第1章 微項目 設計載人航天器用化學電池與氧氣再生方案-化學反應中能量及物質的轉化利用2024-2025學年高中化學選擇性必修1同步導學案配套教學設計 魯科版（2019）雙選

第1章微項目設計載人航天器用化學電池與氧氣再生方案——化學反應中能量及物質的轉化利用2024-2025學年高中化學選擇性必修1同步導學案配套教學設計魯科版（2019）雙選學校授課教師課時授課班級授課地點教具課程基本信息1.課程名稱：載人航天器用化學電池與氧氣再生方案

2.教學年級和班級：高中化學選擇性必修1

3.授課時間：2024-2025學年

4.教學時數(shù)：1課時核心素養(yǎng)目標1.理解化學反應中能量及物質的轉化利用，提高科學探究能力。

2.培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力，將理論知識應用于實際情境中。

3.提升創(chuàng)新意識和團隊合作能力，通過設計載人航天器用化學電池與氧氣再生方案，培養(yǎng)解決航天領域實際問題的能力。

4.增強對化學學科的興趣和認同感，培養(yǎng)持續(xù)學習的動力。重點難點及解決辦法1.重點：化學反應中能量及物質的轉化利用。

解決辦法：通過實例分析和討論，讓學生在實際情境中理解能量和物質的轉化過程。

2.難點：設計載人航天器用化學電池與氧氣再生方案。

解決辦法：引導學生進行小組合作，提供相關資料和指導，鼓勵學生進行創(chuàng)新設計，并提供反饋和幫助。

3.重點：分析問題、解決問題的能力。

解決辦法：通過案例分析和問題解決的活動，培養(yǎng)學生的分析思維和解決問題的技巧。

4.難點：將理論知識應用于實際情境中。

解決辦法：提供實際案例和情境，引導學生將所學知識與實際情況相結合，培養(yǎng)學生的應用能力。

5.重點：創(chuàng)新意識和團隊合作能力。

解決辦法：鼓勵學生進行創(chuàng)新思考，組織小組合作活動，培養(yǎng)學生的團隊合作意識和溝通能力。教學資源1.軟硬件資源：教室、黑板、多媒體投影儀、計算機、實驗室設備。

2.課程平臺：學校提供的教學管理系統(tǒng)、化學教材、教學課件。

3.信息化資源：在線化學教學資源、相關學術期刊和論文、航天領域相關視頻和圖片。

4.教學手段：講解、演示、實驗、小組討論、項目式學習、互動提問。教學過程設計1.導入環(huán)節(jié)（5分鐘）

-教師通過展示航天器發(fā)射的視頻，引發(fā)學生對航天領域的興趣。

-提出問題：“航天器在太空中如何獲取能量和氧氣？”引導學生思考。

2.講授新課（15分鐘）

-教師簡要介紹化學電池的工作原理和氧氣再生的重要性。

-通過示例和圖解，講解化學反應中能量及物質的轉化利用。

3.師生互動環(huán)節(jié)（10分鐘）

-教師提問：“化學電池在航天器中的應用有哪些？”引導學生進行思考和討論。

-學生分組進行討論，分享各自設計的載人航天器用化學電池與氧氣再生方案。

4.鞏固練習（10分鐘）

-教師提供一些相關的練習題，讓學生進行解答。

-學生獨立完成練習題，教師進行個別指導和解答疑問。

5.課堂提問環(huán)節(jié)（5分鐘）

-教師提問：“你們在設計載人航天器用化學電池與氧氣再生方案時遇到了哪些困難？”

-學生分享自己的問題和解決方法，教師進行點評和指導。

6.總結與拓展（5分鐘）

-教師總結本節(jié)課的重點內容，強調化學反應中能量及物質的轉化利用在航天領域的重要性。

-提出一些拓展問題，激發(fā)學生的思考和興趣，例如：“未來航天器能源技術的發(fā)展趨勢是什么？”

總時長：45分鐘

教學過程中，教師要注重與學生的互動，鼓勵學生積極參與討論和練習，培養(yǎng)學生的科學探究能力和創(chuàng)新意識。同時，要關注學生的學習情況，及時進行個別指導和解答疑問，確保學生理解和掌握新知識。通過本節(jié)課的教學，培養(yǎng)學生解決航天領域實際問題的能力，提高學生的科學素養(yǎng)。學生學習效果1.理解化學反應中能量及物質的轉化利用，能夠解釋航天器中化學電池的工作原理和氧氣再生的重要性。

2.掌握設計載人航天器用化學電池與氧氣再生方案的基本方法，能夠將理論知識應用于實際情境中。

3.提高科學探究能力，通過實例分析和討論，學會分析問題、解決問題的方法。

4.培養(yǎng)創(chuàng)新意識和團隊合作能力，通過小組合作活動，學會與他人合作、分享想法和解決問題。

5.增強對化學學科的興趣和認同感，激發(fā)持續(xù)學習的動力。

學生將通過課堂講解、實驗演示、小組討論等形式，全面理解和掌握本節(jié)課的知識點。通過實際案例分析和問題解決的活動，學生將能夠將所學知識應用于實際情境中，提高解決實際問題的能力。同時，通過小組合作活動，學生將培養(yǎng)創(chuàng)新意識和團隊合作能力，提高溝通能力和團隊協(xié)作能力。此外，學生還將培養(yǎng)對化學學科的興趣和認同感，激發(fā)持續(xù)學習的動力。內容邏輯關系本文重點知識點：化學反應中能量的釋放和吸收、物質的轉化過程。

