資源簡介

課題2 燃料的合理利用與開發
本課題首先通過燃燒反應中產生熱量，引出化學反應中的能量變化，從而認識到化學反應的重要作用。然后主要介紹化石燃料的利用。化石燃料是生活和生產中常用的燃料，煤、石油和天然氣等對于學生來說也并不陌生。關于天然氣，則是從認識其主要成分出發，通過實驗，進一步認識燃料的燃燒和應用。在了解化石燃料對人類所起的重要作用的同時，讓學生對化石燃料的使用年限進行估算，以認識要合理開發和節約使用資源的重要性。環境問題日益嚴重，特別是燃料燃燒對環境造成的污染，是不容忽視的問題。本課題結合化石燃料燃燒對環境的影響，說明使用清潔燃料和開發新能源以及保護環境的重要性。
第1課時 化學反應中的能量變化和化石燃料的利用
【教學目標】
1.知識目標
（1）了解化學反應中的能量變化，知道化學反應中的能量變化對人類生產、生活的重要作用。
（2）知道化石燃料是人類重要的自然資源，對人類生活起著重要作用；同時，了解化石燃料的不可再生性，認識合理開采和節約使用化石燃料的重要性。
（3）知道石油煉制出的幾種主要產品及其用途，認識燃料充分燃燒的重要性。
2.能力目標
（1）運用思考、討論的方法來獲取信息。
（2）運用實驗的方法來得出結論。
3.素養目標
通過對化石燃料的形成、使用年限，以及化石燃料對人類所起的重要作用的了解，使學生認識到合理開發化石能源的重要性，培養節約利用資源的意識。
【教學重點】
1.了解化學反應中的能量變化。
2.了解化石燃料的形成過程和不可再生性。
3.認識化石燃料對人類所起的重要作用。
4.知道石油煉制的幾種主要產品及用途。
【教學難點】
1.培養學生獨立思考、加工信息的能力。
2.拓展性課題“煤和石油的綜合利用”。
【教學準備】
電腦投影儀，冷而干燥的燒杯，試管，小燒杯，試管架，貯氣瓶，酒精燈，膠頭滴管，玻璃片，鑷子，CH4氣體，澄清石灰水，鎂條，鹽酸，氫氧化鋇晶體，氯化銨晶體。
一、導入新課
［創設情景］將一小塊生石灰丟入裝著水的燒杯中，引導學生仔細觀察實驗現象。
［設問］看到這個實驗，你想說些什么？
［學生回答］如：1．生石灰與水反應放出了熱量。2．生石灰與水反應后產生了新的物質。3．我們在實驗過程中要注意化學反應的能量變化，防止實驗過程中發生意外。4．化學反應的能量變化通常表現為熱量的變化。……
［新課引入］在日常生活中，許多物質都能發生燃燒反應并產生能量
（熱量），從最早使用的柴草，到煤、石油和天然氣，發展至今天，出現了許許多多的新型燃料。這節課我們就來學習能量和燃料。
二、推進新課
1.化學反應中的能量變化
［講解］生活經驗告訴我們燃料燃燒時產生了熱量，那么是不是只有通過燃料燃燒才能得到熱量呢？下面我們來做兩組實驗。
［實驗1］在一支試管中加入一小匙干燥的生石灰再加入約2mL水，觀察現象，并用手觸摸試管外壁。
［實驗2］在一個小燒杯里，加入約20 g已研磨成粉末的氫氧化鋇晶體，將小燒杯事先放在已滴有3～4滴水的玻璃片上。然后再加入約10 g NH4Cl晶體，并立即用玻璃棒攪拌，使氫氧化鋇晶體與NH4Cl充分反應。觀察玻璃片上的水是否由于結冰而將玻璃片與小燒杯粘在一起。
［學生實驗，教師巡視］
［現象］實驗1:生石灰逐漸溶解，試管壁發熱；實驗2;由于結冰，玻璃片與小燒杯粘在一起。
［設問］這兩個實驗說明了什么問題呢？
［回答］化學反應中都伴隨有能量的變化，有些化學反應中有熱量放出，有的則從外界吸收熱量。
［講解］化學反應在生成新物質的同時，伴有能量的變化，而能量的變化通常表現為熱量的變化。類似于可燃物燃燒，生石灰和水這樣的反應，我們稱之為放熱反應。像碳與二氧化碳，氫氧化鋇晶體和NH4Cl的反應，稱之為吸熱反應。
