜合利用和開(kāi)發(fā)新能源的重要意義
難點(diǎn)化石燃料的綜合利用
知
識(shí)
結(jié)
構(gòu)
與
板
書(shū)
設(shè)
計(jì)第二節(jié)資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)
一、煤、石油和天然氣的綜合利用
1、煤的綜合利用
（1）煤成分：復(fù)雜的混合物；含有：碳、氫、氮、硫、氧等元素。
（2）煤的綜合利用：干餾、液化和汽化
煤的干餾：把煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使它分解的過(guò)程。產(chǎn)品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦?fàn)t氣。
煤的汽化：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）
2、天然氣
（1）化石燃料（2）化工原料：合成氨、生產(chǎn)甲醇、合成多個(gè)碳原子的有機(jī)化合物。
3、石油
（1）石油的成分：碳?xì)浠衔锘旌衔?；元素碳、硫、氧、氮等?br> （2）石油的煉制：
分餾---利用原油中各成分沸點(diǎn)不同，將復(fù)雜的混合物分離成較簡(jiǎn)單更有用的混合物的過(guò)程。
裂化---在一定條件下，把分子量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為分子量小、沸點(diǎn)低的烴的過(guò)程。
規(guī)律：生成等量的烷烴與烯烴，目的：提高汽油的產(chǎn)量。
裂解：使具有長(zhǎng)鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，以提供有機(jī)化工原料。
重整：在加熱和催化劑作用下，鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴。
4、以煤、石油和天然氣為原料生產(chǎn)合成材料
教學(xué)過(guò)程
教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法、手段、師生活動(dòng)
2004年一次能源消費(fèi)構(gòu)成
[板書(shū)]第二節(jié)資源綜合利用與環(huán)境保護(hù)
一、煤、石油和天然氣的綜合利用
[講]我國(guó)不僅煤資源、煤產(chǎn)量都名列世界前茅，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)煤和使用煤最早的國(guó)家。早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)的《山海經(jīng)》已有煤的記載，西漢時(shí)期已經(jīng)使用煤來(lái)煉鐵，而英國(guó)人到了16世紀(jì)才會(huì)用煤煉鐵。當(dāng)前，我國(guó)工業(yè)燃料動(dòng)力的80%依靠煤，化工原料的65%是煤。
現(xiàn)在我們首先學(xué)習(xí)有關(guān)煤的綜合利用的相關(guān)知識(shí)
[板書(shū)]1、煤的綜合利用
[講]煤是由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物所組成的復(fù)雜的混合物，主要含有碳元素，此外還含有少量的氫、氮、硫、氧等元素以及無(wú)機(jī)礦物質(zhì)。
[板書(shū)]（1）煤成分：復(fù)雜的混合物；含有：碳、氫、氮、硫、氧等元素。
［投影］
［講］煤的綜合利用主要是通過(guò)煤的干餾、煤的液化和汽化獲得潔凈的燃料和化工原料。

[板書(shū)]（2）煤的綜合利用：干餾、液化和汽化
［講］煤的干餾是把煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使它分解的過(guò)程。在煤干餾的過(guò)程中，可以生成焦炭、煤焦油、粗氨水和焦?fàn)t氣等。其中焦炭是冶金工業(yè)的重要原料；煤焦油中含有各種烴的同系物和酚類(lèi)，是重要的化工原料，焦?fàn)t氣中含有甲烷、乙烯、一氧化碳等氣體燃料，是重要的燃料；粗氨水可以生產(chǎn)化肥。這樣，煤就可以得到綜合利用
[板書(shū)]煤的干餾：把煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使它分解的過(guò)程。產(chǎn)品：焦炭、煤焦油、粗氨水和焦?fàn)t氣。
［投影］煤干餾的主要產(chǎn)品和用途
［講］煤的汽化原理：有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w。
[板書(shū)]煤的汽化：C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）
［講］煤的液化原理：直接液化、間接液化。
[過(guò)渡]提問(wèn)天然氣主要成分？
[板書(shū)]2、天然氣
［講］天然氣的主要用途：化石燃料、化工原料。
[板書(shū)]（1）化石燃料（2）化工原料：合成氨、生產(chǎn)甲醇、合成多個(gè)碳原子的有機(jī)化合物。
［閱讀］資料卡片---甲烷水合物
［點(diǎn)擊試題］最近，新華社的一條消息中披露：我國(guó)南海海底發(fā)現(xiàn)巨大的“可燃冰”帶，能源總量估計(jì)相當(dāng)于中國(guó)石油總量的一半；而我國(guó)東?！翱扇急钡奶N(yùn)藏量也很可觀……“可燃冰”的主要成分是一水合甲烷晶體（CH4H2O）．請(qǐng)結(jié)合初中化學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題：?