板書設計：能量轉化圖、物質轉化過程的步驟和關鍵點。

2.設計載人航天器用化學電池與氧氣再生方案

本文重點知識點：化學電池的種類和原理、氧氣再生的方法和技術。

板書設計：化學電池的工作原理圖、氧氣再生方案的設計步驟和關鍵點。

3.應用理論知識解決實際問題

本文重點知識點：將化學反應中能量及物質的轉化利用應用于航天領域的實際問題。

板書設計：航天器中化學電池與氧氣再生方案的應用實例和效果展示。典型例題講解1.例題一：化學反應中能量的轉化

題目：一輛燃油汽車行駛100公里，消耗了多少升汽油？

解答：根據(jù)能量守恒定律，化學反應中能量的輸入等于輸出。汽車行駛過程中，燃料的化學能轉化為動能。假設汽車燃油的燃燒產(chǎn)生的能量全部轉化為動能，可以根據(jù)汽車的動力學公式計算出所需的汽油量。具體計算過程如下：

-計算汽車行駛過程中的動能：E=1/2*m*v^2，其中m為汽車的質量，v為速度。

-根據(jù)汽車的動力學公式：F=m*a，其中F為牽引力，a為加速度。

-由于汽車勻速行駛，所以牽引力等于摩擦力：F=f。

-根據(jù)能量守恒定律：E=F*s，其中s為行駛的距離。

-將上述公式聯(lián)立，解得汽油消耗量。

2.例題二：物質的轉化過程

題目：設計一個實驗，驗證氫氧化鈉和硫酸反應生成硫酸鈉和水。

解答：根據(jù)化學反應的原理，可以通過觀察反應產(chǎn)物的形成來驗證反應的發(fā)生。具體實驗步驟如下：

-準備氫氧化鈉溶液和硫酸溶液。

-將一定量的氫氧化鈉溶液加入試管中。

-逐滴加入硫酸溶液，同時觀察試管內是否有氣泡產(chǎn)生。

-反應完成后，進行產(chǎn)物的檢驗，可以使用酚酞指示劑檢測硫酸鈉的生成。

3.例題三：化學電池的原理

題目：解釋鉛酸電池的工作原理。

解答：鉛酸電池是一種常見的化學電池，其工作原理如下：

-鉛酸電池由正極（鉛二氧化物）、負極（純鉛）和電解液（硫酸溶液）組成。

-在放電過程中，正極上的鉛二氧化物與硫酸反應生成硫酸鉛和電子，電子通過外部電路流向負極。

-在充電過程中，外部電源對電池進行反向電壓，使硫酸鉛在正極上還原為鉛二氧化物，同時硫酸在負極上氧化為硫酸鉛。

-鉛酸電池的電壓和容量取決于正負極的材料和電解液的濃度。

4.例題四：氧氣再生的方法

題目：設計一個簡單的氧氣再生裝置。

解答：氧氣再生裝置可以通過多種方法實現(xiàn)，以下是一個簡單的裝置設計：

-使用一個透明的塑料瓶，將其一側封閉，另一側連接一個氣泵。

-在封閉的一側放入一種能夠吸收二氧化碳并釋放氧氣的物質，如過氧化鈉或過氧化氫。

-通過氣泵向封閉的一側注入空氣，使氧氣與吸收二氧化碳的物質發(fā)生反應。

-反應完成后，通過氣泵將氧氣從塑料瓶中抽出，得到純凈的氧氣。

5.例題五：應用理論知識解決實際問題

題目：設計一個載人航天器用化學電池與氧氣再生方案。

解答：設計一個載人航天器用化學電池與氧氣再生方案需要考慮航天器的能源需求、電池的性能和安全性等因素。以下是一個簡單的方案設計：

-選擇一種適合航天器使用的化學電池，如鋰離子電池或燃料電池。

-設計一個氧氣再生系統(tǒng)，可以使用電解水的方法產(chǎn)生氧氣，同時將二氧化碳轉化為氫氣或其它無害物質。

-將化學電池和氧氣再生系統(tǒng)集成在一起，形成一個完整的能源供應系統(tǒng)。

-確保系統(tǒng)的體積小、重量輕、壽命長，并具有良好的性能和安全性。作業(yè)布置與反饋1.作業(yè)布置

本節(jié)課的學習目標是讓學生理解化學反應中能量及物質的轉化利用，以及設計載人航天器用化學電池與氧氣再生方案。為了幫助學生鞏固所學知識并提高能力，布置以下作業(yè)：

作業(yè)1：根據(jù)課堂講解的內容，總結化學反應中能量的釋放和吸收的過程，并以文字和圖示的形式呈現(xiàn)。

作業(yè)2：以小組為單位，設計一個載人航天器用化學電池與氧氣再生方案，并撰寫一份詳細的方案說明書。

作業(yè)3：選擇一個實際航天領域中的能源問題，運用所學知識進行分析，并提出解決方案。

2.作業(yè)反饋

教師應及時對學生的作業(yè)進行批改和反饋，指出存在的問題并給出改進建議，以促進學生的學習進步。以下是對作業(yè)的具體反饋意見：

作業(yè)1：

-正確描述了化學反應中能量的釋放和吸收過程，但部分學生的圖示表達不夠清晰，建議加強圖示的繪制能力。

-部分學生的作業(yè)中對能量守恒定律的應用不夠準確，建議加強對相關概念的理解。

作業(yè)2：

-大部分小組能夠提出合理的載人航