［介紹］在當今社會，人們利用化學反應，有時主要是為了制取所需要的物質，有時卻主要是為了利用化學反應所釋放出的能量。同學們能舉出一些利用化學反應產生能量的實例嗎？
［學生討論，舉例］
2.化石燃料的利用
（1）煤和石油
［過渡］現在我們的生活中，經常使用的燃料以煤、石油和天然氣最為常見。因為它們都是由古代生物的遺骸經一系列復雜變化而形成的，所以我們稱之為化石燃料。
［介紹］煤、石油、天然氣是當今世界上最重要的三大化石燃料。它們作為重要的能源，在我們的現代生活中起著很重要的作用。前面我們已經學習了天然氣的有關知識，這節課我們具體來學習煤和石油的綜合利用。
［活動與探究］討論或思考：①你家中做飯、洗浴等使用什么燃料？②汽車、輪船、飛機、拖拉機等使用什么燃料？③煉鋼廠、熱電廠等使用什么燃料？
［小結］通過討論，我們知道常見的燃料有：煤、液化石油氣、天然氣、汽油、柴油、柴草、酒精等。在這些燃料里，有些是可以再生的，比如：柴草和酒精。而有些燃料是不可再生的，比如：煤、石油和天然氣。煤、石油、天然氣是當今世界上最重要的三大化石燃料。它們作為重要的能源，在我們的現代生活中起著很重要的作用。
［提出問題］化石燃料是怎么形成的？為什么說它們是不可再生能源？如何開采煉制？有哪些性質用途？
［視頻播放］煤、石油的形成過程、開采煉制、性質用途的短片。
［閱讀討論］
［討論1］①煤是純凈物嗎？那它含有哪些元素？②你知道煤作為燃料的原理是什么？
［回答］ ①是混合物；煤主要含碳元素，此外還含有少量的H、N、S、O元素以及無機礦物質（主要含硅、鉛、鈣、鐵等元素。）②原理是利用碳元素和氧反應所放出的熱量。
［討論2］①石油可直接用作燃料嗎？石油產品中有哪些是常用燃料？②煤氣泄漏會造成什么危害？使用灌裝液化石油氣在安全上應注意什么？
［回答］①不能！石油中除了含C、H元素外，還含C、O、N等元素。如果把石油作燃料的話，石油會燃燒不充分，不僅會造成浪費，還會生成大量的黑煙和含S、含N等有害氣體。 汽油、煤油、柴油、石蠟等都是常用的燃料。石油煉制的部分產品和主要用途：見課本第138頁圖7-22。②危害：危害到人體和財產的安全；注意：使用罐裝液化石油氣在安全上應注意不能加熱，不能猛烈撞擊，使用完后要及時關閉，液化石油氣罐要定期檢修等。
［歸納總結］ 煤和石油的比較
［注意］①煤的干餾屬于化學變化，生成了新物質。石油的蒸餾屬于物理變化，沒有新物質生成。
②煤氣是混合物，主要成分有氫氣(H2)、甲烷(CH4)、一氧化碳(CO)及其他氣體，可用作生活燃氣。
③罐裝“煤氣”不是煤氣，而是液化石油氣，這是石油化工的一種產品，其主要成分有丙烷、丁烷、丙烯和丁烯等物質。
［提問］煤和石油除了作為燃料以外，還有其他用途嗎？請同學們閱讀課本P139資料卡片。
［交流小結］由于煤和石油的用途非常廣泛，和人類的關系極為密切，所以，人們常把煤稱為“工業的糧食”，把石油稱為“工業的血液”。 將煤隔絕空氣加熱，可使煤分解成焦炭、煤焦油和焦爐氣等。其中，焦炭可以冶金，焦爐氣則是重要的燃料，煤焦油是重要的化工原料。黑糊糊的煤焦油是一個大寶庫，已經從它里面分離出了上百種化合物，又進一步做成了各種有用的物質。這樣煤就能被綜合利用了。在20世紀興起了綜合利用石油產品的工業——石油化工。科技工作者把燃料油中較大的分子裂解成小分子，然后把它們加工制造成各種產品，例如塑料、合成纖維、染料、洗滌劑等。
（2）天然氣
［過渡］剛才我們學習了煤和石油的綜合利用，接下來我們學習天然氣的有關知識。
［視頻播放］天然氣的開采及燃燒利用。
［講解］天然氣主要是由碳和氫組成的氣態碳氫化合物，其中最主要的是甲烷。