（1）下列說(shuō)法中正確的是（填序號(hào)）___________．
A．CH4H2O晶體中水是溶劑?
B．CH4H2O的組成元素有3種?
C．CH4H2O中CH4和H2O的質(zhì)量比為1：1?
D．可燃冰能燃燒，說(shuō)明水具有可燃性?
（2）可燃冰的發(fā)現(xiàn)為我國(guó)在新世紀(jì)使用高效新能源開(kāi)辟了廣闊的前景．你認(rèn)為能開(kāi)發(fā)利用的新能源還有（至少填寫(xiě)二種）___________，_____________．
［講］（1）溶劑是能夠溶解其他物質(zhì)的物質(zhì)，溶劑與溶質(zhì)間沒(méi)有固定的組成，而CH4H2O的組成固定故A不正確．CH4中含C、H二元素，H2O中含H、O二元素，故CH4H2O由C、H、O三元素，組成B正確．CH4H2O分子中CH4與H2O的物質(zhì)的量之比為1：1，而其式量不等則C不正確．CH4H2O可燃是由于分解產(chǎn)生CH4的原因，故D不正確．
（2）新能源是指以新技術(shù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用的能源包括太陽(yáng)能、生物能、風(fēng)能、地?zé)崮?、氫能源等?br> [復(fù)習(xí)]初中有關(guān)石油的知識(shí)。
［講］石油主要是由各種烷烴、環(huán)烷烴和環(huán)烷烴所組成的混合物。石油的大部分是液態(tài)烴，同時(shí)在液態(tài)烴里溶有少量的氣態(tài)烴和固態(tài)烴。
石油主要含有碳和氫兩種元素，同時(shí)還含有少量的硫、氧、氮等元素。石油的化學(xué)成分隨產(chǎn)地不同而不同。
[板書(shū)]3、石油
（1）石油的成分：碳?xì)浠衔锘旌衔?；元素碳、硫、氧、氮等?br> ［講］石油的煉制：原油成分復(fù)雜，還含有水和氯化鈣、氯化鎂等鹽類(lèi)。原油必須先經(jīng)過(guò)脫水、脫鹽等處理過(guò)程，才能進(jìn)行煉制。
經(jīng)過(guò)脫水、脫鹽的石油主要是烴類(lèi)的混合物，因此沒(méi)有固定的沸點(diǎn)。給石油加熱時(shí)，低沸點(diǎn)的烴先氣化，經(jīng)過(guò)冷凝先分離出來(lái)。隨著溫度升高，較高沸點(diǎn)的烴再氣化，經(jīng)過(guò)冷凝也分離出來(lái)。這樣繼續(xù)加熱和冷凝，就可以把石油分成不同沸點(diǎn)范圍的蒸餾產(chǎn)物。這種方法叫做石油的分餾。工業(yè)上分餾石油是在分餾塔中進(jìn)行。石油通過(guò)分餾的方法獲得汽油、煤油和柴油等輕質(zhì)液體燃料。但產(chǎn)量不高，僅占石油總質(zhì)量的25％左右。為了提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量，特別是提高汽油的產(chǎn)量，在石油工業(yè)上采用了裂化的方法。裂化就是在一定條件下，把分子量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為分子量小、沸點(diǎn)低的烴的過(guò)程。
[板書(shū)]（2）石油的煉制：
分餾---利用原油中各成分沸點(diǎn)不同，將復(fù)雜的混合物分離成較簡(jiǎn)單更有用的混合物的過(guò)程。
裂化---在一定條件下，把分子量大、沸點(diǎn)高的烴斷裂為分子量小、沸點(diǎn)低的烴的過(guò)程。
［投影］
[板書(shū)]規(guī)律：生成等量的烷烴與烯烴，目的：提高汽油的產(chǎn)量。
［講］在石油化工生產(chǎn)過(guò)程里，常用石油分餾產(chǎn)品（包括石油氣）作原料，采用比裂化更高的溫度（700～800℃，有時(shí)甚至高達(dá)1000℃以上），使具有長(zhǎng)鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，以提供有機(jī)化工原料。工業(yè)上把這種方法叫做石油的裂解。所以說(shuō)裂解就是深度裂化，以獲得短鏈不飽和烴為主要成分的石油加工過(guò)程。
[板書(shū)]裂解：使具有長(zhǎng)鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態(tài)烴和少量液態(tài)烴，以提供有機(jī)化工原料。