［思考］①觀察甲烷是什么顏色？什么狀態？②甲烷在水中的溶解性怎么樣呢？③甲烷的密度和空氣比較起來怎么樣呢？
［回答］①甲烷是無色氣體。②甲烷極難溶于水。③甲烷的密度比空氣的小。
［設問］根據甲烷的這些性質，我們可以用哪些方法收集甲烷氣體？
［回答］可以用排水法收集，也可以用向下排空氣法收集。
［總結］甲烷的物理性質：無色、無味的氣體，密度比空氣小，極難溶于水。
［活動探究］請同學們注意按照課本P139
［實驗7—4］進行活動探究，做一做甲烷的燃燒實驗（強調點燃前先驗純！）。探究內容如下并思考：
①在實驗結束后，燒杯上出現了什么現象？
②迅速把燒杯倒轉過來，向燒杯內注入澄清石灰水后，振蕩，又出現了什么現象？
③在實驗開始時，點燃前為什么要先檢驗甲烷的純度？
④在實驗中燒杯的條件“冷而干燥”是實驗成敗的關鍵嗎？為什么？
⑤這個實驗說明甲烷含有哪些元素？
⑥你能寫出這個實驗中涉及到的化學方程式嗎？
［學生活動，教師巡視］巡視時及時糾正學生的錯誤操作，學生思考討論后與教師一起總結歸納。
［結論］①甲烷燃燒時火焰明亮并呈藍色，可以看到，燒杯內壁上有水滴生成。
［設問］有水滴生成，說明了什么問題呢？
［回答］說明甲烷的成分里一定含有氫元素。
［結論］②向燒杯內注入澄清石灰水后，發現燒杯內澄清的石灰水變渾濁。
［設問］這一現象又說明了什么問題呢？
［回答］這說明甲烷燃燒時有二氧化碳生成，也就是說明了甲烷的成分里一定含有碳元素。
［結論］③點燃甲烷和氧氣或甲烷和空氣的混合物都很可能會發生爆炸，所以要先驗純。
［延伸］煤礦的礦坑里經常有甲烷逸出，由此，同學們想到了什么呢？
［回答］煤礦里必須采取通風設施;煤礦里一定要嚴禁明火。
［結論］④“冷而干燥”是這個實驗成敗的關鍵。“冷”有利于水汽的凝集，“干燥”可以判斷是否有水滴生成。
［結論］⑤這個實驗說明甲烷中含有碳元素和氫元素。
［結論］⑥甲烷是由碳和氫組成的化合物，化學式是CH4。它燃燒時生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱。甲烷的燃燒：
［設問］你們知道還有哪些地方存在甲烷氣體嗎？
［介紹］在池沼的底部常常含有甲烷，通常也稱池沼中的氣體為沼氣。在我國農村，利用沼氣可解決生活用燃料問題。
［視頻播放］沼氣的制取和利用。
［講解］在我國農村利用沼氣，不僅可以解決生活用燃料問題，還能綜合治理環境衛生問題。
（3）合理利用與開發化石能源
［過渡］人們目前所消耗的能量主要來自化石燃料。然而，化石燃料要經過數百萬年才能形成。但人類目前掠奪式的開發，會給我們的子孫后代造成什么樣的影響呢？
［討論］估算大約多少年后我國的石油、天然氣和煤將被耗盡？填表(教材P142頁“討論”)，并談談你對化石燃料的使用與開發的看法。
［小結］不算不知道，一算嚇一跳。化石燃料用不了多久就耗完了。因此，我們一方面要合理開采、節約使用，另一方面還要研究和開發新能源。
［介紹］目前，人類通過化學反應獲得的能量，大多來自于化石燃料，而化石燃料資源是有限的。那么，同學們認為怎樣利用能源才可以使它的使用期限得以延長呢？
［學生討論，回答］
［小結］如果我們能提高煤等燃料的利用率，就相當于延長煤的使用期限。要使燃料燃燒通常考慮兩點：一是要有足夠的空氣；二是要使燃料與空氣有足夠大的接觸面。燃料充分燃燒的意義：燃料燃燒若不充分，不僅使燃料燃燒產生的熱量減少，浪費資源，同時還會產生大量的CO等物質，污染空氣。
［設問］在實際生活中我們是怎樣來克服這些困難的呢？我們來看課件。
［課件展示］因為在許多情況下，不能直接燃燒固態煤，如汽車或拖拉機等；或者雖然能夠直接燃燒，但效率很低，如蒸汽機車熱利用率只有8％，一般民用煤爐只有20％左右。所以在石油、天然氣不足的情況下，不得不考慮把煤加工成為氣態的、液態的或固態的高級清潔燃料的問題，以提高煤的熱量的利用和減輕環境污染。煤在加工過程中，本身的潛在能量會受到一些損失。但由于加工成的氣態或液態燃料的熱利用率高，因此在一些情況下，煤經過汽化或液化而取得的熱效益高于直接燃煤。現在還有相當大的一部分鍋爐直接燃燒煤。對低硫煤可以采用粉煤鍋爐，但需加煙道脫硫裝置。對高硫煤，要用沸騰床燃燒系統，摻石灰實行爐內脫硫和降低氧化氮的生成。以上方法都是為了減輕污染、保護環境。
［過渡］就在人們擔心化石燃料將被耗盡時，科學家發現海底蘊藏著大量可燃燒的“冰”——可燃冰。
［視頻播放］ 可燃冰
三、典例剖析
例1 下列關于化石燃料及其產品的敘述中，正確的是 ( )
A.天然氣是可再生能源 B.通常石油直接用做燃料
C.煤氣和液化石油氣的組成相同 D.汽油既是燃料，又是良好的溶劑
【解析】煤、石油、天然氣都是不可再生能源，石油通常不能直接用做燃料，石油經過加工后可以得到汽油、柴油、液化石油氣等；煤氣是煤隔絕空氣加強熱得到的，成分主要是CO、CH4、H2等，液化石油氣的成分主要是丙烷和丁烷，兩者的組成不同；汽油是汽車常用的燃料，也能溶解油污等物質，是良好的溶劑。
【答案】D
例2 在工業上，下列增大燃料利用率的措施中，與燃料的充分燃燒無關的是( )
A.把煤磨成粉狀進行燃燒 B.把柴油噴成霧狀進行燃燒
C.給鍋爐鼓風，增加空氣供給量 D.給鍋爐外殼裝隔熱層，減少熱量散失
【解析】把煤磨成粉狀、把柴油噴成霧狀都是增大可燃物與空氣的接觸面積，使燃料燃燒得更充分；因為可燃物充分燃燒需要充足的氧氣，所以給鍋爐鼓風，增加空氣供給量可以使煤燃燒得更充分。而“給鍋爐外殼裝隔熱層，減少熱量散失”是為了節約能源，與燃料的充分燃燒是沒有關系的。
【答案】D
四、課堂檢測
完成練習冊中本課時對應課堂作業部分。
五、課堂小結
［提問］
1.通過今天的學習，你有哪些收獲（或你學到了哪些知識）？
2.針對本節課的學習，你還有哪些疑問？
［小結］這節課，我們認識了當今世界的三大化石燃料，通過分組設計實驗，親自感受到化學反應中能量的變化， 并且學習討論了燃料充分燃燒的現實意義，切身體驗到節能的重要性。
六、布置作業
完成練習冊中本課時對應課后作業。
課題2 燃料的合理利用與開發
第1課時 化學反應中的能量變化和化石燃料的利用
1.化學反應中的能量變化
2.煤和石油的比較
3.天然氣
（1）甲烷的物理性質：無色、無味的氣體，密度比空氣小，極難溶于水
（2）甲烷的化學性質：可燃性
4.燃料的充分燃燒：一是要有足夠的空氣；二是要使燃料與空氣有足夠大的接觸面。
本課題在內容的安排上注意從學生的親身體驗出發，選擇學生熟悉和生活中常見的知識和現象，并配合視頻和圖像，增強學生對知識的感受；同時，注意通過活動與探究、調查研究、討論和實驗等形式，培養學生的創新精神和實踐能力。教材中還適當編入與社會發展、新科技等相關的資料，以開闊學生的眼界，體現科學、技術、社會與環境教育的思想。其特點是傳授少，活動多；文字少，圖片多。課前讓學生利用其具備的網絡知識和課余時間，進行課前預習，分組收集有關的資料，實現資源的共享，完成學習目標。
本課題與生產生活關系密切，內容通俗易懂，知識難度不大，因此主要采用了以學生自學為主、教師講解為輔的教學方式.在教學過程中應突出培養學生閱讀并提取有效信息的能力，以及在閱讀過程中進行歸納、比較、分析的能力。教師適當的啟發、補充和總結，并通過多媒體課件的展示，擴展了學生的知識面，增加學生學習的興趣并進一步鞏固了所學的知識。

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