重整：在加熱和催化劑作用下，鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴。
［講］三大合成材料與煤、石油、天然氣的關(guān)系，聚乙烯塑料的合成及應(yīng)用。
［投影］圖4-6原油的分餾及裂化產(chǎn)品用途示意圖
［講］總之，煤、天然氣和石油的綜合利用意義非常大，我們熟悉的塑料、合成橡膠、合成纖維這三大合成材料，都是以煤、天然氣和石油為原料生產(chǎn)的。
[板書(shū)]4、以煤、石油和天然氣為原料生產(chǎn)合成材料
[展示]三大合成材料的樣品、生活中常見(jiàn)的合成材料圖片。
［講］由三大合成材料制得產(chǎn)品，在生產(chǎn)和生活中得到廣泛的應(yīng)用，聚乙烯塑料及其產(chǎn)品就是典型的代表。
[展示圖片]用聚乙烯制成的產(chǎn)品
［講］聚乙烯的生成原理：在適當(dāng)溫度、壓強(qiáng)和有催化劑存在的情況下，乙烯雙鍵里的一個(gè)鍵會(huì)斷裂，分子里的碳原子能互相結(jié)合成為很長(zhǎng)的鏈。
CH2=CH2+CH2=CH2+CH2=CH2+……
→-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+-CH2-CH2-+……
→-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-……
[學(xué)生活動(dòng)]寫(xiě)出乙烯合成聚乙烯的化學(xué)方程式。
[動(dòng)畫(huà)演示]乙烯的聚合反應(yīng)。
［講］加聚反應(yīng)：像乙烯那樣由相對(duì)分子質(zhì)量小的化合物分子（乙烯）互相結(jié)合成相對(duì)分子質(zhì)量大的高分子（聚乙烯）的反應(yīng)，稱(chēng)為加成聚合反應(yīng)，簡(jiǎn)稱(chēng)加聚反應(yīng)。
［講］高分子化合物及其特征。乙烯為單體，重復(fù)結(jié)構(gòu)單元－CH2－CH2－稱(chēng)為鏈節(jié)，n為聚合度－表示高分子化合物中所含鏈節(jié)的數(shù)目。
[設(shè)問(wèn)]前面學(xué)過(guò)的基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)中，有哪些是高分子化合物？
淀粉、纖維素和蛋白質(zhì)。（強(qiáng)調(diào)油脂不屬于高分子化合物。）
[學(xué)生匯報(bào)]一些常見(jiàn)的高分子化合物及其用途。
［講］聚乙烯及聚丙烯與白色污染關(guān)系，提醒同學(xué)們愛(ài)護(hù)環(huán)境，不亂丟塑料垃圾。
［投影］圖4-8塑料制品的回收與利用
[思考與交流]1、回收利用廢舊合成材料的途徑？
2、通過(guò)必要的數(shù)據(jù)論證限制生產(chǎn)使用聚苯乙烯快餐盒的意義。
[閱讀]科學(xué)視野———壁虎的腳與膠粘劑
壁虎能在光滑的墻壁上行走自如，甚至能貼在天花板上。這表明，壁虎的“腳”底與物體表面之間必定存在很強(qiáng)的特殊黏著力，但這種力量究竟從何而來(lái)呢？
科學(xué)家對(duì)壁虎進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)它的每只“腳”底部長(zhǎng)著大約50萬(wàn)根極細(xì)的剛毛，而每根剛毛末端又有約400～1000根更細(xì)的分支。這種精細(xì)結(jié)構(gòu)使得剛毛與物體表面分子間的距離非常近，從而產(chǎn)生“范德瓦爾斯力”。據(jù)計(jì)算，一只大壁虎的4只“腳”產(chǎn)生的總作用力壓強(qiáng)相當(dāng)于10個(gè)大氣壓。而這種力的產(chǎn)生靠的是分子間的范德華力人們從壁虎腳的附著力得到的啟示今后有可能派上用場(chǎng)，如用于研制爬墻機(jī)器人，或研制世界上第一種乾性粘合劑。
[總結(jié)]化石燃料的使用既給予了人們方便，推動(dòng)了人類(lèi)的文明，同時(shí)也造成了環(huán)境的污染。我們應(yīng)辨證地認(rèn)識(shí)發(fā)展生產(chǎn)和治理環(huán)境的關(guān)系?；剂鲜遣豢稍偕馁Y源，尋找新的能源是有待解決的問(wèn)題。
教學(xué)回顧：

教案
課題：第二節(jié)資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)授課班級(jí)
課時(shí)
教

學(xué)

目

的知識(shí)
與
技能1、了解一些燃料燃燒對(duì)環(huán)境有不良影響，應(yīng)選擇使用不污染環(huán)境或?qū)Νh(huán)境污染小的燃料
2、了解在化石燃料中，天然氣是比較清潔的燃料
3、應(yīng)使用和開(kāi)發(fā)化石燃料以外的清潔能源，綜合利用資源和開(kāi)發(fā)新能源具有重要意義
過(guò)程
與
方法1、自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力
2、通過(guò)活動(dòng)探究，通過(guò)化石燃料對(duì)環(huán)境的影響和新能源的開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生歸納能力，比較能力
情感
態(tài)度
價(jià)值觀重視實(shí)驗(yàn)和討論，借此來(lái)培養(yǎng)善于合作、勤于思考、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、勇于創(chuàng)新實(shí)踐的科學(xué)精神，同時(shí)通過(guò)燃料對(duì)環(huán)境的影響的學(xué)習(xí)來(lái)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)，體會(huì)化學(xué)與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系。
重點(diǎn)了解一些燃料燃燒對(duì)環(huán)境有不良影響，應(yīng)選擇使用不污染環(huán)境或?qū)Νh(huán)境污染小的燃料，
難點(diǎn)充分認(rèn)識(shí)保護(hù)環(huán)境的重要意義
知
識(shí)
結(jié)
構(gòu)
與
板
書(shū)
設(shè)
計(jì)二、環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)
1、環(huán)境問(wèn)題的含義
2、保護(hù)環(huán)境工作者當(dāng)前的任務(wù)：
（1）對(duì)環(huán)境情況的監(jiān)測(cè)
（2）三廢的治理
（3）尋找源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝要較好地完成這些任務(wù)，都離不開(kāi)化學(xué)知識(shí)。
3、綠色化學(xué)
核心：利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)施清潔生產(chǎn)
教學(xué)過(guò)程
教學(xué)步驟、內(nèi)容教學(xué)方法、手段、師生活動(dòng)
［展示］有關(guān)環(huán)境污染的圖片以及優(yōu)美的環(huán)境圖片
［投影］背景知識(shí)回顧
1、通常所說(shuō)的三廢是指、和。
2、綠色食品是指的食品，白色污染是指。
［板書(shū)］二、環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)
1、環(huán)境問(wèn)題的含義
2、保護(hù)環(huán)境工作者當(dāng)前的任務(wù)：
（1）對(duì)環(huán)境情況的監(jiān)測(cè)
（2）三廢的治理
（3）尋找源頭治理環(huán)境污染的生產(chǎn)工藝要較好地完成這些任務(wù)，都離不開(kāi)化學(xué)知識(shí)。
［投影］環(huán)境污染：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)活動(dòng)排放的物質(zhì)超過(guò)了環(huán)境的自?xún)裟芰Γh(huán)境質(zhì)量就發(fā)生不良變化，危害人類(lèi)健康和生存。
［投影］3、環(huán)境污染的分類(lèi)：
（1）按環(huán)境要素分：大氣污染、水體污染、土壤污染；
（2）按人類(lèi)活動(dòng)分：工業(yè)環(huán)境污染、城市環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染；
（3）按造成污染的性質(zhì)分：化學(xué)污染、生物污染、物理污染、固體廢棄物污染、能源污染。
4.大氣污染的來(lái)源、危害、治理
（1）主要污染物:二氧化物、碳氧化物、氮氧化物、碳?xì)浠?、飄塵、煤塵、放射性物質(zhì)等
（2）來(lái)源:煤石油的燃燒,礦石冶煉,汽車(chē)尾氣,工業(yè)廢氣等。
（3）危害:危害人類(lèi)健康、影響植物生長(zhǎng)、破壞建筑材料、改變地球氣候。
［投影］案例分析一：倫敦?zé)熿F事件
討論：“溫室效應(yīng)”與全球變暖
［投影］（4）治理：調(diào)整資源結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)新能源（太陽(yáng)能、氫能、風(fēng)能、地?zé)岬龋瑴p少使用煤、石油、天然氣等化石燃料，減少工業(yè)廢氣排放，對(duì)廢氣進(jìn)行回收凈化再利用等。大力植樹(shù)造林嚴(yán)禁亂砍濫伐。政府部門(mén)合理規(guī)劃、制定標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。
［投影］5.水污染的來(lái)源、危害、治理
（1）來(lái)源：石油煉制、工業(yè)廢水、生活廢水、使用過(guò)農(nóng)藥、化肥的農(nóng)田排水、降水淋洗大氣污染物和地面淋洗固體垃圾等。
（2）危害：污染水源，改變水質(zhì)，加劇水源危害。造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，破壞海濱風(fēng)景區(qū)。
［投影］案例分析二：日本的水俁病、水華、赤潮
（3）治理：控制污水任意排放，對(duì)污水進(jìn)行凈化處理，改善用水制度，研究無(wú)污染新工業(yè)，合理、科學(xué)地施用化肥、農(nóng)藥。
［投影］6.居室污染的來(lái)源、危害及防治措施
（1）來(lái)源：煤、石油、液化氣、天然氣等的燃燒，煎、炒、烘、烤等高溫烹調(diào)加工中產(chǎn)生的煙霧，煙草的燃燒，電器發(fā)出的電磁波，地毯中的螨蟲(chóng)，建筑裝潢材料產(chǎn)生的甲醛、放射性稀有氣體氡，化妝品，日用化學(xué)品，家寵等。
（2）危害：引起人體呼吸道、消化道等疾病，導(dǎo)致各種癌癥、皮膚病、傳染病，影響嬰幼兒智力和發(fā)育等。
（3）主要污染物：CO、CO2、NH3、NOx、SO2、酚類(lèi)、煙霧、煙塵、放射性稀有氣體氡、電磁波、螨蟲(chóng)、細(xì)菌、病毒等
（4）防治措施：保持室內(nèi)清潔通風(fēng)、對(duì)電器輻射采取防護(hù)措施,并保持距離、廚房要有通風(fēng)換氣設(shè)施、寵物要經(jīng)常洗浴,養(yǎng)成良好的排便習(xí)慣,并注意及時(shí)清除、女性朋友要慎用化妝品和日?；瘜W(xué)用品、建議男士少抽煙或不抽煙
［板書(shū)］3、綠色化學(xué)
核心：利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的污染，實(shí)施清潔生產(chǎn)。
［投影］（1）滿(mǎn)足人們的物質(zhì)需要生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品
（2）合理使用自然資源，能物盡其用，原料盡可能100%成為產(chǎn)品。
（3）生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程不污染環(huán)境，盡可能使用過(guò)的產(chǎn)品可回收利用。
［投影］按照綠色化學(xué)的原則，最理想的“原子經(jīng)濟(jì)”就是反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，這時(shí)原子利用率為100%。
［投影］
［小結(jié)］綠色化學(xué)的主要特點(diǎn)：
1、充分利用資源和能源，采用無(wú)毒、無(wú)害的原料；
2、在無(wú)毒、無(wú)害的條件下進(jìn)行反應(yīng)，以減少?gòu)U物向環(huán)境排放；
3、提高原子的利用率，力圖使所有作為原料的原子都被產(chǎn)品所消納，實(shí)現(xiàn)“零排放”；
4、生產(chǎn)出有利于環(huán)境保護(hù)、社區(qū)安全和人體健康的環(huán)境友好的產(chǎn)品。
教學(xué)回顧：